[发明专利]基于压缩感知的微波热声成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：它包括微波发生器(1)、波导(2)、微波掩膜(3)、、伺服电机及驱动器(5)、支架(6)、样品池(7)、单阵元超声探测器(8)、计算机(9)和热声信号采集电路(10)，

在样品池(7)的正上方设置有微波掩膜(3)，热声信号采集电路(10)的测量矩阵输出端与微波掩膜(3)的输入端相连，热声信号采集电路(10)的微波控制输出端与微波发生器(1)的控制端相连，微波发生器(1)输出的脉冲微波经过波导(2)发射至微波掩膜(3)表面，并透过该微波掩膜(3)照射在样品池(7)内，

两个单阵元超声探测器(8)镜像设置在样品池内左右两侧，所述两个单阵元超声探测器(8)通过支架(6)和伺服电机及驱动器(5)的动力输出端固定连接，所述伺服电机及驱动器(5)能够通过支架(6)控制所述单阵元超声探测器(8)的阵元面的旋转角度每个单阵元超声探测器(8)的回波信号输出端与热声信号采集电路(10)的热声信号输入端相连，热声信号采集电路(10)将处理过的回波数据输出给计算机(9)，由计算机(9)基于压缩感知算法完成对回波数据进行图像重建，并将单阵元超声探测器(8)不同角度观测到的图像进行融合处理，获取待测样品(4)的微波热声图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：热声信号采集电路(10)包括主控电路(101)、TGC放大电路(102)、预滤波电路(103)、A/D采样电路(104)、数据采集电路(105)和USB数据传输电路(106)，主控电路(101)内置FPGA，主控电路(101)内置的FPGA控制微波掩膜(3)产生压缩感知重建算法的测量矩阵，主控电路(101)内置的FPGA控制触发微波发生器(1)产生脉冲微波，主控电路(101)的串行数据控制端与USB数据传输电路(106)的串行数据控制端相连，主控电路(101)的数据采集信号控制端与数据采集电路(105)的信号控制端相连，主控电路(101)的A/D采样信号控制端与A/D采样电路(104)的信号控制端相连，主控电路(101)的放大信号控制端与TGC放大电路(102)的信号控制端相连，

TGC放大电路(102)接收两个单阵元超声探测器(8)观测的热声信号，TGC放大电路(102)的输出端与预滤波电路(103)的输入端相连，预滤波电路(103)的输出端与A/D采样电路(104)的输入端相连，A/D采样电路(104)的输出端与数据采集电路(105)的输入端相连，数据采集电路(105)的输出端与USB数据传输电路(106)的输入端相连，USB数据传输电路(106)的输出端与计算机(9)的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：微波发生器(1)采用频率为1.2GHz，脉冲宽度为0.5μs，重复频率为40Hz的微波发生器。

4.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：微波掩膜(3)采用数字微镜元件DMD。

5.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：主控电路(101)内置的FPGA选用ALTERA公司的EP2C8F256。

6.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：TGC放大电路(102)采用ADI公司的AD8332。

7.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：A/D采样电路(104)采用TI公司的ADS5270。

8.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：数据采集电路(105)中FPGA选用ALTERA公司的EP2C35F672。

9.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置，其特征在于：USB数据传输电路(106)中USB芯片选用Cypress公司的EZ-USB FX2LP。

10.基于权利要求2所述的一种基于压缩感知的微波热声成像装置的微波热声成像方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、将待测样品(4)放置在样品池(7)内的中心位置，主控电路(101)内置的FPGA发射脉冲信号触发微波发生器(1)，同时控制微波掩膜(3)产生随机矩阵，微波发生器(1)产生脉冲微波，脉冲微波经波导(2)、微波掩膜(3)后照射到待测样品(4)上，产生热声信号；

步骤二、伺服电机及驱动器(5)通过支架(6)调整两个单阵元超声探测器(8)的观测角度，使两个单阵元超声探测器(8)的阵元面的中心与待测样品(4)的中心在一条直线上，且所述单阵元超声探测器(8)的阵元面对准待测样品(4)的水平切面，利用热声信号采集电路(10)对热声信号进行同步采集；

主控电路(101)激励微波发生器(1)开始工作的同时产生扫查时序控制信号，控制数据采集电路(105)和热声信号采集电路(10)中的其它电路协调工作，TGC放大电路(102)将单阵元超声探测器(8)观测的热声信号通过TGC放大器来补偿随传播距离增大而逐渐衰减的回波信号，放大后的信号通过预滤波电路(103)滤波，然后通过A/D采样电路(104)转换为数字回波信号；数据采集电路(105)接收数字回波数据；

步骤三、数据采集电路(105)采用FPGA实现对双通道A/D转换器回波数据的缓存，通过USB数据传输电路(106)将回波数据输出到计算机(9)内存中；

步骤四、计算机(9)对两个单阵元超声探测器(8)接收到的回波数据基于压缩感知算法进行图像重建，然后将不同角度观测到的图像进行融合处理，获取待测样品(4)的热声图像。