[发明专利]基于阵元稀疏优化及新边缘指导插值的超声相控阵稀疏全聚焦成像方法

摘要

本发明公开了一种基于阵元稀疏优化及新边缘指导插值算法的超声相控阵稀疏全聚焦成像方法。通过采用超声相控阵全聚焦成像原理，结合几乎差集与遗传算法(ADS‑GA)对换能器阵列分布进行稀疏设计优化，减少全聚焦成像数据计算量，并根据稀疏阵列与全阵列的声场一致性对成像算法进行修正。再进一步对工件成像区域进行成像点稀疏，并采用新边缘指导插值(NEDI)对低分辨率的稀疏全聚焦图像进行插值，提高成像分辨率。本发明的技术效果在于，在保证高质量成像的同时，极大地缩减了计算时间，提高了成像效率。

主权项

1.一种基于阵元稀疏优化及新边缘指导插值算法的超声相控阵稀疏全聚焦成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、换能器阵列阵元稀疏优化，首先减少相控阵的有效发射/接收阵元数量，设目标稀疏阵列总阵元数为N，有效阵元个数为K，然后优化K个有效阵元的位置，设置优化目标为最小化稀疏阵列的旁瓣峰值(peak side‑lobe,PSL)及主瓣宽度(main‑lobe wide,MLW)，PSL和MLW通过计算稀疏阵列指向性函数得到阵列方向性图测得，最后采用结合几乎差集与遗传算法(ADS‑GA)进行优化，优化的关键步骤包括选取初始种群、适应度函数评估、重复进行选择、交叉、变异、迭代计算，获取几乎采集最优二值序列，并还原得到最优稀疏阵列；步骤二、稀疏阵列有效孔径修正，根据有效孔径一致的稀疏阵列与全阵列的在远场区域具有相同的点扩散函数为条件，选择合适的发射阵元权重函数ωT和接收阵元权重函数ωR，对稀疏后的各发射/接收阵元进行加权，使得稀疏阵列与全阵列的有效孔径相同；步骤三、工件成像区域进行成像点稀疏并预成像，设工件成像区域原有成像点设置为2L×2S，2L和2S分别表示像素点的行数和列数，首先将成像区域的横向和纵向成像点数均减少一半，即参与稀疏全聚焦计算的成像点数为L×S，然后在所述步骤一和所述步骤二的基础上，根据相控阵全聚焦成像原理，进行超声相控阵稀疏全聚焦的预成像，获得低分辨率的预成像图像；步骤四、对步骤三得到的低分辨率的预成像图像进行新边缘指导插值成像，对L×S的低分辨率图像进行2×2插值，根据低分辨率图像的协方差和高分辨率图像的协方差的几何对偶性进行插值计算，计算低分辨率图像各像素点的局部协方差系数，第一阶段根据4个原始像素点插值得到中心点的像素值，第二阶段在已知像素点及第一阶段插值得到像素点基础上进行插值，得到高分辨率图像待插值像素点的值。