[发明专利]一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法

权利要求书

1.一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，通过线阵换能器对多层不规则的待成像介质进行声速反演并成像得到成像结果，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，将所述待成像介质放置在两个平行设置的所述线阵换能器的中间，所述线阵换能器中阵元依次对所述待成像介质发射超声脉冲信号，两个所述线阵换能器以全矩阵的形式接收对应的超声脉冲回波信号作为全矩阵超声信号；

步骤S2，利用预定的第一到达波传播时间获取算法从所述全矩阵超声信号中，获取第一到达波的传播时间；

步骤S3，利用预定的反演算法以及预定的射线追踪方法，根据所述传播时间获取声速分布模型；

步骤S4，基于所述声速分布模型以及所述全矩阵超声信号，利用傅里叶域全矩阵合成孔径重建算法进行图像重建从而得到所述待成像介质在两个所述线阵换能器所在方向的重建图像；

步骤S5，对所述重建图像进行融合得到融合后图像，将该融合后图像作为所述成像结果。

2.根据权利要求1所述的基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，其特征在于：

其中，所述反演算法为走时反演算法，该走时反演算法包含吉洪诺夫正则化以及全变差混合正则化。

3.根据权利要求2所述的基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，其特征在于：

其中，所述步骤S3包括如下子步骤：

步骤S3-1，设定初始慢度S⁰；

步骤S3-2，将所述初始慢度S⁰带入程函方程：

式中，为第n次迭代过程中，所述线阵换能器内第i个发射阵元发射的信号到(x，y)位置处，进而第j个所述线阵换能器内接收阵元的接收时间，N为换能器阵元数，Ω为待成像平面空间，进而利用快速行进算法求解程函方程从而得到所述接收时间

步骤S3-3，根据所述接收时间利用所述射线追踪方法建立声波路径Jⁿ(Sⁿ)；

步骤S3-4，设定辅助变量m，并根据所述声波路径Jⁿ(Sⁿ)，所述走时反演算法建立损失函数E(Sⁿ，m)：

式中，T_obs为所述传播时间，||m||_TV为所述全变差混合正则化，Γ(Sⁿ-m)为所述吉洪诺夫正则化，σ、ε、ξ为正则化参量；

步骤S3-5，利用共轭梯度算法求解所述损失函数E(Sⁿ，m)，从而得到慢度Sⁿ⁺¹，其中，共轭梯度算法的搜索方向ρ_n为：

ρ_n＝-g_n+β_nρ_n-1

式中，当n＝0时，g_n-1＝0、ρ_n-1＝0；

步骤S3-6，判断所述慢度Sⁿ⁺¹是否满足损失函数E(Sⁿ⁺¹，m)＜δ(δ为预期误差)，判断为是时，将所述慢度Sⁿ⁺¹作为最优解进入步骤是S3-7，判断为否时，将所述慢度Sⁿ⁺¹作为新的S，进行下一轮迭代，进入步骤S3-2；

步骤S3-7，将所述最优解的倒数作为所述声速分布模型。

4.根据权利要求1所述的基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，其特征在于：

其中，所述第一到达波传播时间获取算法为赤池信息量准则算法。

5.根据权利要求1所述的基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，其特征在于：

其中，所述声速分布模型为软组织-皮质骨-软组织-皮质骨-软组织五层介质模型。