一种基于无透镜热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法及成像装置，属于目标成像探测领域；超声波发射源发出的超声波经过声波分束器分成两束：经过待成像物体透射的超声波被超声波桶探测器接收；超声波CCD探测器用于接收超声波发射源发射的超声波束。关联器用于计算两路超声波探测器探测到的超声波声强的二阶关联函数，对两路超声波信号进行符合测量，得到待成像物体的像。本发明专利技术将超声波作为波源引入鬼成像，实现了新的超声波鬼成像方法，该成像方法具有良好的抗扰动特性，与传统超声波成像相比，可以实现无透镜成像，具有分辨率高、成像质量高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于目标成像探测领域，涉及到利用鬼成像原理对物体成像，特别涉及到一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法及装置。
技术介绍
自从1895年德国的物理学家威廉·康拉德·伦琴发现X射线为开创医疗影像技术铺平了道路后，医学超声成像、电子计算机断层扫描、磁共振成像、数字减影血管造影技术和发射体层成像等医学成像技术逐渐出现并趋于成熟。其中，医学超声成像因为速度快、对患者无创无辐射、可连续动态及重复扫描，可实时观察运动脏器，能生成一维到四维的声像图等优点而被应用于心脏、大血管及胆囊的显示和测量。传统的医学超声成像是利用具有压电效应的压电材料制作超声探头，实现电压和声振动的转换。根据超声脉冲回波成像原理，超声探头向人体内发射的超声脉冲，在传播过程中遇到人体组织和脏器界面时产生回波，超声探头接收回波并进行放大处理后，再发射下一组脉冲，以此得到人体内部组织和脏器的结构信息的声像图。上述传统医学超声成像技术存在的问题是：人体脏器内的细小结构对入射超声波产生散射，使入射超声波的部分能量向各个空间方向散射，返回至超声探头的能量过低而无法形成清晰的人体组织和脏器图像；因为混响效应、镜像效应、后壁增强效应、旁瓣效应和部分容积效应而产生的超声伪像，破坏了声像图的真实性，降低了图像的可信度，给医师识图和疾病诊断带来不便甚至误诊。另外，声呐在海底目标探测中应用比较广泛，尤其是探测潜艇等水下军事目标。与光学水下探测相比，超声波在水下测量与探测方面有着得天独厚的优势。电磁波在水中的衰减速度太快，而且波长越长，电磁波的功率损失越大。与电磁波相比，声波在水中的衰减速度慢得多。1906年，英国海军的刘易斯·尼克森所专利技术了第一个被动声呐。声呐在军事、海洋测绘、海流流速测量、水声通信等领域均有应用，在对水下目标的探测、分类、定位、跟踪，进行水下通信和导航，水文测量和海底地质地貌的勘测等方面的作用至关重要。但是，声呐只能探测到水下目标的有无，并利用声波的反射回波对水下距离进行测量，无法得到水下目标的具体像。鬼成像的发展先后经历了纠缠双光子鬼成像、赝热光鬼成像、真热光鬼成像、反射光鬼成像和计算鬼成像等阶段。1995年，马里兰大学史砚华小组首次实验实现了基于纠缠双光子对的鬼成像。2006年，Scarcelli等人利用经典的赝热光源实现了无透镜热光鬼成像。随后吴令安小组利用铷空心阴极电子管作为光源实现了真热光鬼成像。但是，现有传统医学超声成像易受干扰、成像分辨率低、成像质量差，以及传统声呐探测技术只能探测水下目标物体的有无而无法对目标物体成清晰像。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了现有技术中的问题，提出一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法及成像装置，该方法利用超声波作为波源和双路鬼成像原理实现对目标物体的成像探测。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法，超声波发射源发出的超声波经过声波分束器分成两束：一束超声波经过待成像物体透射后被超声波桶探测器接收；另一束超声波被超声波CCD探测器接收；关联器与超声波桶探测器和超声波CCD探测器相连，且通过关联器计算超声波桶探测器和超声波CCD探测器接收到的超声波声强的二阶关联函数，从而得到待成像物体的像。通过关联器计算超声波桶探测器和超声波CCD探测器接收到的超声波声强的二阶关联函数的具体过程：根据二阶关联函数G(2)(x1)的定义G(2)(x1)＝<P*(x1)P(x1)P*(x2)P(x2)>其中，P(x1)是待成像物体后的超声波CCD探测器上某一点x1的声压，P(x2)是超声波桶探测器上某一点x2的声压，*代表共轭；超声波CCD探测器上某一点x1探测到的声强I1＝<P*(x1)P(x1)>＝I(x1)超声波桶探测器上某一点x2探测到的声强I2＝<P*(x2)P(x2)>＝∫object|P(x2)h(xs,x2)T(x2)|2dx2其中，h(xs,x2)是超声波从超声波发射源传播到超声波桶探测器传播过程中的脉冲响应函数，xs代表超声波发射源上一点，T(x2)是待成像物体的透射函数；超声波发射源到超声波桶探测器、超声波CCD探测器的距离相等，均为z，当超声波发射源的直径D和z满足D2<<z2时，即在傍轴近似下，根据二阶关联函数的定义，得到声波鬼成像的公式为其中D是超声波发射源的直径，λ是超声波的波长；通过超声波桶探测器和超声波CCD探测器探测到的两束声波的声强进行符合测量后，超声波声强的二阶关联函数G(2)(x1)中包含物体的信息，即物体的透射函数T(x2)，所以能够得到目标物体的像。