[发明专利]一种合成孔径压缩感知超声成像中的高效能稀疏字典的设计方法

摘要

本发明公布了一种合成孔径压缩感知超声成像中的高效能稀疏字典的设计方法，属于超声成像技术领域。该方法包括如下步骤：超声阵列接收的连续回波信号进行放大处理和A/D转换，获得超声成像所需要的回波信号x；选取delta矩阵作为合成孔径压缩感知超声成像的测量矩阵，对回波信号x进行非均匀压缩采样，得到测量信号y；利用发射脉冲作为基函数构造高效能稀疏字典Ψ；根据delta矩阵、测量信号y以及高效能稀疏字典Ψ构建合成孔径压缩感知超声成像的数学模型，通过该模型和重构算法得到重建原始回波信号利用重建原始回波信号进行波束合成并最终成像；本发明能让回波信号以更高的压缩率实现相同的恢复效果，进一步减少合成孔径成像所需存储的数据量、降低超声成像系统的复杂度。

主权项

1.一种合成孔径压缩感知超声成像中的高效能稀疏字典的设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)超声阵列接收的连续回波信号x(t)进行放大处理和A/D转换，获得超声成像所需要的回波信号x；2)选取delta矩阵作为合成孔径压缩感知超声成像的测量矩阵，对回波信号x进行非均匀压缩采样，得到测量信号y；3)利用发射脉冲s(t)作为基函数构造高效能稀疏字典Ψ；在步骤3)中，具体包括：31)连续回波信号x(t)是发射脉冲s(t)经过不同延时衰减以后的叠加，回波信号x的数学表达式表示为：其中T为发射脉冲的周期，n为反射接收的脉冲信号个数，t为从超声阵列发出第一个脉冲开始的时间，t_m和α_m分别为第m个反射回波的延迟时间和幅度；若系统的采样频率为f_s，则采样周期T_S＝1/f_s，连续回波信号x(t)可以重新表示为：其中n_m＝t_m/T_s；32)利用发射脉冲信号s(t)构造稀疏基函数和稀疏字典：ψ_i(t)＝s(t‑iT_s)Ψ＝{ψ_i(t)|ψ_i(t)＝s(t‑iT_s)} i＝1,2,…,N利用频率f_s对稀疏基函数进行离散化采样得到向量：ψ_i＝[0,…,0,s(T_s),s(2T_s),s(3T_s),…,s(kT_s),0,…,0]  ＝[0,…0,ψ,0,…,0]其中k＝T/T_S，ψ＝[s(T_s),s(2T_s),s(3T_s),…,s(kT_s)]；将ψ_i代入Ψ得到高效能稀疏字典Ψ∈C^N×N：33)选取稀疏字典Ψ作为稀疏矩阵，回波信号x在Ψ上的稀疏变换为：其中α为回波信号x在Ψ上的稀疏系数；4)根据delta矩阵、测量信号y以及高效能稀疏字典Ψ构建合成孔径压缩感知超声成像的数学模型；5)通过合成孔径压缩感知超声成像的数学模型和重构算法得到重建原始回波信号6)利用重建原始回波信号进行波束合成并最终成像。