超声平面波同相正交信号频域波束形成算法

针对频域平面波波束形成算法尚不能直接应用于采用正交解调的超声成像系统中的实际问题,提出一种平面波同相正交信号频域波束形成方法。以平面波射频信号频域波束形成算法为基础,根据射频信号与同相正交信号波数空间变量之间的关系,推导了平面波同相正交信号与对应图像的频谱映射表达式,从而实现对正交解调后信号的频域超声图像重建。采用2016年Plane Wave Imaging Challenge in Medical Ultrasound (PICMUS)发布的仿真、仿体及在体原始回波数据对这一方法进行验证,并评估图像的分辨率和对比噪声比。仿真和仿体实验结果表明,相对于射频信号的频域波束形成算法,该算法可获得与之相同的图像质量,并将成像速度提高了约4倍。在体实验数据的成像结果也验证了该算法在实际应用中的有效性。     

水浸式超声检测成像系统研制成功

受中国航空工业总公司南方动力机械公司航空事业部委托,我们为其研制出一套水浸式超声检测成像系统,并于９９年２月２日在该部顺利通过鉴定验收,完全达到了用户所提要求,受到高度评价．该系统的功能及指标如下：（１）对超声回波射频或检波波形实时显示．（２）可按需要选择Ａ－Ｂ,Ｂ－Ｃ,Ａ－Ｃ实时成像（扫描可任选ＸＹ,ＸＲ,ＸＲ）。（３）图像显示方式可以直角坐标与极坐标成像（图像与实际面积相等或成比例）。（４）超声使用频率达到１２ＭＨｚ（至少１０ＭＨｚ能稳定使用）．（５）能与Ｓ－８０、ＳＯＮＩＣ１３８等仪器配用…     

频域近红外光学成像法的苹果内部病变检测精度

苹果组织内部的病变会导致其光学参数发生变化。用频域近红外光学成像法（FD-DOT）对苹果组织进行吸收系数和约化散射系数的检测,并结合三维重构技术得到的重构图像可以直观地了解苹果内部的病变情况,从而实现对苹果内部病变的无损检测。选择可最大程度区分苹果正常组织与病变组织所对应的波长为740 nm的光作为激光光源。当FD-DOT的入射光调制频率不同、苹果内部病变的程度不同、病变位置和大小不同时,会导致成像精度的变化,设计了一系列模拟仿真实验研究以上因素对苹果内部病变检测精度的影响：设定不同的激光调制频率,研究调制频率对重构图像精度的影响;在苹果模型中某一位置添加不同大小的球形病变,研究病变区域大小对重构图像精度的影响;在苹果模型中不同位置添加一定大小的异质体,研究病变位置不同对重构图像精度的影响。首先用Abaqus建立苹果有限元网格模型,设计了12个740 nm的近红外激光光源和6个检测器均匀排布在苹果模型表面,根据实验需要,在组织体模型中添加代表病变的球形异质体,用经过高频调制的光源照射进苹果,检测出射光的交流幅度和相位延迟,然后借助开源软件NIRFAST计算并反推出待测苹果内部的吸收系数和约化散射系数分布并进行三维重构,重构结果可以用重构图像的吸收系数对比度噪声比（CNR值）和吸收系数分布图进行评价。实验结果表明,想要检测到尺寸较大苹果的深处病变,需要较高的入射光调制频率;该方法可以检测到大小适宜的苹果中大部分半径大于5 mm的球形病变区域,且随着病变区域在一定范围内扩大,重构图像的精度逐渐增加,但病变区域过大时,图像精度开始降低;病变区域距离检测器越来越近时,重构图像的精度逐渐增加,但当病变区域与检测器距离过小时,重构图像的精度有降低的趋势;病变区域距离检测器平面的垂直距离越近,重构图像的精度越高。以上实验结果将为应用频域近红外光学成像法对苹果进行无损检测奠定良好基础。     

五轴水浸超声扫查系统研制

为实现超声强衰减材料、多层结构件、重要焊接结构件中缺陷高灵敏度的超声检测和评价，并对自然缺陷形状、性质和大小进行分析和判别，实现对缺陷的精确定性、定量和定位，研制了一套五轴水浸超声扫查成像系统。该系统包括5个部分：超声波发射和接收系统，包括超声探伤仪（USIP12）和水浸聚焦探头：数据采集和图像处理系统，包括工控机和数据采集卡；五轴水浸超声扫查系统装置，包括精密三维扫描工作台、水平转台、探头摆动架、专用夹具、水槽、步进电机驱动卡和驱动电源：软件系统，由文件管理、参数设置、数据和图像处理等控制窗121组成。系统工作时，由运行在工控机上的测控程序向运动控制卡发出运动指令，     

超声平面波经颅成像相位校正方法

超声平面波经颅成像时,由于颅骨对超声传播的影响引起图像质量下降,需要对颅骨造成的超声相位畸变进行校正.为此,该文研究了两种相位补偿方法:基于近似射线声学的理论方法和基于时间反转的数值计算方法,并利用数值仿真对比了两种方法的补偿和成像效果.结果表明:无论使用近似射线法还是时间反转法,都能够有效地校正因颅骨造成的相位畸变;...     

