CN114741652A - 一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法及系统 - Google Patents

一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法及系统 Download PDF

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CN114741652A CN202210649224.XA CN202210649224A CN114741652A CN 114741652 A CN114741652 A CN 114741652A CN 202210649224 A CN202210649224 A CN 202210649224A CN 114741652 A CN114741652 A CN 114741652A
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周航
包君康
陈卓楠
李谦
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Abstract

本申请公开一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法及系统，其方法包括：先确定声像仪的麦克风阵列，并根据麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵；接着基于麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵；接着对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵；接着根据声像仪的标准波束模式矩阵以及第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据目标成像矩阵生成目标成像图。可结合声像仪的标准波束模式矩阵以及第一成像矩阵，通过解卷积计算的方式得到声像仪的目标成像矩阵，以使根据该声像仪的目标成像矩阵所生成的目标成像图成像精度更高，鲁棒性更强，且可满足用户的成像清晰需求和体验。

Description

一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法及系统
技术领域
本申请属于声像仪的数据处理技术领域，特别的涉及一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法及系统。
背景技术
声学成像（acoustic imaging）是一种基于传声器阵列的测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布，即取得空间声场分布云图－声像图，其中以图像的颜色和亮度代表强弱。
现有的大多数声学成像技术根据声源信号所生成的图像整体视觉效果过于模糊，无法准确判断声源信号的具体分布情况，进而影响用户的使用体验。
发明内容
为解决上述提到的现有技术成像效果过于模糊的技术问题，本申请提供了一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法及系统，其具体方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法，方法应用于声像仪，方法包括：
确定声像仪的麦克风阵列，并根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵；
基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵；
对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵；
根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
在第一方面的一种可选方案中，根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵之前，还包括：
获取目标声源信号；
根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在第一方面的又一种可选方案中，根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵，包括：
基于参考中心点以及声像仪的麦克风阵列所在平面构建空间直角坐标系；
在空间直角坐标系中确定每个阵元的坐标；其中，声像仪的麦克风阵列包括至少两个阵元；
根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系，计算出声像仪的阵列流型矩阵。
在第一方面的又一种可选方案中，根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系，计算出声像仪的阵列流型矩阵，包括：
设定空间直角坐标系的自变量入射角度；
根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，计算出每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵；
基于每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵，确定每个阵元的相位移动矩阵；
