CN111158039A - 信号采样、重建方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了信号采样、重建方法及装置，该信号采样方法包括：利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，每个所述第一采样点均由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征；测量所述待测电信号的第二幅度，其中，所述第二幅度与多个所述第一幅度均不同；对所述待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号确定所述待测电信号的幅度达到所述第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，所述第二采样点由所述第二幅度和所述第二时间来表征。通过利用本申请实施例提供的技术方案可以采集到相对多的采样点，从而可以提高信号采样精度，并且可以提高后续信号还原的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，特别涉及一种信号采样、重建方法及装置。
背景技术
正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，简称PET)是一种利用放射性元素进行临床显像的技术，其过程为：将发射正电子的放射性核素标记到能够参与活体组织血流或代谢过程的化合物上，再将标有放射性核素的化合物注射到受检者体内。放射性核素在体内发射出的正电子与受检者体内的负电子结合发生电子对的湮灭，产生γ光子，释放出的γ光子可以被闪烁晶体接受转换为可见光，再通过光电倍增管元件转换为电信号以进行重建，从而帮助确定放射性核素的富集部位，并且帮助定位代谢旺盛区域并进行活度评估。
在传统技术中，通常利用模数转换器(ADC)来对PET探测器产生的电信号进行数字化采样。然而，利用ADC实现电信号的数字化采样，其工程实现难度较大，并且成本极其高昂。
在辐射探测与成像领域，为了降低电信号的数字化采样成本，现有技术中一般采用多电压阈值(MVT)采样方法。然而，利用该方法采集到的采样点数量有限，并且不能判别所采集的采样点是否为信号幅值点，这可能会影响采样精度，也可能会影响后续信号还原的准确度。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种信号采样、重建方法及装置，以解决现有技术中存在的至少一种技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种信号采样方法，该信号采样方法包括：
利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，每个所述第一采样点均由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征；
测量所述待测电信号的第二幅度，其中，所述第二幅度与多个所述第一幅度均不同；
对所述待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号确定所述待测电信号的幅度达到所述第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，所述第二采样点由所述第二幅度和所述第二时间来表征。
可选地，确定所述第二时间的步骤包括：
测量所述延迟电信号的幅度分别达到多个所述第一幅度中的任意一个第一幅度和第二幅度时的第一延迟时间和第二延迟时间；
计算所述第二延迟时间与所述第一延迟时间之间的差值；
利用所述差值以及与所述第一幅度对应的第一时间来计算与第二幅度对应的第二时间。
可选地，所述预设采样方法包括多幅度阈值采样方法或时间间隔采样方法。
可选地，所述待测电信号包括PET探测器产生的以下类型的脉冲信号中的一种：正弦波信号、余弦波信号、三角波信号、锯齿波信号、阶梯波信号或方波信号。
可选地，所述第二幅度包括所述待测电信号的最大幅度或最小幅度。
本申请实施例还提供了一种信号重建方法，该信号重建方法包括：
对利用上述信号采样方法采集到的所述待测电信号的所述第一采样点和所述第二采样点进行重建处理以获得所述待测电信号的重建波形。
可选地，对所获得的所述第一采样点和所述第二采样点进行重建处理的步骤包括：
对所述第一采样点和所述第二采样点进行拟合处理；
对所述第一采样点和所述第二采样点进行插值处理；或者
对所述第一采样点和所述第二采样点进行插值处理，并且对插值处理之后的所有采样点进行拟合处理，
其中，所述插值处理包括线性插值处理和/或样条插值处理。
本申请实施例还提供了一种信号采样装置，该信号采样装置包括：
第一采样单元，其被配置为利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，每个所述第一采样点均由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征；
