專利名稱：線性超聲相控陣成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種線性超聲相控陣成像方法，具體地說一種A掃到B掃的二維 成像方法。
背景技術(shù)：
自20世紀80年代起，超聲相控陣檢測成像技術(shù)以其靈活的波束偏轉(zhuǎn)和聚焦性能 越來越引起人們的重視。超聲相控陣成像技術(shù)是通過控制換能器陣列中各陣元的激勵(或 接收)脈沖的延遲時間，改變由各陣元發(fā)射(或接收)超聲波到達(或來自)物體內(nèi)某點 的相位關(guān)系，達到波束聚焦和偏轉(zhuǎn)的效果，實現(xiàn)超聲成像的技術(shù)。超聲B型掃描(簡稱B掃)是以A掃為基礎(chǔ)的一種灰度調(diào)制性顯示方法。B掃所 得到的是由波束傳播方向與換能器掃描方向構(gòu)成的物體截面圖像，逐次掃查物體的不同區(qū) 域，并接收波束所到達區(qū)域內(nèi)反射聲信號，將其幅度調(diào)制成圖像中對應位置的像素，從而獲 得波束掃描截面內(nèi)與聲反射信號幅度對應的圖像。圖像中縱坐標表示與物體表面的距離， 橫坐標則對應于物體表面的橫向位置，即換能器移動的位置。超聲相控陣技術(shù)與超聲成像技術(shù)相結(jié)合的B型超聲成像系統(tǒng)，對構(gòu)件內(nèi)部具有極 好的實時成像能力，可準確檢測出物體中的缺陷，并確定其位置、大小和性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服A掃描的不足，而提供的一種超聲相控陣成像方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包括單路信號采集，A掃信號合成，一維信號二維 重構(gòu)和超聲圖像處理方法。所述的單路信號采集，利用一個陣元發(fā)射一個陣元接收或一個 陣元自發(fā)自收的方法；所述的A掃信號合成，根據(jù)相控陣原理，利用單路信號實現(xiàn)多路相控 功能，得到A掃合成波形；所述的信號進行B型成像顯示及為了提高超聲圖像分辨力所采取 的方法。所述的一維信號二維重構(gòu)，根據(jù)陣元與焦點的距離和聲速，用相應時間對應的振輻 表示焦點的位置信息；所述的超聲圖像處理方法，采用閾值二值化處理方法提高超聲圖像 的分辨率。由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，根據(jù)超聲相控陣技術(shù)和B掃成像原理，對單 路合成信號進行了二維圖像顯示，根據(jù)超聲圖像能構(gòu)判別出被測對象中是否存在缺陷和對 缺陷進行準確的定位。
四

圖1是超聲相控陣無損探傷實驗系統(tǒng)圖2是B型成像3是二值化圖五具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細的描述結(jié)合圖1，超聲相控陣無損探傷的實驗系統(tǒng)包括相控陣換能器、脈沖收發(fā)儀、多路 開關(guān)、示波器、計算機和標準試塊，其中相控陣換能器采用R/D Tech公司生產(chǎn)的線性超聲相 控陣換能器，相關(guān)性能參數(shù)為中心頻率& = 7. 5MHz,陣元數(shù)為60，陣元寬度a = 0. 9mm,陣 元間距d = 1mm。試塊為符合GB/T 18852-2002標準的無損檢測用試塊，材料為碳素鋼，超聲 波在該介質(zhì)中的縱波傳播速度。=5900m/s。示波器為帶有擴展卡的Textronix TDS2022 數(shù)字示波器，采樣頻率fs = 50MHz，采樣數(shù)為2500個點。結(jié)合圖1，進行無損探傷實驗時，采用等孔徑方法對被測目標進行檢測。實驗過程 中，由脈沖收發(fā)儀發(fā)射端產(chǎn)生相同的脈沖信號去激發(fā)陣元，然后利用多路開關(guān)選擇1 8號 單元中的一個或兩個作為自發(fā)自收或一發(fā)一收陣元，接收到的信號經(jīng)脈沖收發(fā)儀的接收端 調(diào)理后由示波器進行存儲。當2號陣元為激勵陣元、3號陣元為接收陣元時，接收到的信號 記作S23，兩個多路開關(guān)處于不同狀態(tài)，共采集到SijG = 1，2，...，8 ;j = 1，2，...，8)64個。根據(jù)超聲相控陣的基本原理，對單路發(fā)射、接收得到的信號進行發(fā)射和接收聚焦 處理合成聚焦A掃信號。結(jié)合表1，以4個陣元構(gòu)成的相控陣換能器為例進行詳細介紹對陣元1接收到的 回波信號根據(jù)量化后的延遲時間，分別進行平移和求和后得到8個陣元發(fā)射聚焦后，1陣元 接收到的信號A1;然后2-4號陣元也采用相同的方法，這樣就得到了多路信號延遲發(fā)射聚 焦后，每個陣元接收到的信號；最后再對~、A2、A3和A4這四組信號采用相同的延遲，分別進 行平移和求和后，就實現(xiàn)了 A掃信號。