确定目标声源信号的信号频率，并根据每个阵元的相位移动矩阵以及目标声源信号的信号频率，计算出每个阵元的阵列流型矩阵。
在第一方面的又一种可选方案中，根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
确定目标声源信号在空间直角坐标系中的坐标，并根据目标声源信号的坐标计算出目标声源信号相对参考中心点的入射角度；
根据目标声源信号相对参考中心点的入射角度、每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在第一方面的又一种可选方案中，基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，包括：
基于声像仪的麦克风阵列生成参考区域，参考区域包括声像仪的麦克风阵列中所有的阵元；
将参考区域的中心点作为参考中心点；或
将位于参考区域中心的阵元作为参考中心点。
在第一方面的又一种可选方案中，根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，包括：
对声像仪的第一成像矩阵进行推导处理，得到声像仪的第二成像矩阵；其中，声像仪的第二成像矩阵包括声像仪的标准波束模式矩阵；
根据声像仪的标准波束模式矩阵，对声像仪的第二成像矩阵进行转换卷积处理，得到声像仪的第三成像矩阵；
对声像仪的第三成像矩阵进行解卷积计算，得到声像仪的目标成像矩阵。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统，系统应用于声像仪，系统包括：
矩阵构造模块，用于确定声像仪的麦克风阵列，并根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵；
矩阵计算模块，用于基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵；
矩阵处理模块，用于对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵；
矩阵成像模块，用于根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
在第二方面的一种可选方案中，系统还包括：
获取模块，用于在根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵之前，获取目标声源信号；
矩阵构造模块，具体用于根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在第二方面的又一种可选方案中，矩阵计算模块具体包括：
坐标系建立单元，用于基于参考中心点以及声像仪的麦克风阵列所在平面构建空间直角坐标系；
坐标确定单元，用于在空间直角坐标系中确定每个阵元的坐标；其中，声像仪的麦克风阵列包括至少两个阵元；
矩阵计算单元，用于根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系，计算出声像仪的阵列流型矩阵。
在第二方面的又一种可选方案中，矩阵计算单元，具体用于：
设定空间直角坐标系的自变量入射角度；
根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，计算出每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵；
基于每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵，确定每个阵元的相位移动矩阵；
确定目标声源信号的信号频率，并根据每个阵元的相位移动矩阵以及目标声源信号的信号频率，计算出每个阵元的阵列流型矩阵。
在第二方面的又一种可选方案中，矩阵构造模块包括：
角度计算单元，用于确定目标声源信号在空间直角坐标系中的坐标，并根据目标声源信号的坐标计算出目标声源信号相对参考中心点的入射角度；
矩阵构造单元，用于根据目标声源信号相对参考中心点的入射角度、每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在第二方面的又一种可选方案中，矩阵计算模块还包括：
区域生成单元，用于基于声像仪的麦克风阵列生成参考区域，参考区域包括声像仪的麦克风阵列中所有的阵元；
确定单元，用于将参考区域的中心点作为参考中心点；或
将位于参考区域中心的阵元作为参考中心点。
在第二方面的又一种可选方案中，矩阵成像模块具体包括：
推导单元，用于对声像仪的第一成像矩阵进行推导处理，得到声像仪的第二成像矩阵；其中，声像仪的第二成像矩阵包括声像仪的标准波束模式矩阵；
转换单元，用于根据声像仪的标准波束模式矩阵，对声像仪的第二成像矩阵进行转换卷积处理，得到声像仪的第三成像矩阵；
计算单元，用于对声像仪的第三成像矩阵进行解卷积计算，得到声像仪的目标成像矩阵。
第三方面，本申请实施例还提供了一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统，包括处理器以及存储器；
处理器与存储器连接；
存储器，用于存储可执行程序代码；
处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现本申请实施例第一方面或第一方面的任意一种实现方式提供的基于声像仪的解卷积高分辨成像方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时，可实现本申请实施例第一方面或第一方面的任意一种实现方式提供的基于声像仪的解卷积高分辨成像方法。
