[发明专利]一种基于Chirp码的正交稀疏字典设计方法在审
申请号: | 201811243842.4 | 申请日: | 2018-10-24 |
公开(公告)号: | CN109188409A | 公开(公告)日: | 2019-01-11 |
发明(设计)人: | 王平;孔露;罗汉武;李昉;李猛克;崔士刚;陈师宽;赵振东;刘斌;薛枫;杜婷婷;孔美娅;李锡涛;柳学功;杨飞;石轶哲;李佳琦;姜佳昕 | 申请(专利权)人: | 重庆大学;国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 |
主分类号: | G01S7/539 | 分类号: | G01S7/539;G01S15/89 |
代理公司: | 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 | 代理人: | 杨柳岸 |
地址: | 400044 重*** | 国省代码: | 重庆;50 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 原始信号 正交 稀疏 字典 超声成像 稀疏表示 系数向量 测量 矩阵 超声发射信号 超声回波信号 超声回波 超声系统 存储空间 低采样率 低维空间 高维空间 激励信号 加窗函数 矩阵形式 稀疏信号 硬件实现 重构算法 复杂度 最优化 求解 频域 重构 投影 并用 恢复 | ||
本发明涉及一种基于Chirp码的正交稀疏字典设计方法,属于超声成像技术领域;该方法包括:S1:在超声发射信号中采用经过加窗函数处理的Chirp码激励信号;S2:对接收到的超声回波信号进行处理,并用矩阵形式重新描述;S3:结合频域稀疏信号的稀疏表示,构造出用于超声回波稀疏表示的正交字典;S4:用测量矩阵对稀疏化的信号进行测量,将原始信号从高维空间向低维空间投影;S5:通过重构算法求解最优化问题,得到原始信号的系数向量;S6:利用系数向量恢复出原始信号,从而进行超声成像。本发明能够在较低采样率的情况下重构出高精度的原始信号,从而降低超声系统存储空间和硬件实现的复杂度。
技术领域
本发明属于超声成像技术领域,涉及一种基于Chirp码的正交稀疏字典设计方法。
背景技术
在超声成像过程中,会产生的大量回波数据,为数据的储存和传输带来很大的麻烦,增加了硬件实现的复杂度。2006年,由Candes和Donoho提出的压缩感知理论,正是针对高速数据采集与大数据存储而提出的一种解决办法,该理论表明如果信号本身具有稀疏性或在某个变换域上是稀疏的,则可以通过重构算法从少量采样数据中准确地恢复出原始信号。由于压缩感知首先要将待恢复信号变换到某一个稀疏域中,常见的重构算法是先重构出稀疏域中的稀疏表示系数进而恢复出原始信号。压缩感知理论测量的数据量远小于Nyquist采样定理获取的数据量,但不会明显影响原始信号的重建效果。在相同重构条件下,稀疏系数越稀疏,即用最少的系数来表示信号,则该稀疏字典的效果就越好。但是,在传统的基于稀疏表示的重建中,稀疏表示的过程并没有考虑数据的结构特征。所以常见的稀疏矩阵缺少针对性,特别是应用于超声回波这种具有重复叠加特性的信号时,信号不能很好地被稀疏表示,从而导致重构图像质量差。
当压缩感知采样的数据量占全采样数据量比例较小时,用重构算法恢复原始超声回波信号会带来较大误差。超声编码发射技术在不增加超声发射信号功率的前提下,可以实现超声发射信号能量的提高,能够有效提高超声回波信号的鲁棒性,抑制旁瓣,提高成像对比度。因此,为了在低采样率下得到较好的重构超声成像质量,本发明将编码技术与压缩感知理论相结合,提出了融合Chirp编码的压缩感知超声成像算法。但是由Chirp码信号的频谱易知,Chirp码回波信号在频域上是不稀疏的。
综上所述,现急需发明一种能够对超声回波信号进行稀疏表示的稀疏字典,并且在较低采样率下能以较高精度重构出原始信号,保证超声成像质量。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于Chirp码的正交稀疏字典设计方法,该正交稀疏字典能对超声信号进行很好的稀疏表示,有效克服传统稀疏字典对超声信号稀疏能力不足的缺陷,能在较低采样率下以极高的精度重构出原始信号,从而保证超声成像质量。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于Chirp码的正交稀疏字典设计方法,包括以下步骤:
S1:在超声发射信号中采用经过加窗函数处理的Chirp码激励信号,增加发射信号能量;
S2:对接收到的回波信号进行处理,并用矩阵形式重新描述;
S3:结合频域稀疏信号的稀疏表示,构造出用于超声回波稀疏表示的正交字典;
S4:用测量矩阵对稀疏化的信号进行测量,将原始信号从高维空间向低维空间投影;
S5:通过重构算法求解最优化问题,得到原始信号的系数向量;
S6:利用系数向量恢复出原始信号,从而进行超声成像。
进一步,在步骤S1中,所述窗函数w(k)表示为:
其中,K为所加窗函数宽度,k为第k个加窗函数处理位置;经过窗函数w(k)处理之后的Chirp信号作为超声发射信号。
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