基于压缩感知的超声成像系统初探

发布时间：2017-08-20 11:40

  本文关键词：基于压缩感知的超声成像系统初探

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【摘要】：超声波因其能量集中、指向性好、非电离辐射、经济、安全等特点,被广泛运用于工业探伤、水下探测及医疗诊断等领域。随着时代的发展,人们对成像分辨率的要求也越来越高。但是在传统的超声成像体系中,其分辨率取决于发射阵列孔径。即有效孔径越大,其成像的分辨率就越高。但是在实际情况中,阵列孔径不可能无限大,孔径的增加不仅会对制造工艺提出更高的要求,会使得应用场景受到限制,同时还会产生更多的信号通道对数据处理带来极大压力。本文提出一种基于压缩感知的超声成像方法,在欠采样的基础上重建目标的分辨率远高于传统超声相控阵成像系统。对于空域稀疏的目标场景,该方法结合压缩感知理论,以辐射/散射声场计算模型以及点散射体模型为先验知识,能够将成像问题转化为目标场景的重构问题,从而提高成像分辨率。之后,用本文方法实现了超声透射成像实验,精确重构一维目标场景信息,验证了该方法的正确性与可行性。在数值仿真中,提出压缩互补测量方法来提高系统成像分辨率。之后在与相同阵列孔径的传统相控阵成像系统进行比较,本文系统拥有更高的成像分辨率。在30mm深度时,本文系统成像分辨率约为传统相控阵方法的12倍。
【关键词】：超声成像 压缩感知 辐射声场 稀疏场景 高分辨率
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1. 研究背景及意义9
• 1.2. 国内外研究进展9-12
• 1.2.1. 全聚焦法10
• 1.2.2. 合成孔径成像技术10-11
• 1.2.3. 基于频谱的波束形成技术11-12
• 1.2.4. 超声成像分辨率的限制12
• 1.3. 光学成像中提升成像分辨率的方法12-16
• 1.3.1. 超分辨鬼成像12-14
• 1.3.2. 单像素相机14-16
• 1.4. 压缩感知在雷达成像中的应用16-17
• 1.5. 本文主要工作17-19
• 第二章 超声声场理论19-33
• 2.1. 超声学基础19-20
• 2.2. 描述超声波声场的基本物理量20-22
• 2.2.1. 声速20-21
• 2.2.2. 声压21
• 2.2.3. 声强21-22
• 2.2.4. 声阻抗22
• 2.3. 超声换能器声场22-29
• 2.3.1. 基尔霍夫积分定理22-23
• 2.3.2. 圆形活塞换能器的辐射声场23-26
• 2.3.3. 声场指向性26-27
• 2.3.4. 阵列的指向性27-28
• 2.3.5. 线阵超声换能器的声场28-29
• 2.4. 超声换能器阵列的发射与接收29-31
• 2.4.1. 辐射声场的计算29-30
• 2.4.2. 散射声场的计算30-31
• 2.5. 本章小结31-33
• 第三章 压缩感知理论及其算法概述33-45
• 3.1. 压缩感知基本理论33-36
• 3.1.1. 信号的稀疏表示33-34
• 3.1.2. 测量矩阵的选取34-35
• 3.1.3. 信号的重构35-36
• 3.2. 重建算法36-41
• 3.2.1. OMP算法37-38
• 3.2.2.1L松弛算法38-39
• 3.2.3. TVAL3算法39-41
• 3.3. 重建算法的选择41-44
• 3.4. 本章小结44-45
• 第四章 基于压缩感知的超声成像系统45-63
• 4.1. 基于压缩感知的超声成像系统设计45-53
• 4.1.1. 开关调制45-48
• 4.1.2. 超声关联成像模型48-49
• 4.1.3. 基于压缩感知的超声成像模型49-52
• 4.1.4. 基于压缩感知的超声成像系统52-53
• 4.2. 超声透射成像实验53-60
• 4.2.1. 超声关联成像透射成像55-58
• 4.2.2. 基于压缩感知的超声透射成像58-60
• 4.3. 本文中方法与鬼成像的异同60-61
• 4.4. 本章小结61-63
• 第五章 仿真实验63-75
• 5.1. 仿真试验设计63-64
• 5.2. 全信息与幅值信息成像对比64-65
• 5.3. 采样次数对幅值信息成像质量的影响65-67
• 5.4. 噪声对成像质量的影响67
• 5.5. 开关调制矩阵稀疏度67-69
• 5.6. 互补压缩测量69-70
• 5.7. 分辨率测试70-73
• 5.7.1. 超声相控阵参数设置70-72
• 5.7.2. 超分辨成像72-73
• 5.8. 本章小结73-75
• 第六章 总结和展望75-77
• 6.1. 本文工作总结75
• 6.2. 本文工作展望75-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-85
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李攀;黄黎青;宋允东;;基于掩膜预处理的稀疏表示和压缩感知图像重建[J];电子测量技术;2015年08期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 俞文凯;压缩感知在超灵敏时间分辨成像光谱中的应用[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2015年

2 刘吉英;压缩感知理论及在成像中的应用[D];国防科学技术大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 彭华;CRH动车轮对超声相控阵全矩阵成像技术研究[D];西南交通大学;2014年

2 王雪磊;基于稀疏特征的高分辨声呐成像[D];西安电子科技大学;2014年

3 燕静波;基于压缩感知的DOA估计研究[D];西安电子科技大学;2013年

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本文编号：706454