测量单元，其被配置为测量所述待测电信号的第二幅度，其中，所述第二幅度与多个所述第一幅度均不同；
第二采样单元，其被配置为对所述待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号来确定所述待测电信号的幅度达到所述第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，所述第二采样点由所述第二幅度和所述第二时间来表征。
可选地，所述测量单元包括由电容、二极管和电感构成的电压保持电路，其中，电容的一端与所述电感的一端并联接地，所述电容的另一端与所述二极管的一端并联，所述二极管的另一端与所述电感的另一端串联。
本申请实施例还提供了一种信号重建装置，该信号重建装置用于对上述信号采样装置所采集的第一采样点和第二采样点进行重建处理以获得所述待测电信号的重建波形。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，测量待测电信号的第二幅度，并且对待测电信号进行延迟处理以及利用延迟处理后的电信号来确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间，从而可以获得第二采样点，这增加了所采集的采样点的点数，从而可以提高采样精度以及后续信号还原的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种信号采样方法的流程图；
图2是电压保持电路的结构示意图；
图3是一种待测电信号的波形示意图；
图4是电压保持电路针对图3中的待测电信号所输出的电信号的波形示意图；
图5是本申请实施例提供的一种信号采样装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图对本申请实施例所提供的信号采样方法、重建方法及装置进行详细说明。
如图1所示，本申请实施例提供了一种信号采样方法，其可以包括以下步骤：
S1：利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点。
在获取待测电信号之后，可以利用多幅度阈值采样(例如，MVT)方法或时间间隔采样方法等预设采样方法对所获取的待测电信号进行采样以获得多个第一采样点。例如，可以利用预先设置的多个第一幅度对待测电信号进行采样，确定出待测电信号的幅度达到第一幅度时的第一时间，从而可以获得多个第一采样点。再例如，也可以利用预设时间间隔对待测电信号进行采样，确定出与预设时间间隔对应的多个第一时间所对应的待测电信号的第一幅度，从而也可以获得多个第一采样点。每个第一采样点均可以由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征，例如，(T1,V1)、(T2,V2)、(T3,V2)或(T4,V1)。
需要说明的是，多个第一幅度各不相同，并且多个第一时间也各不相同。而且，对于多幅度阈值采样方法而言，第一幅度是预先设置的幅度阈值，第一时间是所测得的与幅度阈值对应的时间；而对于时间间隔采样方法而言，第一幅度是测量到的待测电信号的幅度，第一时间是根据预设时间间隔计算出的时间。而且，一般而言，一个第一幅度对应两个第一时间。
关于具体如何利用多幅度阈值采样方法和时间间隔采样方法对电信号进行采样，可以参照现有技术中的相关描述，在此不再赘叙。
该待测电信号可以是PET探测器产生的脉冲信号，例如，正弦波信号、余弦波信号、三角波信号、锯齿波信号、阶梯波信号或方波信号等周期性信号，也可以是其它需要测量的电信号，在此并不限制。
S2：测量待测电信号的第二幅度。
在获取待测电信号之后，也可以利用电压保持电路测量待测电信号的第二幅度。其中，该第二幅度与多个第一幅度均不同。另外，该第二幅度可以为与第一幅度不同的任意幅度，优选地为待测电信号的最大幅度。此外，当待测电信号为幅度先减小后增大的信号(例如，余弦波信号)时，该第二幅度也可以为最小幅度。
该电压保持电路可以是预先根据实际需求或经验来设计的，其可以在待测电信号的幅度达到其内部设置的幅度阈值之后保持其输出的电压不变，也可以在待测电信号的幅度达到峰值(即，待测电信号的最大幅度或最小幅度)之后保持其输出的电压不变。可以通过预先对电压保持电路进行设计，以使得所测得的待测电信号的第二幅度与第一幅度不同。
当第二幅度为待测电信号的最大幅度时，该电压保持电路可以包括电容、二极管和电感等元件，其中，电容的一端与电感的一端并联接地，电容的另一端与二极管的一端并联，二极管的另一端与电感的另一端串联，如图2所示。该二极管可以在待测电信号的幅度达到峰值之前导通，并且在待测电信号的幅度达到峰值之后截止，从而可以使电容的电压稳定一段时间。在测量过程中，当电容两端的电压突然产生变化时，例如，从Vi跳变为Vj(其中，i和j为不同的正整数)时，记录此时待测电信号的幅度，并且将其作为第二幅度。例如，针对图3中所示的待测电信号，电压保持电路所输出的电信号如图4所示，其中，Vmax即为所测得的第二幅度。
当第二幅度为待测电信号的最小幅度时，该电压保持电路也可以是用于保持电压的其他元件或电路结构，在此并不限制。