铝制焊接容器超声导波成像检测

针对中厚板铝制焊接容器的安全评价需要,论文研究了超声导波成像检测技术。通过对铝制焊接容器中不同模态超声导波的频散曲线及波结构分析,选择激励频率为2 MHz的S1模态作为中厚板铝制焊接容器健康监测的导波模态,并研制了适合铝制容器检测的2 MHz/S1模态压电晶片换能器,建立了超声导波成像系统。实验结果表明,该方法仅需经过有限次的扫查,就可以得到容器全壁厚范围内健康信息的超声导波图像,从而清晰地识别容器内的缺陷。该研究为中厚板铝制焊接容器的健康监测提供可行的技术方案。     

子阵列差分系数加权的超声成像算法

传统的自适应加权系数可以有效改善超声图像的分辨率和对比度,但会影响背景图像的散斑特性,因此提出子阵列差分加权系数(SDF)以提升图像质量。该系数适用于传统线扫描超声成像,首先对阵列接收到的回波信号采用子阵列平滑的方式计算均值,得到信号中高相干性成份的强度,再用差分的方式反映相邻阵元回波信号之间的差异性,最后对延时叠加(DAS)成像结果进行加权成像。仿真和实验结果表明SDF (L=8)加权算法相对于传统的DAS成像算法,可以有效改善分辨率和对比度,其中仿真数据的对比度提高了62.9%,体模实验数据的对比度提高了74.7%。相对于相干系数(CF)、广义相干系数(GCF)和信号均值标准差系数(SMSF),SDF可以改善背景组织的成像质量,其中仿真图像的散斑信噪比(SSNR)分别提高了36.8%,5.7%和26.2%,体模实验图像的SSNR分别提高了48.6%,17.0%和20.9%。可见SDF系数可以有效改善超声成像的质量。     

频域分割的复合超声热应变成像

在超声热应变成像(TSI)中,二维TSI图像中加热区域即感兴趣区域(ROI)的后方(远离声源方向)由于热声棱镜效应、互相关函数峰值误判等可能出现较强的噪声,影响对热区的识别。为对TSI图像降噪并优化ROI的选取,提出一种频域分割的复合超声热应变成像方法。首先,对加热过程中超声成像得到的射频数据进行频段划分,将划分后每个频段的数据视作一次独立成像的结果。其次,利用不同频段数据分别进行TSI计算,所得ROI的形态及其中的热应变分布有很好的一致性,而噪声分布差异较大。基于此对ROI与噪声区域进行区分,通过多频段TSI的复合实现降噪。最后,对降噪后的TSI图像,借助径向梯度指标实现ROI的识别。基于数值仿真和离体猪脂肪加热实验,对所建立的方法进行了验证,仿真中ROI热应变成像的对比度提升了1.7 dB,实验中提升了13.6 dB。     

炸药柱超声C-扫描成像检测

药柱传统的手动A型扫描探伤方法存在，检测过程的稳定性以及检测结果的准确性、可靠性较低，检测结果不够直观等不足之处。为了解决这些问题，对超声C-扫描成像检测技术的系统条件、技术参数、缺陷大小的系统标定等开展了研究，确定了炸药柱水浸式超声C-扫描成像检测条件，并对利用手动A型超探仪探伤有缺陷（包括分层类和疏松）的PBX-9003和TNT药柱进行了C-扫描成像检测。     

非线性合成孔径聚焦超声成像

论文介绍了合成孔径聚焦超声成像系统原理。建立了一个无损检测超声成像系统。同时，为了进一步提高分辨率，设计了基于相关系数的非线性合成孔径聚焦算法。然后利用此算法对试块成像，结果表明，与延时叠加合成孔径算法相比，基于相关性分析的非线性合成孔径算法提高了图像的分辨率，改善了图像质量。     

Laser ultrasonic propagation imaging method in the frequency domain based on wavelet transformation

A wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging method capable of ultrasonic propagation imaging in the frequency domain was developed and applied as a new structural damage or flaw visualization algorithm. Since the wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging method has strong frequency selectivity, it can visualize the propagation of ultrasonic waves of a specific frequency (for example, to isolate ultrasonic mode of interest and a damage-related ultrasonic wave). The strong frequency selectivity of the wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging method was demonstrated, isolating only the zeroth-order asymmetrical mode of the fundamental Lamb wave modes in an anisotropic carbon fiber-reinforced plastic plate with a thickness of 5 mm. The wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging method can also convert a complex time domain multiple wavefield into a simple frequency domain single wavefield. This feature enables easy interpretation of the results, and facilitates the precise evaluation of the location and size of structural damage or flaws. We demonstrated this capability by detecting a disbond in a sandwich structure made of Al-alloy skins and a foam core. A disbond with a diameter of 20 mm, which is representative of a common manufacturing flaw, was successfully detected, localized, and evaluated. Since a method to determine the allowable maximum pulse repetition frequency depending on target materials and structures was found by investigating the residual wave caused from the previous laser impinging, our laser ultrasonic system can scan rapidly the target with an optimal pulse repetition rate. In addition, the proposed wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging method can visualize damage or flaw without the need for reference data from the intact state of the structure. Hence, we propose the wavelet-transformed ultrasonic propagation imaging approach for automatic inspection of in-service engineering structures, or in-process quality inspection in manufacturing.     

信号处理在超声检测中的应用

文章综合报道了信号处理在超声检测的抑噪、缺陷的定性定量分析及优化驱动信号的几方面应用。     

数字式超声成象的相干处理

本文介绍一种新的医学超声成象处理方法－相干处理。这种方法保留和利用了不同通道中信号的相干性，因此能增强图象分辩率，改进图象的质量。     

超声检测中变采样问题研究

本文对超声检测中常遇到的变采样问题进行讨论，比较了两种实现方法：基于特征值的二次采样和滤波器组，并给出了二次采样算法。通过试验，对这两种方法在超声信号变采样前后时频域特性的变化做了比较分析，得出前者可以很好地保留检测中所需的特征信号，但频域特性较差；而后者有很好的频域特性，便于进行时频分析。     

超声检测中的结构噪声

结构噪声是超声脉冲在介质结构上激发产生的一种特殊噪声，它严重妨碍超声检测，是超声检测的基本限制因素之一；但也可被利用进行某些检测。本文综述了有关结构噪声的基本研究，抑制或降低结构噪声的方法，以及在结构噪声背景下进行超声检测和利用结构噪声进行超声检测的有关工作。     

Non-destructive imaging using the time domain topological energy method

The time domain topological gradient has recently been presented as a promising technique for imaging of complex structures [N. Dominguez, et al., Wave Motion 42 (1) (2005) 31-52], showing results obtained on simulated data. The method relies on the adequate combination of two computed ultrasonic fields, one forward and one adjoint. The adjoint field, that carries the information about the defects, is analogous to a time reversal operation. The forward field plays the role of a “photographic developer”. The great interest of the method is that the time reversal operation is not done experimentally but numerically, allowing implementation of low cost systems. The expected low sensitivity of the method to the presence of measurement or structure noise had been discussed in a former work. This paper shows results obtained on experimental data in the context of non-destructive testing, showing the efficiency of the method even in complex configuration such that composite material testing.     

一种用于超声成像的零相位滤波后处理方法*

针对超声成像中基于有限脉冲响应滤波器的零相位滤波处理效率低难以满足实时性要求高的系统需求的问题,提出采用无限冲激响应滤波器实现零相位滤波后处理的方法。首先,分别设计幅频特性相似的有限脉冲响应滤波器和无限冲激响应滤波器作为零相位滤波器的基础滤波器;然后,针对超声相控阵系统采集的超声波回波射频信号,采用两种不同的零相位滤波方法进行处理,对比分析二者的性能、成像效果和效率。结果表明,实现幅频特性近似的零相位滤波,无限冲激响应滤波器具有更低的阶数,可以达到前者的1/4,算法的运算量更低,仅约为前者的1/2。当无限冲激响应滤波器采用直接形式实现时,效率更高,系统的实时性更好。     

空间频率域超声背散射参量用于骨质状况的评价*

在超声背散射骨质评价中,不同测量感兴趣区域(ROI)的超声背散射信号会有波动,致使诊断准确度降低。该文目的是研究超声背散射信号随测量区域的变化规律。采用空间扫描方法离体测量了35块骨样本,将超声背散射参数从空间域变换到空间频率域。结果表明,超声背散射参数的主要空间频率成分集中于低频部分;空间频率域超声背散射参量最大值(MASF)与骨矿密度等参数具有中高度显著相关性(R2=0.45~0.83,p0.001);空间频率域超声背散射参量衰减系数(AC)也与松质骨密度及结构特征有显著相关性(R2=0.41~0.72,p0.001)。研究表明空间频率域变换方法有助于明确超声背散射信号随测量ROI的变化规律,空间频率域的超声背散射相关新参量评价松质骨状况具有可行性。     

部分阵元参考法校正超声成像相位畸变的仿真研究

本文应用互相关技术在阵元接收射频信号噪比不同情况下，对部分阵元参考法校正超声成像位畸变进行了仿真实验。