一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法技术

本发明专利技术公开了一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法，先初始化超声相控阵的各个参数，设置超声相控阵发射波束在被测试件中的角度范围，再确定各个波束的起始采样位置和延时时间，然后超声相控阵根据各波束的延时时间，控制采样端对各波束从起始采样点开始采样，并根据采样值计算每个像素点的像素值，最后使用多线程分区绘图，从而快速绘制出扇扫图像，实现实时插值成像

【技术实现步骤摘要】
一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，更为具体地讲，涉及一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法
。

技术介绍

[0002]工业无损检测领域中的超声相控阵检测技术是一项先进的缺陷检测技术，相较于常规超声探头，相控阵的优势在于无需移动探头便可通过声束偏转和聚焦得到多条波束的检测信号，实现多角度扫查，并可实时成像
。
该技术的细分方向包括扇扫成像
、
全聚焦成像
、
线性扫描或电子扫查成像
。
[0003]扇扫成像的主要原理是：使用阵列探头，依据相应的发射聚焦律和接收聚焦律，对各阵元的激发时间进行控制，实现声束偏转和聚焦，并对各阵元的接收数据进行合成，获取回波检测信号，再对信号进行处理便可得到清晰的声波缺陷图像
。
[0004]发射聚焦律是指激发阵元时根据指定的聚焦点，分别计算各阵元声波到达该聚焦点的时间以及时间差，并根据该时间差依次激发各阵元，使得各阵元的声波同时到达聚焦点，实现声束聚焦和偏转；接收聚焦律是指接收信号时根据指定的虚拟聚焦点，也依据声波传播时间差对各阵元接收到的信号进行合成，得到该波束的回波信号
。
常用的聚焦律主要有四种，即等深度聚焦
、
等声程聚焦
、
投影聚焦
、
任意面聚焦，通俗的讲就是对各波束的焦点进行设置，分别设置相同垂直深度
、
相同传播距离
、
相同水平距离
>、
任意相同平面的焦点
。
[0005]相控阵探头通常需要楔块作为与工件接触的中间介质，一方面是为了保护探头，另一方面，由于声波在界面处存在折射，依据斯涅尔定律，采用斜楔块可使纵波超过第一折射角，仅让横波进入工件，避免纵波与横波的干扰；同时，由于超声旁瓣等原因，随着声束的偏转角度增大，其聚焦能力和检测效果会随之下降，而斜楔块的存在则可增大这一角度扫查范围
。
如今采用斜楔块的超声相控阵扇扫成像技术已经成为超声无损检测的主要技术之一，特别在钢轨焊缝缺陷检测领域使用广泛
。
[0006]但是，目前的扇扫成像方法为了实现快速实时地成像，通常没有进行插值处理，而是先经过坐标变换，然后直接将各采样点上方的四边形区域全部填充为该采样点的灰度值，这种成像方式首先明显存在成像偏差，其次，清晰度也较低，特别是距离较远处，会呈明显的方块状
。
如果想实现清晰
、
准确的成像，不得不使用插值成像方法，但使用插值必然会伴随庞大的计算量，这对成像的快速性
、
实时性是一个挑战；另外，目前已有的扇扫插值方法大多采用简单的线性插值，对于扇扫成像并不是最佳选择，其成像精度得不到保证
。
因此，亟需一种精确
、
高速
、
平滑的超声相控阵扇扫成像方法
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法，以实现精确
、
高速
、
平滑地成像
。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法，其特
征在于，包括以下步骤：
[0009](1)、
超声相控阵初始化；
[0010]初始化超声相控阵的各个参数，设置超声相控阵发射波束在被测试件中的角度范围
θ1～
θ
n
；
[0011](2)、
确定各个波束的起始采样位置；
[0012](2.1)、
将每束波束穿过楔块与被测试件的交界面的点记为每束波束的入射点
A
i
，
i
＝
1,2,
…
,n
，
n
为波束数量；
[0013](2.2)、
记超声相控阵的中心点为
H
，然后以中心点
H
正下方与交界面的交点作为像素坐标的圆心
