專利名稱：超聲掃描顯微鏡的頻域成像方法
超聲掃描顯微鏡的頻域成像方法技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲掃描顯微鏡的頻域成像方法，適用于超聲掃描顯微鏡檢測及 超聲波C掃描檢測領域。二、背景技術
超聲掃描顯微鏡是檢測電子封裝結構內部缺陷的一種非常有效的手段，它是一種 利用聚焦高頻超聲，通常為IOMHz 2GHz，對物體表面、亞表面及其內部一定深度內的細微 結構顯微成像，進行可視化觀察的技術，它主要是針對半導體器件、芯片、材料內部的失效 分析，可以檢查材料內部的晶格結構，雜質顆粒、內部裂紋、分層缺陷、空洞、氣泡等。
超聲掃描顯微鏡所用的高頻聚焦超聲換能器是其最關鍵的部件，它的選取對檢測 效果有著很重要的影響。高頻聚焦超聲換能器的主要性能指標有中心頻率、焦距、焦區(qū)聲束 寬度等，對于超聲顯微C掃描成像而言，焦區(qū)聲束寬度越小，掃描出的圖像越清晰，即橫向 分辨率越高。由于焦區(qū)聲束寬度除了由換能器本身的透鏡幾何特征決定之外，換能器的中 心頻率對其的影響很大。一般來說，頻率越高，焦區(qū)聲束寬度越窄，橫向成像精度越高，因此 在超聲顯微檢測時，一般希望所用換能器的頻率越高越好。但是，當換能器的頻率提高時， 聲強的衰減會迅速增大，其穿透能力會急劇下降，而且一般頻率越高，其信噪比越差，回波 信號常湮沒在噪聲信號中，掃描的圖像反而會由于噪點的增加而變得模糊。因此，需要有一 種方法來達到用相對較低頻率的超聲換能器，來達到較高頻率換能器的成像效果。本發(fā)明 提出的超聲掃描顯微鏡的頻域成像方法就可以解決這個問題。
傳統(tǒng)的超聲掃描顯微鏡在成像時使用的都是時域信號，適用信號的幅值或TOF等 來實現(xiàn)C掃描成像。由于超聲換能器焦區(qū)聲束寬度的存在，換能器接收到的信號幅度會被 焦區(qū)平均，再加上噪聲的影響，成像受焦區(qū)的影響很大。本發(fā)明使用脈沖回波的頻域信息進 行成像，可以提高換能器的掃描精度。超聲顯微的A掃描信號中包含了脈沖回波的所有頻 率分量，它實際上是許多不同振幅和不同頻率的諧振的疊加，其中振幅最大的頻率在信號 中占的能量比最大。因此可以通過快速傅立葉變換(FFT)來對A掃描信號進行分解，將信 號在時間域中的波形轉變?yōu)轭l率域的頻譜，取出找到頻譜中的最大幅值，將其強度用對應 的灰度顏色表示，再對其它的A掃描信號進行相同處理，就可完成頻域成像。它得到的圖像 比傳統(tǒng)時域成像清晰，能展示一些傳統(tǒng)時域成像看不見的細節(jié)。三、發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種超聲掃描顯微鏡的聲學頻域成像方法，以提高超聲顯微 掃描的C掃描成像精度，展現(xiàn)時域成像難以發(fā)現(xiàn)的細節(jié)。
本發(fā)明首先對C掃描過程中產(chǎn)生的A掃信號進行全波采集，然后對每一個A掃波 形的數(shù)據(jù)閘門內的信號進行快速傅立葉變換，找出其中的最大幅值，歸一化后用相應的顏 色灰度來表示其強度，最后將這些點繪制在屏幕上，即可完成超聲顯微掃描的頻域成像。頻 域成像能展現(xiàn)傳統(tǒng)時域波形難以發(fā)現(xiàn)的一些細節(jié)，成像相對更加清晰。四

圖1超聲顯微掃描得到的A掃及數(shù)據(jù)閘門示意圖五具體實施方式
下面對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明
1、如圖1所示，調節(jié)高頻聚焦換能器在垂直方向的位置，觀察A掃描波形中感興趣 部分的回波，使之幅度最大，此時即將換能器的焦點置于此平面位置附近。移動數(shù)據(jù)閘門， 卡住需要成像的回波區(qū)域。
2、設置掃描區(qū)域，開啟全波采集選項，進行C掃描，將掃描過程中得到的A掃描全 波數(shù)據(jù)進行保存。
3、打開A掃描全波數(shù)據(jù)，依次對每個A掃描波形中數(shù)據(jù)閘門區(qū)域內的信號進行FFT 變換，然后在得到的頻譜幅度中找出幅度最大的值，記錄在二維數(shù)組中。
4、所有入射方向的A掃描波形FFT變換完成后，對記錄在二維數(shù)組中的幅度列表 數(shù)據(jù)進行歸一化處理，使其值均在O到I之間，記數(shù)組中某點(第i行、第j列)的元素值 為 AijO
5、求幅度對應的灰度顏色，可按照如下公式計算
G = Aij X 255
例如，Aij= 0.2，則
G = O. 2X255 = 51,
即該點對應的灰度值等于51。
6、按上述公式計算出所有點對應的灰度值，然后按順序繪制出位圖中相應灰度顏 色的像素點，便可完成C掃描圖像的頻域成像。
權利要求
1.超聲掃描顯微鏡的頻域成像方法，其特征在于它在對C掃描過程中產(chǎn)生的A掃信號進行全波采集的基礎上，對每一個A掃波形的數(shù)據(jù)閘門內的信號進行快速傅立葉變換(FFT)，找出其中的最大幅值，歸一化后用相應的顏色灰度來表示其強度，最后將這些點繪制在屏幕上，即可完成超聲顯微掃描的頻域成像。頻域成像能展現(xiàn)傳統(tǒng)時域波形難以發(fā)現(xiàn)的一些細節(jié)，成像相對更加清晰。
2.根據(jù)權利要求1所述的全波采集，其特征在于A掃描波形窗口中的信號數(shù)據(jù)都被采集存儲在內存及硬盤中，這些信號包含有脈沖回波信號中的各種頻率的疊加信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的FFT變換后幅值的顏色灰度表示，其特征在于對所有掃描點的A掃描波形完成FFT變換后，記錄其幅值在二維數(shù)組中，然后對數(shù)組里的幅度列表數(shù)據(jù)進行歸一化處理，使其值均在O到I之間，再求出幅度對應的灰度顏色。
4.根據(jù)權利要求1所述的應用范圍，其特征在于應用在超聲掃描顯微鏡檢測及超聲波C掃描檢測領域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲掃描顯微鏡的聲學頻域成像方法，適用于超聲掃描顯微鏡檢測及超聲波C掃描檢測領域，能提高超聲顯微掃描的C掃描成像精度，并展現(xiàn)一些時域成像難以發(fā)現(xiàn)的細節(jié)。本發(fā)明首先對C掃描過程中產(chǎn)生的A掃信號進行全波采集，然后對每一個A掃波形的數(shù)據(jù)閘門內的信號進行快速傅立葉變換，找出其中的最大幅值，歸一化后用相應的顏色灰度來表示其強度，最后將這些像素點繪制在屏幕上，即可完成超聲顯微掃描的頻域成像。
文檔編號G01N29/46GK103018331SQ201110288310
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者徐春廣, 劉中柱, 門伯龍, 趙新玉, 肖定國, 郭祥輝, 楊柳, 李喜朋, 閻紅娟 申請人:北京理工大學