合成孔径聚焦超声成像方法研究第29号海洋技术2010年10月海洋技术第29卷，2010年6月2日重要: 合成孔径聚焦成像方法(SAFT)具有高分辨率和在近场工作的能力，这是超声成像领域中开发的一种新技术. 介绍了合成孔径超声成像的原理. 根据换能器阵列的声场辐射理论建立数学模型. 该模型是使用MATLAB仿真的. 最后，进行了合成孔径超声成像实验. 实验结果表明，合成孔径成像方法可以有效提高成像系统的分辨率. 关键字: SAFT；合成孔径超声成像CLC编号: TB56文档代码: B文章编号: 1003-2029(2010)02-0094-03简介对于传统的阵列换能器超声成像系统，系统的方位角分辨率由其长度和工作波长决定. 传感器. 要提高系统的方位分辨率，通常只有两种方法: 使用大孔径传感器或施加较高的工作频率. 但是，在许多媒体中，随着频率的增加，声波的传播损耗越来越大，其穿透深度也越来越小. 因此，高方位角分辨率和大检测范围构成了一对矛盾[1]. 由合成孔径雷达技术开发的合成孔径聚焦成像方法突破了超声成像系统方位分辨率的上述经典概念. 根据理论分析，合成孔径超声成像系统的方位分辨率越高，换能器元件的方位分辨率越高.

尺寸的一半，基本换能器孔径d越小，可以看出使用合成孔径技术的好处是可以使用孔径小，工作频率低的实际基本换能器. 观察距离较远的物体. 该技术突破了经典概念所限制的高方位角分辨率的测控系统，解决了直接成像技术系统设计参数中的一些矛盾问题. 本文研究了合成孔径聚集技术(SAFT). 传感器阵列的声场辐射理论对成像进行建模，并使用MAT-LAB对该模型进行仿真，分析影响成像质量的参数，最后使用超声成像实验系统对标准测试块进行成像实验. . 实验结果表明，采用合成孔径成像方法可以有效提高成像的方位分辨率. 列中的元素换能器顺序将脉冲信号发送到成像区域，并接收和存储检测信号，直到扫描完成[2]. 中间换能器中的元件数为N，元件之间的距离为d，发射孔径与孔径中心之间的距离为xn，垂直于扫描线的成像点的平面偏转角为θ，距发射孔的距离为rn. 成像点与光圈中心之间的距离为r，可以近似为. 假设发送的信号是高斯信号，则表达式如下: 是传输系数，而f0是传感器的基频. 合成孔径聚焦成像的扫描方法如图1所示. 传感器阵列接收日期: 2009-12-20基金项目: 国家自然科学基金重点项目(60534050).

关于作者: 杜英华(1974-)，女，河北人，博士，主要研究方向是精确接收信号的表达，如下: K是接收系数合成孔径聚焦技术，根据高斯分布确定: 计算如上所述. 仪器和机械. 95合成孔径聚焦的原理如图2所示. 垂直垂直线表示换能器束，水平线表示采样扫描线. 根据上述原理，使用MATLAB对合成孔径聚焦成像方法进行了数值模拟. 假设在成像区域中有两个缺陷点，它们平行于扫描平面. 换能器接收到的回波信号如图3所示. 回波的轮廓图如图4所示. 从图中可以看出，没有合成孔径聚类的回波图像不是高分辨率的，并且有两个缺陷点无法有效地区分. 换能器的超声信号以一定的扩散角发散，该扩散角通常由信号的-6dB带宽表示. 如图所示，计算方法如下: 回波图像的轮廓图对于成像点P1，扩散在角度θ的作用下，从图2可以看出，成像涉及5个点，N1，N2，N1'，N2'，P1，N1位于M-1和M之间，因此对于P1的重构点，N1的整数延迟系数为0合成孔径聚焦技术，确定小数延迟系数的过程为如下: 图5显示了合成孔径聚集算法处理后的图像. 从图中可以看出，经过算法处理后，图像的分辨率有了明显的提高，可以区分出两个缺陷点，并且图像合成孔径聚集技术处理的分辨率为整数延迟系数，不会随深度N2为1改变. 确定小数延迟系数的过程如下: 由于N1'，N2'和N1，N2位置对称， l整数系数和十进制系数相同.

这样，在点P1处的重建公式可以表示为: 合成孔径聚焦成像实验为了进一步对多元素合成孔径聚焦方法进行实际成像研究，以获得真实的扫描数据，根据合成孔径方法处理和处理数据为了更全面地了解此方法在实际成像中的成像精度，分辨率和对比度方面的特性，本文使用Matrix生产的超声实验设备进行成像实验，并对数据进行后续处理和数据分析，提取出相应的特征参数，并从实际中验证了该成像方法的优缺点和成像特性. 图6(a)是回波扫描标准测试块的单个缺陷点的. 从图中可以看到缺陷点回波信号的波形图. 回波信号和数值模拟具有高度的一致性，并且回波的量和时间真实反映在《 96 Marine Technology》的第29卷中. 图6(b)是回声信号的信噪比. 根据分贝下降法[3]，将比最高回波幅度值低6dB的回波幅度值作为“标准高度，探头移动准距离”，当回波高度超过“标准”时发生在测量过程中的振幅，并定义为缺陷的长度. 根据该方法，可以估计缺陷的大小，然后可以计算成像的分辨率. 从图中可以看出合成孔径聚集处理后的图像和信噪比. 经过合成孔径算法的处理，图像质量有了很大提高. 根据-6dB方法，处理前的方位角分辨率为10mm. 处理后缩小到5mm，分辨率提高了一倍.

单个缺陷点回波和信噪比5结论实验结果表明，合成孔径成像方法具有良好的形成合成光束孔径的能力，提高了系统分辨率，并具有良好的成像质量. 无损检测领域具有非常高的直径聚焦成像方法，在海洋超声检测中具有广阔的应用前景. 对于单个缺陷点的成像，基于发射声波的波速6300m / s和换能器间距0.5mm计算延迟时间矩阵，然后对每列数据进行合成孔径处理移位并叠加以重建图像，并在重建之后. 图像信噪比分别如图7(a)和(b)所示. 参考文献: [1]孙宝深，沉建中. 合成孔径聚焦超声成像(１)［Ｊ］. 应用声学，1993，12(3): 43-48. [2]蔡兰等. 合成孔径聚焦成像方法研究[J]. 武汉理工大学学报，1996，18(1): 84-87. [3]冯若. 超声手册[M]. 南京: 南京大学出版社，1999，364-365. SyntheticApertureFocusTechnologyinUltrasonicImaging DUYing华，ZHANGCong -ying，陈氏丽，孙芳，六经，进士玖(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments，钛anjinUniversity，Tianjin300072，中国)摘要研究: syntheticaperturefocusingtechnique(SAFT)hastheadvantageofhighresolu tionandbeingusedinnear-field.Theprin-cipleofSAFTandsimulationresultsu singMATLABisintroduced.Thetestingresultsillustratesthatthistechnologyh ashighultra声音可形成性，高侧向分辨率和良好性能关键词: 合成孔径聚焦技术；波束形成；超声成像

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