在本申请实施例中，可在使用声像仪对声源信号进行成像时，先确定声像仪的麦克风阵列，并根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵；接着基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵；接着对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵；接着根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。可结合声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，通过解卷积计算的方式得到声像仪的目标成像矩阵，以使根据该声像仪的目标成像矩阵所生成的目标成像图成像精度更高，鲁棒性更强，且可满足用户的成像清晰需求和体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种麦克风阵列的排布示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于二维平面麦克风阵列的几何示意图；
图4为本申请实施例提供的一种空间能量分布示意图；
图5为本申请实施例提供的一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的又一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统的结构示意图。
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。
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法的流程示意图。
如图1所示，该基于声像仪的解卷积高分辨成像方法可以但不局限于应用在可根据声源信号生成图像的声像仪，其具体包括以下步骤：
步骤102、确定声像仪的麦克风阵列，并根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵。
具体地，可在使用声像仪进行成像时，先确定出声像仪中的麦克风阵列。其中，麦克风阵列可由多个麦克风阵元排列组成，且该多个麦克风阵元的排列方式可有多种选择。可能的，该多个麦克风阵元的排列方式可为线性排列，也即是说该多个麦克风阵元之间的连线可看作为一条直线，每个麦克风阵元均处于同一条直线上。可以理解的是，线性排列中每相邻的两个麦克风阵元之间的距离可不做限定。
可能的，该多个麦克风阵元的排列方式可为二维平面排列，也即是说该多个麦克风阵元之间的连线可看作包括至少两条直线，且该多个麦克风阵元可以但不局限于成矩阵式排布，例如可组成为m×n的矩阵。可以理解的是，二维平面排列中每相邻的两个麦克风阵元之间的距离可不做限定。
可能的，该多个麦克风阵元的排列方式可为三维空间排列，也即是说该多个麦克风阵元之间的连线所组成的平面的数量为至少两个。可以理解的是，三维空间排列中每相邻的两个麦克风阵元之间的距离可不做限定。
此处，还可参阅图2示出的本申请实施例提供的一种麦克风阵列的排布示意图。如图2所示，2a示出了一种成线性排列的麦克风阵列，该麦克风阵列可包括6个等距排列的麦克风阵元。2b示出了一种成二维平面排列的麦克风阵列，该麦克风阵列可组成为3×6的矩阵，其中每行可包括6个等距排列的麦克风阵元，每列可包括3个等距排列的麦克风阵元。可以理解的是，2b所示出的麦克风阵列属于对称式排列。2c示出了又一种成二维平面排列的麦克风阵列，该麦克风阵列属于非对称式排列，共可包括9个麦克风阵元。
进一步的，在确定出声像仪的麦克风阵列之后，可根据该声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵。其中，不同的声像仪的麦克风阵列的排列方式，可构造出相应不同的声像仪的标准波束模式矩阵。例如但不局限于当声像仪的麦克风阵列的排列方式为类型a时，可对应构造出声像仪的标准波束模式矩阵为A；当声像仪的麦克风阵列的排列方式为类型b时，可对应构造出声像仪的标准波束模式矩阵为B；当声像仪的麦克风阵列的排列方式为类型c时，可对应构造出声像仪的标准波束模式矩阵为C，且不限定于此。
作为本申请实施例的一种可选，根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵之前，还可包括：
获取目标声源信号；
根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
具体地，在确定出声像仪的麦克风阵列之后，可以但不局限于先确定出处于该声 像仪的麦克风阵列中心的参考中心点，并且可选择以该参考中心点作为坐标系原点，以该 声像仪的麦克风阵列所在平面为XY平面建立空间直角坐标系。可以理解的是，该空间直角 坐标系中处于声像仪的麦克风阵列所在平面内的每个麦克风阵元的Z轴坐标均可为0，例如 但不局限于第m个麦克风阵元在该空间直角坐标系中的坐标可表示为（
Figure 475308DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，0）。
进一步的，可在建立空间直角坐标系之后，确定目标声源信号在该空间直角坐标系中的坐标，并根据该目标声源信号在该空间直角坐标系中的坐标计算出目标声源信号相对参考中心点的入射角度。其中，目标声源信号相对参考中心点的入射角度可包括该目标声源信号与空间直角坐标系中XZ平面之间的夹角以及与空间直角坐标系中YZ平面之间的夹角。