這樣利用軟件方法實現(xiàn)了多路相控的功能。本發(fā)明采用逐點聚焦，首先對被測試塊進行網(wǎng)格化，對每一網(wǎng)格焦點Cij進行聚焦 處理得到該點的A掃合成信號Acij0取該信號中tij-Δ t到tij+Δ t —段的峰峰值Uij作為 該點的特征值；其中^ = ZlijA1, At= Iyslij為點Cij到陣元中心的距離。結(jié)合圖2，對特征值Uij進行歸一化處理后，得到試樣的B型成像圖。根據(jù)B掃灰 度的圖像顯示，說明被測物體存在缺陷，但圖像的橫向分辨率低，無法對缺陷精確定位和定 性分析。其主要原因是超聲陣列成像聚焦大多數(shù)采用延時、疊加的波束形成方法，其延時量 是被量化了的，這種延時量化誤差會是聚焦效果變差；當波束在缺陷處聚焦時，會使缺陷周 圍的信號也得到增強，因此存在一些偽缺陷，所以需要采取措施來提高圖像的橫向分辨力。為了消除偽缺陷，本發(fā)明采用閾值方法，根據(jù)閾值的大小對圖像進行二值化處理， 即大于該閾值時，像素為1 ；小于該閾值時，像素為0。根據(jù)仿真分析，選擇閾值為100mV。結(jié)合圖3，缺陷a、b根據(jù)閾值的大小進行二值化處理后，消除了一些偽缺陷，提高圖像的分辨力，特別是橫向分辨力。試塊中缺陷a和b位置分別為(_20，30)和(10，60)，顯 示結(jié)果與實際缺陷的位置吻合，改善圖像的質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種線性超聲相控陣成像方法，它包括單路信號采集、A掃波束合成、信號特征提取方法和超聲圖像處理方法。
2.如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，單路信號采集是分別選擇一組陣元或 單個陣元分別作為發(fā)射陣元和接收陣元采集信號。
3.如權(quán)利要求1所述的線性超聲相控陣成像方法，其特征在于，換能器的中心頻率為 7. 5MHz，采樣頻率為50MHz，延遲精度為20ns。
4.如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，A掃波束合成包括兩個過程，分別是 發(fā)射聚焦和接收聚焦；其中發(fā)射聚焦，首先根據(jù)焦點的位置，分別計算出每個陣元的延遲時 間，然后對每個陣元接收到的8個回波信號單路信號先進行延遲，再進行疊加來實現(xiàn)。接收 聚焦與發(fā)射聚焦的處理過程相同。
5.如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，波束控制方法采用延遲疊加法，用軟件 是通過對每個陣元采集的信號根據(jù)延遲值平移和求和方法來實現(xiàn)的。
6.如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，多組信號進行同相聚焦后，當焦點接 近某個缺陷位置時，能夠使該處的缺陷回波信號得到增強，電壓幅值達到最大；利用這個特 征，根據(jù)焦點和陣元位置之間的距離和超聲在該介質(zhì)中的聲速計算出回波出現(xiàn)的時間，并 從A掃數(shù)據(jù)中提取出相應的振幅來表示缺陷的位置。
7.如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，超聲B掃圖像的輝度顯示是基于目標點 峰峰值的變化，即對于每一個目標點，其輝度=目標點峰峰值X255/所有目標點中最大峰 峰值。
8.如權(quán)利要求1所述的成像方法，其特征在于，基于延遲疊加算法的超聲相控陣成像， B掃圖像中會存在一些偽缺陷，采用閾值二值化處理方法來提高圖像的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種線性超聲相控陣成像方法，包括A掃信號合成、信號特征提取和二值化處理方法。所述方法能夠?qū)Σ杉降亩嘟M回波信號進行波束合成，即A掃波形；利用信號特征提取方法，對A掃波形進行二維重構(gòu)，即B掃圖像顯示；為了消除超聲相控陣B掃成像中的偽缺陷，選擇適當?shù)拈撝颠M行二值化處理。該超聲相控陣成像方法提高了超聲圖像的分辨率，對缺陷進行準確定位。
文檔編號G01N29/44GK101923072SQ20091014833
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者周世圓, 徐圓飛, 徐春廣, 李爽, 王立久, 肖定國, 趙新玉 申請人:北京理工大學