[发明专利]一种实时超声相控阵全聚焦成像方法

说明书

本发明公开了一种实时超声相控阵全聚焦成像方法，所述成像方法包括以下步骤：使用超声相控阵探头，以全矩阵捕捉的方式，采集目标区域的超声数据；将待测区域范围网格化，从网格左上角第一个点开始，得到各个阵元发出的声波回到每个阵元的声程和相应的位置信息，获取索引矩阵；建立GPU核函数副本，并根据索引矩阵实现实时的全聚焦成像。本发明实现了实时高精度超声成像，提高了图像的分辨率。

技术领域

本发明涉及超声相控阵成像领域，尤其涉及一种实时超声相控阵全聚焦成像方法。

背景技术

超声相控阵检测技术是目前工业领域常用的无损检测技术，而全聚焦成像技术(Total Focus Method)是近几年提出的一种新型成像方法。全聚焦成像技术基于全矩阵数据捕捉(Full Matrix Capture)，在全矩阵捕捉获得所有通道信息的基础上，可以实现目标区域内所有点的聚焦成像。传统超声相控阵技术依赖于改变超声相控阵阵元的激发时间，来实现声束的聚焦、偏转等操作，只能实现单点聚焦；实现高精度延时(纳秒级)控制需要复杂的电路，价格高昂。而全聚焦成像只需一次采集数据即对待测区域内所有目标点进行聚焦成像，并且不需要复杂的延时电路，硬件成本低。在使用相同的超声相控阵探头的情况下，全聚焦成像的分辨率要优于传统超声相控阵成像技术。

目前，全聚焦成像技术的缺点在于其数据量大，计算量大。以一个16阵元相控阵探头为例，在每个A扫采样深度为3000的情况下，一次全矩阵捕捉的数据文件就有1MB；在进行全聚焦成像计算时，对于每个聚焦点都要涉及到乘法与开方运算，计算复杂程度高于传统超声相控阵B扫成像。因此目前全聚焦成像技术的应用集中于相控阵后处理成像，即先采集数据，再对数据进行成像处理，计算时间较长，无法实现在线测量，实时成像。

发明内容

本发明提供了一种实时超声相控阵全聚焦成像方法，本发明实现了实时高精度超声成像，提高了图像的分辨率，详见下文描述：

一种实时超声相控阵全聚焦成像方法，所述成像方法包括以下步骤：

使用超声相控阵探头，以全矩阵捕捉的方式，采集目标区域的超声数据；

将待测区域范围网格化，从网格左上角第一个点开始，得到各个阵元发出的声波回到每个阵元的声程和相应的位置信息，获取索引矩阵；

建立GPU核函数副本，并根据索引矩阵实现实时的全聚焦成像。

其中，所述将待测区域范围网格化，从网格左上角第一个点开始，得到各个阵元发出的声波回到每个阵元的声程和相应的位置信息，获取索引矩阵的步骤具体为：

将待测区域范围网格化；以相控阵探头中心为原点，阵元方向为x轴，深度方向为y轴，建立直角坐标系；

从网格左上角第一个点开始，计算第一个阵元发出的声波到达该点并回到第一个阵元的声程；以此类推，得到各个阵元发出的声波回到每个阵元的声程和相应的位置信息；

遍历网格中所有的点，并将索引矩阵保存下来。

其中，所述建立GPU核函数副本，并根据索引矩阵实现实时的全聚焦成像的步骤具体为：

将索引矩阵与全矩阵捕捉数据读取到上位机中并传入GPU显存；建立GPU核函数副本，每个线程对应网格中的每一个点；

根据索引矩阵获取第m个阵元发出的声波在聚焦点位置处反射回第n个阵元的声强值，以此类推，遍历N-m个阵元后将所有声强叠加；N为阵元个数；

完成网格内所有点的计算，即可根据各点的强度值绘制灰度图。

本发明提供的技术方案的有益效果是：