[发明专利]一种用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法

权利要求书

1.一种用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)测量光声信号；

(2)通过数据直方图来描述光声信号的幅度包络，统计光声信号幅度的概率密度函数；

(3)采用Nakagami分布逼近概率密度函数，得到Nakagami分布的最优参数；

(4)将光声信号分成连续的若干帧，利用步骤(2)和(3)的方法计算每一帧的Nakagami分布最优参数；

(5)改变超声换能器的位置，并重复步骤(1)～(4)，得到不同位置采集到的光声信号对应的形状参数的时间序列；

(6)将Nakagami分布的最优形状参数时间序列作为成像参数，采用延迟求和算法，计算样品中坐标为r的微观随机结构所对应的Nakagami分布的形状参数的平均值，从而获得样品的光声图像S(r)；

(7)通过光声图像S(r)的对比度定征微观随机结构数量密度。

2.根据权利要求1所述的用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：利用脉冲激光器产生的脉冲激光照射样品，样品吸收脉冲激光的能量并产生超声波；位于i位置处的超声换能器接收到超声波，经过电路系统进行放大和采样后存储于计算机内，将存储的信号记为光声信号p(t,r_i)，r_i表示i位置的超声换能器的坐标，i＝1,2,3,…,I，t表示发生时间。

3.根据权利要求1所述的用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：首先，对光声信号p(t,r_i)作希尔伯特变换得到P(t,r_i)＝|H[p(t,r_i)]|，H表示希尔伯特变换；然后，对P(t,r_i)进行直方图统计分析，计算光声信号幅度R的概率密度函数F(R)。

4.根据权利要求1所述的用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为：采用Nakagami分布f(R；m,Ω)逼近概率密度函数F(R)，f(R；m,Ω)为：

其中：Γ(·)和U(·)分别代表Gamma函数和单位阶跃函数，m和Ω是Nakagami分布的两个待定参数，形状参数m决定Nakagami分布的形状，幅度参数Ω决定Nakagami分布的幅度；

搜索m和Ω，使得f(R；m,Ω)在最小二乘准则下最佳拟合F(R)，即满足下式：

||f(R；m,Ω)-F(R)||→min

此时，m和Ω即为最优的形状参数m和幅度参数Ω。

5.根据权利要求1所述的用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：将光声信号p(t,r_i)分成连续的若干帧，第j帧记为p(t_j,r_i)，T为相邻两帧的时间间隔，W为每帧的时间窗口宽度，t_j为第j帧的发生时间；采用步骤(2)和(3)的方法计算第j帧最优的形状参数m(jT,r_i)和幅度参数Ω(jT,r_i)，从而得到r_i位置采集到的光声信号对应的形状参数时间序列。

6.根据权利要求1所述的用于定征微观随机结构数量密度的光声Nakagami统计分析方法，其特征在于：所述步骤(6)中，样品的光声图像S(r)：

其中：round(·)表示四舍五入后取整，c表示声速。