[发明专利]超声相控阵远场超分辨率成像方法、装置、存储介质和系统

说明书

本发明公开了一种超声相控阵远场超分辨率成像方法、装置、存储介质和系统，该成像方法包括：采集和存储超声阵列数据；对超声阵列数据中的超声回波信号进行时域处理，提取携带目标信息的散射信号；对散射信号进行频域处理，得到子空间矩阵；利用子空间矩阵生成成像函数，得到超声图像。其解决了现有的超声成像系统的成像分辨率受声波衍射限制导致的相控阵远场的超声波图像无法区分相邻两目标之间的距离小于波长的目标成像问题，从而实现了超声相控阵远场区域超分辨率成像的目的，得到高质量的超声图像，具有广泛的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及超声波成像领域，特别地，涉及一种超声相控阵远场超分辨率成像方法、装置、存储介质和系统。

背景技术

利用超声相控阵获取超声图像在工业和医学领域应用广泛，相比较采用单阵元超声探头的检测方法，该方法具有检测效率高、灵活性强、检测区域大、检测结果可视化的优势。在超声相控阵成像系统中，通常先获取超声阵列数据，然后对其进行后处理，利用不同成像方法得到不同质量的超声图像。现有技术中，基于延迟和叠加原理的波束形成技术是常用的超声成像方法，但是该方法得到的超声图像分辨率受到声波衍射的限制，即利用波束形成技术对两个相邻点目标成像，当相邻两个点目标之间的距离小于波长时，根据波束形成技术得到的超声图像无法区分这两个相邻点目标，因此，利用波束形成技术得到的超声图像无法反映被测目标的亚波长细节信息。

已有研究表明，当超声波在被测结构中传播，遇到目标发生散射时，产生的散射波由渐逝波和传播波组成，渐逝波携带了与目标亚波长结构相关的信息，存在于目标的近场区域。已有的方法是在目标近场区域布置传感器，通过测量渐逝波，进而提取其所携带的目标亚波长结构信息，实现目标近场区域的超分辨率成像。但是，在无损检测领域，目标通常位于超声相控阵传感器的远场区域，此时，渐逝波随传播距离消失，无法被传感器接收，进而难以提取目标亚波长结构信息来实现超分辨率成像。

发明内容

本发明提供了一种超声相控阵远场超分辨率成像方法、装置、存储介质和系统，以解决现有技术无法获取位于超声相控阵远场目标的超分辨率图像的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种超声相控阵远场超分辨率成像方法，其包括：

采集和存储超声阵列数据；

对超声阵列数据中的超声回波信号进行时域处理，提取携带目标信息的散射信号；

对散射信号进行频域处理，得到子空间矩阵；

利用子空间矩阵生成成像函数，得到超声图像。

进一步地，采集和存储超声阵列数据包括：

通过半矩阵采集方法获取超声阵列数据，减少数据的冗余，节省存储空间。

进一步地，半矩阵采集方法包括：

发射阵元i发出超声信号并在试块的内部传播；

接收阵元j接收超声信号，判断i和j的大小关系，如果满足i≤j，则存储超声回波信号s_ij(t)，反之，则不存储超声回波信号；

发射阵元递增并循环执行上述步骤；其中，对于一个包含N个阵元的线性阵列，得到N(N+1)/2个超声回波信号。

进一步地，对超声阵列数据中的超声回波信号进行时域处理包括：

对超声阵列数据中的每一个超声回波信号s_ij(t)施加矩形窗函数h_ij(t)，获取超声纵波信号s′_ij(t)作为散射信号。

进一步地，对散射信号进行频域处理，得到子空间矩阵包括：