CN101846654A - 超声相控阵成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种超声相控阵成像系统，它包括数据模块、图像模块和辅助功能模块。所述系统根据超声相控阵成像原理，针对单路收发装置实验而设计的，所述系统能够提供良好的用户界面，根据输入的参数要求，显示相应的信息；具有单发单收、发射聚焦、单点聚焦和B扫成像的功能，而且还具有缺陷判别功能。

Description

超声相控阵成像系统

一、技术领域

本发明涉及的是一种超声成像系统，该系统对单路收发装置所采集的回波信号进行一维波形和二维图像显示，并判别缺陷的位置和形状。

二、技术背景

超声相控阵检测技术是近年来超声无损检测领域发展起来的新技术，具有动态聚焦、成像检测、可检测复杂形状物体、高检测灵敏度、分辨力和信噪比等多项优点，近年来，正成为国际无损检测界的研究热点。超声相控阵技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位控制，获得灵活可控的合成波束。

超声相控阵采用脉冲回波法进行探伤，其中相控阵的聚焦包括发射聚焦和接收聚焦。在发射聚焦中，为了达到波束的聚焦和偏转，会对超声相控阵中的阵元以不同的脉冲延时激发。波束聚焦是通过给阵元施加一个对称的、抛物线型的时间延迟，产生法线方向上聚焦的波束；波束偏转是通过给阵元施加一个倾斜的时间延迟，达到声束偏转的目的；聚焦延时与偏转延时叠加可以实现在不移动探头的情况下，对试块进行二维扫描。而接收信号时的方向控制也用延时控制，按照与发射相同的延时量进行延时，把延迟后采集到的信号进行叠加，可以使来自焦点附近的回波信号得到增强，而减弱甚至抵消聚焦区域以外的回波信号，达到接收聚焦的目的，即获得聚焦点的回波。

A型脉冲反射式超声波探伤仪于1946年由英国D.O.Sproule制成，用于钢材的探伤。A扫描提供的是信号振幅和时间的关系，根据波形只能判断缺陷的有无，无法对缺陷进行定位和定性分析，直观性差。B型超声成像技术是在A型成像技术的基础上发展起来的，它采用辉度调制方式，能将检测对象断层面上的超声信息以空间二维分布的形式显示出来。

三、发明内容

本发明的目的是为了克服A扫信号的不足，而提供一套超声相控阵成像软件系统。

本发明的目的是这样实现的：根据相控阵原理，该系统采用延迟叠加的波束合成算法，对单路收发装置采集的信号进行处理后，实现多路相控功能；根据聚焦点的位置，对原始信号分别进行发射聚焦和接收聚焦，实现扫描；采用图像处理方法提高超声图像的分辨率，并且具有缺陷判别功能。

四、附图说明

图1是软件主界面结构图；

图2是单点聚焦流程图；

图3是扇形扫描流程图；

图4是软件运行效果和各区域成像后主界面；

图5是软件运行效果-缺陷信息窗口

五、具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：

结合图1，根据扫描的类型及功能，利用Microsoft Visual Studio2005的可视化操作，所述的超声相控阵成像系统，分别具有单发单收、发射聚焦、单点聚焦和扇形扫描的功能；这四类扫描类型的所有功能都是建立在软件功能模块上的。

结合图1，系统的功能主要有：

(1)数据的载入、处理和发射聚焦、单点聚焦的数据保存功能。

(2)各扫描形式的图像的生成、放大、参数显示和保存功能。

(3)发射聚焦和单点聚焦的半径定位、加窗范围峰峰值的显示，扇形扫描图像的柔化、图像坐标的即时显示和缺陷检测功能。

所述单发单收功能是把单路发射接收设备采集的数据进行载入和显示，不需要对数据进行延迟和合成；只需要输入发射和接收阵元号，并将数据表格中相对应的数据在单发单收区域内进行描点连线即可。

结合图2，所述的单点聚焦功能，需要根据聚焦点的位置对数据进行发射及接收延迟处理，当处理完数据后，相应的描点连线即可。其中的大部分功能与发射聚焦及单发单收相似，不同的是在数据处理中，发射聚焦延迟后，还需要对发射延迟的数据进行统计生成新的表格，在对新表格里的数据进行接收延迟处理，最后加和得到完整的A扫数据，通过此数据生成波形图。

结合图3，所述的扇形扫描功能，首先对扇形区域进行离散化，然后对扇形区域上的所有离散点进行单点聚焦，保存点的坐标及峰峰值信息；当扫描完成后，根据成像阈值与半径加窗范围上下限内的数据的值来判断点是否上色，如果数据值大于阈值，需要上色；根据保存的上色点的坐标信息确定上色点的位置，根据上色点的峰峰值确定其显示的辉度。

扇形扫查缺陷的检测分别采用成像阈值和缺陷阈值。成像阈值控制着判断每个聚焦点是否上色及保存至数组中；缺陷阈值控制着判断数组中每个成像点是否为缺陷点，并显示在缺陷信息窗口内。

对于扇形扫描，当步进值较大时，生成的图像中目标点边缘颜色差距较大，所以还应采用高斯柔化功能，其实现原理为将当前像素点的颜色设置成为以当前像素点为中心的像素块的颜色的平均值。当像素点周围颜色并无什么太大变化时，取平均值并不影响其颜色，当变化较大时，在视觉上就可柔化图像了。

结合图4，软件运行效果达到设计要求，运行稳定，各功能执行正常，软件的各个波形图实际成像效果较好。

结合图5，根据给定的阈值，软件可以自动进行缺陷判定；如果存在缺陷，则给出缺陷的位置和峰峰值。

Claims (8)

1.一种超声相控阵成像系统，它包括数据模块、图像模块和辐助功能模块；其特征在于：利用单路发射与接收装置采集数据，通过软件编程来实现多路相控功能；该系统分别具有单发单收、发射聚焦、单点聚焦和扇形扫描的功能，根据输入的参数，在相应位置显示波形或图像。参数设置在相应位置显示在扫描区域内，对被测对象进行逐点发射聚焦和接收聚焦实现扫查；根据A扫回波信号的特征，采取信号特征提取方法将一维信号进行二维重构；针对相控阵超声成像存在的问题，利用图像处理方法提高图像的分辨率，对缺陷进行定位和定性分析。

2.根据权利要求1所述的超声相控阵成像系统，其特征在于：根据焦点的位置，能够分别计算相控阵换能器每个阵元的延迟时间。

3.根据权利要求1和2所述的超声相控阵成像软件系统，其特征在于：线性相控阵换能器由8个阵元组成，共采集到64组回波信号。

4.根据权利要求1所述的超声相控阵成像系统，其特征在于：对数据分别进行平移和求和操作来实现延迟和叠加波束合成算法。

5.根据权利要求1所述的超声相控阵成像系统，其特征在于：对采集的64组回波信号，分别进行发射聚焦和接收聚焦得到A扫回波信号。

6.根据权利要求1所述的超声相控阵成像软件系统，其特征在于：根据焦点的位置，在加窗范围内提取信号的峰峰值来表示该点，从而将A扫回波信号进行二维重构。

7.根据权利要求1所述的超声相控阵成像系统，其特征在于：根据选取适当的阈值，采用二值化处理方法对B扫图像进行处理。

8.根据权利要求1所述的超声相控阵成像系统，其特征在于：所述系统能够对回波信号进行一维信号和二维图像显示，具有缺陷判别功能。

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