需要说明的是，本申请并不限制步骤S1与步骤S2之间的执行顺序，步骤S1也可以在步骤S2之后执行。
S3：对待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间以获得第二采样点。
在获取待测电信号之后，也可以对待测电信号进行延迟处理，例如，可以将待测电信号延迟30ns。关于对电信号进行延迟处理的具体过程可以参照现有技术中的相关描述，在此不再赘叙。
需要指出的是，本申请也不限制测量待测电信号的第二幅度和对待测电信号进行延迟处理之间的执行顺序，二者可以按顺序依次执行，也可以同时执行。
在对待测电信号进行延迟处理后，可以利用延迟处理后的电信号来确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间，从而获得一个或多个第二采样点，其可以由第二幅度以及对应的第二时间来表征。当第二幅度为最大幅度或最小幅度时，所采集的第二采样点为待测电信号的幅值点(即，波峰或波谷)。
利用延迟处理后的电信号来确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间具体可以包括：首先，可以测量延迟处理后的电信号的幅度分别达到多个第一幅度中的任意一个第一幅度和第二幅度时的第一延迟时间和第二延迟时间；然后，可以计算第二延迟时间与第一延迟时间之间的差值；最后，可以利用该差值以及与该第一幅度对应的第一时间来计算与第二幅度对应的第二时间。该计算过程可以用公式表示如下：
Tj＝Ti+△T＝Ti+(T'j-Ti')
上式中，Tj表示第二时间，Ti表示第一时间，其可以是所选取的第一幅度对应的两个第一时间中的任意一个，T'j表示第二延迟时间，Ti'可以是与第一时间Ti对应的第一延迟时间。
在上述实施例中，第一幅度和第二幅度均可以是电压或电流等，也可以是用于表示幅度的其它物理量。
通过上述描述可以看出，本申请实施例通过利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，测量待测电信号的第二幅度，对待测电信号进行延迟处理并且利用延迟处理后的电信号来确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间，从而可以获得第二采样点，这增加了所采集的采样点点数，从而可以提高后续信号还原的精度。而且，通过利用本申请的技术方案，可以自适应地采集到电信号的幅值点(即，波峰或波谷)，这更加有利于提高后续信号还原的精度，从而可以提高能量分辨率。
本申请实施例还提供了一种信号重建方法，该方法包括：对利用上述实施例中描述的信号采样方法采集到的待测电信号的第一采样点和第二采样点进行重建处理。
在获得电信号的第一采样点和第二采样点之后，可以对所获得的第一采样点和第二采样点进行重建处理，从而获得电信号的重建波形。该步骤具体可以包括：利用电信号的先验模型或特征函数(例如，y(t)＝a*exp(-(t-d)/b)*(1-exp(-(t-d)/c)))直接对第一采样点和第二采样点进行拟合处理；也可以直接对第一采样点和第二采样点进行插值处理；还可以首先对第一采样点和第二采样点进行插值处理以获得更多的采样点，然后再对插值处理之后的采样点进行拟合。所述插值处理可以包括线性插值处理和/或样条插值处理，但不限于此。关于对采样点进行插值处理的具体过程可以参照现有技术，在此不再赘叙。
通过利用本申请实施例提供的信号重建方法，可以提高信号还原的精度。
本申请实施例还提供了一种脉冲信号的采样装置，如图5所示，该信号采样装置可以包括：
第一采样单元510，其用于利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，每个第一采样点均由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征；
测量单元520，其可以用于测量待测电信号的第二幅度，其中，第二幅度与第一幅度不同；
第二采样单元530，其可以用于对待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，该第二采样点由第二幅度和第二时间来表征。
在一个实施例中，测量单元520可以包括由电容、二极管和电感构成的电压保持电路，其中，电容的一端与电感的一端并联接地，电容的另一端与二极管的一端并联，二极管的另一端与电感的另一端串联。该电路保持电路可以测量待测电信号的最大幅度。
在一个实施例中，第二采样单元530具体可以包括(图中未示出)：
测量子单元，其可以用于测量延迟电信号的幅度分别达到第一幅度和第二幅度时的第一延迟时间和第二延迟时间；
计算子单元，其可以用于计算第二延迟时间与第一延迟时间之间的差值，并且利用该差值以及与第一幅度对应的第一时间来计算与第二幅度对应的第二时间。
关于该信号采样装置的详细描述，可以参照上面实施例中对信号采样方法的详细描述，在此不再赘叙。
