基于角域虚拟源的水浸超声合成孔径聚焦成像方法

摘要

本发明公开了一种基于角域虚拟源的水浸超声合成孔径聚焦成像方法，用于水浸工件的超声成像，包括水浸工件声束传播建模、角域内回波信号采集、虚拟源内回波信号重构、合成孔径聚焦成像四个步骤。本发明的技术效果在于，采用虚拟源技术对水浸工件进行超声合成孔径聚焦成像，无需考虑声束传播路径和声速的变化对延时叠加计算的影响，降低成像的计算复杂度；提出基于角域虚拟源模型的延时叠加算法，有效结合合成孔径聚焦成像与空间复合成像技术，仅需一次延时叠加计算即可获得角域超声合成孔径聚焦图像，提高合成孔径聚焦成像效率及精度，降低斑点噪声对成像的影响。

主权项

一种基于角域虚拟源的水浸超声合成孔径聚焦成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：水浸工件声束传播建模，根据工件几何及材料参数建立水浸工件声束传播模型，并根据声束传播模型确定角域扫查范围及扫查间隔角，其中角域指聚焦探头以任意扫查角扫查时中心轴线与工件入射点法线夹角，扫查间隔角指聚焦探头在角域内扫查时相邻的扫查角间隔，设声束在水中及工件中的声速分别为c_w、c_s，聚焦探头的焦距大小为d，晶片直径为φ，则探头孔径角θ_w＝2arctan(φ/2d)，声束在水浸工件界面处折射时会产生波型转换，根据第一临界角定律确定角域扫查范围为为进一步减小波型转换时横波对水浸超声检测的影响，角域扫查范围最终确定为为保证声束在工件内沿角域方向连续扫查，根据斯涅尔定律确定扫查间隔角为|Δφ|≤θ_w；步骤二：角域内回波信号采集，根据步骤一确定的角域扫查范围及扫查间隔角，将被测工件置于一个具有X/Y/Z/A四轴自动超声检测平台，通过运动控制装置调整聚焦探头位置使其垂直并聚焦于工件表面，标记起始点B(0,0)后沿X轴方向以Δx的步进距离进行扫查至终点B(n,0)，同步储存回波信号data(i,j,0°)，其中虚拟源总数目为n/Δx，式中n表示声束入射点沿X轴方向坐标，i表示沿X轴扫查方向的采样点数，j表示沿Z轴检测方向的采样点数；定义A轴的顺时针方向为正，通过运动控制装置控制A轴旋转和Z轴移动，使聚焦探头旋转扫查间隔角Δφ并聚焦在工件表面的起始点B(0,0)，然后沿X轴方向以Δx的步进距离进行扫查至终点B(n,0)，同步储存回波信号data(i,j,Δφ)，重复上述操作后获得角域扫查范围内全部回波信号data(i,j,±N·Δφ)，式中N表示在半个角域内聚焦探头扫查倾斜次数；步骤三：虚拟源内回波信号重构，建立水浸工件角域虚拟源模型，获得聚焦探头在角域内以任意扫查角扫查时，水浸工件内重构的虚拟源声束扩散角大小为据此将步骤二获得的回波信号data(i,j,±N·Δφ)在虚拟源内重构为data(i,j,±N·θ_t)；步骤四：合成孔径聚焦成像，建立基于角域虚拟源模型的延时叠加算法，对步骤三获得重构后的回波信号进行延时叠加计算，得到各成像点叠加后的电压幅值，对成像区域内全部点电压幅值进行归一化计算后重新赋值，实现基于角域虚拟源的水浸超声合成孔径聚焦成像。