超声相控阵矩阵阵列三维合成聚焦成像方法

掌握缺陷的三维形态信息,会更利于无损评估,因此将合成聚焦二维成像方法扩展,初步探索了三维合成聚焦成像方法,以直观得到缺陷的超声三维成像.将该方法在MATLAB平台编程实现,然后通过超声相控阵矩阵探头采集到的完备集数据后处理进行了验证.结果表明,通过三维合成聚焦处理后,得到探头下方空间的超声成像的三维图像数据,然后在此基础上使用等值面法将缺陷的三维图像分割出来.该图像能够清晰反映出反射体的真实位置及空间分布;在超声探头没有机械移动扫描的前提下能够得到缺陷三维图像.对于探头移动空间受限的检测位置获取缺陷三维图像有一定的理论意义及实用价值.

合成聚焦方法探讨及应用

谢树棋．合成聚焦方法探讨及应用．测井技术，１９９５，１９（４）：２７７～２８３本文根据聚焦型电阻率测并原理，介绍了合成聚焦方法的数学理论基础，具体分析了模拟聚焦方法与合成聚焦方法的测量误差，提供了适合合成聚焦方法的一些测量技术，给出了应用实例，最后还分析了该方法在径向电阻率成象等方面良好的应用前景。

广义相干系数的合成聚焦成像

在医学超声成像中,为了提高分辨率并修正由生物组织的声速不均匀性引入的聚焦误差,提出将广义相干系数引入到合成聚焦成像中。并针对合成聚焦数据的特点,对回波数据进行双次广义相干系数算法处理。由单个阵元发射,所有阵元接收的数据计算广义相干系数;将接收数据求和后与该系数进行加权,得到单次发射接收信号的处理结果;对各次发射接收信号的处理结果再一次使用广义相干系数进行处理。仿真实验结果表明,该方法在提高图像分辨率、对比度以及校正聚焦误差上都明显优于传统的延时叠加与合成聚焦成像方法。

一种合成聚焦的便携式B型超声成像方法

传统合成聚焦超声成像方法在图像重建过程中处理数据量较大,致使其在便携式B型超声设备中应用受限。针对该问题,提出一种基于压缩感知理论和合成聚焦波束形成算法的便携式B型超声成像方法(SFCS)。该方法通过对接收到的射频回波信号进行随机采样得到欠采样的测量信号,将测量信号经过合成聚焦波束形成处理获得欠采样的射频信号线,基于压缩感知的信号重构算法,由欠采样的射频信号线高质量地恢复信号后供后续成像处理使用。仿真实验结果表明,SFCS可有效地解决合成聚焦超声成像过程中数据量大的问题,从而在保证较高成像质量的前提下满足便携式B型超声设备小型化、低成本的技术要求,具有工程应用价值。

基于超声导波合成聚焦的波纹管缺陷检测研究

波纹管广泛应用于建筑工业领域中的隔振排桩,对减小建筑振动有重要作用。它的损伤情况直接关系到相关构件的使用寿命和正常功能,对其进行无损检测是评价其工作状况的有效手段。本文建立了波纹管的有限元模型,对其导波模态进行了分析,得到了其相应频散曲线。运用有限元仿真软件模拟了超声导波在波纹管上的传播过程,提出了基于合成聚焦的算法,得到了合成聚焦后的信号。研究结果表明,该方法可以准确地获得缺陷的位置和缺陷的形状,大幅提高了可靠性和准确性,对波纹管的缺陷检测具有良好的应用前景。

数值合成聚焦原理及算法实现

本文概述了数值合成聚焦测井方法发展情况，分析了合成聚焦的原理，给出了计算公式。利用编制的软件计算了回路电极的选取对测量结果的影响，为仪器研究人员合理地选择回路电极的位置提供了理论依据。

数值合成聚焦在阵列侧向仪器中应用

介绍了数值合成聚焦基本原理,根据电流场叠加、分解方法,对阵列侧向各种工作模式、电流场分解进行了仔细分析,结合电流场聚焦平衡条件,对阵列侧向合成聚焦电阻率计算公式进行了推导,并简要介绍了数值合成聚焦方法在产品中的应用。

基于动态阵元合成孔径聚焦超声成像的平板陶瓷膜内部缺陷三维重建

针对平板陶瓷膜内部缺陷可视效果差和超声三维重建运算数据量大等问题,提出了一种基于动态阵元合成孔径聚焦超声成像的平板陶瓷膜内部缺陷三维重建方法。动态阵元合成孔径聚焦超声成像方法是通过在缺陷区域使用多阵元合成孔径,在非缺陷区域使用单阵元合成孔径。采用动态阵元合成孔径聚焦超声成像方法获取多个位置序列的平板陶瓷膜的缺陷B扫描图像,并采用体绘制的方法,实现了平板陶瓷膜缺陷的三维可视化。实验结果表明,采用动态阵元合成孔径聚焦超声成像方法时划痕的重建相对误差在1.27%~2.70%之间,对孔洞的重建相对误差在2.38%~3.03%之间,重建速度平均提高了26.57%。通过对缺陷的三维重建,使得缺陷的呈现更加直观,为后续的缺陷分析的客观性提供了保障。提出的方法具有良好的适应性、经济性,在无损检测领域有重要的意义。

