[发明专利]分层物体的合成孔径聚焦超声成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波无损检测技术、合成孔径聚焦成像技术、折射定律和直线扫描转换技术，实现对包含规则分界面或非规则分界面的分层物体的表面形状及内部结构快速成像。

背景技术

目前，在超声波无损检测领域，对于含有分界面的分层物体的超声成像（超声检测方式包含接触式和液浸式两种模式，若将耦合剂层视为被测物体的一部分，则液浸式超声检测也可视为对分层物体的接触式超声检测，因此本发明中将两者统一称为分层物体的超声检测及成像），主要有两种方案：一是采用合成孔径聚焦(SAFT)超声成像技术与射线跟踪(Ray Tracing)技术相结合的方法，二是采用基于相位迁移(Phase Shift Migration)技术的相位迁移超声成像方法。

合成孔径聚焦技术(SAFT)源自于合成孔径雷达技术(SAR)，于20世纪70年代初被引入到超声成像领域，其具有不受近场区限制、方位分辨率高、分辨率只与超声换能器尺寸有关而与距离无关等优点。SAFT超声成像技术的基本原理是利用脉冲—回波(pulse-echo)测量机制，使用一个超声换能器沿着固定轨迹对被测物体进行有序的扫描，并采用延时叠加(DAS)方法对扫描得到的脉冲回波信号进行聚焦成像，达到利用单一的较小孔径的超声换能器来模拟大的孔径阵列的目的。SAFT超声成像工作模型如图1(a)所示，超声换能器沿着扫描方向（X向）在物体表面作等间距的移动，在每一个扫描位置向物体的深度方向（Z向）发射超声信号，对物体内部进行探测，同时超声换能器接收物体内部反射物反射回的回波信号并采样保存，最后对所有扫描位置处得到的采样数据进行DAS与多点动态聚焦处理并显示图像。

DAS与多点动态聚焦技术需要对目标成像区域不同深度上的聚焦点计算不同的时延曲线。如图1(a)所示，为了在目标反射物处(x，z)聚焦，SAFT技术将超声换能器在其合成孔径有效长度L内的每一个扫描位置处获得的回波信号进行延时叠加处理：设s_i(t)为超声换能器在u_i处接收到的回波信号，t为采样时刻，u_i处关于目标反射物(x,z)的延时为

ti=2riv=2vz2+(x-ui)2,i=0,1,...,L-1.---(1)]]>

其中，v为超声在介质中的传播速度，r_i为(x，z)点距u_i的直线距离。合成孔径有效长度L内所有的延时构成一条延时曲线，该曲线为一段双曲线。L的计算公式为

L=0.84λz/D    (2)

λ为超声在介质中的波长，D为超声换能器的直径，则在(x,z)处的成像为