利用回波相干性的医学超声成像相位畸变校正方法

为了提高相位畸变条件下的医学超声成像的横向分辨率和对比度,提出了一种利用回波信号相干性的校正方法。首先给出平均相干系数的概念,并将其作为相位误差校正的度量,然后通过最大化平均相干系数逐步校正各个通道的延时误差,最后再利用经过校正的数据计算出一组新的相干系数并对回波信号进行加权优化,从而得到最终用于成像的数据。对点散射目标及斑散射目标的仿真结果分别显示,利用所提出的方法横向分辨率提高了约0.24 mm,对比度提高了约18 dB,且要优于邻近阵元互相关方法和相干系数直接加权的处理方法。利用回波相干性的相位畸变校正方法结合了相位误差校正和加权处理的优点,可以有效地改善医学超声成像的质量。     

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。     

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。     

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。     

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。     

焊缝散射对板中超声水平剪切导波直线合成孔径阵列成像的影响

为探讨焊缝散射与板中超声导波阵列成像之间的关系,提出了将散射渡越时间矩阵作为分析工具用来开展焊缝散射对板中超声水平剪切(Shear horizontal,SH)导波直线合成孔径阵列成像影响的研究。运用散射因子和散射渡越时间矩阵描述焊缝散射,结合分析超声SH导波直线阵列信号所特有的圆锥曲线特征和合成孔径成像算法,从导波阵列信号和阵列成像机理出发,重点研究了焊缝散射因子和散射渡越时间矩阵在阵列成像中的作用。结果显示,焊缝散射易造成同一成像散射体反射声波的阵列信号形成"多峰",焊缝散射因子随之同步变大,散射渡越时间矩阵的秩随之成倍数关系增大,导致导波图像相应出现对应倍数的"条带"伪像,图像椭圆簇轨迹特征复杂化,特别是图像背景噪声增幅可达50%,图像信噪比减小幅度可达10%。成像实验验证了理论分析的有效性,表明散射渡越时间矩阵是研究焊缝散射对超声导波阵列成像影响规律的有力工具,该影响规律的揭示可为深入开展焊接板结构超声导波阵列图像处理和图像识别提供基础。     

相位加权的矢量全聚焦超声阵列成像方法研究

常规矢量全聚焦成像仅利用检测信号的幅值信息,其成像质量受噪声、栅瓣和旁瓣等的影响大。综合利用检测信号的幅值和相位信息,本文提出两种相位加权的矢量全聚焦成像方法。首先,对全矩阵数据的相位信息进行分析,提取出两种相位特征参数:相位一致因子(Phase Coherence Factor:PCF)和极性一致因子(Sign Coherence Factor:SCF);然后,将全阵列划分为若干子阵列,分别利用两种相位特征参数对各个子阵列的成像幅值进行加权,求取加权幅值特征向量;最后,对所有子阵列的加权特征向量进行合成,得到两种加权的矢量全聚焦成像,并从中提取出裂纹方向及尺寸等特征信息。将三种矢量全聚焦成像方法应用于不同缺陷检测仿真及实验验证,结果表明,3种方法均可以实现缺陷方向识别与长度定量测量;但相位加权矢量全聚焦成像效果明显优于常规矢量全聚焦成像结果,其成像信噪比及分辨率更高,缺陷角度及长度测量结果更准确。本文研究工作为缺陷无损评价提供了可行的技术手段。     

基于太赫兹电磁波的火灾主动成像系统

基于太赫兹(THz)电磁波的火灾主动成像系统,由非相干阵列式太赫兹照明器和太赫兹相机组成。在模拟火灾环境下,将太赫兹火灾成像系统与传统的近红外有源成像系统进行了比较。结果表明:无论有无烟雾,太赫兹火灾成像系统均能获得目标物体的清晰图像;而传统近红外有源成像系统目标物体图像的对比度随着烟雾密度的增加而逐渐降低。     

基于面阵单光子探测器的激光三维成像

单光子探测器具有光子能量水平响应灵敏度、纳秒级别时间分辨率,将极大提升激光雷达探测距离、成像效率等性能,在遥感领域具有广泛应用前景。本文基于盖革雪崩光电二极管(APD)阵列的面阵单光子探测器,搭建了激光三维成像实验装置,通过有效提取激光回波信号,实现了室外300米目标三维成像。     

ISAR快速目标步进频率合成及补偿成像

针对快速运动的空间目标提出了1种逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像的精确回波信号模型和1种快速目标ISAR步进频率合成及补偿成像算法。精确回波信号模型充分考虑到雷达脉冲发射、传播和接收过程中目标的运动,本文算法解决了精确回波信号模型下的新问题,可以对大时宽带宽积(TBP)的步进频率信号完成快速运动目标的高分辨ISAR成像处理,得到高分辨的聚焦结果。仿真实验验证了所提出算法的有效性。