[發明專利]一種基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法

在審

• 申請號: 202010562052.3
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111722233A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 王平;柳學功;李錫濤;田訓;梁家祺;王慧悅;武超;閆鑫龍;孔露;杜婷婷;孔美婭
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/539
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：對超聲陣列接收到的回波信號進行處理，得到所需要的超聲回波信號x；

S2：構造確定性測量矩陣，即二元稀疏塊對角矩陣BSBD對超聲回波信號進行壓縮采樣，得到測量信號y；

S3：選取離散余弦變換DCT作為稀疏字典Ψ，對超聲回波信號x進行稀疏表示；

S4：通過計算得到二元稀疏塊對角矩陣BSBD和稀疏字典Ψ之間的相干系數μ；

S5：利用重構算法求解最優化問題，恢復出原始超聲信號

S6：利用原始超聲回波信號進行波束合成并最終成像。

2.根據權利要求1所述的基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21：設置L個塊對角矩陣對角矩陣A₁,A₂,…,A_L是大小為m×n的測量矩陣Φ的子矩陣，其中，測量矩陣Φ為：

其中，diag(·)表示對角矩陣，表示子矩陣A₁中的向量塊，K₁表示A₁中向量塊的個數；表示子矩陣A₂中的向量塊，K₂表示A₂中向量塊的個數；表示子矩陣A_L中的向量塊，K_L表示A_L中向量塊的個數；

S22：在每一行中使用單一元素的塊，使之全為“1”，假設所有向量塊的大小都是1×N，并表示為w＝[1,…,1]；當子矩陣數L和采樣率m/n固定時，N通過來確定；當L＝2,w＝[1 1 1]時的測量矩陣Φ結構為：

S23：確定性二元稀疏塊對角矩陣BSBD；當L＝1時，得到BSBD矩陣的表達式為：

S24：用二元稀疏塊對角矩陣BSBD對超聲回波信號x進行壓縮測量，得到測量信號為：y＝Φx。

3.根據權利要求1所述的基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟：

S31：選取的稀疏字典Ψ為離散余弦變換DCT，其表達式為：

其中，k為第k個離散點，x(n)表示超聲回波信號x的離散信號，大小為N₁維，X_c(0)和X_c(k)為變換之后的信號；

S32：對超聲回波信號進行稀疏表示為：

x＝Ψα

其中，為稀疏矩陣，是稀疏系數向量。

4.根據權利要求1所述的基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括：BSBD矩陣和稀疏字典Ψ之間的相干系數μ表達式為：

其中，max(·)表示求取最大元素，Φ_i和Ψ_j分別表示測量矩陣Φ的第i行向量和稀疏矩陣Ψ的第j列向量，其中1≤i≤m,1≤j≤n；|Φ_i,Ψ_j|表示計算向量Φ_i和向量Ψ_j的內積的絕對值，||Φ_i||₂表示計算Φ_i的l₂范數，||Ψ_j||₂表示計算Ψ_j的l₂范數。

5.根據權利要求1所述的基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法，其特征在于，所述步驟S5具體包括以下步驟：

S51：通過測量信號y、稀疏字典Ψ以及測量矩陣Φ得到：

y＝Φx＝ΦΨα＝Θα

其中，Θ＝ΦΨ表示為感知矩陣；

S52：計算稀疏系數向量α的逼近值即通過l₁范數最小法求解以下最優化問題：

其中，min(·)表示求取最小元素，表示的l₁范數；

S53：通過逼近值恢復出原始超聲信號

6.根據權利要求1所述的基于確定性測量矩陣的壓縮感知超聲成像方法，其特征在于，所述步驟S6具體：利用原始超聲信號進行波束合成，計算得到波束信號：

其中，s_DAS表示得到的波束信號，表示第i個陣元上的重建原始回波信號，N₂為超聲陣列總數。