进一步的，可在确定出目标声源信号相对参考中心点的入射角度之后，根据该目标声源信号相对参考中心点的入射角度、每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，构造声像仪的标准波束模式矩阵。其中，空间直角坐标系的自变量入射角度可理解为任意方向的声源信号相对参考中心点的入射角度，且该任意方向的声源信号相对参考中心点的入射角度可包括任意方向的声源信号与空间直角坐标系中XZ平面之间的夹角以及与空间直角坐标系中YZ平面之间的夹角。可以理解的是，此处任意方向的声源信号与空间直角坐标系中XZ平面之间的夹角范围为0至180度之间，任意方向的声源信号与与空间直角坐标系中YZ平面之间的夹角范围也为0至180度之间。
此处可参阅图3示出的本申请实施例提供的一种基于二维平面麦克风阵列的几何 示意图。如图3所示，该声像仪的麦克风阵列成二维平面排列，且该声像仪的麦克风阵列中 的麦克风阵元属于非对称排列。其中，可选取声像仪的麦克风阵列中心作为坐标系原点，以 该声像仪的麦克风阵列所在平面为XY平面建立空间直角坐标系，第m个麦克风阵元在该空 间直角坐标系中的坐标可表示为（
Figure 18547DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 126180DEST_PATH_IMAGE002
，0）。在该空间直角坐标系中，任意方向的声源信 号与该空间直角坐标系中YZ平面之间的入射角度可表示为
Figure 52548DEST_PATH_IMAGE003
，任意方向的声源信号与该空 间直角坐标系中XZ平面之间的入射角度可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。可以理解的是，此处入射角度
Figure 493019DEST_PATH_IMAGE003
可根 据夹角范围自行设定，例如但不局限于可选取为1度、2度、3度…至180度共180个入射角度， 每任意两个相邻的入射角度差为1度。此处入射角度
Figure 846640DEST_PATH_IMAGE004
也可根据夹角范围自行设定，例如但 不局限于可选取为1度、2度、3度…至180度共180个入射角度，每任意两个相邻的入射角度 差为1度。
基于此，可在二维平面波的假设条件下，构造出如下式所示的声像仪的标准波束模式矩阵表达式：
Figure 175990DEST_PATH_IMAGE005
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
可表示为声速；
Figure 968365DEST_PATH_IMAGE001
以及
Figure 201026DEST_PATH_IMAGE002
可分别对应为第m个麦克风阵元在空间直角 坐标系中X轴上的坐标以及Y轴上的坐标；
Figure 256706DEST_PATH_IMAGE007
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE008
可分别对应为目标声源信号与空间直 角坐标系中YZ平面之间的入射角度以及与空间直角坐标系中XZ平面之间的入射角度；
Figure 604511DEST_PATH_IMAGE003
以 及
Figure 170884DEST_PATH_IMAGE004
可以但不局限于为上述提到的任意入射角度，以作为上述表达式中的自变量。需要说 明的是，在上式中可以但不局限于取
Figure 225428DEST_PATH_IMAGE009
，以及
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
还可以理解的是，上述
Figure 779906DEST_PATH_IMAGE007
以及
Figure 552690DEST_PATH_IMAGE008
可根据目标声源信号在空间直角坐标系中的坐 标以及余弦定理计算出，此处不过多赘述，且上式中与每个麦克风阵元所对应的
Figure 391595DEST_PATH_IMAGE007
以及
Figure 97383DEST_PATH_IMAGE008
均保持不变。需要注意的是，对于任意位置的声源信号入射，声像仪的最终成像结果都 可以看作是标准波束模式矩阵和声源位置的卷积。
步骤104、基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵。
具体地，在确定出声像仪的麦克风阵列之后，可以但不局限于先确定出处于该声像仪的麦克风阵列中心的参考中心点，并基于该参考中心点以及声像仪的麦克风阵列所在平面构建空间直角坐标系，接着在该空间直角坐标系中确定每个阵元的坐标。
此处可参照上述表述，也即在确定出声像仪的麦克风阵列之后，可以但不局限于 先确定出处于该声像仪的麦克风阵列中心的参考中心点，并且可选择以该参考中心点作为 坐标系原点，以该声像仪的麦克风阵列所在平面为XY平面建立空间直角坐标系。可以理解 的是，该空间直角坐标系中处于声像仪的麦克风阵列所在平面内的每个麦克风阵元的Z轴 坐标均可为0，例如但不局限于第m个麦克风阵元在该空间直角坐标系中的坐标可表示为（
Figure 963708DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 754946DEST_PATH_IMAGE002
，0）。