本专利技术进一步的改进在于，超声波发射源发出的超声波的波长λ＝8.6mm。本专利技术进一步的改进在于，通过将型号相同、中心频率一致的多个超声波传感器发射端以阵列形式排布，构成了超声波发射源。本专利技术进一步的改进在于，通过与超声波传感器发射端相同中心频率的单个超声波传感器接收端构成超声波桶探测器。本专利技术进一步的改进在于，通过将与超声波传感器发射端相同中心频率的多个超声波传感器接收端以阵列形式排布，构成超声波CCD探测器。一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像装置，包括超声波发射源、声波分束器、待成像物体、超声波桶探测器、超声波CCD探测器和关联器；超声波发射源发出的超声波经过声波分束器分成两束：一束超声波经过待成像物体透射后被超声波桶探测器接收；另一束超声波被超声波CCD探测器接收；关联器与超声波桶探测器和超声波CCD探测器相连，关联器用于计算超声波桶探测器和超声波CCD探测器接收到的超声波声强的二阶关联函数，从而得到待成像物体的像。本专利技术进一步的改进在于，超声波CCD探测器到声波分束器的距离与超声波桶探测器到声波分束器的距离相同。本专利技术进一步的改进在于，通过将将型号相同、中心频率一致的多个超声波传感器发射端以阵列形式排布，构成了超声波发射源。本专利技术进一步的改进在于，通过与超声波传感器发射端相同中心频率的单个超声波传感器接收端构成超声波桶探测器；通过将与超声波传感器发射端相同中心频率的多个超声波传感器接收端以阵列形式排布，构成超声波CCD探测器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)将超声波作为波源引入鬼成像，将鬼成像原理与超声波成像相结合，利用超声波作为波源取代传统鬼成像的热光源和赝热光源，通过双路鬼成像原理实现了新的超声波鬼成像方法，并且本专利技术所成像质量高、分辨率高；(2)与现有鬼成像利用真热光或赝热光作为光源相比，利用超声波作为鬼成像的波源，因为没有类似于热光源的超声波CCD探测器和桶探测器这样的器件，本专利技术提供可供实验使用的超声波CCD探测器和超声波桶探测器；(3)本专利技术中使用的超声波波长远大于光学鬼成像中光源的波长，给数值模拟和实验带来困难，本专利技术不仅给出了超声波鬼成像的理论推导，也实现了超声波鬼成像对待成像物体的成像，给出了数值模拟的结果；(4)与医学成像相比，本专利技术不易受环境温度、湿度变化的影响，具有良好的抗扰动特性；(5)分辨率高，与已有的各种超声波成像方法相比，该成像系统能够更加精确地呈现待成像物体的像；(6)成像质量高，与已有的各种超声波成像方法相比，能够实现近距离和远距离目标较高质量的成像。(7)本专利技术的新的超声波本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法，其特征在于，超声波发射源(7)发出的超声波经过超声波分束器(8)分成两束：一束超声波经过待成像物体(9)透射后被超声波桶探测器(10)接收；另一束超声波被超声波CCD探测器(11)接收；关联器(12)与超声波桶探测器(10)和超声波CCD探测器(11)相连，且通过关联器(12)计算超声波桶探测器(10)和超声波CCD探测器(11)接收到的超声波声强的二阶关联函数，从而得到待成像物体(9)的像。
【技术特征摘要】
1.一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法，其特征在于，超声波发射源(7)发出的超声波经过超声波分束器(8)分成两束：一束超声波经过待成像物体(9)透射后被超声波桶探测器(10)接收；另一束超声波被超声波CCD探测器(11)接收；关联器(12)与超声波桶探测器(10)和超声波CCD探测器(11)相连，且通过关联器(12)计算超声波桶探测器(10)和超声波CCD探测器(11)接收到的超声波声强的二阶关联函数，从而得到待成像物体(9)的像。2.根据权利要求1所述的一种基于热光鬼成像原理的超声波鬼成像方法，其特征在于，通过关联器(12)计算超声波桶探测器(10)和超声波CCD探测器(11)接收到的超声波声强的二阶关联函数的具体过程：根据二阶关联函数G(2)(x1)的定义G(2)(x1)＝<P*(x1)P(x1)P*(x2)P(x2)>其中，P(x1)是...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建彬，王婧婧，韩奇，徐卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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