[发明专利]一种基于全连接网络的稀疏导波数据恢复方法

说明书

本发明提出了一种基于全连接网络的稀疏导波数据恢复方法，用以解决现有成像方法的成像质量受限于因换能器数量减少导致的波场数据稀疏的问题；该方法步骤包括：首先，建立稠密波场‑速度分布图数据库，并对稠密波场进行降采样获得稀疏波场‑速度分布图数据库；其次，利用压缩传感对稀疏波场进行粗略重构，恢复出次稠密波场；然后将次稠密波场输入全连接网络模型中进行精细重构，得到预测的稠密波场；最后，将预测的稠密波场输入导波快速成像系统进行数据恢复质量与成像性能评估。本发明可以减少换能器的数量、降低数据传输、数据存储的难度，同时保证成像质量。

技术领域

本发明涉及导波检测技术领域，特别是指一种基于全连接网络的稀疏导波数据恢复方法。

背景技术

导波检测技术是一种前沿的无损检测技术，广泛应用于管道、轨道和板类结构的检测。与传统超声逐点扫描方法相比，导波检测技术突破了点对点扫描的局限性，具有快速、全面、适用于大型结构检测的特点。

结合成像算法，可利用导波检测信号进一步重建空间图，从而定量评估二维或三维结构的损伤情况。目前主流的导波成像方法有相控阵法、时间反转法、损伤概率检测法和基于波场的层析成像法等。相控阵法主要利用相控阵来提高损伤信号的激发能和信噪比，但成像仍需采用波束形成法和延迟法等方法。时间反转法常与波束形成算法相结合，通过将特定像素处的对比度与网络中所有换能器接收的散射信号的振幅相关联，从而生成粗糙的图像。然后，根据散射振幅与目标正入射振幅的比值，对孔径值进行修正，从而重建出精确的图像。损伤概率检测法不考虑导波的波速和时延，通过比较损伤引起的信号与正常信号之间的差异来实现损伤重建。全波形反演属于基于波场的层析成像法，是一种常用于地层结构反演的方法，现已被引入导波成像中。

上述成像方法可分为稠密阵列成像和稀疏阵列成像，其中相控阵法、基于波场的层析成像法和损伤概率检测法为稠密阵列成像，时间反转法为稀疏阵列成像。相比于稀疏阵列，稠密阵列由于换能器数量众多，可获取信息也更为丰富，成像质量通常更高，但海量的数据对计算机性能也提出了更高的要求。现场应用时，由于被测结构的复杂性或者数据存储与传输能力有限，往往无法布置成稠密阵列。因此，在不降低成像质量的情况下，实现稀疏阵列成像具有重要意义。一种将稀疏阵列引入到全聚焦传统超声成像方法中利用遗传算法对换能器的位置进行优化，修正后的稀疏全聚焦成像算法在保持较高成像精度的同时，提高了计算速度。一种铝板腐蚀成像的非线性弹性波层析成像方法中将高阶统计量与径向基函数插值相结合，实现了有限换能器的精确损伤成像。一种虚拟换能器的高分辨率超声衍射层析成像迭代方法在医学诊断和无损检测中具有很强的应用潜力。一种相干平面波和稀疏信号的方法可用来改善图像质量，通过Stolt-migration方法和插值方法，在少量数据的情况下成功完成了超声成像。

发明内容

针对现有稀疏阵列成像方法都是基于传统超声成像方法，存在成像速度慢、成像质量低的缺点，本发明提出了一种基于全连接网络的稀疏导波数据恢复方法，解决了现有成像方法的成像质量受限于因换能器数量减少导致的波场数据稀疏的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于全连接网络的稀疏导波数据恢复方法，其步骤如下：

步骤一：建立稠密波场-速度分布图数据库；

步骤二：对稠密波场进行降采样获得稀疏波场-速度分布图数据库；

步骤三：利用压缩传感对稀疏波场进行粗略重构，恢复出次稠密波场；

步骤四：将次稠密波场输入全连接网络模型中进行精细重构，得到预测的稠密波场；

步骤五：将预测的稠密波场输入导波快速成像系统进行数据恢复质量与成像性能评估。

优选地，所述稠密波场-速度分布图数据库为：