[發明專利]基于雙約束魯棒Capon波束合成和多重變跡互相關的被動空化成像方法及系統

有效

• 申請號: 202010066167.3
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111265245B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 路舒寬;萬明習;趙巖;張博
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

1.一種被動空化成像方法，其特征在于：該被動空化成像方法包括以下步驟：

1)利用并行通道數據采集設備對被動接收超聲換能器接收的空化信號進行采集，得到原始通道信號；設置被動空化成像的成像區域并劃分像素網格；

2)針對所述成像區域中的任意像素點位置x，對步驟1)得到的原始通道信號進行延時并根據所得各陣元延時信號構造協方差矩陣R(x)，利用Newton迭代法求解根據所述協方差矩陣的特征分解化簡后的雙約束魯棒Capon波束合成最優解隱性方程，根據求解所得的Lagrange因子估計雙約束魯棒Capon波束合成的方向向量并計算得到最優加權向量，然后利用該加權向量對所述各陣元延時信號進行加權，得到各陣元延時加權信號，對所述各陣元延時加權信號進行加和，得到成像區域中對應像素點位置處的雙約束魯棒Capon波束合成信號；

3)根據所述被動接收超聲換能器中連續的N_EP個陣元組成的陣元簇分別構造正母交叉變跡模式和反母交叉變跡模式所對應的N_EP個子變跡函數；利用所述子變跡函數對步驟2)所得的各陣元延時加權信號進行變跡處理，然后計算變跡處理所得的N_EP個正變跡合成信號和N_EP個反變跡合成信號兩兩之間的Pearson相關系數；

4)利用步驟3)所得Pearson相關系數的平均值對成像區域中對應像素點位置處的雙約束魯棒Capon波束合成信號進行加權，得到相關性合成信號，利用相關性合成信號在所述原始通道信號的采集時段進行積分，得到成像區域中對應像素點位置處的聲能量。

2.根據權利要求1所述一種被動空化成像方法，其特征在于：所述被動空化成像方法還包括以下步驟：

5)對所述成像區域中的所有像素點位置處的聲能量進行歸一化和對數化處理，得到被動空化成像結果。

3.根據權利要求1所述一種被動空化成像方法，其特征在于：所述步驟2)中，通過引入Lagrange因子將雙約束魯棒Capon波束合成的代價函數構造為Lagrange雙約束函數，通過最小化該雙約束函數得到雙約束魯棒Capon波束合成的最優解隱性方程：

其中，I為與協方差矩陣R(x)維度相同的單位矩陣，為所述代價函數中假定的方向向量，ε為方向向量不確定性參數，λ(x)為Lagrange因子，N為被動接收超聲換能器的陣元數。

4.根據權利要求1所述一種被動空化成像方法，其特征在于：所述步驟2)中，估計的雙約束魯棒Capon波束合成的方向向量表示為：

其中，為估計的雙約束魯棒Capon波束合成的方向向量，I為與協方差矩陣R(x)維度相同的單位矩陣，為代價函數中假定的方向向量，ε為方向向量不確定性參數，λ(x)為Lagrange因子，N為被動接收超聲換能器的陣元數。

5.根據權利要求3所述一種被動空化成像方法，其特征在于：所述方向向量不確定性參數ε為N/16～N/4。

6.根據權利要求1所述一種被動空化成像方法，其特征在于：所述步驟3)中，N_EPN/2，N為被動接收超聲換能器的陣元數。

7.根據權利要求1所述一種被動空化成像方法，其特征在于：所述步驟3)中，正變跡合成信號和反變跡合成信號分別表示為：

其中，sw_i(x,t)為第i個陣元延時加權信號，t表示原始通道信號采集時刻，spa^k(x,t)為第k個正變跡合成信號，sna^k(x,t)為第k個反變跡合成信號，k＝1,2,...,N_EP，PF_i^k為正母交叉變跡模式的第k個子變跡函數，NF_i^k為反母交叉變跡模式的第k個子變跡函數，N為被動接收超聲換能器的陣元數。