[发明专利]一种具有波数域吸收边界条件的相位偏移超声成像方法

说明书

本发明提供一种具有频率波数域吸收边界条件的相位偏移超声成像方法，利用设计的窗选算子将波场再频率空间域分为左右两个边界波场和中间区域波场，通过同时对三个波场进行傅里叶变换、波场外推，并对外推后的三个波场进行叠加得到当前层在频率波数域的波场，在边界区域根据入射波的波数进行滤波，实现吸收波场外推过程中数值边界造成的伪反射波的效果，从而提高波场重建的精度；将当前层在频率波数域的波场转换到频率空间域，并作用补偿算子，最后作用成像条件，得到当前层的成像结果。遍历所有离散层，整合得到工件的成像结果。本发明能够同时适应在均匀或非均匀介质中采集到的线扫数据和相控阵数据，通过提高波场重建的精度来提高成像质量。

技术领域

本发明属于检测方法技术领域，具体涉及一种具有波数域吸收边界条件的相位偏移超声成像方法。

背景技术

超声相控阵成像因其便携性、可靠性和相对较高的精度在无损检测 (NDT)中处于突出地位，它在检测组件中不可见的缺陷或损坏方面十分有效。相控阵常用的两种数据模式分别为线扫描(B-scan)和全矩阵(FMC) 数据。线扫描数据对采集设备要求不高，易于获取和处理，但数据中信息有限，导致成像结果信噪比(SNR)低。FMC数据的出现改善了这一现象，它捕获每对激发和接收振元的时域信号，包含了测量对象的更多信息。随着应用领域的不断拓展，多层结构中零件的超声相控阵成像已成为研究热点。在这些情况下，当介质的声速在水平和垂直方向上发生变化时，对成像方法提出了更大的挑战。

相位偏移(PSM)是超声成像中的一种重要方法。它将测量数据视为表面上的波场，通过波数-频域的外推重建出测量区域的波场。相位迁移首先用于处理线扫描数据，用来对层状介质中的缺陷进行成像。Martin通过引入Stolt插值提高了相位偏移方法的计算效率。进一步，Wu等人将相位偏移拓展到处理全矩阵数据，来成像层状介质中的孔洞缺陷，Ji等人提出了一种用于层状介质超声全矩阵成像的高效相位偏移方法。在以上应用中介质的声速仅在垂直方向上变化。对于声速的横向变化，Jin等人引入了分步迁移法来处理B扫描数据，它利用相移因子来补偿横向变化。 Chang等人引入了非平稳相位偏移方法来处理全矩阵数据，该方案在每个深度处根据声速来划分波场，并采用相应的声速进行波场外推。因此，基于相位偏移的方法可以处理处B扫描和FMC数据，也可以适应存在垂直和横向声速变化的介质。

重构测量区域的波场然后实施成像条件是获得高质量缺陷图像的基本思路，其中第一步是各种方法的核心。全波方程偏移(逆时偏移)能够适应介质中复杂的声速分布，具有较高的精度，但它要求较高的内存和计算时间。单向波动方程偏移通过采用近似频散方程来简化全波动方程，它的效率有所提高，但每个向下外推步骤都需要有限差分算子，这使得时间成本依然很高。为了进一步提高成像效率，相位偏移采用相移算子实现波场的向下外推，它实际上是假设声速横向均匀的单向波动方程的解。在进行波方程偏移时，计算区域的边缘会出现伪反射，因此吸收边界条件对于这些方法高精度重建波场并保证成像质量至关重要。相移偏移源于波动方程偏移，因此在边界处也会出现伪反射。然而，目前缺少关于相位偏移中波场外推的吸收边界条件的研究。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有波数域吸收边界条件的相位偏移超声成像方法，该成像方法利用窗选算子将上一层频率空间域的波场划分为左边界波场、中间区域波场和右边界波场三个部分，并在外推的过程中对两个边界的波场分别使用滤波器吸收入射波，减少了成像结果中的伪反射波，提高了成像质量。

一种具有波数域吸收边界条件的相位偏移超声成像方法，包括以下步骤：

(1)对工件的成像区域进行离散化处理，在深度方向上形成多个离散层；

(2)将工件的测量数据转换到频率空间域，得表面波场；

(3)以表面波场作为第一层在频率空间域的波场，按照由上至下的顺序选取任一未遍历层作为当前层，应用窗选算子将上一层在频率空间域的波场分为左边界波场、中间区域波场和右边界波场；