超声合成聚焦信号噪声抑制与相位校正技术研究

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超声合成孔径聚焦技术(SAFT)相对于传统的超声成像有较高的分辨率,然而超声波在材料中传播会产生衍射、散射、吸收等现象,再加上耦合不良、电噪声等因素,使所采集到的超声信号中含有噪声和相位畸变等不良因素,便会造成超声成像的信噪比和分辨率降低,为此本文将对超声信号中的噪声和相位畸变进行研究。本文对超声合成孔径聚焦技术及其四种改进的技术进行研究,并对其波束形成过程进行推导与仿真,从波束形成的角度分析它们之间的优缺点,从而选择利用合成聚焦数据采集方式进行研究。详细分析小波变换用于信号噪声抑制的过程。通过在Field Ⅱ仿真的超声信号中加入随机噪声和高斯噪声,利用Daubechies小波函数和Symlet小波函数分别在不同阶的情况下对信号中的进行噪声抑制,得出降噪性能较好的小波函数,将其应用到采集到的实际超声信号中来,分析两种小波函数对信号中噪声抑制性能。分析了超声信号中相位畸变产生的原因,并建立数学模型。研究基于信号相关性相位校正方法,分析各阵元接收信号之间的相位畸变情况,通过计算信号之间最大的相关系数位置,得出各通道的延时误差,通过逆向反推的方式消除超声信号中的相位畸变,然后利用合成聚焦延时叠加的方式获得超声图像。根据以上方法,得出db12小波和sym16小波对随机噪声的抑制效果较好,其信噪比分别为20.9276dB和22.0382dB, db13小波和sym14小波对高斯噪声抑制效果较好,其信噪比分别为21.0427dB和21.2014dB。对于实际数据,Symlet小波函数更加适合用于对实际的超声信号的噪声抑制。利用小波噪声抑制并相位校正过后再利用合成聚焦成像的弧形孔图像信噪比最大能提高18.1994dB。研究表明,本文所用的方法对超声信号与图像的信噪比有所提高,可供实际应用参考。
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