专利汇可以提供基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且基于 压缩 感知 的单阵元多 角 度观测 光声成像 装置及方法,属于光声成像技术领域,本 发明 为解决现有光声技术进行 生物 组织 的成像存在伪迹严重、图像 变形 、 硬件 成本较高并且图像横向 分辨率 差的问题。本发明采用脉冲 激光器 发出脉冲 激光束 ,通过光学掩膜照射到生物组织上产生光声 信号 ,通过两个成角度的单阵元超声探测器同步观测并采集光声信号,经放大后送到A/D转换器均匀 采样 ,采用FPGA将采集到的光声图像数据输入到计算机中,在计算机上进行图像重建与融合处理。本发明采用单阵元超声探测器并行采集、基于压缩感知 算法 快速重建的处理机制和硬件平台,在降低采样数据和采集时间的前提下,保证了图像的高分辨率,成像装置操作简单。,下面是基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置及方法专利的具体信息内容。
1.基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置,其特征在于:它包括脉冲激光器(1)、脉冲激光处理装置、伺服电机及驱动器(5)、光学掩膜(9)、单阵元超声探测器(11)、样品池(12)、支架(13)、计算机(14)和信号采集电路(15),
在样品池(12)的正上方设置光学掩膜(9),信号采集电路(15)的测量矩阵输出端与光学掩膜(9)的输入端相连,信号采集电路(15)的光束控制端与脉冲激光器(1)的控制端相连,脉冲激光器(1)发出的脉冲激光经过脉冲激光处理装置处理后,发射至透过光学掩膜(9)表面,并透过光学掩膜(9)照射在样品池(12)内,
两个单阵元超声探测器(11)镜像设置在样品池(12)内左右两侧,所述单阵元超声探测器(11)通过支架(13)和伺服电机及驱动器(5)的动力输出端固定连接,所述伺服电机及驱动器(5)能够通过支架(13)控制所述单阵元超声探测器(11)的阵元面的旋转角度,每个单阵元超声探测器(11)的回波信号输出端与信号采集电路(15)的光声信号输入端相连,信号采集电路(15)将处理过的数字回波信号输出给计算机(14),计算机(14)用于基于压缩感知算法完成对数字回波信号进行图像重建,并将单阵元超声探测器(11)不同角度观测到的图像进行融合处理,获取待测生物组织(10)的光声图像。
2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置,其特征在于:信号采集电路(15)包括TGC放大电路(151)、预滤波电路(152)、A/D采样电路(153)、数据采集电路(154)、USB数据传输电路(155)和主控电路(156),
主控电路(156)内置FPGA,主控电路(156)内置的FPGA控制光学掩膜(9)产生压缩感知重建算法的测量矩阵,主控电路(156)内置的FPGA控制触发脉冲激光器(1)产生脉冲激光,主控电路(156)的串行数据控制端与USB数据传输电路(155)的串行数据控制端相连,主控电路(156)的数据采集信号控制端与数据采集电路(154)的信号控制端相连,主控电路(156)的A/D采样信号控制端与A/D采样电路(153)的信号控制端相连,主控电路(156)的放大信号控制端与TGC放大电路(151)的信号控制端相连,
TGC放大电路(151)接收两个单阵元超声探测器(11)观测的光声信号,TGC放大电路(151)的输出端与预滤波电路(152)的输入端相连,预滤波电路(152)的输出端与A/D采样电路(153)的输入端相连,A/D采样电路(153)的输出端与数据采集电路(154)的输入端相连,数据采集电路(154)的输出端与USB数据传输电路(155)的输入端相连,USB数据传输电路(155)的输出端与计算机(14)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置,其特征在于:脉冲激光处理装置包括扩束镜(2)、反射镜(3)、套筒(4)、凹透镜(6)、凸透镜(7)和毛玻璃(8),脉冲激光器(1)发出的脉冲激光由扩束镜(2)扩束,扩束后的光束由反射镜(3)反射至样品池(12)方向,反射光束穿过套筒(4),并经过凹透镜(6)、凸透镜(7)和毛玻璃(8)出射,出射光束打在光学掩膜(9)上。