基于激光超声的钛合金裂纹合成孔径组合成像研究

针对钛合金内部疲劳裂纹激光超声成像问题,提出了一种基于合成孔径聚焦技术的多模式组合成像方法。采用扫描激光源法,通过提取不同探测位置的时域模式回波信号,根据Bscan图中反射纵波与反射横波的幅值分布,将裂纹回波时域特征进行分区重组,对其进行反演聚焦完成了对内部裂纹的识别及图像重构。使用COMSOL Multiphysics对钛合金板材内部裂纹成像过程进行数值模拟并通过MATLAB图像算法验证了其可行性。与单一模式波成像相比,采用反射纵波与反射横波组合的成像方法有效减少了伪像,实现了对内部裂纹的定位及图像重构,重构裂纹位置X轴与Y轴相对误差均在3以内。

面向极端波浪模拟的圆形全向聚焦波合成算法与试验研究

为再现极端聚焦波浪,基于传统二维双叠加聚焦法,改进谱峰频率、频带、波幅分配方法等,创新研发了圆形全向聚焦波合成算法。该算法实现了极端聚焦波与图形类聚焦波的模拟生成,如单峰聚焦波、双峰聚焦波、偏心聚焦波、旋转聚焦波、D形类聚焦波等多种聚焦波形,并可对聚焦位置、高度、直径、垂直度等波浪形态进行精准控制,且能模拟强非线性波,生成高达10 m的上冲射流,冲速达到13.8 m/s,亦可模拟常规波形,包括旋转波、驻波等规则波,满足传统波浪试验的需求。

基于合成孔径聚焦的超声TOFD检测技术及图像增强

为了精确定位开口裂纹的端部在铝合金厚板对接焊缝中的位置,对其超声衍射时差法(TOFD,timeoffflightdiffraction)的B扫描图像进行了处理。为了提高图像的横向分辨率,引入了合成孔径聚焦技术(SAFT,syntheticaperturefocusingtechnique)。根据缺陷端部和换能器之间的几何关系,建立了图像SAFT处理的数学模型,实现了B扫描图像的SAFT重建。为了提高图像的纵向分辨率,先将原始图像进行了线性化处理,从而提出了一种新的超声TOFD法B扫描图像处理技术L-SAFT(linearization-SAFT)。结果表明,该技术有效地提高了图像的分辨率。利用该技术能快速、准确地捕捉裂纹端部在试件中的横向和深度位置,实现缺陷的精确定位与定量。

合成孔径聚焦技术在超声衍射时差法缺陷长度定量中的应用研究

超声衍射时差法（Time of flight diffraction,TOFD）中由于探头具有一定声束宽度使得缺陷D扫描图像中存在甩弧现象,导致检测图像横向分辨率差,缺陷起始位置确定困难,长度定量误差大。为了提高缺陷长度定量精度,引入合成孔径聚焦技术（Synthetic aperture focusing technology,SAFT）,并建立D扫描图像SAFT数学模型。借助CIVA仿真软件,对长度范围为5.0~45.0 mm的9个矩形槽进行TOFD检测D扫描模拟,并利用SAFT对D扫描图像进行处理与重建,结果显示缺陷的有效衍射信号得到增强,甩弧现象减弱甚至消失;对于长度为5.0 mm的矩形槽,经SAFT处理后,缺陷定量误差为-0.4 mm。将该方法应用到长度分别为5.0 mm和40.0 mm的表面开口槽试验D扫描图像处理中,缺陷长度定量误差分别为0.4 mm和0.8 mm。研究结果表明,通过D-SAFT技术能够有效提高缺陷D扫描图像横向分辨率,实现缺陷长度精确定量。

一种改进的合成孔径聚焦算法研究

在超声混凝土检测时,合成孔径聚焦技术(SAFT)是一种有效的方法。为了进一步提高混凝土材料深度探测分辨力,该文提出了一种改进的合成孔径成像算法。此法将SAFT原理与波包原子分解算法相结合,能更有效聚焦,提高混凝土探测成像的分辨力,并可减少成像算法的运算量。利用仿真实验对这种改进的合成孔径算法进行了验证。结果表明,和传统SAFT算法比较,此法的成像目标定位能力增强,能获得更好的成像效果。

