CN103018331A - 超声扫描显微镜的频域成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声扫描显微镜的声学频域成像方法，适用于超声扫描显微镜检测及超声波C扫描检测领域，能提高超声显微扫描的C扫描成像精度，并展现一些时域成像难以发现的细节。本发明首先对C扫描过程中产生的A扫信号进行全波采集，然后对每一个A扫波形的数据闸门内的信号进行快速傅立叶变换，找出其中的最大幅值，归一化后用相应的颜色灰度来表示其强度，最后将这些像素点绘制在屏幕上，即可完成超声显微扫描的频域成像。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种超声扫描显微镜的频域成像方法，适用于超声扫描显微镜检测及超声波C扫描检测领域。
二、背景技术
超声扫描显微镜是检测电子封装结构内部缺陷的一种非常有效的手段，它是一种利用聚焦高频超声，通常为10MHz～2GHz，对物体表面、亚表面及其内部一定深度内的细微结构显微成像，进行可视化观察的技术，它主要是针对半导体器件、芯片、材料内部的失效分析，可以检查材料内部的晶格结构，杂质颗粒、内部裂纹、分层缺陷、空洞、气泡等。
超声扫描显微镜所用的高频聚焦超声换能器是其最关键的部件，它的选取对检测效果有着很重要的影响。高频聚焦超声换能器的主要性能指标有中心频率、焦距、焦区声束宽度等，对于超声显微C扫描成像而言，焦区声束宽度越小，扫描出的图像越清晰，即横向分辨率越高。由于焦区声束宽度除了由换能器本身的透镜几何特征决定之外，换能器的中心频率对其的影响很大。一般来说，频率越高，焦区声束宽度越窄，横向成像精度越高，因此在超声显微检测时，一般希望所用换能器的频率越高越好。但是，当换能器的频率提高时，声强的衰减会迅速增大，其穿透能力会急剧下降，而且一般频率越高，其信噪比越差，回波信号常湮没在噪声信号中，扫描的图像反而会由于噪点的增加而变得模糊。因此，需要有一种方法来达到用相对较低频率的超声换能器，来达到较高频率换能器的成像效果。本发明提出的超声扫描显微镜的频域成像方法就可以解决这个问题。
传统的超声扫描显微镜在成像时使用的都是时域信号，适用信号的幅值或TOF等来实现C扫描成像。由于超声换能器焦区声束宽度的存在，换能器接收到的信号幅度会被焦区平均，再加上噪声的影响，成像受焦区的影响很大。本发明使用脉冲回波的频域信息进行成像，可以提高换能器的扫描精度。超声显微的A扫描信号中包含了脉冲回波的所有频率分量，它实际上是许多不同振幅和不同频率的谐振的叠加，其中振幅最大的频率在信号中占的能量比最大。因此可以通过快速傅立叶变换(FFT)来对A扫描信号进行分解，将信号在时间域中的波形转变为频率域的频谱，取出找到频谱中的最大幅值，将其强度用对应的灰度颜色表示，再对其它的A扫描信号进行相同处理，就可完成频域成像。它得到的图像比传统时域成像清晰，能展示一些传统时域成像看不见的细节。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种超声扫描显微镜的声学频域成像方法，以提高超声显微扫描的C扫描成像精度，展现时域成像难以发现的细节。
本发明首先对C扫描过程中产生的A扫信号进行全波采集，然后对每一个A扫波形的数据闸门内的信号进行快速傅立叶变换，找出其中的最大幅值，归一化后用相应的颜色灰度来表示其强度，最后将这些点绘制在屏幕上，即可完成超声显微扫描的频域成像。频域成像能展现传统时域波形难以发现的一些细节，成像相对更加清晰。
四、附图说明
图1超声显微扫描得到的A扫及数据闸门示意图
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
1、如图1所示，调节高频聚焦换能器在垂直方向的位置，观察A扫描波形中感兴趣部分的回波，使之幅度最大，此时即将换能器的焦点置于此平面位置附近。移动数据闸门，卡住需要成像的回波区域。
2、设置扫描区域，开启全波采集选项，进行C扫描，将扫描过程中得到的A扫描全波数据进行保存。
3、打开A扫描全波数据，依次对每个A扫描波形中数据闸门区域内的信号进行FFT变换，然后在得到的频谱幅度中找出幅度最大的值，记录在二维数组中。
4、所有入射方向的A扫描波形FFT变换完成后，对记录在二维数组中的幅度列表数据进行归一化处理，使其值均在0到1之间，记数组中某点(第i行、第j列)的元素值为Aij。
5、求幅度对应的灰度颜色，可按照如下公式计算：
G＝Aij×255
例如，Aij＝0.2，则
G＝0.2×255＝51，
即该点对应的灰度值等于51。
6、按上述公式计算出所有点对应的灰度值，然后按顺序绘制出位图中相应灰度颜色的像素点，便可完成C扫描图像的频域成像。
Claims (4)
1.超声扫描显微镜的频域成像方法，其特征在于：它在对C扫描过程中产生的A扫信号进行全波采集的基础上，对每一个A扫波形的数据闸门内的信号进行快速傅立叶变换(FFT)，找出其中的最大幅值，归一化后用相应的颜色灰度来表示其强度，最后将这些点绘制在屏幕上，即可完成超声显微扫描的频域成像。频域成像能展现传统时域波形难以发现的一些细节，成像相对更加清晰。
2.根据权利要求1所述的全波采集，其特征在于：A扫描波形窗口中的信号数据都被采集存储在内存及硬盘中，这些信号包含有脉冲回波信号中的各种频率的叠加信息。
3.根据权利要求1所述的FFT变换后幅值的颜色灰度表示，其特征在于：对所有扫描点的A扫描波形完成FFT变换后，记录其幅值在二维数组中，然后对数组里的幅度列表数据进行归一化处理，使其值均在0到1之间，再求出幅度对应的灰度颜色。
4.根据权利要求1所述的应用范围，其特征在于：应用在超声扫描显微镜检测及超声波C扫描检测领域。
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