进一步的，还可在构建空间直角坐标系之后，设定出该空间直角坐标系的自变量入射角度。其中，空间直角坐标系的自变量入射角度可理解为任意方向的声源信号相对参考中心点的入射角度，且该任意方向的声源信号相对参考中心点的入射角度可包括任意方向的声源信号与空间直角坐标系中XZ平面之间的夹角以及与空间直角坐标系中YZ平面之间的夹角。可以理解的是，此处任意方向的声源信号与空间直角坐标系中XZ平面之间的夹角范围为0至180度之间，例如但不局限于可选取为1度、2度、3度…至180度共180个入射角度，且每任意两个相邻的入射角度差为1度。任意方向的声源信号与与空间直角坐标系中YZ平面之间的夹角范围也为0至180度之间，例如但不局限于可选取为1度、2度、3度…至180度共180个入射角度，且每任意两个相邻的入射角度差为1度。
进一步的，可根据每个阵元的坐标以及该空间直角坐标系的自变量入射角度，计 算出每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵。此处以该空间直角坐标系的自变量入射角度可 分别表示为
Figure 896077DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 868756DEST_PATH_IMAGE004
，第m个麦克风阵元在该空间直角坐标系中的坐标可表示为（
Figure 204184DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 39695DEST_PATH_IMAGE002
，0）为例，计算出如下式所示出的第m个阵元相对参考中心点的延迟矩阵表达式：
Figure 250097DEST_PATH_IMAGE011
进一步的，可选择以窄带信号或是宽带信号频域内某个频点作为参考，基于每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵，确定每个阵元的相位移动矩阵。此处可参照上述提到的延迟矩阵表达式，确定出如下式所示出的第m个阵元的相位移动矩阵表达式：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
上式中，可表示为目标声源信号的信号频率。
进一步的，可在得到每个阵元的相位移动矩阵之后，先确定出具体的目标声源信号的信号频率，再根据每个阵元的相位移动矩阵以及该目标声源信号的信号频率，计算出每个阵元的阵列流型矩阵。此处可继续参照上述提到的相位移动矩阵表达式，计算出如下式所示的第m个阵元的阵列流型矩阵表达式：
Figure 196056DEST_PATH_IMAGE013
上式中，P可表示为任意方向的声源信号与空间直角坐标系中YZ平面之间的入射角度的总个数，Q可表示为任意方向的声源信号与该空间直角坐标系中XZ平面之间的入射角度的总个数，且P以及Q均可以但不局限于为大于或等于2的正整数。
作为本申请实施例的又一种可选，基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，包括：
基于声像仪的麦克风阵列生成参考区域，参考区域包括声像仪的麦克风阵列中所有的阵元；
将参考区域的中心点作为参考中心点；或
将位于参考区域中心的阵元作为参考中心点。
具体地，在确定参考中心点时，可以但不局限于先根据声像仪的麦克风阵列生成参考区域，该参考区域可为规则图形，且其包括声像仪的麦克风阵列中所有的麦克风阵元。可以理解的是，此处将该参考区域设置为规则图形可便于快速确定出该参考区域的中心点，并可将该参考区域的中心点作为参考中心点。当然，若声像仪的麦克风阵列的排布方式属于二维平面的矩阵式排布，还可以但不局限于将所有麦克风阵元中处于中心的麦克风阵元作为参考中心点，本申请不限定于此。
步骤106、对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵。
具体地，在得到声像仪的麦克风阵列中每个麦克风阵元的阵列流型矩阵之后，可 对该每个麦克风阵元的阵列流型矩阵进行波束形成的空间扫描，通过假设任意方向的信号 可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，基于空间传播每个麦克风阵元接收到的该任意方向的信号可表示为
Figure 764703DEST_PATH_IMAGE015
， 并对该每个麦克风阵元接收到的该任意方向的信号进行傅里叶变换，得到的频域可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，进而可继续参照上述提到的阵列流型矩阵表达式，得到如下式所示的可表示空间 能量分布的声像仪的第一成像矩阵表达式：
Figure 796113DEST_PATH_IMAGE017
可以理解的是，还可根据上式的声像仪的第一成像矩阵表达式生成如图4所示出的本申请实施例提供的一种空间能量分布示意图。可以看出，在图4示出的空间能量示意图中有一个波峰明显低于另一波峰，易导致成像图比较模糊。
步骤108、根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
具体地，可在得到声像仪的第一成像矩阵之后，先对该声像仪的第一成像矩阵进行推导处理，以得到可包括声像仪的标准波束模式矩阵的第二成像矩阵。此处可继续参照上述提到的声像仪的第一成像矩阵表达式，得到经过下式所推导出的声像仪的第二成像矩阵表达式：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
进一步的，可根据声像仪的标准波束模式矩阵，对所得到的声像仪的第二成像矩阵再进行转换卷积处理，以得到声像仪的第三成像矩阵。
可以看出，如上式所示出的声像仪的第二成像矩阵表达式包括有上述提到的声像仪的标准波束模式矩阵且满足卷积的形式，进而可继续参照上述提到的声像仪的第二成像矩阵表达式以及声像仪的标准波束模式矩阵表达式，得到如下式所示出的声像仪的第三成像矩阵表达式：
