[发明专利]一种应用于超声成像的稳健宽带自适应波束形成方法

权利要求书

1.一种应用于超声成像的稳健宽带自适应波束形成方法，其特征在于，该方法包括：

将所得到的超声回波数据由时域转换至频域，然后进行频带的划分；

计算所述频带划分后的各子频带的协方差矩阵；

根据得到的所述协方差矩阵，利用特征空间分解方法将假定的导向矢量投影在信号子空间中；

通过凸优化方法估计真实的导向矢量；

利用最小方差方法的基本原理，得到各子频带空间的波束形成处理结果；

对所述各子频带空间的波束形成处理结果进行叠加，并转换到时域，得到用于最终成像的输出结果；

所述利用最小方差方法的基本原理，得到各子频带空间的波束形成处理结果，包括：

根据得到的协方差矩阵及真实情况下的导向矢量，利用最小方差波束形成的基本原理计算出一组最优权向量；

具体地，按如下公式进行计算：

其中w_MV(ω_i)是最优权向量，是得到的协方差矩阵的逆，导向矢量a是估计的真实情况下的结果；

根据得到的最优权向量以及如下公式计算出各子频带数据的波束形成的输出结果：

其中，是w_MV(ω_i)的共轭转置，y(ω_i)是第i个子频带的波束形成的输出结果，x_d(ω_i)是频域上的回波数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所得到的超声回波数据由时域转换至频域，然后进行频带的划分步骤，包括：

对B模式超声成像下每一根扫描线相应的各个阵元所接收到回波数据进行短时傅立叶变换，将变换后所得到的频域数据划分为K个子频带。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所得到的超声回波数据由时域转换至频域，然后进行频带的划分步骤包括：

根据发射的脉冲宽度预先设计出所述短时傅立叶变换的窗函数的宽度，然后进行回波数据空间的划分；

对所述回波数据空间划分后的各段数据进行“补零”处理，然后由时域转换至频域；

对所述频域数据进行频带的划分。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述超声回波数据是经过延时预处理的。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述频带划分后的各子频带的协方差矩阵步骤，包括：

对各子频带的数据进行空间平滑处理，其中以L个阵元为一组来计算协方差矩阵，共分为M-L+1组，计算的公式如下：

其中，是协方差矩阵，是频域上的回波数据，是的共轭转置，i＝1,2，…，K，K为子频带的个数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用特征空间分解方法将假定的导向矢量投影在信号子空间中步骤，包括：

按下式对得到的协方差矩阵在特征空间进行分解：

其中Λ＝diag[λ₁,λ₂,...,λ_num,...,λ_L]，且特征值(λ₁≥λ₂≥...λ_num≥...≥λ_L)，U＝[u₁,u₂,...,u_num,...u_L]是与之相对应的特征矢量，选取参数β介于0.1～0.5，满足λ_num≥βλ₁；

将整个特征空间划分为信号子空间Us及噪声子空间Up两部分；

利用得到的信号子空间Us，计算假定的导向矢量在信号子空间内的投影：

其中，Us为信号子空间，U_s^H为Us的共轭转置，假定的导向矢量中的元素均取为的“1”。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过凸优化方法估计真实的导向矢量，包括：

利用凸优化方法估计真实情况下的导向矢量a，计算公式如下：

其中，是协方差矩阵的逆，导向矢量是假定导向矢量在信号子空间内的投影，参数ε是所设定的误差范围，一般介于之间。

8.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述对所述各子频带数据的波束形成处理结果进行叠加，得到频域空间的波束形成输出结果步骤，包括：

对每一段数据中的各子频带空间的波束形成的处理结果进行累加，得到频域空间的波束形成输出结果，计算的公式如下：

其中，Y(ω)是频域空间的波束形成输出结果，y(ω_i)是第i个子频带的波束形成的输出结果。