[发明专利]一种基于瞬时相位的超声导波复合成像方法

摘要

本发明公开了一种基于瞬时相位的超声导波复合成像方法，属于超声技术领域。复合成像的原理是通过阵列换能器分别采集模态和模态导波的时域信号，对两种信号进行希尔伯特变换得到瞬时相位；根据全聚焦成像方法利用幅值和瞬时相位信息得到瞬时相位图像；针对相位信息对每个成像点设定一个阈值，依据设定的判定原则对模态和模态的瞬时相位图像进行复合成像。本发明能够很好地检测板状金属结构中的小缺陷，并将缺陷可视化，降低了操作人员的专业要求，采用此方法可以提高成像的对比度，降低缺陷的漏检率。

主权项

1.一种基于瞬时相位的超声导波复合成像方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）通过全矩阵采集的方式，依次激励线性阵列换能器的N个阵元，由其他N‑1个阵元接收信号，采集得到NN组全矩阵时域信号，其中i代表激励阵元，j代表接收阵元；（2）将时域信号构造为解析函数，得到信号的瞬时相位，公式如下：其中为原信号，为原信号的希尔伯特变换；（3）建立成像坐标系，以阵列换能器中心为坐标原点，x表示换能器水平方向，z表示换能器垂直方向；针对每一个成像点，其幅值信息为其相位信息为其中为信号从发射阵元经过成像点到接收阵元的飞行时间；（4）设定瞬时相位的阈值，用以减小噪声信号引起的误差，噪声信号的相位随机分布，其相位标准差 ，对于不存在缺陷的成像点P(x,z)，由噪声信号会导致误判为存在缺陷；根据切比雪夫不等式其中是错误指示缺陷的概率， 由此得到阈值 的公式如下：其中M为信号个数，即；（5）确定瞬时相位加权因子IPWF，对于相位信息超过阈值的成像点，IPWF取值为1，对于相位信息超过阈值的点，IPWF取值，以此可以在提高图像对比度的同时，防止微小缺陷被漏检，IPWF的表达式如下：（6）瞬时相位加权成像，由以下公式得到和两幅瞬时相位加权图像；（7）根据得到的模态和模态瞬时相位加权图像，根据以下规则复合成像即针对每个成像点，如果两个模态的都高于它们各自的阈值，则意味着两种模态都检测到缺陷，复合图像取两者的较大值；如果两个模态的都低于它们各自的阈值，则意味着两种模态都未检测到缺陷，复合图像取两者的较小值；如果只有其中一种模态的超过阈值，则意味着该模态检测到缺陷，复合图像取该模态的值；（8）对缺陷部分进行局部矢量成像包括以下步骤，首先，将复合成像图中各个缺陷最大值处下降‑6dB所对应的区域进行局部矢量全聚焦成像，各成像点P(x,z)的单位方向矢量为其中，是导波信号经过成像点处反射平面的法线方向单位矢量；其次，将单位方向矢量与成像点幅值相乘即可得到幅值矢量，可通过下式计算最后，根据幅值矢量方向与目标缺陷反射面垂直的关系，可以计算目标缺陷与x轴正向的夹角大小，由以下公式计算其中A代表成像区域中缺陷的范围，表示幅值矢量的x分量，表示幅值矢量的z分量。