Figure 311670DEST_PATH_IMAGE019
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，且该
Figure 908873DEST_PATH_IMAGE021
可对应为 声像仪的目标成像矩阵表达式；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
可表示为Dirac-Delta函数。
可以理解的是，上述提到的声像仪的第二成像矩阵表达式与声像仪的第三成像矩 阵表达式为等效关系，为便于后续计算方便可将
Figure 382842DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 370390DEST_PATH_IMAGE004
分别替换为
Figure 125856DEST_PATH_IMAGE023
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE024
。在 此可明显看出，上述提到的声像仪的第三成像矩阵表达式是一个标准的二维卷积形式。
进一步的，可对该声像仪的第三成像矩阵进行解卷积计算，以得到声像仪的目标成像矩阵，并可根据该声像仪的目标成像矩阵生成最终更为精确的目标成像图。
其中，上述提到的该声像仪的第三成像矩阵表达式包括有声像仪的目标成像矩阵 表达式
Figure 813452DEST_PATH_IMAGE021
，此处可以但不局限于根据R-L解卷积方法对该声像仪的第三成像矩 阵表达式进行解卷积计算，以得到
Figure 628961DEST_PATH_IMAGE021
。可以理解的是，R-L解卷积方法是一种常 用的计算工具，此处不再过多赘述，且在本申请实施例中还可采用其他的解卷积方法，不限 定于此。
请参阅图5，图5示出了本申请实施例提供的一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统的结构示意图。
如图5所示，该基于声像仪的解卷积高分辨成像系统可以但不局限于应用在声像仪，其具体包括矩阵构造模块501、矩阵计算模块502、矩阵处理模块503以及矩阵成像模块504，其中：
矩阵构造模块501，用于确定声像仪的麦克风阵列，并根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵；
矩阵计算模块502，用于基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵；
矩阵处理模块503，用于对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵；
矩阵成像模块504，用于根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
在一些可能的实施例中，系统还包括：
获取模块，用于在根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵之前，获取目标声源信号；
矩阵构造模块，具体用于根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在一些可能的实施例中，矩阵计算模块502具体包括：
坐标系建立单元，用于基于参考中心点以及声像仪的麦克风阵列所在平面构建空间直角坐标系；
坐标确定单元，用于在空间直角坐标系中确定每个阵元的坐标；其中，声像仪的麦克风阵列包括至少两个阵元；
矩阵计算单元，用于根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系，计算出声像仪的阵列流型矩阵。
在一些可能的实施例中，矩阵计算单元，具体用于：
设定空间直角坐标系的自变量入射角度；
根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，计算出每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵；
基于每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵，确定每个阵元的相位移动矩阵；
确定目标声源信号的信号频率，并根据每个阵元的相位移动矩阵以及目标声源信号的信号频率，计算出每个阵元的阵列流型矩阵。
在一些可能的实施例中，矩阵构造模块501包括：
角度计算单元，用于确定目标声源信号在空间直角坐标系中的坐标，并根据目标声源信号的坐标计算出目标声源信号相对参考中心点的入射角度；
矩阵构造单元，用于根据目标声源信号相对参考中心点的入射角度、每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在一些可能的实施例中，矩阵计算模块502还包括：
区域生成单元，用于基于声像仪的麦克风阵列生成参考区域，参考区域包括声像仪的麦克风阵列中所有的阵元；
确定单元，用于将参考区域的中心点作为参考中心点；或
将位于参考区域中心的阵元作为参考中心点。
在一些可能的实施例中，矩阵成像模块504具体包括：
推导单元，用于对声像仪的第一成像矩阵进行推导处理，得到声像仪的第二成像矩阵；其中，声像仪的第二成像矩阵包括声像仪的标准波束模式矩阵；
转换单元，用于根据声像仪的标准波束模式矩阵，对声像仪的第二成像矩阵进行转换卷积处理，得到声像仪的第三成像矩阵；
计算单元，用于对声像仪的第三成像矩阵进行解卷积计算，得到声像仪的目标成像矩阵。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列（Field－ProgrammableGate Array，FPGA）、集成电路（Integrated Circuit，IC）等。
