[发明专利]一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法

说明书

本发明提供了一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，通过线阵换能器对多层不规则的待成像介质进行声速反演并成像得到成像结果，其特征在于，包括如下步骤：先利用两个平行设置的线阵换能器获取待成像介质的全矩阵超声信号；然后，利用第一到达波传播时间获取算法从全矩阵超声信号中，获取第一到达波的传播时间；接着，利用反演算法以及射线追踪方法得到声速分布模型；继而，利用傅里叶域全矩阵合成孔径重建算法获取待成像介质的重建图像；最后，对重建图像进行融合从而得到成像结果。利用本发明的合成孔径成像方法可以获得清晰、准确的成像结果。

技术领域

本发明属于图像分析领域，具体涉及一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法。

背景技术

近年来，超声成像技术由于价格低廉、操作简单等优点，在许多领域内得到广泛的应用，例如工业上的无损检测、医学临床上的B型超声成像、多普勒成像等等。

然而，由于工业领域中的诸多关键性结构零部件具有由复杂曲面结构形成的多层不规则介质，使得超声成像技术在实际应用过程中往往会出现应力集中，从而容易产生各类缺陷，对结构安全造成隐患和危害。

另外，超声检测过程中，为了保证声波有效入射进曲面构件，通常采用水浸或者楔块的方式进行耦合，这种耦合方式使得声波在耦合介质和被检构件组成的双层介质中传播，导致基于单层恒声速介质假设的传统合成孔径聚焦技术(SAFT)难以适用。虽然SAFT能与费马定律或射线追踪相结合对曲面构件进行成像检测，但上述方法需要预先知晓曲面构件的表面函数，且算法复杂，成像速度慢。除此之外，传统的回波模式对其准确成像也存在很大困难。

发明内容

为解决上述问题，提供一种提高非规则分层介质检测效率的孔径成像方法，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，通过线阵换能器对多层不规则的待成像介质进行声速反演并成像得到成像结果，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，将待成像介质放置在两个平行设置的线阵换能器的中间，线阵换能器中阵元依次对待成像介质发射超声脉冲信号，两个线阵换能器以全矩阵的形式接收对应的超声脉冲回波信号作为全矩阵超声信号；步骤S2，利用预定的第一到达波传播时间获取算法从全矩阵超声信号中，获取第一到达波的传播时间；步骤S3，利用预定的反演算法以及预定的射线追踪方法，根据传播时间获取声速分布模型；步骤S4，基于声速分布模型以及全矩阵超声信号，利用傅里叶域全矩阵合成孔径重建算法进行图像重建从而得到待成像介质在两个线阵换能器所在方向的重建图像；步骤S5，对重建图像进行融合得到融合后图像，将该融合后图像作为成像结果。

根据本发明提供的一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，还可以具有这样的技术特征，其中，反演算法为走时反演算法，该走时反演算法包含吉洪诺夫正则化以及全变差混合正则化。

根据本发明提供的一种基于声速反演的多层不规则介质合成孔径成像方法，还可以具有这样的技术特征，其中，步骤S3包括如下子步骤：步骤S3-1，设定初始慢度S⁰；步骤S3-2，将初始慢度S⁰带入程函方程：

式中，为第n次迭代过程中，线阵换能器内第i个发射阵元发射的信号到(x，y)位置处，进而第j个线阵换能器内接收阵元的接收时间，N为换能器阵元数，Ω为待成像平面空间，进而利用快速行进算法求解程函方程从而得到接收时间步骤S3-3，根据接收时间利用射线追踪方法建立声波路径Jⁿ(Sⁿ)；步骤S3-4，设定辅助变量m，并根据声波路径Jⁿ(Sⁿ)，走时反演算法建立损失函数E(Sⁿ，m)：