分层物体的合成孔径聚焦超声成像方法技术

分层物体的合成孔径聚焦超声成像方法属于多层异质物体的内部结构快速成像技术领域，其特征在于，基于使用一个超声换能器在多层异质物体水平方向作等间距移动探测的条件下，基于合成孔径聚焦技术(SAFT)和折射定律，将原SAFT的实现过程改为以采样数据在图像上画轨迹曲线的过程，并结合折射定律正向计算折射向量，利用直线扫描转换技术得到折射路径上的各像素点，从而提高成像速度。本发明专利技术既适用于仅在深度方向存在异种介质的规则分层物体的超声成像，也适用于在深度方向和水平方向上均存在异种介质的非规则分层物体的超声成像，且成像速度快，成像精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波无损检测技术、合成孔径聚焦成像技术、折射定律和直线扫描转换技术，实现对包含规则分界面或非规则分界面的分层物体的表面形状及内部结构快速成像。
技术介绍
目前，在超声波无损检测领域，对于含有分界面的分层物体的超声成像(超声检测方式包含接触式和液浸式两种模式，若将稱合剂层视为被测物体的一部分，则液浸式超声检测也可视为对分层物体的接触式超声检测，因此本专利技术中将两者统一称为分层物体的超声检测及成像)，主要有两种方案一是采用合成孔径聚焦(SAFT) 超声成像技术与射线跟踪(Ray Tracing)技术相结合的方法,二是采用基于相位迁移(Phase Shift Migration)技术的相位迁移超声成像方法。合成孔径聚焦技术(SAFT)源自于合成孔径雷达技术(SAR)，于20世纪70年代初被引入到超声成像领域，其具有不受近场区限制、方位分辨率高、分辨率只与超声换能器尺寸有关而与距离无关等优点。SAFT超声成像技术的基本原理是利用脉冲一回波(pulse-echo)测量机制，使用一个超声换能器沿着固定轨迹对被测物体进行有序的扫描，并采用延时叠加(DAS)方法对扫描得到的脉冲回本文档来自技高网...

【技术保护点】
分层物体的合成孔径聚焦超声成像方法，其特征在于，依次含有以下步骤：步骤(1):构建一个由一台计算机、一个超声换能器、一套定位控制器和一个模数转换器组成的一个基于合成孔径聚焦技术和折射定律的用于对分层物体在深度和水平两个方向形成的纵断面上作无损伤超声成像的系统，其中：所述超声换能器设有：与所述定位控制器的输出端相连的脉冲信号输入端，所述定位控制器的输入端与所述计算机相应的定位控制信号输出端相连，所述超声换能器还设有：与所述模数转换器的输入端相连的回波信号输出端，所述模数转换器的输出端与所述计算机的回波采样信号输入端相连，所述超声换能器由所述定位控制器控制，在被测物体表面以1步长/ms的固定速率移...

【技术特征摘要】
1.分层物体的合成孔径聚焦超声成像方法，其特征在于，依次含有以下步骤 步骤(I):构建一个由一台计算机、一个超声换能器、一套定位控制器和一个模数转换器组成的一个基于合成孔径聚焦技术和折射定律的用于对分层物体在深度和水平两个方向形成的纵断面上作无损伤超声成像的系统，其中 所述超声换能器设有与所述定位控制器的输出端相连的脉冲信号输入端，所述定位控制器的输入端与所述计算机相应的定位控制信号输出端相连，所述超声换能器还设有与所述模数转换器的输入端相连的回波信号输出端，所述模数转换器的输出端与所述计算机的回波采样信号输入端相连，所述超声换能器由所述定位控制器控制，在被测物体表面以I步长/ms的固定速率移动，所述定位控制器是控制所述超声换能器移动位置的传动装置，其参数由所述计算机输入， 被测物体沿X轴方向的水平长度为Xlmgth,均分为Xlmgth/Ax个区间，Λχ为区间长度，也是所述超声换能器沿X轴从坐标点(0,0)起向终点(Xlmgth, O)止每次移动的步长,所述超声换能器每次移动所达到的点称为探测点，共有M个，M = 1+Xlmgth/Ax，序号m=0，I, ···,M-1，所述定位控制器在每一个探测点处产生一个TTL晶体管-晶体管逻辑电平脉冲，触发所述超声换能器向被测物体的垂直于X轴的深度方向Z发射一个激励脉冲，随后超声换能器转为接收模式并开始计时，接收从被测物体反射的回波信号，所述模数转换器对所述超声换能器在探测点m处接收到的回波信号进行N次采样并存储到计算机中，采样序号n=0, 1，…，N-1，采样频率为fs，fs的值为模数转换器预设，记sm (η)为超声换能器在第m个探测点处的第η次采样得到的采样值，sffl(η)的采样时刻为t = n/fs ； 步骤(2):所述计算机从n=0开始依序读取探测点m=0处的采样值，然后，重复该过程依次读取m=l，…，M-1各探测点处的采样值； 步骤(3):取V = V1, V1为超声在被测物体的第一层介质中的传播速度，使用合成孔径聚焦超声成像软件包生成深度方向上Ztl=O至Zdepth-1区间的纵断面图像，Zdepth为预设的生成图像的长度，即生成的图像在纵向上用像素数表示的深度值； 步骤(4):以步骤(3)得到的Ztl至Zdepth-1区间图像块作为输入量，使用Canny算子边缘提取软件包提取第一层介质与第二层介质的分界线C1 (X，z)； 步骤(5):按以下步骤修正所述纵断面上在分界线C1 (X，z)之下至Zdepth-1区间的图像，以消除第一层与其他各层介质间的不同质而导致的误差 步骤(5.1):取 m=0,记第 m 个探测点为 U(xu, O),其中,xu=m Δ χ/accuracy, accuracy 为图像精度，即所生成的图像上相邻两个像素点的间距，依次按以下步骤计算第m个探测点U(xu, O)处所对应的扇形图像 步骤(5.1.1):计算超声换能器的半功率波束角βα5=0.84λ/1)，λ为超声在被测物体中传播时的波长，D为超声换能器的直径，并计算所述半功率波束角的左、右边界线分别与分界线 C1 (X, Ζ)的左右两个交点 B1U1, Z1) >Br (xr, Zr),其中，X1=Xu-Z1 Xtg (O. 5 β 0 5)且满足C1 (X1, Z1) =0, xr=xu+zr Xtg (O. 5 β ο 5)且满足 C1 (xr, zr) =0 ； 步骤(5.1. 2):在分界线C1 (χ, ζ)上取折射点R(x...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦开怀，杨春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：