超声成像技术是现代医学超声诊断中极为重要的技术,它利用脉冲回波检测原理对人体组织进行成像,协助临床应用对各种病症进行诊断。由于其廉价、使用方便、无副作用等优点,已成为当今四大主流医学成像手段之一。超声成像技术虽然在临床上得到了非常广泛的应用,但由于超声基础成像理论的一些限制,当前的超声成像技术仍存在许多问题值得研究。目前存在的主要问题有：空间分辨率低,难以区分距离相近的成像目标；图像质量受噪声干扰严重,图像清晰度、对比度不是很好；帧频低,时间分辨率不够高,对运动器官的实时诊断存在不利的影响。在实际应用中,许多因素是互相牵制的。因此如何协调、有效地解决以上问题,获得高性能的超声成像系统对于临床诊断具有非常重要的意义。本论文首先研究了超声成像基本原理以及超声系统基本结构,然后系统分析了影响超声成像系统帧频和图像质量这两大关键问题的各种因素,并总结了当前针对这两大关键问题存在的主要解决方法,这对于认识超声基础成像理论,以及设计高性能的超声成像系统具有重要的指导意义。本论文首次提出了基于稀疏理论的平面波发射超声成像方法。平面波发射是提高超声成像帧频的一种有效方法,而如何提高单次平面波发射下的成像质量是高帧频平面波发射成像领域有待解决的难点问题。本论文由线性超声成像模型出发,应用过完备字典的稀疏表示理论,推导出稀疏表示超声成像模型,直接由采集到的单次回波数据得到高分辨率、高对比度的超声图像。论文利用超声仿真软件Field Ⅱ进行了数据仿真,实验结果验证了本文模型可以有效地提高超声图像的分辨率、对比度,成像质量得到了极大的改善。而且在抵抗噪声的能力上都有很好的表现。针对超声图像固有的斑点噪声问题,本论文研究分析了斑点噪声的形成机理以及对超声图像质量的影响。为了在去除超声斑点噪声的同时能更有效保护图像细节,本文结合欧拉弹性能量模型,提出一种基于变分法的自适应最小能量去噪模型。同时为了解决数值求解过程中迭代次数与迭代步长的矛盾,本文提出迭代停止准则和自适应变步长去噪算法。仿真和真实超声图像的实验结果表明了算法不仅在去噪的同时能够很好地保护细节信息,而且能有效地减少迭代次数。