[发明专利]基于相控阵超声检测的被测面轮廓提取方法

权利要求书

1.一种基于相控阵超声检测的被测面轮廓提取方法，其包括：

相控阵超声发射及接收步骤：

假设相控阵探头阵元晶片个数为N＝N_x×N_y，其中N_x为x方向探头阵元晶片的行数，N_y为y方向探头阵元晶片的列数；

-设置相控阵探头进行N次超声波的发射及接收，其中，每次发射均采用一个阵元晶片进行超声波激励，第一次发射采用第一个阵元晶片，第二次采用第二个阵元晶片...第N次采用第N个阵元晶片，每次接收时相控阵探头上的N个阵元晶片各自接收回波信号；

-待N次发射接收完毕后，将采集到的A扫数据存储到三维数组M(n_t，n_r，t)(n_t＝1，2，...，N，n_r＝1，2，...，N，t＝1，2，...，T)之中，其中n_t为发射阵元晶片编号，n_r为接收阵元晶片编号，t为采集A扫数据的采样点编号，N为探头阵元晶片个数，T为每个A扫信号采样点数，当n_t，n_r，t取特定值n_t0，n_r0，t₀时，M(n_t0，n_r0，t₀)表示第n_t0个阵元发射，第n_r0个阵元所接收到的A扫信号的第t₀个采样点处的A扫信号幅值；

被测面轮廓成像步骤：

假设耦合介质的声速为cm/s，相控阵阵元晶片间的x方向间距为p_x m，y方向间距为p_y m，轮廓拟合精度为d m，轮廓位于长为L m，宽为W m，深为H m的立方体区域范围之内，A扫描采样频率为S Mhz；采用以下成像方法对被测面轮廓进行成像：

-定义相控阵阵元晶片的两个一维数组Xt，Yt，大小均为N，其中第n个元素(Xt(n)，Yt(n))表示n个阵元晶片的x和y轴坐标，其表达式为：

Xt(n)=(-Nx/2+n-[n/Nx]·Ny-0.5)·pxYt(n)=(-Ny/2+n-[n/Ny]·Nx-0.5)·py]]>

式中的[]为数学中的高斯取整函数，然后，定义被检测区域的三维成像数组I(i，j，k)(i＝1，2，...，Mx，j＝1，2，...，My，k＝1，2，...，Mz)，其中Mx＝L/d，My＝W/d，Mz＝H/d，i，j，k分别为长、宽、厚度方向离散点编号，当i，j，k取特定值i₀，j₀，k₀时，I(i₀，j₀，k₀)表示长、宽、厚三方向上编号分别为i₀，j₀，k₀的点位的像素幅值；

-对所述相控阵超声发射及接收步骤所得到的三维数组M(n_t，n_r，t)的第三维进行Hillbert变换；

-对所述三维数组I中的任意一点的值I(i₀，j₀，k₀)，通过如下公式计算得出：

I(i0,j0,k0)=Σnt=1NΣnr=1NM(nt,nr,tntnri0j0k0)tntnri0j0k0=[dnti0j0k0+dnri0j0k0c·S]dnti0j0k0=(i0d-L/2-Xt(nt))2+(j0d-W/2-Yt(nt))2+(k0d)2dnri0j0k0=(i0d-L/2-Xt(nr))2+(j0d-W/2-Yt(nr))2+(k0d)2]]>

上式中的[]为数学中的高斯取整函数；

-将得到的三维数组I进行成像，所得图像中将显示出被测面轮廓信息；

被测面轮廓提取步骤：

-对上述所得三维数组I前两维的任意编号i₀，j₀，求取第三维上的最大值所对应的索引值，从而获得具有轮廓离散点的二维数组B(i，j)(i＝1，2，...，Mx，j＝1，2，...，My)，其中Mx＝L/d，My＝W/d，i，j分别为长、宽方向离散点编号。当i，j取特定值i₀，j₀时，B(i₀，j₀)表示长、宽方向上编号分别为i₀，j₀的被测表面轮廓点在厚度方向上的编号，二维数组B中任意一点的值B(i₀，j₀)通过如下公式计算得出：

B(i0,j0)=k0I(i0,j0,k0)=max({I(i0,j0,k)}k=1M:)]]>

-对二维数组B采用曲面拟合算法进行处理，最终获得被测面轮廓的解析表达式。