超声专业字典的构造和使用方法

摘要

本发明提供一种超声专业字典的构造和使用方法，包括超声专业字典的构造以及利用所构建的超声专业字典对脉冲超声信号进行稀疏分解，通过使用超声专业字典，可以快速得到超声信号的最简洁表达。字典中原子类的选择充分考虑了脉冲超声信号与原子类的几何结构相似性，其参数设置、离散化、搜索路径、匹配准则、寻优准则及判断准则均经过对脉冲超声信号的预训练得到，该字典还具有学功能，可以根据实际使用情况，进行原子库更新。本发明的技术方案可极大改变目前超声信号稀疏分解时计算复杂度高、时间贪婪性及分解稳定性差的弊端，为可用于医学超声检测与成像领域、工农业超声无损检测领域和超声通讯领域的应用提供支撑。

主权项

一种超声专业字典的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选择字典的原子组成种类：将超声回波作为由目标体产生二次点声源声场的叠加，结合超声波始波激励波形和其在材料中点声源振动的特点，基于回波信号几何结构的相似性，在最小误差能量前提下，选取Gabor原子、cos原子和exp原子作为字典原子组成；所述Gabor原子、cos原子和exp原子的描述如下：a)cos原子为由余弦函数经过尺度和时移而得到，其数学表达式为：$f_{\zeta }\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{s}}f\left(\frac{t-u}{s}\right)$f(t)＝cos(vt+w)其中，ζ＝(s,u)，s为尺度，u为时移，v为初始频率，w为初始相位；b)Gabor原子为由一个经过调制的高斯函数构成，其数学表达式为：$g_{\gamma }\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{s}}g\left(\frac{t-u}{s}\right)cos(vt+w)$$g\left(t\right)=e^{-{\mathrm{\pi t}}^2}$其中，γ＝(s,u,v,w)，取γ＝(a^‑j,pa^‑jΔu,ka^‑jΔv,iΔw)，a＝2，Δv＝π，0≤p≤N2^‑j+1，0≤k＜2^j+1，0≤i≤12；c)exp原子为由衰减指数信号调制余弦信号而得到，其数学表达式为：$r_{\gamma }\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{s}}r\left(\frac{t-u}{s}\right)cos(vt+w)$r(t)＝e^‑πt其中，γ＝(s,u,v,w)，取γ＝(a^‑j,pa^‑jΔu,ka^‑jΔv,iΔw)，a＝2，Δv＝π，0≤p≤N2^‑j+1，0≤k＜2^j+1，0≤i≤12；2)设置字典原子的参数：cos原子采用尺度与时移双参数调节，Gabor原子和exp原子采用尺度、时移、调制及频移四参数调节；3)字典原子参数的离散化：四参数时频原子γ＝(s,u,v,w)，按以下方法进行离散化处理：γ＝(a^j,pa^jΔu,ka^‑jΔv,iΔw)，其中：a＝2，Δu＝1/2，Δv＝π，Δw＝π/6，0＜j≤log₂N，0≤p≤N2^‑j+1，0≤k＜2^j+1，0≤i≤12，s为尺度，u为时移，v为初始频率，w为初始相位，N为待分解信号的长度；4)字典原子的更新与学习：对于同一类型的超声检测信号，记录分解系数从大到小的原子类型和离散化参数，作为下一次使用字典时的优先顺序；将匹配时分解系数小于预定阈值的原子从字典库中删除，以减小原子库规模，以后的稀疏分解过程在删除小于预定阈值的原子后所形成的新原子库上进行。