请参阅图6，图6示出了本申请实施例提供的又一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统的结构示意图。
如图6所示，该基于声像仪的解卷积高分辨成像系统600可以包括：至少一个处理器601、至少一个网络接口604、用户接口603、存储器605以及至少一个通信总线602。
其中，通信总线602可用于实现上述各个组件的连接通信。
其中，用户接口603可以包括按键，可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。
其中，网络接口604可以但不局限于包括蓝牙模块、NFC模块、Wi-Fi模块等。
其中，处理器601可以包括一个或者多个处理核心。处理器601利用各种接口和线路连接整个电子设备600内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器605内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器605内的数据，执行路由设备600的各种功能和处理数据。可选的，处理器601可以采用DSP、FPGA、PLA中的至少一种硬件形式来实现。处理器601可集成CPU、GPU和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器601中，单独通过一块芯片进行实现。
其中，存储器605可以包括RAM，也可以包括ROM。可选的，该存储器605包括非瞬时性计算机可读介质。存储器605可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器605可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器605可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器601的存储装置。如图3所示，作为一种计算机存储介质的存储器605中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于声像仪的解卷积高分辨成像应用程序。
具体地，处理器601可以用于调用存储器605中存储的基于声像仪的解卷积高分辨成像应用程序，并具体执行以下操作：
确定声像仪的麦克风阵列，并根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵；
基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵；
对声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到声像仪的第一成像矩阵；
根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，并根据声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
在一些可能的实施例中，根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵之前，还包括：
获取目标声源信号；
根据声像仪的麦克风阵列构造声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在一些可能的实施例中，根据参考中心点计算出声像仪的阵列流型矩阵，包括：
基于参考中心点以及声像仪的麦克风阵列所在平面构建空间直角坐标系；
在空间直角坐标系中确定每个阵元的坐标；其中，声像仪的麦克风阵列包括至少两个阵元；
根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系，计算出声像仪的阵列流型矩阵。
在一些可能的实施例中，根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系，计算出声像仪的阵列流型矩阵，包括：
设定空间直角坐标系的自变量入射角度；
根据每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，计算出每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵；
基于每个阵元相对参考中心点的延迟矩阵，确定每个阵元的相位移动矩阵；
确定目标声源信号的信号频率，并根据每个阵元的相位移动矩阵以及目标声源信号的信号频率，计算出每个阵元的阵列流型矩阵。
在一些可能的实施例中，根据声像仪的麦克风阵列以及目标声源信号，构造声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
确定目标声源信号在空间直角坐标系中的坐标，并根据目标声源信号的坐标计算出目标声源信号相对参考中心点的入射角度；
根据目标声源信号相对参考中心点的入射角度、每个阵元的坐标以及空间直角坐标系的自变量入射角度，构造声像仪的标准波束模式矩阵。
在一些可能的实施例中，基于声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，包括：
基于声像仪的麦克风阵列生成参考区域，参考区域包括声像仪的麦克风阵列中所有的阵元；
将参考区域的中心点作为参考中心点；或
将位于参考区域中心的阵元作为参考中心点。
在一些可能的实施例中，根据声像仪的标准波束模式矩阵以及声像仪的第一成像矩阵，计算出声像仪的目标成像矩阵，包括：
