一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法及装置，该方法包括：获取若干压电微机械超声换能器单元的回波信号组成的全矩阵回波数据；对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行预处理，得到预处理后的全矩阵回波数据；根据所述预处理后的全矩阵回波数据，采用全聚焦成像及补偿法对所述预处理后的全矩阵回波数据进行全聚焦成像，得到全聚焦原始成像图。本发明专利技术解决了目前使用压电微机械超声换能器阵列进行成像时，回波信号幅值小噪声严重，信噪比低，最终成像质量差的问题，提高了最终成像质量；另外，本发明专利技术由于不需要控制声束聚焦与偏转，无需硬件延时控制，可以直接避免使用高精度硬件延时，极大地减小了硬件设计的成本。设计的成本。设计的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法及装置


[0001]本专利技术涉及压电微机械超声换能器的成像
，具体涉及一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法及装置。

技术介绍

[0002]压电微机械超声换能器是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转换为超声波，或利用压电效应将超声波转换为电能的换能器，分别对应其发射和接收状态。压电微机械超声换能器结构如图1、图2所示，主要由电极层、压电薄膜层及上下两个硅层组成。在压电材料上下电极加电，即可激发压电薄膜的振动，产生超声波。压电微机械超声换能器在医学诊断、无损检测等领域中有广泛的应用，如图3所示，使用压电微机械超声换能器阵列成像便是其中之一。传统成像使用硬件延时的方法，控制声束的聚焦及偏转，从而扫描待测区域中的点，并对回波进行延迟叠加的从而成像。
[0003]相比传统的块体压电超声换能器，压电微机械超声换能器的激励后接收到的反射回波信号非常微弱，特别是在探测金属材料等声衰减较严重的材料时，因此更容易受到电路等外界噪声信号的影响。而传统的相控成像，直接对各换能器接收到的回波进行延迟叠加，不便于在成像中进行去噪及传播补偿等优化处理，导致最终成像质量较差。
[0004]同时，由于相控需要进行聚焦偏转等声束操作，因而需要精确的硬件延时控制，精确硬件延时需要成本较高，不利于大规模推广。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法及装置，解决了目前使用压电微机械超声换能器阵列进行成像时，回波信号幅值小噪声严重，信噪比低，最终成像质量差的问题。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法，该方法包括：
[0008]获取若干压电微机械超声换能器单元的回波信号组成的全矩阵回波数据；
[0009]对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行预处理，得到预处理后的全矩阵回波数据；
[0010]根据所述预处理后的全矩阵回波数据，采用全聚焦成像及补偿法对所述预处理后的全矩阵回波数据进行全聚焦成像，得到全聚焦原始成像图。
[0011]进一步地，所述的获取若干压电微机械超声换能器单元的回波信号组成的全矩阵回波数据，包括：
[0012]依次采用脉冲信号激励每个压电微机械超声换能器单元，生成发射信号；
[0013]采用全部压电微机械超声换能器单元对所述发射信号进行接收，得到回波信号；并将每个所述回波信号组成全矩阵回波数据；
[0014]其中，所述回波信号表示第i个压电微机械超声换能器单元发射且第j个压电微机械超声换能器单元接收的回波信号，记为e
ij
，1≤i,j≤k。
[0015]所述全矩阵回波数据是包括k
×
k个回波信号。
[0016]进一步地，所述的对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行预处理，包括：
[0017]对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行小波去噪去除白噪声，得到第一预处理信号；
[0018]对所述第一预处理信号进行带通滤波过滤掉在信号频带之外的低频噪声和高频噪声，得到第二预处理信号；
[0019]对所述第二预处理信号进行希尔伯特变换以获得原始信号的包络，作为每个预处理后的回波信号。
[0020]进一步地，所述全聚焦成像及补偿法进行全聚焦成像的步骤为：
[0021]步骤A，将预设成像区域进行划分，得到m*n个像素点；其中，m、n是正整数；
[0022]步骤B，从划分后的像素点中选取一个像素点p，并计算所述像素点p到每个压电微机械超声换能器单元的距离；
[0023]步骤C，选取压电微机械超声换能器单元i、压电微机械超声换能器单元j，计算压电微机械超声换能器单元i发射的声波，通过像素点p散射到压电微机械超声换能器单元j所经过的声波传播路程d
ij
＝d
ip
+d
jp
；其中，d
ip
为像素点p到压电微机械超声换能器单元i的距离，d
jp
为像素点p到压电微机械超声换能器单元j的距离，1≤i,j≤k；
[0024]步骤D，根据所述声波传播路程及声波在待测件中的声速，计算所述声波传播路程时所需要的时间c为声波在待测件中的声速；根据所述时间，提取所述时间对应回波中该时刻的幅值，即S
ij
＝e
ij
(t
ij
)，e
ij
(t
ij