4.根据权利要求1所述的基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置,其特征在于:脉冲激光器(1)采用倍频的Q-Switched Nd:YAG脉冲激光器,波长为532nm,脉冲宽度为
7ns,重复频率是20Hz;光学掩膜(9)采用数字微镜元件DMD。
5.根据权利要求2所述的基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置,其特征在于:主控电路(156)中的FPGA选用ALTERA公司的EP2C8F256;TGC放大电路(151)采用ADI公司的AD8332;A/D采样电路(153)中的A/D转换器采用的是TI公司的ADS5270。
6.根据权利要求2所述的基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置,其特征在于:数据采集电路(154)中FPGA选用ALTERA公司的EP2C35F672;USB数据传输电路(155)中USB芯片选用Cypress公司的EZ-USB FX2LP。
7.基于权利要求2所述的基于压缩感知的单阵元多角度观测光声成像装置的光声成像方法,其特征在于:它包括以下步骤:
步骤一、将待测生物组织(10)放置在样品池(12)内的中心位置,主控电路(156)内置的FPGA发射脉冲信号触发脉冲激光器(1),同时控制光学掩膜(9)产生随机矩阵,脉冲激光器(1)产生激光脉冲,激光脉冲经脉冲激光处理装置处理后,透过光学掩膜(9)照射到待测生物组织(10)上,产生光声信号;
步骤二、伺服电机及驱动器(5)通过套筒(4)、支架(13)调整两个单阵元超声探测器(11)的观测角度,使两个单阵元超声探测器(11)的阵元面的中心与待测生物组织(10)的中心在一条直线上,且所述单阵元超声探测器(11)的阵元面对准待测生物组织(10)的水平切面,利用信号采集电路(15)对光声信号进行同步采集;
主控电路(156)激励脉冲激光器(1)开始工作的同时产生扫查时序控制信号,控制数据采集电路(154)和信号采集电路(15)中的其它电路协调工作,TGC放大电路(151)将单阵元超声探测器(11)观测的光声信号通过TGC放大器来补偿随传播距离增大而逐渐衰减的回波信号,放大后的信号通过预滤波电路(152)滤波,然后通过A/D采样电路(153)转换为数字回波信号;数据采集电路(154)接收数字回波信号;
步骤三、数据采集电路(154)采用FPGA实现对双通道A/D转换器数字回波信号的缓存,通过USB数据传输电路(155)将数字回波信号输出到计算机(14)内存中;
步骤四、计算机(14)对两个单阵元超声探测器(11)接收到的数字回波信号基于压缩感知算法进行图像重建,然后将不同角度观测到的图像进行融合处理,获取待测生物组织(10)的光声图像。
8.根据权利要求7所述的光声成像方法,其特征在于,步骤四中计算机(14)对两个单阵元超声探测器(11)接收到的数字回波信号基于压缩感知算法进行图像重建的过程:
步骤41、对两个单阵元超声探测器(11)采集的原始光声信号分别应用EMD方法降噪,得到降噪后信号y1′和y2′,
y1′=y1+e1,y2′=y2+e2,其中y1和y2为原始光声信号,e1和e2是光声信号中含有的噪声;
步骤42、选取高斯随机矩阵为观测矩阵Φ,最小全变分法TV法的重建算法,求取最优解 和 作为重建原始图像;
步骤43、采用小波变换融合算法将所述重建原始图像 和 融合到一起;
调整两个单阵元超声探测器(11)的观测角度,将步骤41至步骤42重复执行n次,n取值50~100,然后将n次获得的n幅图像进行融合处理,获取待测生物组织(10)的光声图像。
9.根据权利要求8所述的光声成像方法,其特征在于,步骤43采用小波变换融合算法将多角度观测到的光声图像 和 融合到一起的过程为:
步骤431、对光声图像 和 分别进行二维离散小波变换,建立图像小波域系数;
步骤432、对各分解层分别进行融合处理,各分解层上的不同频率分量可采用不同的融合规则进行处理,最终得到融合后的小波域系数;
步骤433、对融合后所得小波系数进行小波反变换即进行图像重构,所得到的重构图像即为融合图像
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