本文關(guān)鍵詞：基于壓縮感知的超聲成像系統(tǒng)初探

  更多相關(guān)文章： 超聲成像 壓縮感知 輻射聲場 稀疏場景 高分辨率

【摘要】：超聲波因其能量集中、指向性好、非電離輻射、經(jīng)濟、安全等特點,被廣泛運用于工業(yè)探傷、水下探測及醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。隨著時代的發(fā)展,人們對成像分辨率的要求也越來越高。但是在傳統(tǒng)的超聲成像體系中,其分辨率取決于發(fā)射陣列孔徑。即有效孔徑越大,其成像的分辨率就越高。但是在實際情況中,陣列孔徑不可能無限大,孔徑的增加不僅會對制造工藝提出更高的要求,會使得應用場景受到限制,同時還會產(chǎn)生更多的信號通道對數(shù)據(jù)處理帶來極大壓力。本文提出一種基于壓縮感知的超聲成像方法,在欠采樣的基礎上重建目標的分辨率遠高于傳統(tǒng)超聲相控陣成像系統(tǒng)。對于空域稀疏的目標場景,該方法結(jié)合壓縮感知理論,以輻射/散射聲場計算模型以及點散射體模型為先驗知識,能夠?qū)⒊上駟栴}轉(zhuǎn)化為目標場景的重構(gòu)問題,從而提高成像分辨率。之后,用本文方法實現(xiàn)了超聲透射成像實驗,精確重構(gòu)一維目標場景信息,驗證了該方法的正確性與可行性。在數(shù)值仿真中,提出壓縮互補測量方法來提高系統(tǒng)成像分辨率。之后在與相同陣列孔徑的傳統(tǒng)相控陣成像系統(tǒng)進行比較,本文系統(tǒng)擁有更高的成像分辨率。在30mm深度時,本文系統(tǒng)成像分辨率約為傳統(tǒng)相控陣方法的12倍。
【關(guān)鍵詞】：超聲成像 壓縮感知 輻射聲場 稀疏場景 高分辨率
【學位授予單位】：中國科學院國家空間科學中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TB559
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1. 研究背景及意義9
• 1.2. 國內(nèi)外研究進展9-12
• 1.2.1. 全聚焦法10
• 1.2.2. 合成孔徑成像技術(shù)10-11
• 1.2.3. 基于頻譜的波束形成技術(shù)11-12
• 1.2.4. 超聲成像分辨率的限制12
• 1.3. 光學成像中提升成像分辨率的方法12-16
• 1.3.1. 超分辨鬼成像12-14
• 1.3.2. 單像素相機14-16
• 1.4. 壓縮感知在雷達成像中的應用16-17
• 1.5. 本文主要工作17-19
• 第二章 超聲聲場理論19-33
• 2.1. 超聲學基礎19-20
• 2.2. 描述超聲波聲場的基本物理量20-22
• 2.2.1. 聲速20-21
• 2.2.2. 聲壓21
• 2.2.3. 聲強21-22
• 2.2.4. 聲阻抗22
• 2.3. 超聲換能器聲場22-29
• 2.3.1. 基爾霍夫積分定理22-23
• 2.3.2. 圓形活塞換能器的輻射聲場23-26
• 2.3.3. 聲場指向性26-27
• 2.3.4. 陣列的指向性27-28
• 2.3.5. 線陣超聲換能器的聲場28-29
• 2.4. 超聲換能器陣列的發(fā)射與接收29-31
• 2.4.1. 輻射聲場的計算29-30
• 2.4.2. 散射聲場的計算30-31
• 2.5. 本章小結(jié)31-33
• 第三章 壓縮感知理論及其算法概述33-45
• 3.1. 壓縮感知基本理論33-36
• 3.1.1. 信號的稀疏表示33-34
• 3.1.2. 測量矩陣的選取34-35
• 3.1.3. 信號的重構(gòu)35-36
• 3.2. 重建算法36-41
• 3.2.1. OMP算法37-38
• 3.2.2.1L松弛算法38-39
• 3.2.3. TVAL3算法39-41
• 3.3. 重建算法的選擇41-44
• 3.4. 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于壓縮感知的超聲成像系統(tǒng)45-63
• 4.1. 基于壓縮感知的超聲成像系統(tǒng)設計45-53
• 4.1.1. 開關(guān)調(diào)制45-48
• 4.1.2. 超聲關(guān)聯(lián)成像模型48-49
• 4.1.3. 基于壓縮感知的超聲成像模型49-52
• 4.1.4. 基于壓縮感知的超聲成像系統(tǒng)52-53
• 4.2. 超聲透射成像實驗53-60
• 4.2.1. 超聲關(guān)聯(lián)成像透射成像55-58
• 4.2.2. 基于壓縮感知的超聲透射成像58-60
• 4.3. 本文中方法與鬼成像的異同60-61
• 4.4. 本章小結(jié)61-63
• 第五章 仿真實驗63-75
• 5.1. 仿真試驗設計63-64
• 5.2. 全信息與幅值信息成像對比64-65
• 5.3. 采樣次數(shù)對幅值信息成像質(zhì)量的影響65-67
• 5.4. 噪聲對成像質(zhì)量的影響67
• 5.5. 開關(guān)調(diào)制矩陣稀疏度67-69
• 5.6. 互補壓縮測量69-70
• 5.7. 分辨率測試70-73
• 5.7.1. 超聲相控陣參數(shù)設置70-72
• 5.7.2. 超分辨成像72-73
• 5.8. 本章小結(jié)73-75
• 第六章 總結(jié)和展望75-77
• 6.1. 本文工作總結(jié)75
• 6.2. 本文工作展望75-77
• 參考文獻77-83
• 致謝83-85
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的論文與研究成果85

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李攀;黃黎青;宋允東;;基于掩膜預處理的稀疏表示和壓縮感知圖像重建[J];電子測量技術(shù);2015年08期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 俞文凱;壓縮感知在超靈敏時間分辨成像光譜中的應用[D];中國科學院研究生院(空間科學與應用研究中心);2015年

2 劉吉英;壓縮感知理論及在成像中的應用[D];國防科學技術(shù)大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 彭華;CRH動車輪對超聲相控陣全矩陣成像技術(shù)研究[D];西南交通大學;2014年

2 王雪磊;基于稀疏特征的高分辨聲吶成像[D];西安電子科技大學;2014年

3 燕靜波;基于壓縮感知的DOA估計研究[D];西安電子科技大學;2013年

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本文編號：706454