[发明专利]一种时频结合快速全聚焦超声成像方法

说明书

本发明公开了一种时频结合快速全聚焦超声成像方法，首先，将采集到的三维全矩阵数据拆分为N个二维矩阵切片。其次，借助二维正/逆傅里叶变换，逐级实现某一切片上每个深度层上的接收波场外推。然后，通过计算每个像素点到发射阵元的延时矩阵，对外推后的时域信号进行插值，实现该切片上的聚焦。最后，对N个二维切片重复上述相移加插值操作并累加，获得时频结合的全聚焦图像。本发明的有益效果：与传统时域全聚焦相比，该方法复杂度低、成像速度快，有望解决全聚焦难以实时成像问题，可有效实现材料内部缺陷的高精度定量、定位、定性，具有良好的推广及应用前景。

技术领域

本发明涉及超声无损检测领域，特别涉及一种时频结合快速全聚焦超声成像方法。

背景技术

全聚焦(total focusing method，TFM)是近年来兴起的一种相控阵超声后处理成像技术。与传统相控阵成像技术相比，该技术是一种依赖于全矩阵数据采集(full matrixcapture，FMC)的离线成像技术，克服了传统技术中发射声束数量受限的缺点，并通过离线处理实现整个被检区域的聚焦。研究表明，与传统相控阵所提供的B型、C型、D型、S型视图相比，TFM图像具有更高的检测信噪比和分辨率，其缺陷检测能力和定量精度更高。正因如此，相关学者将全聚焦称之为相控阵超声检测中的“黄金标准”成像技术。

全矩阵数据采集以一发全收的模式多方位的采集检测信号，形成了由发射阵元，接收阵元和时间采样点所组成的三维矩阵。以128个阵元为例，探头按照1、2、…、128号的顺序逐次对单个阵元进行激发。每次激发后，声波经过检测目标并被1～128号全部阵元接收。这样，经128次激发后，共计形成A×128×128个超声脉冲反射信号以三维矩阵形式保存，其中A为由上千个点组成的采样点数。与一般超声成像所用数据相比，用于全聚焦成像的全矩阵数据所携带的检测信号量十分庞大。

时域全聚焦成像时需要重复、繁重的迭代运算，难以在短时间内处理庞大的数据量，导致成像时间十分漫长。因此，当下主流高端相控阵超声检测设备中，全聚焦通常被用作离线图像处理技术，无法满足实时成像的需求。基于此，如何提高全聚焦技术的效率是当下业界亟待解决的问题之一。

对此，相关研究者从算法和硬件两方面入手，试图有效提高全聚焦成像的运算效率。硬件方面，研究者们提出了基于多核心CPU和GPU并行运算方法，即利用多核心硬件进行多路并行迭代运算缩短运算时间。虽然多核心硬件加速方法能够显著提升运算效率，但现阶段这些高性能硬件仅配置在工作站电脑上，短时期内难以普及到便携式超声相控阵探伤仪中。算法方面，研究者们根据全矩阵数据具有对称性的特点，将其简化为半矩阵或三角阵等稀疏矩阵，用以减少数据量进而缩短运算时间。然而，这种减少数据量的方法依旧未能避免逐像素点的迭代运算，仅能将运算时间缩短几分之一，运算效率提升不够明显。

综上，成像速度慢是现阶段时域全聚焦技术发展中亟待解决的问题，更有效的快速超声全聚焦成像方法期待被提出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时频结合快速全聚焦超声成像方法，利用相移加插值的时频结合方法代替全时域繁重的延时叠加运算，显著缩短全聚焦图像的计算时间，为材料内部缺陷的高精度定量、定位、定性提供快速、有效的方法。

本发明的目的是这样实现的，一种时频结合快速全聚焦超声成像方法，包括如下步骤：