互相关自适应加权的医学超声成像算法研究

根据超声成像系统的超声回波信号互相关性,提出互相关自适应加权超声成像算法.该算法根据散射点回波信号之间的空间相关性设置加权系数,对不同位置的散射点进行自适应加权成像,从而降低了成像系统的旁瓣,抑制了相关性较差的噪声.通过Field II仿真的点目标和吸声斑目标处理结果表明该方法成像的横向和纵向分辨率高,成像速度快.相对于延时叠加(DAS)算法,该算法对散射点成像可提高对比度16 dB,对于吸声斑成像可提高对比度0.85 dB.最后采用完备数据集进行实验,结果表明该算法成像分辨率优于DAS算法,对比度提高了17 dB.     

特征空间和符号相干系数融合的最小方差超声波束形成

为了提高医学超声成像的空间分辨率,提出一种融合了特征空间最小方差与符号相干系数的波束形成方法。首先利用最小方差法计算回波数据的协方差矩阵和加权向量;然后对协方差矩阵进行特征分解得到信号子空间,并将加权向量投影到该空间上;最后计算符号相干系数,用于优化特征空间法得到的回波信号,最终获得超声成像数据。为验证算法的有效性,对医学超声成像中常用的点目标、斑目标进行仿真,对点目标仿体和人体颈动脉组织进行超声成像实验。结果表明:所提出的方法在分辨率、对比度以及稳健性等方面都优于传统的延时叠加算法、最小方差算法、特征空间最小方差法以及特征空间与相干系数融合的方法。     

特征空间最小方差波束形成与相关系数特征值加权相融合的超声成像算法

为了进一步提高超声成像的质量,提出一种信号特征空间的最小方差波束形成与相关系数特征值加权相融合的超声成像算法。利用超声回波信号具有一定的相关性,而相关系数空间最大特征值可以反映回波信号相关性较强的性质,将该特征值作为自适应加权系数对信号特征空间最小方差波束形成(EIBMV)的结果进行加权成像,得到高质量的成像结果。通过对散射点目标和斑目标的Field II仿真,结果表明该算法相对于EIBMV算法,亮斑对比度提高了4.22 dB,暗斑对比度提高了1.88 dB,并且进一步提高了横向分辨率。      

特征空间和符号相干系数融合的最小方差超声波束形成

为了提高医学超声成像的空间分辨率,提出一种融合了特征空间最小方差与符号相干系数的波束形成方法。首先利用最小方差法计算回波数据的协方差矩阵和加权向量;然后对协方差矩阵进行特征分解得到信号子空间,并将加权向量投影到该空间上;最后计算符号相干系数,用于优化特征空间法得到的回波信号,最终获得超声成像数据。为验证算法的有效性,对医学超声成像中常用的点目标、斑目标进行仿真,对点目标仿体和人体颈动脉组织进行超声成像实验。结果表明:所提出的方法在分辨率、对比度以及稳健性等方面都优于传统的延时叠加算法、最小方差算法、特征空间最小方差法以及特征空间与相干系数融合的方法。      

子阵列差分系数加权的超声成像算法

传统的自适应加权系数可以有效改善超声图像的分辨率和对比度,但会影响背景图像的散斑特性,因此提出子阵列差分加权系数(SDF)以提升图像质量。该系数适用于传统线扫描超声成像,首先对阵列接收到的回波信号采用子阵列平滑的方式计算均值,得到信号中高相干性成份的强度,再用差分的方式反映相邻阵元回波信号之间的差异性,最后对延时叠加(DAS)成像结果进行加权成像。仿真和实验结果表明SDF (L=8)加权算法相对于传统的DAS成像算法,可以有效改善分辨率和对比度,其中仿真数据的对比度提高了62.9%,体模实验数据的对比度提高了74.7%。相对于相干系数(CF)、广义相干系数(GCF)和信号均值标准差系数(SMSF),SDF可以改善背景组织的成像质量,其中仿真图像的散斑信噪比(SSNR)分别提高了36.8%,5.7%和26.2%,体模实验图像的SSNR分别提高了48.6%,17.0%和20.9%。可见SDF系数可以有效改善超声成像的质量。      

基于空间广义相干系数加权的医学合成孔径超声成像

为解决广义相干系数用于合成孔径成像中所存在的运算量大,图像对比度改善有限等问题,提出空间广义相干系数加权成像方法。该算法根据单个孔径成像结果之间的相干性来计算相干系数,通过加权空间合成进行成像。采用对FieldⅡ仿真点目标和吸声斑目标的数据进行成像表明,算法不仅使运算量减少N(N为阵元数)倍,而且相对于传统的广义相干系数算法,算法对散射点成像可提高信噪比7 dB,对于吸声斑成像可提高对比度3.2 dB。可见算法可以有效地提高成像速度和成像质量。      

