[发明专利]一种声学相控阵成像方法

说明书

技术领域

本申请涉及声学成像技术领域，尤其涉及一种声学相控阵成像方法。

背景技术

在线性扫描模型中，固定长度的子孔径等间距水平移动，每个焦点均在其对应子孔径的轴线上，且处于同一深度，各个焦点视为虚拟源，因此各虚拟源的分布构成一个虚拟线列阵，如图1(a)所示。利用虚拟源合成的方式能够获得深度一致的分辨率。各虚拟源的辐射方向均沿着子孔径轴线，开角是同一固定值，开角大小由F数决定，F数为焦距与孔径的比值，F数是影响成像质量的主要因素。而对于相控阵成像，如图1(b)所示，每个扫描线均由全孔径发射接收，虚拟源的开角受孔径尺寸、焦点深度以及扫描偏转角度共同决定，因此不再是固定值，而且此时不再有通常意义上的F数概念。

相控阵成像可以利用较小的换能器，在不移动或者少移动的条件下，对较大被测区域扫描成像，因而在医学和工业检测中得到广泛应用，如在医学成像中，将探头放在肋骨间隙，可以对心脏等胸腔内器官实时成像；在无损检测中，可利用相控阵横波成像，探测位于40°～70°方向的缺陷，这些区域的探测往往是其他方法难以实现的。但相控阵成像仅在聚焦区域内才能获得较好的分辨率，随着探测深度增加，波束的主瓣宽度也随之增加，会导致横向分辨率下降。

针对声学相控阵成像分辨率随着深度变化(下降)的问题，目前主要有两种方法：第一采用固定焦点发射，在单个接收扫描线上逐点聚焦，提高不同深度下的分辨率；第二扫描时采用换能器阵列全孔径发射与接收，在整个空间上逐点聚焦成像，即所谓的全聚焦成像方法(Total Focus Method，TFM)，在成像方面被当作成像质量的“黄金标准”。第一种方法由于发射采用固定焦点，所以在不同深度上的分辨率不一致，且随着深度增加，分辨率下降；第二种方法由于采用全孔径发射接收，需要单阵元发射，信噪比较低，而且后处理的运算较大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种声学相控阵成像方法，在克服传统相控阵成像的横向分辨率随着深度下降而下降问题的同时，提供更高的分辨率和更好的成像质量。

为实现上述目的，本申请提供了一种声学相控阵成像方法，该方法包括：

A)利用声学换能器阵列定焦点发射声波信号，分别对所述声学换能器阵列中的各个阵元根据第一延时进行激励处理，用以控制发射的声学波束聚焦和偏转；

B)利用所述声学换能器阵列接收经过传播和散射后的所述声波信号，得到所述声学换能器阵列各个阵元的接收信号；

分别对所述接收信号根据第一延时进行数字处理，得到声射频扫描线数据；

C)重复执行步骤A)和B)，在相同深度位置根据设定角度等角度间隔的设置焦点对声波信号进行发射和接收处理，得到每个焦点的声射频扫描线数据；

D)在成像区域内任意选取空间点，计算覆盖所述空间点的不同角度的声射频扫描线所对应的焦点到达所述空间点的第二延时；

E)对覆盖所述空间点的所有声射频扫描线数据进行合成处理，得到高分辨率和高对比度的扫描线；

F)对所述高分辨率和高对比度的扫描线进行滤波处理及图像变换，得到相控阵图像。

本申请提供的声学相控阵成像方法，具有以下有益效果：1)相对于黄金标准TFM方法，由于采用全部阵列发射和接收，提高了信号的信噪比，增加了探测深度；2)由于采用相控阵焦点虚源合成方法，能够解决随着深度增加分辨率不够的问题，达到大范围分辨率一致的成像目的；3)由于在相控阵虚源合成过程中采用自适应虚源合成方法，从而提高了相干能量的比重，实现了高分辨的相控阵成像。

附图说明

图1为现有技术中线性扫描成像与相控阵成像的区别示意图；

图2为本申请实施例一提供的声学相控阵成像方法流程图；

图3为本申请实施例一提供的相控阵成像虚拟源几何图形；

图4为本申请实施例一提供的相控阵成像方法中当r≤R_v时有效虚拟源孔径求解示意图；

图5为本申请实施例一提供的相控阵成像方法中当r>R_v时有效虚拟源孔径求解示意图；

图6为TFM与本申请实施例一提供的相控阵成像方法成像质量对比示意图；

图7为TFM与本申请实施例一提供的相控阵成像方法相控虚拟源分辨率对比示意图；

图8为TFM与本申请实施例一提供的相控阵成像方法相控虚拟源成像实际效果对比示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。