对声像仪的第一成像矩阵进行推导处理，得到声像仪的第二成像矩阵；其中，声像仪的第二成像矩阵包括声像仪的标准波束模式矩阵；
根据声像仪的标准波束模式矩阵，对声像仪的第二成像矩阵进行转换卷积处理，得到声像仪的第三成像矩阵；
对声像仪的第三成像矩阵进行解卷积计算，得到声像仪的目标成像矩阵。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统（包括分子存储器IC），或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于声像仪的解卷积高分辨成像方法，其特征在于，所述方法应用于声像仪，所述方法包括：
确定所述声像仪的麦克风阵列，并根据所述声像仪的麦克风阵列构造所述声像仪的标准波束模式矩阵；
基于所述声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据所述参考中心点计算出所述声像仪的阵列流型矩阵；
对所述声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到所述声像仪的第一成像矩阵；
根据所述声像仪的标准波束模式矩阵以及所述声像仪的第一成像矩阵，计算出所述声像仪的目标成像矩阵，并根据所述声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述声像仪的麦克风阵列构造所述声像仪的标准波束模式矩阵之前，还包括：
获取目标声源信号；
所述根据所述声像仪的麦克风阵列构造所述声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
根据所述声像仪的麦克风阵列以及所述目标声源信号，构造所述声像仪的标准波束模式矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考中心点计算出所述声像仪的阵列流型矩阵，包括：
基于所述参考中心点以及所述声像仪的麦克风阵列所在平面构建空间直角坐标系；
在所述空间直角坐标系中确定每个阵元的坐标；其中，所述声像仪的麦克风阵列包括至少两个阵元；
根据每个所述阵元的坐标以及所述空间直角坐标系，计算出所述声像仪的阵列流型矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述阵元的坐标以及所述空间直角坐标系，计算出所述声像仪的阵列流型矩阵，包括：
设定所述空间直角坐标系的自变量入射角度；
根据每个所述阵元的坐标以及所述空间直角坐标系的自变量入射角度，计算出每个所述阵元相对所述参考中心点的延迟矩阵；
基于每个所述阵元相对所述参考中心点的延迟矩阵，确定每个所述阵元的相位移动矩阵；
确定所述目标声源信号的信号频率，并根据每个所述阵元的相位移动矩阵以及所述目标声源信号的信号频率，计算出每个所述阵元的阵列流型矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述声像仪的麦克风阵列以及所述目标声源信号，构造所述声像仪的标准波束模式矩阵，包括：
确定所述目标声源信号在所述空间直角坐标系中的坐标，并根据所述目标声源信号的坐标计算出所述目标声源信号相对所述参考中心点的入射角度；
根据所述目标声源信号相对所述参考中心点的入射角度、每个所述阵元的坐标以及所述空间直角坐标系的自变量入射角度，构造所述声像仪的标准波束模式矩阵。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，包括：
基于所述声像仪的麦克风阵列生成参考区域，所述参考区域包括所述声像仪的麦克风阵列中所有的所述阵元；
将所述参考区域的中心点作为参考中心点；或
将位于所述参考区域中心的所述阵元作为参考中心点。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述声像仪的标准波束模式矩阵以及所述声像仪的第一成像矩阵，计算出所述声像仪的目标成像矩阵，包括：
对所述声像仪的第一成像矩阵进行推导处理，得到所述声像仪的第二成像矩阵；其中，所述声像仪的第二成像矩阵包括所述声像仪的标准波束模式矩阵；
根据所述声像仪的标准波束模式矩阵，对所述声像仪的第二成像矩阵进行转换卷积处理，得到所述声像仪的第三成像矩阵；
对所述声像仪的第三成像矩阵进行解卷积计算，得到所述声像仪的目标成像矩阵。
8.一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统，其特征在于，所述系统应用于声像仪，所述系统包括：
矩阵构造模块，用于确定所述声像仪的麦克风阵列，并根据所述声像仪的麦克风阵列构造所述声像仪的标准波束模式矩阵；
矩阵计算模块，用于基于所述声像仪的麦克风阵列确定参考中心点，并根据所述参考中心点计算出所述声像仪的阵列流型矩阵；
矩阵处理模块，用于对所述声像仪的阵列流型矩阵进行滤波处理，得到所述声像仪的第一成像矩阵；
矩阵成像模块，用于根据所述声像仪的标准波束模式矩阵以及所述声像仪的第一成像矩阵，计算出所述声像仪的目标成像矩阵，并根据所述声像仪的目标成像矩阵生成目标成像图。
9.一种基于声像仪的解卷积高分辨成像系统，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述处理器与所述存储器相连；
所述存储器，用于存储可执行程序代码；
所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
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