通过以上描述可知，本申请实施例提供的信号采样装置通过利用第一采样单元根据预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，利用测量单元测量待测电信号的第二幅度，利用延迟单元对待测电信号进行延迟处理以得到延迟电信号，以及利用第二采样单元根据延迟电信号来确定待测电信号的幅度达到第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，这使得所采集的采样点数相对较多，因而可以提高电信号的采样精度和准确性，并且可以直接根据所采集的采样点的信息来获得其它所需要的信息(例如，能量)。
本申请实施例还提供了一种信号重建装置，其可以用于对上述实施例中描述的信号采样装置采集的第一采样点和第二采样点进行重建处理以获得待测电信号的重建波形。
关于该信号重建装置的描述，可以参照上述对电信号重建方法的描述，在此不再赘叙。
本申请实施例还提供了一种信号处理系统，其可以包括上述信号采样装置和信号重建装置。
上述实施例阐明的系统、装置、单元等，具体可以由半导体芯片、计算机芯片和/或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以在同一个或多个芯片中实现各单元的功能。
虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种信号采样方法，其特征在于，该信号采样方法包括：
利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，每个所述第一采样点均由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征；
测量所述待测电信号的第二幅度，其中，所述第二幅度与多个所述第一幅度均不同；
对所述待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号确定所述待测电信号的幅度达到所述第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，所述第二采样点由所述第二幅度和所述第二时间来表征。
2.根据权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，确定所述第二时间的步骤包括：
测量所述延迟电信号的幅度分别达到多个所述第一幅度中的任意一个第一幅度和第二幅度时的第一延迟时间和第二延迟时间；
计算所述第二延迟时间与所述第一延迟时间之间的差值；
利用所述差值以及与所述第一幅度对应的第一时间来计算与第二幅度对应的第二时间。
3.根据权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，所述预设采样方法包括多幅度阈值采样方法或时间间隔采样方法。
4.根据权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，所述待测电信号包括PET探测器产生的以下类型的脉冲信号中的一种：正弦波信号、余弦波信号、三角波信号、锯齿波信号、阶梯波信号或方波信号。
5.根据权利要求1所述的信号采样方法，其特征在于，所述第二幅度包括所述待测电信号的最大幅度或最小幅度。
6.一种信号重建方法，其特征在于，该信号重建方法包括：
对利用权利要求1-5中任一项所述的信号采样方法采集到的所述待测电信号的所述第一采样点和所述第二采样点进行重建处理以获得所述待测电信号的重建波形。
7.根据权利要求6所述的信号重建方法，其特征在于，对所获得的所述第一采样点和所述第二采样点进行重建处理的步骤包括：
对所述第一采样点和所述第二采样点进行拟合处理；
对所述第一采样点和所述第二采样点进行插值处理；或者
对所述第一采样点和所述第二采样点进行插值处理，并且对插值处理之后的所有采样点进行拟合处理，
其中，所述插值处理包括线性插值处理和/或样条插值处理。
8.一种信号采样装置，其特征在于，该信号采样装置包括：
第一采样单元，其被配置为利用预设采样方法对待测电信号进行采样以获得多个第一采样点，每个所述第一采样点均由一个第一幅度以及对应的一个第一时间来表征；
测量单元，其被配置为测量所述待测电信号的第二幅度，其中，所述第二幅度与多个所述第一幅度均不同；
第二采样单元，其被配置为对所述待测电信号进行延迟处理，并且利用延迟处理后的电信号来确定所述待测电信号的幅度达到所述第二幅度时的第二时间以获得第二采样点，所述第二采样点由所述第二幅度和所述第二时间来表征。
9.根据权利要求8所述的信号采样装置，其特征在于，所述测量单元包括由电容、二极管和电感构成的电压保持电路，其中，电容的一端与所述电感的一端并联接地，所述电容的另一端与所述二极管的一端并联，所述二极管的另一端与所述电感的另一端串联。
10.一种信号重建装置，其特征在于，该装置被配置为对权利要求8或9中所述的信号采样装置所采集的第一采样点和第二采样点进行重建处理以获得所述待测电信号的重建波形。
Priority Applications (5)
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