混凝土超声层析成像算法

摘要

本发明公开了一种混凝土超声层析成像算法，提出了塔式ART算法，适用于在超声无损检测现场对被测混凝土进行实时二维反演成像，从而准确反映混凝土内部结构。塔式ART算法将网格逐步分块与ART算法结合起来，用上一级网格单元的波慢给下一级网格单元的波慢赋值，重新计算每条射线穿过各个网格单元的射线长度，并利用ART算法计算和修改其波慢值，然后将该级网格继续划分，直到所有的网格单元均不能再划分为比成像单元更小的网格为止。塔式ART算法有效提高了计算的精度和图像重建质量，并有效反演出混凝土内部结构的强度分布以及缺陷的位置。

主权项

1、混凝土超声层析成像算法，其特征在于，塔式ART算法按以下步骤进行：步骤一：把所有的成像单元看作一个网格单元，作为第一级网格，根据经验赋予初始波慢其中，介于3500m/s与5000m/s之间；步骤二：如果在当前级网格中存在某一网格单元G，其大小超过了成像单元大小，则按如下方法将该网格单元进行细分，并给新单元的慢度赋值：把一个成像单元看作一个像素，网格的长度和宽度都以像素为单位，并且都为整数，式中的“[ ]”为向零取整的符号，网格单元G的大小表示为M×N个像素，如果网格单元G的长度和宽度均超过成像单元的长度与宽度时，该网格单元被近似平分成四个单元，按从左到右、从下到上的顺序其大小分别为[M/2]×[N/2]、(M-[M/2])×[N/2]、[M/2]×(N-[N/2])和(M-[M/2])×(N-[N/2])，并用该网格单元的波慢给这四个单元的波慢赋值；当网格单元的长度超过成像单元的长度，而其宽度与成像单元宽度相同时，该网格单元只在长度方向上近似平分成两个单元，按从左到右的顺序，其大小分别为[M/2]×1和(M-[M/2])×1，并用该网格单元的波慢给这两个单元的波慢赋值；当网格单元的宽度超过成像单元的宽度，而其长度与成像单元的长度相同时，该网格单元只在宽度方向上近似平分成两个单元，按从下到上的顺序，其大小分别为1×[N/2]和1×(N-[N/2])，并用该网格单元的波慢给这两个单元的波慢赋值，如果当前级的网格单元均不能再划分为比成像单元更小的网格时，则转到步骤五；步骤三：对由步骤二得到的新一级的网格单元，按照直射线路径重新计算每条射线穿过各个网格单元的射线长度，即先确定各个网格单元所包含的成像单元，然后将各条射线穿过这些成像单元的长度相加，得到各条射线穿过各个网格单元的长度，于是，得到新的投影矩阵A；步骤四：记第q轮迭代时第i条射线对第j个网格单元的波慢估算值为应用式(1)，逐条射线i(i＝1，2，L，n)逐轮对波慢作如下修改，其中0＜μ≤1，a_ij为步骤3求得的投影矩阵A的元素，每轮迭代完成后，判断是否满足收敛条件：‖f^q-f^q-1‖∞＜ε，其中，为第q轮迭代得到的慢度向量，ε为设定的误差界，是一个正数，若满足收敛条件，则停止本次迭代，转到步骤二，若不满足收敛条件，则继续按式(1)迭代， ${\hat{f}}_j^{q,i+1}={\hat{f}}_j^{q,i}+\mu \frac{a_{\mathrm{ij}}}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ij}}^2}({\tau }_i-{\hat{\tau }}_i^q)---\left(1\right)$步骤五：停止计算，并输出每一成像单元的波速。