[發(fā)明專利]一種MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010288748.1
• 申請日: 2020-04-13
• 公開（公告）號: CN111466949B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阮義;理查德普拉格
• 申請（專利權(quán)）人: 劍橋大學(xué)南京科技創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明提出一種MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，本發(fā)明對現(xiàn)有的基于最小方差無失真響應(yīng)(MVDR)波束形成器和標(biāo)量濾波器實(shí)現(xiàn)合成波束逼近最小均方誤差準(zhǔn)則MMSE的技術(shù)方案進(jìn)行了改進(jìn)，重新搭建了相干因子計算模型和協(xié)方差估算模型。克服了現(xiàn)有最小方差無失真響應(yīng)(MVDR)波束形成方法中由于協(xié)方差估算和相干因子計算偏差導(dǎo)致的合成圖像質(zhì)量偏低的技術(shù)問題，能自適應(yīng)地抑制數(shù)據(jù)噪聲和干擾對成像對比度的影響，提高合成圖像的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相干平面復(fù)合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

相干平面波合成(CPWC)是一種在整個成像區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高幀速率和均勻分辨率的方法，與逐行生成圖像的傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，CPWC可以使用平面波傳輸在一個脈沖回波序列內(nèi)生成整個圖像。

最小均方誤差(MMSE)波束形成器是用于增強(qiáng)超聲相干平面波合成(CPWC)圖像質(zhì)量的陣列處理技術(shù)，它通常使用最小方差無失真響應(yīng)(MVDR)波束形成器和標(biāo)量濾波器來近似最小均方誤差準(zhǔn)則MMSE。在實(shí)際操作中，標(biāo)量濾波器通常使用相干因子來近似，該相干因子的計算是基于入射信號的，而入射信號的由估算得到，帶有誤差。另一方面，最小方差無失真響應(yīng)(MVDR)波束形成器一般通過空間平滑近似估計得到MVDR算法中的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，這種近似方式會使得計算出的權(quán)值矢量偏小，進(jìn)而導(dǎo)致合成圖像質(zhì)量偏低。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種超聲波MMSE波束形成器，應(yīng)用于相干平面波合成，其特征在于，所述波束形成器通過N元線性陣列接收換能器發(fā)射出的M個不同角度的平面波的回波數(shù)據(jù)，并進(jìn)行波束合成；記回波數(shù)據(jù)矩陣為：u(n)＝[u₁(n),u₂(n),...,u_M(n)]^T，則計算合成波束：

其中，u_i(n)表示平面波i的回波數(shù)據(jù)，i＝1,2,..,M，x_i,j(n)表示在時刻n第j個陣元接收到的平面波i的回波數(shù)據(jù)；w_DCR-MMSE為權(quán)值矢量，w_DCR-MMSE的表達(dá)式為：

MMSE波束形成的步驟：

(1)激勵N元線性陣列換能器發(fā)射出M個不同角度的平面波，通過N個陣元接收回波數(shù)據(jù)；

(2)通過快拍采集每個陣元的輸出信號，記為q_k(n)，q_k(n)＝[q_k,1(n),q_k,2(n),..,q_k,N(n)]，i＝1,2,..,M，其中，x_i,j(n)表示在時刻n第j個陣元接收到的平面波i的回波數(shù)據(jù)；

(3)根據(jù)需求選取對角線加載參數(shù)ε，根據(jù)步驟(2)獲取的q_k(n)計算協(xié)方差矩陣：

(4)定義中間參數(shù)r_k(n)，

a表示所有回波數(shù)據(jù)的時間延遲向量；根據(jù)步驟(2)得到的q_k(n)和步驟(3)得到的計算出r_k(n)；

q_k(n)表示所述波束形成器的N個陣元輸出信號的快照集合，ε為對角線加載參數(shù)，I表示單位矩陣，a表示所有回波數(shù)據(jù)的時間延遲向量；

(5)計算相干因子：