基于虚拟源的非规则双层介质频域合成孔径聚焦超声成像

为实现非规则双层介质的快速超声成像,提出一种基于虚拟源(VS)的频域合成孔径聚焦技术(SAFT)。首先,借助VS技术在未知界面几何形状的不规则双层介质的表面建立一系列虚拟源点。其次,对所建不均匀分布的虚拟源点进行插值处理,得到近似表征分层界面形状的数学表达式。然后,根据界面表达式,建立表征网格成像区域内速度分布的速度模型。最后,在非稳态相位迁移成像实施过程中,利用声速模型适应每个迁移步进位置上声速的水平变化。通过凸面和正弦曲面工件成像实验验证频域VS-SAFT的有效性,同时对比时、频域VS-SAFT的成像结果和运算效率。结果表明,2种VS-SAFT图像基本还原了缺陷位置和工件表面形状。单核测试条件下,频域VS-SAFT的计算时间仅为0. 47~0. 53 s,而时域VS-SAFT需要91. 21~93. 54 s。

基于聚焦合成的显微三维成像系统

本文利用显微镜物镜焦深范围有限,显微三维样本成像时需要一序列图像才能聚焦清晰特点,研究开发利用图像处理技术扩展显微成像焦深范围,应用改进Laplacian聚焦算子实现序列图像的融合显示,同时,提出了一种基于区域小波变换的序列显微图像融合算法并加以实现。用高斯插值算法得到三维显微图像的高度图,设计了一种网格轮廓线算法对高度索引图进行了三维重建显示和测量,并利用立体视觉原理生成了三维物体的左右视图和立体视图。应用此方法可以完成显微目标的表面三维参数的测量分析。

波包分解技术在合成孔径聚焦成像中的应用

在各种无损检测方法中,超声回波法是探测钢筋混凝土结构最有潜力的方法之一.为了增加探测范围,一般使用比较低的超声频率进行探测,但是在对混凝土内部成像时,各种干扰信号的出现造成了低信噪比.合成孔径聚焦技术(SAFT)能够对反射信号进行有效聚焦,提高图像分辨力.由于激励波形频率低,时宽大,反射波包在聚焦过程中会产生很大的变形,影响了探测分辨力.因此引入了波包分解技术,能够将反射波包整体进行聚焦运算,克服了波包变形问题,能够更有效聚焦,提高混凝土探测成像的分辨力.此外,由于参与SAFT运算的点大量减少,可以提高成像运算速度.利用仿真实验对这种方法进行了验证,结果表明,这一方法的成像目标定位能力大大增强,能够获得更好的成像效果.

合成孔径聚焦在水浸超声缺陷定量中的应用

针对水浸超声检测常用缺陷定量方法存在成本高或缺陷定量误差较大的问题,提出一种将原始检测数据经频域合成孔径聚焦技术(FSAFT)处理后再运用半波高法进行缺陷定量评价(FSAFT-DQM)的新方法。建立了水浸超声点聚焦探头FSAFT成像方法,制备了横通孔和平底孔试样,开展了FSAFT-DQM缺陷定量评价试验研究。试验结果表明:FSAFTDQM缺陷定量精度受检测深度影响不明显;当扫描步距不大于探头中心频率对应的半波长时,与半波高法相比,平底孔试样FSAFT-DQM缺陷定量误差由71.9%降低到10.0%以内;扫描步距在探头中心频率对应的半波长到波长之间时,图像频域插值算法将平底孔试样FSAFTDQM缺陷定量误差由17.2%降低到5.6%。研究结果表明:FSAFT-DQM能有效提高缺陷定量精度。

基于聚焦合成的砂轮表面三维重构方法

提出一种基于聚焦合成[1、2、3]的重构砂轮三维地貌的新方法。利用显微镜物镜焦深范围有限,观察砂轮样本时不能聚焦清晰图像的特点,先采集同一区域的一系列聚焦在不同深度的图像,用图像聚焦评价函数进行图像叠合、比较,得到图像中不同位置的深度信息,最后通过高斯插值法得到砂轮表面的三维地貌。并根据所得到的三维地貌数据,对砂轮磨刃高度分布进行了计算。

合成孔径聚焦成像算法研究

合成孔径聚焦成像技术与传统的超声成像方法相比,可以通过较低的工作频率和较小的换能器孔径获得较好的分辨率,目前已在无损检测中获得广泛应用。随着科技的进步,合成孔径聚焦算法也日益成熟。对三种常用的合成孔径聚焦算法的原理进行了分析,总结了各自特点及优势。在实际应用中,合理选择成像算法,能够有效提高成像质量。

基于均方根速度的水浸超声合成孔径聚焦成像

为提高水浸超声合成孔径聚焦成像的计算效率,采用均方根速度模型进行时域合成孔径聚焦成像。通过均方根速度模型求解多层介质中声束传播时间,并与斯涅耳定律求解的精确传播时间进行对比,验证均方根速度模型的精度;以钢试块的水浸超声检测为例,研究了B扫查成像、基于射线跟踪技术和基于均方根速度的合成孔径聚焦成像,提取了3种方法下缺陷孔沿横向中心轴线及纵向中心轴线处的电压幅值。分析结果表明,两种合成孔径聚焦成像方法的成像分辨率及信噪比基本一致,基于均方根速度的合成孔径聚焦成像效率提高约15倍,为水浸超声检测提供了一种高效的合成孔径聚焦成像方法。