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基于正则化方法和稀疏角度扫描的光声成像重建方法研究的开题报告
一、研究背景及意义
近年来，光声成像技术已经成为了一个重要的成像方法，广泛应用于生命科学、生物医学工程、材料科学等领域。一个常见的问题是在进行光声成像时，由于自然介质中散射和吸收的存在，强烈的光源只在目标腔体或组织表面附近产生足够的声波，致使实际感兴趣的目标像受到严重的模糊影响或完全未显现出来。而如何有效提高光声成像重建的精度是当前研究的热点之一。
正则化方法是最近几十年来在信号处理和图像处理领域中大量使用的一种调整最优化问题的方法。通过在损失函数中加入额外的约束条件，来实现对求解的控制。在光声成像重建中，正则化方法可以有效地降低噪声的影响，增强成像品质。但是，传统正则化方法大多依赖于基函数的选择，可能会存在一些缺点，例如基函数的选取意味着模型先验知识的强加，需要具有足够的先验知识才能选取到合适的基函数。同时，过度拟合可能导致算法在未知数据上出现“过度适应”的问题。
稀疏角度扫描作为一种新的重建方法，可以通过少量的角度和更少的测量次数来重建图像，从而简化系统，减少成本，并确保成像质量。稀疏角度扫描本质上是应用基于CS（CompressedSensing）的理论的一种方法。它是在原始信号稀疏表示的基础上，在图像稀疏表示空间中实现光声成像重建过程，因此可以在保证一定成像质量的同时降低成像成本。
基于上述背景，本文提出了一种结合正则化方法和稀疏角度扫描的光声成像重建方法，来进一步提高光声成像重建的精度和准确度。
二、研究内容和方案
本文的主要研究内容为：
1.探究正则化方法在光声成像重建中的应用。在使用传统正则化方法进行光声成像重建时，需要事先选取一种适合的基函数，同时基函数的选择也会受到模型先验知识的影响。因此在本文中，将尝试使用新的正则化方法，使数据在尽量不失真的情况下具有尽可能的稀疏性，同时避免过度拟合的问题。
2.结合扫描策略和理论，开发一种全角度稀疏的扫描方案，以实现更准确的光声成像。由于稀疏角度扫描重建需要较少的角度和测量次数来实现重建图像，因此可以在保证成像质量的同时提高扫描效率。
3.实验证明本文所提出的光声成像重建方法的有效性。通过使用不同的实验数据集进行重建实验，并与传统的光声成像重建方法进行对比，展示新的光声成像重建方法的显著效果和优势。
本文的研究方案如下：
1.首先，通过文献综述和实验探究，比较传统正则化方法和新的正则化方法的优缺点，以及其在光声成像重建中的应用。
2.然后，根据正则化方法构建光声成像重建模型，设计相应的数值计算方法，并将其应用于稀疏角度扫描的光声成像中，实现光声信号的重建。
3.最后，通过实验证明本文所提方法的有效性。在实验中，将会使用不同的实验数据集进行重建实验，并与传统的光声成像重建方法进行对比，展示新的光声成像重建方法的显著效果和优势。
三、预期的研究结果
本文的研究预期将得到以下结果：
1.提出一种基于正则化方法和稀疏角度扫描的光声成像重建方法，并对其原理进行深入解析和探究。
2.设计相应的光学系统，开展稀疏角度扫描的实验，收集实验数据，使用本文所提出的方法，实现光声成像的重建。
3.与传统的光声成像重建方法进行对比实验，证明所提出的方法在重建率、成像误差和稳定性等方面具有优势，同时可以显著减少扫描时间，增加扫描效率。