[发明专利]基于多频时间反转技术的超声成像方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于多频时间反转技术的超声成像方法和系统，通过获取超声阵列数据并对获取的超声阵列数据进行预处理；利用中心频率时间反转多信号分类法对预处理后的超声阵列数据进行处理，得到原始超声图像；将得到的原始超声图像的峰值点坐标作为输入，计算相位补偿因子；根据计算出的相位补偿因子，利用多频时间反转多信号分类法对预处理后的超声阵列数据进行处理，得到最终超声图像，两个贯通孔的成像结果为两条沿横向方向分布的细长形区域，纵向方向长度接近零，从而使超声成像系统的纵向分辨率得到改善。本发明提供的基于多频时间反转技术的超声成像方法和系统，提高了超声成像系统的纵向分辨率、成像目标还原度和超声图像质量。

技术领域

本发明涉及超声波成像领域，特别地，涉及一种基于多频时间反转技术的超声成像方法和系统。

背景技术

超声成像是利用超声波获取、记录和重现被成像目标的某种特征，由于其具有无辐射、对检测对象无创伤、易携带和结果可视化等优势，因此，在工业无损检测领域得到广泛关注，主要实现对固体材料或结构内部宏观缺陷的检测与评价。根据超声波的传播理论，当超声波在固体介质中传播时，由于声波衍射，超声成像所得图像的分辨率遵守瑞利准则，即对于给定的超声成像系统，由其得到的超声图像有一个分辨率极限，该极限与超声波的波长成正比例关系，超声波波长越短，分辨率极限值越小，说明超声成像系统的分辨能力越强。当介质中相邻点目标之间的距离小于成像系统分辨率极限时，根据超声图像无法区分这两个点目标。由于超声波的波长和频率成反比例关系，为了提高分辨率，需要使用更高工作频率的超声波，但是，超声波的工作频率越高，其在介质内部传播时的衰减就越厉害，影响系统的探测深度。因此，超声成像分辨率与系统探测深度之间的矛盾限制了超声成像在工业无损检测领域的应用。

为了解决这一问题，美国科学家提出了中心频率时间反转多信号分类法，通过理论推导和数值仿真验证该方法可以克服瑞利准则，实现超声图像中横向方向的超分辨率成像。英国科学家利用中心频率时间反转多信号分类法对不锈钢块进行成像检测，试块包含两个沿横向方向分布的贯通孔，完成了其超分辨率特性的实验验证。虽然通过中心频率时间反转多信号分类法可以提高超声成像系统的横向分辨率，但是，其成像结果存在纵向方向的延长，影响了超声成像系统的纵向分辨率。

由于现有的中心频率时间反转多信号分类法只能提高超声成像系统的横向分辨率，无法提高超声成像系统的纵向分辨率，对成像目标的还原度低，影响超声图像质量。

因此，现有的中心频率时间反转多信号分类法无法提高超声成像系统的纵向分辨率，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于多频时间反转技术的超声成像方法和系统，以解决现有的中心频率时间反转多信号分类法无法提高超声成像系统的纵向分辨率的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种基于多频时间反转技术的超声成像方法，应用于超声成像系统中，超声成像系统包括试块、设于横向方向且以试块的竖直轴为对称轴对称布置于试块表面的超声相控阵探头、以及与超声相控阵探头电连接用于控制超声相控阵探头激发超声信号和接收返回的包含试块信息的超声回波信号的阵列控制器，试块上具有以竖直轴为对称轴呈对称分布的两个贯通孔，基于多频时间反转技术的超声成像方法包括以下步骤：

获取超声阵列数据并对获取的超声阵列数据进行预处理，其中，超声阵列数据包括超声信号和超声回波信号；

利用中心频率时间反转多信号分类法对预处理后的超声阵列数据进行处理，得到原始超声图像；

将得到的原始超声图像的峰值点坐标作为输入，计算相位补偿因子；

根据计算出的相位补偿因子，利用多频时间反转多信号分类法对预处理后的超声阵列数据进行处理，得到最终超声图像。

进一步地，超声相控阵探头包含N个阵元，获取超声阵列数据并对获取的超声阵列数据进行预处理的步骤包括：