[发明专利]一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法

说明书

本发明提出了一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法，包括：激光扫描参数和成像区域进行预定义；样品有缺陷和无缺陷数据集获取；采用差分技术获得反射波差集数据；计算所有激光激发位置的超声反射波的飞行时间，索引至差集数据的对应幅值并叠加，遍历整个成像区域内所有像素点获得成像区域的叠加结果；对叠加结果进行Hilbert变化并去模量得到最终成像结果。本方法极大的抑制了其他波模式对成像区域的影响，提升了缺陷的检测能力的同时保留了全部的缺陷反射波信息，可实现内部多缺陷的高信噪比成像和精确定位。

技术领域

本发明属于激光和超声成像领域，涉及一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法。

背景技术

激光扫描阵列是常用的增强激光超声检测能力的方法之一，通过激光的阵列扫描，并通过适当的激发延时，可实现材料内部超声波束的聚焦和偏转，增强缺陷检测的灵敏度和精度；由于激发和检测光源便于移动的特点，还可通过不同的成像算法，如合成孔径聚焦技术(SAFT)和全聚焦技术(TFM)对材料内部缺陷进行成像。

常规SAFT技术需在激发激光位置处探测超声波，进而无法避免被激光在材料表面引起热膨胀的影响，给数据处理带来困难；不仅如此，激发光会在材料中产生多种模式的超声波，激光激发的高幅值声表面波及其他模式转换波等其他模式的超声波同时叠加在成像区域内，造成成像区域背景不均匀甚至将缺陷的像淹没，影响缺陷的有效检测和精确定位。

发明内容

鉴于以上陈述的已有技术的不足，本发明旨在一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法，以抑制其他模式波对缺陷成像的影响，实现内部缺陷的高信噪比成像及精确定位。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法，包括：

步骤1：对激光扫描参数和成像区域进行预定义，包括：激光参数、扫描参数、成像区域参数等等；

步骤2：采用激光扫描激发、固定点探测超声波的方式分别在无缺陷样品和有缺陷样品上获得无缺陷和有缺陷数据集；

步骤3：对有缺陷数据集和无缺陷数据集进行归一化操作，并采用差分技术获得差集数据；

步骤4：对于成像区域内的每个像素点，计算所有激光激发位置的超声反射波的飞行时间，索引至差集数据的对应幅值并叠加获得该像素点成像幅值，遍历所有像素点获得成像区域的叠加结果；

步骤5：对成像区域的叠加结果进行Hilbert变换得到最终的成像结果。

在所述步骤1中，对激光扫描参数和成像区域进行预定义，具体包括：激光光斑大小、扫描区间、扫描步长、超声波探测位置、成像区域范围、成像区域分辨率。

在所述步骤2中，所述有缺陷和无缺陷数据集采用激光扫描激发、固定点探测超声波的方式在有缺陷和无缺陷样品上获得，对于激光扫描n次的过程，获得的数据集包含n个反射波信号。

在所述步骤3中，采用差分技术获得差集数据，具体方法为：采用在有缺陷样品上每次激光激发获取的有缺陷数据减去在无缺陷样品上同样的激发探测位置处采集到的无缺陷数据。

在所述步骤4中，超声反射波的飞行时间具体计算方法为：

其中，v为超声波速，超声波探测点坐标为(x₀，z₀)，激光激发点坐标为(x_i，z_i)，像素点坐标为(x，z)。该像素点成像幅值具体计算方法为：

其中，d_i是步骤3得到的差集数据中的每个反射波时域波形。

在所述步骤5中，最终成像结果是步骤4中得到成像幅值的Hilbert变化模量，具体为：