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超声成像技术因为具有安全、便携、实时等特点，被广泛应用于临床诊断和工业探伤等领域，特别是在医学胎儿检查方面具有不可替代的作用，几乎垄断了目前全世界的胎儿成像检测。尽管超声成像技术具有上述的诸多优点，但是相比MRI、CT等其它成像技术，其仍然存在空间分辨率低、噪声干扰大等问题，这也限制了该技术的广泛应用。 通过自适应波束合成算法对超声回波信号进行处理可以有效改善成像质量，提高成像分辨率和对比度，但是现有的很多算法是以牺牲成像速度为代价来获得质量的，这会使超声成像技术的实时优点被弱化。除了自适应波束合成算法以外， A/D采样频率和探头阵元数的增加也能使成像分辨率得到改善，但是大量回波数据的采集、存储和传输带来的是成像系统硬件复杂度的不断增加，甚至会超出现有硬件技术所能允许的范围，压缩感知理论在超声成像技术中的应用虽然能减少所需采集、存储的回波数据，降低硬件复杂度，但是传统的稀疏变换矩阵对超声回波信号缺乏针对性，其重构效果不佳，因此如何设计高效能的稀疏字典提高压缩感知超声成像的重构精度是减少系统硬件复杂度的关键之一。 针对上述的两个问题，本文开展如下研究： ①提出了基于频域分段的最小方差波束合成算法。该算法考虑到传统最小方差波束合成算法针对的是窄带、非相关信号，而实际超声回波信号具有宽带、相关性强的情况，通过 STFT对回波信号进行分段频域变换使各个子频段满足传统MV算法的窄带适用条件，然后运用前后向空间平滑法消除不同阵元上回波信号之间的相关性，接着引入对角加载法提高算法稳健性，利用与传统 MV算法基本一致的计算过程得到频域加权向量，最后对计算所得的频域加权向量进行傅里叶反变换获得最终的时域波束合成信号。此外利用频域信号具有共轭对称的特点，该算法只取频域信号的前半部分进行加权计算，大大缩短了成像时间。最后，对所提方法进行仿真实验验证。结果证明所提算法在可以在分辨率、对比度和算法鲁棒性等方面有效提高成像质量，且成像时间仅次于速度最快的延时叠加波束合成算法 ②提出了一种适用于压缩感知超声成像技术的高效能稀疏字典。根据超声回波信号是发射脉冲信号经过不同延时衰减后叠加的特点，利用发射脉冲作为基向量构造稀疏字典，在不考虑超声反射存在的非线性效应时，该稀疏字典理论上能使超声回波信号的稀疏度等于阵元接收到的反射回波个数，突破了常用稀疏变换的稀疏表示能力，以更高的压缩率实现相同的重构效果，更大幅度地减少成像所需存储的数据量，降低系统的复杂度。最后对所提方法进行仿真实验，还根据本实验室所研发的超声成像设备所采集的回波数据对所提算法的实际应用效果进行检验。结果证明在相同条件下所提稀疏字典的重构绝对误差更小，重构图像质量更优。