针对医用超声内镜系统中合成孔径算法旁瓣噪声严重、时间复杂度高等问题,基于图形处理器(GPU)的高速并行处理能力,提出了一种基于相干系数的实时合成孔径算法。通过引入相干系数,对超声回波图像中的旁瓣噪声进行有效抑制。通过GPU对算法进行并行处理,提高算法的运行速度。使用仿真数据和实际暗斑回波数据进行实验验证,结果表明,该算法可以有效改善超声回波图像质量,在回波图像数据量为153 Mbit时,相较于合成孔径算法,运算速度提升了16.29倍,达6 frame·s ^-1,满足医用超声内镜实时处理的要求。

为提高超声回波图像的横向分辨率、对比度,抑制最大旁瓣能量,提出一种适用于超声成像的旁瓣相消算法。利用基于特征空间的广义消旁瓣算法获得权值矢量,通过超声回波信号的相干系数优化权值矢量,对常见的点目标和暗斑进行成像。仿真结果表明,本文算法相较于延时叠加算法在横向分辨率上提高了60%,相较于特征空间算法在对比度上改善了112%。基于实际超声系统的实验结果与仿真结果一致,证明了本文算法的有效性。

合成孔径算法可以实现超声波发射和接收的双向动态聚焦,从而提高成像分辨率,但仍存在图像信噪比低,旁瓣明显等问题。为进一步提高超声成像质量,提出一种基于编码激励和相干系数的合成孔径超声成像(CFCS)算法。首先采用Golay互补序列对作为激励信号,通过增加发射脉冲的编码长度提高图像的信噪比,同时利用序列对良好的自相关特性消除距离旁瓣,提高图像的轴向分辨率。在此基础上引入相干系数,对图像中的横向旁瓣加以抑制。仿真结果表明,相较于基于Barker编码激励的合成孔径算法,CFCS算法可以有效消除距离旁瓣,轴向分辨率提升了47.4%;相较于相干系数合成孔径算法,CFCS算法在轴向分辨率上提升了31%,信噪比提升约18 dB。

通过对高速气流对光束波前扰动的分析,指出气动光学不均匀性可分为大尺度有序扰动和小尺度随机扰动.对于大尺度扰动,扰动波前可以利用波前传感器测量,而小尺度随机扰动,相干系数是一个较好的评价标准.横向剪切干涉仪(LSI)可以实现对两种扰动的同时测量.在此基础上利用LSI对自由旋气动窗口(FADW)的流场对光场的扰动进行了测量,得到了扰动光场的有序扰动的一维波前分布和随机扰动的各种尺度的分布,分析了不均匀尺度的产生原因.