脉冲压缩与互相关联合的合成孔径声呐回波时延补偿

针对合成孔径声呐中阵元相位不一致导致互相关时延补偿算法对成像质量提升效果有限的问题,提出了一种脉冲压缩与互相关联合的回波时延补偿算法.该算法利用脉冲压缩回波的互相关对原始回波相位畸变进行校正,实现粗补偿;联合脉冲压缩与偏移相位中心算法实现精细时延补偿,对不同合成孔径位置各阵元回波时延差实现了较为准确的估计,增强了成像效果。试验数据经该算法处理后,回波时延得到较为精确的补偿,地貌成像结果的亮度、对比度等统计特性得到不同程度的提高,且纹理细节增多;典型线缆目标的成像聚焦加深,成像长度误差约由5%减小为0.8%。试验结果显示,该算法对互相关时延补偿方法改进效果明显,验证了算法的可行性、有效性。      

相干场成像全相位目标直接重构法

回波信号处理和目标重构算法是相干场成像中的核心数据处理技术, 直接影响系统的成像质量. 基于全相位谱分析理论, 提出一种新的系统融合处理算法, 对接收端回波信号直接提取全相位谱相位及幅值信息实现目标图像重构, 能够有效抑制各种因素带来的频率误差. 经室外实验系统验证, 成像能力大大优于传统重构算法, 重构目标分辨率接近理论极限值.     

一种广义旁瓣相消的超声成像算法

针对最小方差和相干系数结合算法在超声成像对比度、分辨率和对噪声的鲁棒性方面存在的不足, 提出一种广义旁瓣相消的成像算法. 首先基于最小方差准则, 构造广义旁瓣相消器, 获得自适应与非自适应两部分加权向量, 然后根据接收信号的协方差矩阵构建特征阈值信号子空间, 并将获得的加权向量投影到此特征信号子空间的左奇异矢量空间中, 获得新的加权矢量. 通过Field II点目标和吸声斑仿真结果表明: 该方法获得的超声图像在对比度、分辨率和对噪声的鲁棒性上均优于传统延时叠加算法及最小方差和相干系数结合算法, 同时将广义旁瓣相消算法获得的加权向量与符号相干系数结合, 还能进一步提高超声图像质量. 最后通过geabr_0实验数据进行测试, 结果表明: 提出算法的分辨率和对比度及对噪声的鲁棒性上均优于传统延时叠加算法及最小方差和相干系数结合算法.     

超声平面波经颅成像相位校正方法*

超声平面波经颅成像时,由于颅骨对超声传播的影响引起图像质量下降,需要对颅骨造成的超声相位畸变进行校正。为此,该文研究了两种相位补偿方法:基于近似射线声学的理论方法和基于时间反转的数值计算方法,并利用数值仿真对比了两种方法的补偿和成像效果。结果表明:无论使用近似射线法还是时间反转法,都能够有效地校正因颅骨造成的相位畸变;时间反转法成像的精度和结果要好于近似射线法,但所需的计算资源和时间都要远远大于近似射线法;两种方法与平面波相干复合方法结合都能够一定程度上提高成像的对比度和分辨率。该研究结果为超声经颅脑成像方法研究和设备研发提供了理论指导和技术支持。     

信噪比后滤波与特征空间融合的最小方差超声成像算法

为了提高超声成像空间分辨率和对比度,提出了一种信噪比后滤波与特征空间融合的最小方差波束形成算法。首先,利用信号子空间划分将最小方差算法得到的权矢量投影到信号子空间中提高成像对比度,然后基于信号相干性设计滤波系数,并引入基于信噪比的噪声加权系数,最终得到融合信噪比后滤波与特征空间的最小方差算法。为验证本算法的有效性,使用FieldⅡ对点目标和吸声斑目标进行了仿真实验验证,并采用密歇根大学geabr_0实验数据进行成像。实验结果表明:所提算法在对比度和分辨率上均有所提高,明显优于传统延时叠加算法,最小方差算法和ESBMV_wiener算法,且对噪声具有较强鲁棒性。      

次方样本熵自适应加权的超声合成孔径成像算法

利用相位相干系数(PCF)和广义相干系数(GCF)对波束形成后的结果进行加权,能有效提高超声成像的质量,但存在背景组织亮度降低,对比度不高,以及远处目标成像强度降低等问题。本文提出一种基于次方样本熵的合成孔径成像算法,将单个孔径发射时的低质量成像结果作为元素,根据孔径位置排列,构成空间向量。根据不同成像点对应的空间向量的随机性不同,计算每个点的空间向量的次方样本熵,并将该熵值作为权系数进行加权成像。采用FieldⅡ仿真数据成像结果表明,相比于传统的DAS算法,次方样本熵方法能够提高成像的分辨率和对比度;相比于PCF和GCF算法,次方样本熵方法能够在不损失组织背景强度的情况下,进一步改善了成像质量。      

最小方差波束形成与广义相干系数融合的医学超声成像方法

为了在医学超声成像过程中提高分辨率并修正由生物组织的声速不均匀性引入的聚焦误差,提出了将最小波束形成与广义相干系数融合的高分辨率成像方法.首先对阵元数据进行延时聚焦处理,得到了聚焦后的多通道数据;然后对多通道数据进行最小方差波束形成,同时把阵元数据变换到波束域,计算广义相干系数;最后利用广义相干系数加权最小波束形成的结...     