)是全矩阵回波数据中的一个数据；
[0025]步骤E，对所述幅值进行补偿，得到补偿后的最终幅值S
ij
′
；
[0026]步骤F，根据步骤C至步骤E，循环遍历所有i、j，获取每个i、j时的最终幅值S
ij
′
，并求和得到像素点p的成像值A
p
，即
[0027]步骤G，根据步骤B至步骤F，循环遍历所有像素点，得到全聚焦原始成像图。
[0028]进一步地，所述步骤E中对所述幅值进行补偿，是包括向性补偿和距离衰减补偿，补偿公式为：
[0029]S
ij
′
＝S
ij
*w1
ij
*w2
ij
[0030][0031][0032][0033]其中，w1
ij
为指向性补偿；w2
ij
为距离衰减补偿；w1
i
为发射方向指向性补偿，w1
j
为接收方向指向性补偿，1≤i,j≤k，x∈{i,j}；λ为声波在待测件中的波长；θ
x
为像素点p压电微机械超声换能器单元x在竖直方向的夹角。
[0034]进一步地，该方法还包括对所述全聚焦原始成像图进行图像后处理，具体步骤为：
[0035]采用Daubechies小波基对所述全聚焦原始成像图进行二维小波去噪处理，将所述全聚焦原始成像图进行4阶分解，得到高阶子带；对所述高阶子带进行自适应阈值的软阈值模式滤波，得到滤波后的全聚焦最终成像图。
[0036]第二方面，本专利技术又提供了一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像装置，该装置支持所述的一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法；该装置包括：
[0037]全矩阵回波数据获取单元，用于获取若干压电微机械超声换能器单元的回波信号组成的全矩阵回波数据；
[0038]预处理单元，用于对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行预处理，得到预处理后的全矩阵回波数据；
[0039]全聚焦成像及补偿单元，用于根据所述预处理后的全矩阵回波数据，采用全聚焦成像及补偿优化法对所述预处理后的全矩阵回波数据进行全聚焦成像，得到全聚焦原始成像图；
[0040]图像后处理单元，用于对所述全聚焦原始成像图进行图像后处理，包括二维小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法，其特征在于，该方法包括：获取若干压电微机械超声换能器单元的回波信号组成的全矩阵回波数据；对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行预处理，得到预处理后的全矩阵回波数据；根据所述预处理后的全矩阵回波数据，采用全聚焦成像及补偿法对所述预处理后的全矩阵回波数据进行全聚焦成像，得到全聚焦原始成像图。2.根据权利要求1所述的一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法，其特征在于，所述的获取若干压电微机械超声换能器单元的回波信号组成的全矩阵回波数据，包括：依次采用脉冲信号激励每个压电微机械超声换能器单元，生成发射信号；采用全部压电微机械超声换能器单元对所述发射信号进行接收，得到回波信号；并将每个所述回波信号组成全矩阵回波数据；其中，所述回波信号表示第i个压电微机械超声换能器单元发射且第j个压电微机械超声换能器单元接收的回波信号，记为e
ij
，1≤i,j≤k。3.根据权利要求1所述的一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法，其特征在于，所述的对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行预处理，包括：对所述全矩阵回波数据中的每个回波信号进行小波去噪去除白噪声，得到第一预处理信号；对所述第一预处理信号进行带通滤波过滤掉在信号频带之外的低频噪声和高频噪声，得到第二预处理信号；对所述第二预处理信号进行希尔伯特变换以获得原始信号的包络，作为每个预处理后的回波信号。4.根据权利要求1所述的一种针对压电微机械超声换能器的全聚焦成像方法，其特征在于，所述全聚焦成像及补偿法进行全聚焦成像的步骤为：步骤A，将预设成像区域进行划分，得到m*n个像素点；其中，m、n是正整数；步骤B，从划分后的像素点中选取一个像素点p，并计算所述像素点p到每个压电微机械超声换能器单元的距离；步骤C，选取压电微机械超声换能器单元i、压电微机械超声换能器单元j，计算压电微机械超声换能器单元i发射的声波，通过像素点p散射到压电微机械超声换能器单元j所经过的声波传播路程d
ij
＝d
ip
+d
jp
；其中，d
ip
为像素点p到压电微机械超声换能器单元i的距离，d
jp
为像素点p到压电微机械超声换能器单元j的距离，1≤i,j≤k；步骤D，根据所述声波传播路程及声波在待测件中的声速，计算所述声波传播路程时所需要的时间c为声波在待测件中的声速；根据所述时间，提取所述时间对应回波中该时刻的幅值，即S
ij
＝e
ij
(t
ij
)，e
ij
(t
ij
)是全矩阵回波数据中的一个数据；步骤E，对所述幅值进行补偿，得到补偿后的最终幅值S
ij
′
；步骤F，根据步骤C至步骤E，循环遍历所有i、j，获取每个i、j时的最终幅值S
ij
′
，并求和得到像素点p的成像值A
p
，即
...

【专利技术属性】
技术研发人员：计炜梁，邢占强，刘利芳，李小石，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：