超声导波相控阵全聚焦成像方法技术

公开了超声导波相控阵全聚焦成像方法，方法中，超声导波相控阵朝向成像点位置采集信号，依据成像点位置对所述信号逐个频散补偿后截取对应于成像点的散射波包；计算所有散射波包两两间的波形相似程度并求和得到波形相似因子；计算所有散射波包信号中对应于成像点位置的信号幅值并求和得到幅值因子；以波形相似因子与幅值因子之乘积作为成像指标对成像区域所有待成像点进行扫描计算，得到成像结果。得到成像结果。得到成像结果。

【技术实现步骤摘要】
超声导波相控阵全聚焦成像方法


[0001]本专利技术属于超声无损检测
，尤其涉及一种超声导波相控阵全聚焦成像方法。

技术介绍

[0002]超声检测技术是一类工业中广泛使用的无损检测技术，具有无污染、设备便携等优点。相控阵技术采用多个阵元按一定规则激励及接收超声信号，与非相控阵技术相比，可取得更加优异的成像性能。
[0003]全聚焦(total focusing method，TFM)方法是一种超声相控阵成像方法，其最早由英国学者Holmes等人提出。目前，全聚焦成像方法是超声相控阵(包括超声体波相控阵和超声导波相控阵)中广泛使用的一种成像方法，采用全矩阵捕获方式(full matrix capture，FMC)完成数据采集、聚焦扫描则是通过数据后处理方式进行，无需常规相控依据各阵元时间延迟进行逐点聚焦，其成像结果具有比常规相控阵更高的信噪比。全聚焦成像方法根据成像点的位置，计算出各通道信号对应的飞行时间，并将飞行时间下的信号幅值进行累加，以此作为该像素点的成像指标。尽管目前的全聚焦方法已取得了较好的成像结果，但因为其仅采用了信号幅值进行成像，尚未考虑对应于成像点的信号波包的波形之间的相似性，其成像结果的信噪比仍有提升的空间。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种超声导波相控阵全聚焦成像方法，提升现有超声导波相控阵全聚焦成像方法的信噪比，实现高信噪比缺陷成像。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法包括：
[0008]步骤S1，超声导波相控阵按照逐个阵元激发、所有阵元接收的方式采集得到全矩阵捕获信号，对成像区域离散化为一系列成像点，依据每一成像点位置对所述信号逐个频散补偿后截取对应于成像点的散射波包；
[0009]步骤S2：计算所有散射波包两两间的波形相似程度并求和得到波形相似因子；
[0010]步骤S3：计算所有散射波包信号中对应于成像点位置的信号幅值并求和得到幅值因子；
[0011]步骤S4：以波形相似因子与信号幅值之乘积作为成像指标对成像区域所有待成像点进行扫描计算，得到成像结果。
[0012]所述的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法中，频散补偿按以下方式进行：其中，FFT、IFFT分别表示傅里叶变换、
傅里叶逆变换，表示依据位置(x，y)进行频散补偿后所得信号，y
i
(t)表示超声导波相控阵所接收到的第i个时域信号，j为虚数单位，k(ω)表示信号所属导波模态的波数，表示超声导波相控阵采集第i个时域信号时的激励阵元所在位置至成像点(x，y)的距离与成像点(x，y)至接收阵元所在位置的距离的和，表示超声导波相控阵采集第i个时域信号时的激励阵元所在位置至成像点的距离与成像点至接收阵元所在位置的距离之乘积。
[0013]所述的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法中，所述步骤S1中，所述截取按以下方式进行：
[0014][0015]其中，表示对频散补偿后的信号截取后所得散射波包，T表示超声导波相控阵中激励信号波包的有效时域宽度。
[0016]所述的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法中，所述步骤S2中，所述波形相似程度的计算方式为皮尔逊相关系数的计算方式，其计算公式为
[0017][0018]其中，ρ
p，q
(x，y)表示第p和第q个波包的皮尔逊相关系数，和分别表示截取所得到的第p和第q个波包，表示两个波包的协方差，和分别表示两个信号的标准差。
[0019]所述的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法中，所述步骤S2中，所述的波形相似因子包括频散补偿后所得散射波包两两间的皮尔逊相关系数之和，其计算公式为：
[0020][0021]其中，α(x，y)为波形相似因子，N为采集所得信号的个数。
[0022]所述的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法中，所述步骤S3中，所述的对应于成像点位置的信号幅值包括
[0023]上述技术方案中，本专利技术提供的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法，具有以下有益效果：本专利技术同时利用了信号幅值和波形相似，在保留仅基于信号幅值的传统超声相控阵全聚焦方法可以实现全范围动态聚焦的同时，可以进一步提升成像结果的信噪比。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一
些实施例，对丁本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术中超声导波相控阵全聚焦成像方法的一个实施方式的待测铝合金板中缺陷位置及含9个阵元的均匀线阵的布置示意图；
[0026]图2为本专利技术中超声导波相控阵全聚焦成像方法的一个实施方式的流程示意图；
[0027]图3为本专利技术中超声导波相控阵全聚焦成像方法的一个实施方式得到的典型成像结果示意图；
[0028]图4为现有技术得到的成像结果示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0032]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声导波相控阵全聚焦成像方法，其特征在丁，其包括以下步骤：步骤S1，超声导波相控阵按照逐个阵元激发、所有阵元接收的方式采集得到全矩阵捕获信号，对成像区域离散化为一系列成像点，依据每一成像点位置对所述信号逐个频散补偿后截取对应于成像点的散射波包；步骤S2：计算所有散射波包两两间的波形相似程度并求和得到波形相似因子；步骤S3：计算所有散射波包信号中对应于成像点位置的信号幅值并求和得到幅值因子；步骤S4：以波形相似因子与信号幅值之乘积作为成像指标对成像区域所有待成像点进行扫描计算，得到成像结果。2.根据权利要求1所述的一种超声导波相控阵全聚焦成像方法，其特征在于，优选的，频散补偿按以下方式进行：其中，FFT、IFFT分别表示傅里叶变换、傅里叶逆变换，表示依据位置(x，y)进行频散补偿后所得信号，y
i
(t)表示超声导波相控阵所接收到的第i个时域信号，j为虚数单位，k(ω)表示信号所属导波模态的波数，表示超声导波相控阵采集第i个时域信号时的激励阵元所在位置至成像点(x，y)的距离与成像点(x，y)至接收阵元所在位置的距离的和，表示超声导波相控阵采集第i个时...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明晰，许才彬，胡宁，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：