改进的最小方差算法在超声成像中的应用

为了提高最小方差超声成像算法的分辨率、对比度以及对噪声的鲁棒性,提出一种改进的最小方差成像算法。该方法首先基于回波信号中期望信号与噪声信号的可分离性将信号划分为期望信号和噪声信号,然后根据最小方差原理,求出加权向量使期望信号功率最小,同时,为了增加算法对噪声的鲁棒性,对信号方向向量增加一对约束条件,进一步提高图像质量。在全发全收和合成孔径模式下对点目标和吸声斑进行仿真,结果表明所提算法在全发全收模式下,-6 dB处分辨率在最小方差基础上提高了1倍左右,在合成孔径模式下,对比度在特征空间最小方差算法基础上提高了8 dB,且远优于传统延时叠加算法。最后通过实验进一步表明改进的最小方差算法图像在分辨率、对比度及对噪声的鲁棒性等方面表现更优,可以有效的改善超声图像的质量。      

太赫兹逆合成孔径雷达相位误差分析和补偿方法

通过对太赫兹逆合成孔径雷达(THz-ISAR)成像原理进行分析,构造目标回波距离维相位误差的多项式表示形式,提出了基于启发式最小熵搜索的二次相位误差校正方法和基于距离维自聚焦的三次及三次以上相位误差校正方法,校正了THz-ISAR回波信号距离维的相位误差,进而消除THz-ISAR一维距离像和二维成像结果中的散焦和展宽现象。理论分析和仿真实验结果都表明该方法能够有效补偿目标回波距离维相位误差,提高一维距离像和二维成像的聚焦效果。     

部分相干光的X射线同轴伽柏全息理论

用光的部分相干理论研究Ｘ射线同轴伽柏全息成像。得到成像的分辨率。对比度与入射光的部分相干速度的关系,横向和纵向的分辨,对比度均随相干性下降而下降。给出空间相干长度所必须满足的一个条件以得到较高质量成像。     

人体组织相位畸变模型仿真研究

为研究医学超声成像中的相位畸变模型,通过Westervelt方程的时域有限差分方法,仿真比较了近场相位屏模型、全局声速误差模型以及分层介质模型在聚焦发射过程和回波信号接收过程的特点,并参考理想均匀介质与人体非均匀介质的结果,发现几种相位畸变模型都难以准确模拟人体腹壁对发射声场的影响,同时近场相位屏模型相对其他两种模型虽然能够较好地描述出非均匀组织的相位畸变特点,但无法表现出全局声速误差模型及分层介质模型中相位误差跟随目标方位变化的关系。     

样品散射对频域光学相干层析成像光谱形状和深度分辨率的影响

研究了样品散射性质对频域光学相干层析成像干涉谱信号和深度分辨率的影响。理论分析和模拟结果表明:样品散射使干涉谱信号的强度分布发生改变且向长波方向偏移,进而降低了成像的深度分辨率;样品的散射系数越大、深度越深,偏移越严重,深度分辨率降低越多;使用相应的校正函数可以提高深度分辨率。     

相位环形统计矢量对提高全聚焦成像质量的影响

为进一步提高超声全聚焦的成像质量,提出一种基于相位环形统计矢量的全聚焦成像方法。首先,在全聚焦实施过程中提取全矩阵数据中信号的相位信息。然后,将同一聚焦像素点的相位视作环形分布的统计样本,通过饱和状态加权统计构建由幅值和相位分布共同决定的相位环形统计矢量。最后,将相位环形统计矢量的模等效为全聚焦图像的幅值。结果表明,该成像算法既能够通过放大相位分布对信号幅值的贡献提高信噪比,又能够通过减小声束宽度有效提高横向分辨率。相比于相位相干加权算法SCF和CCF,基于相位环形统计矢量的算法对相位偏差的容忍度更高。      

基于涡旋光场水下激光雷达空间滤波技术研究北大核心CSCD

基于水下激光雷达目标回波和多次散射杂波空间相干性的差异,利用涡旋光场形成的特点,使用螺旋相位板附加环状掩膜板形成空间滤波装置,将目标反射信号与多次散射信号进行空间分离。由于目标反射信号具有良好的空间相干性,经过螺旋相位板后会形成涡旋光,而散射杂波由于其空间相干性被多次散射破坏,会按照散射规律呈现类高斯的中间强边缘弱的分布。利用环状掩膜板只容许涡旋光通过,到达探测器,从而降低了散射对测距的影响。上述空间滤波装置应用于载波调制相位测距及脉冲测距水下激光雷达系统中,均可以大幅提高浑浊水体中目标的测距精度。