[发明专利]一种面向超声显微镜的分辨率增强方法

说明书

本发明公开了一种面向超声显微镜的分辨率增强方法，先获得试件的超声层析扫描数据；采用离散小波分解对每一点的超声信号进行多尺度分析，生成低频分量和高频分量；使用维纳反卷积滤波器处理低频分量，对叠加后的信号进行分离；使用分离后的信号和高频分量进行离散小波反变换，重建超声层析扫描数据；使用重建的超声层析扫描数据生成试件内部更高分辨率的垂直剖面与水平剖面扫描图像。本发明解决了现有超声显微镜成像分辨率难以提升的问题。

技术领域

本发明涉及声学技术与无损检测技术领域，具体涉及一种面向超声显微镜 的分辨率增强方法。

背景技术

超声显微镜是芯片制造、生物医药、材料科学以及航空航天等高新制造行 业中被广泛采用的无损检测与显微成像设备。超声显微镜(如附图1)普遍采 用液浸式点聚焦超声换能器(如附图2)，该换能器可使声束汇聚于一点，这 样汇聚区的能量集中加强，声束宽度变小，可满足高灵敏度、高分辨率的检测 要求。随着芯片制造工艺的不断进步，芯片内部分层厚度已经低于了声学信号 的波长，例如附图3所示，来自于不同分层结构的信号出现了叠加。信号的叠加，必然会影响垂直剖面和水平剖面的成像分辨率。通过提高超声信号的频率， 可以使波长更短，分辨率更高，但高频换能器穿透能力低、使用和维护成本高、 操作难度大。因此，在大多数的高新制造行业的无损检测领域并没有大量使用 频率高于500MHz的超声换能器。目前，工业无损检测领域，超声显微镜普遍 采用的超声换能器频率主要分布在15-400MHz。而且，由于声学信号衍射极 限的限制，超声换能器在高于2GHz的频率以后无法通过持续提高频率来提升分辨率。如何提升超声显微镜的分辨率，成为了声学显微镜应用与推广的关键 环节。

发明内容

为此，本发明提供一种面向超声显微镜的分辨率增强方法，以解决现有 超声显微镜成像分辨率难以提升的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的公开了一种面向超声显微镜的分辨率增强方法，所述方法为：

步骤1、设置参数获得试件的超声层析扫描结果；

步骤2、采用离散小波分解对每一点的超声信号进行多尺度分析，生成低 频分量和高频分量；

步骤3、使用维纳反卷积滤波器处理低频分量，对叠加后的信号进行分离；

步骤4、将分离后的信号和高频分量进行离散小波反变换，重建超声层析 扫描数据；

步骤5、使用重建的超声层析扫描数据生成试件内部更高分辨率的垂直剖 面与水平剖面图像。

进一步地，所述步骤1中，层析扫描数据中包含水平面上每一个点完整的 回波信号。

进一步地，所述步骤1中，回波信号是由被检测件内部多层结构的复杂反 射波组成，超声信号的反射率r(t)是超声波扫描显微镜的脉冲响应函数，

Z₁和Z₂分别为水和试件的声阻抗，对于多层复杂结构的试件，其回波信号 的模型可表述为：

式中，n(t)为噪声；*表示卷积，x(t)为入射信号。如果不考虑噪声，y(t)就 可以看作是x(t)和r(t)的卷积。

进一步地，所述步骤2中，采用离散小波分解对超声信号进行多尺度分析， 离散小波变换可以利用子波段滤波将信号分解为不同的频段。

进一步地，所述步骤3中，维纳反卷积是一种广泛应用于信号和图像处理 的反卷积方法，表示为：

式中，R(ω)和Y(ω)分别是r(t)和y(t)的傅里叶变换，X(ω)为入射信号x(t)的能量密度谱，Q为噪声阻滞因子。