O
，垂直向下为
Z
轴，水平方向为
X
轴，构建坐标系；
[0014](2.3)、
确定波束在楔块中的传播速度
v1、
在被测试件中的传播速度
v2；
[0015](2.4)、
根据坐标系，计算被测试件中每束波束的斜率
k
i
、
入射点位置
OA
i
；
[0016]根据坐标系，标记出每束波束的反向延长线，然后记录相邻两波束之间的交点
B
；
[0017](2.5)、
确定各个波束的起始采样点
C
i
；
[0018]根据角度范围
θ1～
θ
n
，从最大角度
θ
n
开始，设置第
n
束波束的入射点与起始采样点的位置相同，然后计算第
n
束与第
n
‑1束波束的反向延长线的交点
B
n,n
‑1到
C
n
的距离，记为
L
n
；
[0019]以交点
B
n,n
‑1为圆心
、L
n
为半径画圆弧，圆弧与第
n
‑1束波束的交点记为第
n
‑1束波束的起始采样点
C
n
‑1，然后以此类推，直到得到第1束波束的起始采样点
C1，最终得到各个波束的起始采样点
{C1,C2,
…
,C
i
,
…
,C
n
}
；
[0020](3)、
确定各个波束的延时时间
τ
i
；
[0021](3.1)、
对于每一束波束，分别计算出中心点
H
到入射点
A
i
的距离以及入射点
A
i
到起始采样点
C
i
的距离
[0022](3.2)、
分别计算每一束波束在楔块与被测试件中的延时时间；
[0023][0024]其中，为第
i
束波束在楔块中的延时时间，为第
i
束波束在被测试件中的延时时间；
[0025](3.3)、
计算各个波束的延时时间
τ
i
并下发至超声相控阵；
[0026][0027](4)、
超声相控阵的扇扫成像；
[0028](4.1)、
超声相控阵根据各波束的延时时间，控制采样端对各波束从起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声相控阵扇形扫描实时插值成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、
超声相控阵初始化；初始化超声相控阵的各个参数，设置超声相控阵发射波束在被测试件中的角度范围
θ1～
θ
n
；
(2)、
确定各个波束的起始采样位置；
(2.1)、
将每束波束穿过楔块与被测试件的交界面的点记为每束波束的入射点
A
i
，
i
＝
1,2,
…
,n
，
n
为波束数量；
(2.2)、
记超声相控阵的中心点为
H
，然后以中心点
H
正下方与交界面的交点作为像素坐标的圆心
O
，垂直向下为
Z
轴，水平方向为
X
轴，构建坐标系；
(2.3)、
确定波束在楔块中的传播速度
v1、
在被测试件中的传播速度
v2；
(2.4)、
根据坐标系，计算被测试件中每束波束的斜率
k
i
、
入射点位置
OA
i
；根据坐标系，标记出每束波束的反向延长线，然后记录相邻两波束之间的交点
B
；
(2.5)、
确定各个波束的起始采样点
C
i
；根据角度范围
θ1～
θ
n
，从最大角度
θ
n
开始，设置第
n
束波束的入射点与起始采样点的位置相同，然后计算第
n
束与第
n
‑1束波束的反向延长线的交点
B
n,n
‑1到
C
n
的距离，记为
L
n
；以交点
B
n,n
‑1为圆心
、L
n
为半径画圆弧，圆弧与第
n
‑1束波束的交点记为第
n
‑1束波束的起始采样点
C
n
‑1，然后以此类推，直到得到第1束波束的起始采样点
C1，最终得到各个波束的起始采样点
{C1,C2,
…
,C
i
,
…
,C
n
}
；
(3)、
确定各个波束的延时时间
τ
i
；
(3.1)、
对于每一束波束，分别计算出中心点
H
到入射点
A
i
的距离以及入射点
A
i
到起始采样点
C
i
的距离
(3.2)、
分别计算每一束波束在楔块与被测试件中的延时时间；其中，为第
i
束波束在楔块中的延时时间，为第
i
束波束在被测试件中的延时时间；
(3.3)、
计算各个波束的延时时间
τ
i
并下发至超声相控阵；
(4)、
超声相控阵的扇扫成像；
(4.1)、

【专利技术属性】
技术研发人员：杜恒，高斌，肖湘，鲍子阳，
申请(专利权)人：四川成电多物理智能感知科技有限公司，
类型：发明
国别省市：