[发明专利]基于图像块稀疏系数的快速光声成像图像重建方法

权利要求书

1.基于图像块稀疏系数的光声成像图像重建方法，其特征在于，通过计算图像块稀疏系数，对重建图像进行修正并迭代，结合Barzilai-Borwein梯度下降法，获得最终的重建光声图像，具体步骤为：

在光声成像中，光声成像的基本方程：

(1)

其中是位置处的声压，是成像组织的光吸收分布图，t是时间，I(t)是激光脉冲能量函数，c是生物组织中的声速，和分别是生物组织的等压膨胀系数和比热容；

使用格林函数对方程(1)进行求解，对于某采样点，有：

(2)

记采样点处实际采样得到的光声信号的积分与采样时间的乘积为：

(3)

将图像和采样信号积分分别离散化，并记成矢量形式；设重建图像的大小为，X、Y分别为图像的行数和列数，则重建图像的总像素为N=XY，即矢量化后的图像可记为长度为N的列矢量u；若采样点个数为Q，每个采样点的信号长度为M，则(3)式可写成：

(4)

其中，是第i个采样点的光声信号积分与采样时间的乘积矢量；是第i个采样点的采样矩阵，其计算步骤为：

(a) 先计算大小为的矩阵：

(5)

其中，是中的序号，是采样点的坐标，dx是图像相邻像素间的实际距离，dt是离散时间步长；

(b)将矩阵矢量化得到一个N维的列矢量，作为采样矩阵的第j个列矢量；j=1～M；

(c)计算M次后得到第i点的采样矩阵；

(d)重复步骤(a)~(c)，得到Q个采样矩阵，i=1～Q；将它们联立起来，得到总的采样矩阵A：

(6)

于是，式(5)归纳为：

(7)

其中f、A和u的大小分别为、和；

基于迭代的方法求出重建的光声图像u 。

2.根据权利要求1所述的基于图像块稀疏系数的光声成像图像重建方法，其特征在于，基于迭代的方法求出重建的光声图像u，具体步骤为：

(1) 输入原始重建图像，设置各参数的初始值；

(2) 设置阈值TH, 对数据和采样矩阵进行筛选；

(3) 根据上一次迭代得到的图像，按照基于块稀疏系数迭代算法计算新的重建图像；

(4) 更新迭代中使用的参数；

(5) 判断是否达到迭代结束条件，若未达到则返回步骤(3)；若达到就结束迭代，得到重建图像。

3.根据权利要求2所述的基于图像块稀疏系数的光声成像图像重建方法，其特征在于，其特征在于步骤(2)中，对于采样数据和采样矩阵进行离散余弦变换：

(8)

其中，f’是实际采样得到的光声信号的积分与采样时间的乘积矢量经过离散余弦变换之后得到的值，f是实际采样得到的光声信号的积分与采样时间的乘积矢量，D是离散余弦变换矩阵，A’是光声信号的采样矩阵经过离散余弦变换之后得到的矩阵，A是光声信号的采样矩阵；

设定一个阈值TH，取出f’中大于TH的值组成新矢量b，从A’中取出与之相对应的行，组成新的采样矩阵W。