[发明专利]基于圆弧扫描转换的合成孔径聚焦超声成像实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波无损检测技术、超声成像技术、合成孔径聚焦技术和圆弧扫描转换技术，实现对物体表面形状和内部结构的快速准确成像。

背景技术

合成孔径聚焦技术(SAFT)是超声波无损检测领域一项新的超声成像技术，该技术源自于合成孔径雷达技术(SAR)，于20世纪70年代初被引入到超声成像领域。由于其具有不受近场区限制、高的方位向分辨率且分辨率只与超声换能器尺寸有关而与距离无关等特性，倍受研究者青睐，成为近年来研究的新热点。

SAFT超声成像技术的基本思想是利用脉冲—回波(pulse-echo)测量机制，使用一个超声换能器沿着固定轨迹对被测物体进行有序的扫描，并采用延时叠加(DAS)方法(时间延迟或相位延迟)对扫描得到的脉冲回波信号进行聚焦成像，达到利用单一的较小孔径的超声换能器来模拟大的孔径阵列的目的。SAFT超声成像工作模型如图1(a)所示，超声换能器沿着扫描方向（X向）在物体表面作等间距的移动，在每一个扫描位置向物体的深度方向（Z向）发射超声信号，对物体内部进行探测，同时超声换能器接收物体内部反射物反射回的回波信号并采样保存，最后对所有扫描位置处得到的采样数据进行后处理并显示图像。根据后处理技术的不同，SAFT超声成像技术有时域和频域之分：

时域SAFT基于DAS原理与多点动态聚焦技术，对目标成像区域不同深度上的聚焦点计算不同的时延曲线。如图1(a)所示，为了在目标反射物处(x,z)聚焦，时域SAFT技术将超声换能器在其合成孔径有效长度L内的每一个扫描位置处获得的回波信号进行延时叠加处理：设s_i(t)为超声换能器在u_i处接收到的回波信号，t为采样时刻，u_i处关于目标反射物(x,z)的延时为

ti=2riv=2vz2+(x-ui)2,i=0,1,...,L-1.---(1)]]>

其中，v为超声在介质中的传播速度，r_i为(x,z)点距u_i的距离。合成孔径有效长度L内所有的延时构成一条延时曲线，该曲线为一段双曲线。L的计算公式为

L=0.84λz/d    (2)

λ为超声在介质中的波长，d为超声换能器的直径，则在(x,z)处的成像为