CN114544775A - 一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法 - Google Patents

一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，包括以下步骤：(1)将采集的多层结构的全矩阵数据通过三维快速傅里叶变换转换到频率波数域；(2)针对该多层结构中任一未遍历层，将多层结构的表面波场外推至该未遍历层的上界面，得到该未遍历层的波场信息；(3)根据得到的波场信息，在频率波数域内对该未遍历层进行聚焦成像；(4)重复步骤(2)和(3)，直至所有层遍历完毕，得到多层结构的成像结果。本发明的成像方法，仅采用叠加和二维傅里叶变换两种算子，不需要频域相位偏移中的互相关算子，大大降低了内存需求和计算复杂度，缩短了计算时间，提高了成像效率；且成像分辨率高。

Description

一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法
技术领域
本发明属于检测方法技术领域，具体涉及一种多层结构孔洞缺陷的超 声相控阵高效相位偏移成像方法。
背景技术
为了综合不同材料的优点，例如高强度、重量轻、耐腐蚀、耐久性和 灵活性，多层结构被用于建筑、电子和航空航天领域。然而，由于复杂的 制造工艺和严峻的服役过程，内部空隙缺陷在这些产品中非常常见，这会 大大损害产品的力学性能并缩短服役寿命。复合材料产品内部孔洞缺陷的 常见无损检测方法是红外(IR)热成像和X射线断层扫描，红外热成像捕 捉空洞缺陷处的局部高温确定缺陷位置，但无法确定缺陷深度同时分辨率 有限；X射线断层扫描通常用于高精度重建产品中的孔洞缺陷，然而复杂 的计算限制了其在工程实践中的应用。此外，一些材料加工技术在加工过 程中也会形成多层结构，其中注射成型是最典型的，模壳和模腔中的熔体 形成天然的两层结构。
聚合物熔体中的杂质和气泡是常见缺陷，通常是由于工艺参数不足和 材料受到污染产生的，但仍然缺少有效的在线检测方法。因此，多层结构 内部缺陷的高效成像方法受到了广泛关注。超声相控阵缺陷成像技术在无 损检测领域得到了很好的发展，具有很高的检测效率和精度，已广泛用于 混凝土或金属结构和产品的检测。
目前相控阵信号处理方法得到了极大的发展，为了最大限度地提高相 控阵信号处理的灵活性，应该从相控阵传感器中提取尽可能多的信息。随 着电子技术的进步，全矩阵采集(FMC)技术在超声成像中引起了广泛的 兴趣，它采集到每对发射-接收对完整时域信号。与其他数据采集方法相 比，FMC数据包含更多信息，大大提高了超声成像的信噪比。
基于声波在均匀介质中的时域(时间空间域)和频域(频率波数域) 传播模型，研究人员提出了各种FMC数据后处理方法。全聚焦法(TFM) 是一种典型的时域超声成像方法，它将所有声束聚焦在目标区域的对应像 素点上。针对FMC数据的TFM方法的检测灵敏度和图像分辨率得到了有 效提高，已经成为无损检测的标准。相比之下，针对FMC数据的频域超声成像方法的研究相对有限。Hunter等人提出了一种针对超声FMC数据 的Stolt映射波数算法，该算法显示出较高的成像效率；Fan使用频域模型 进行时间反转偏移。然而，这些方法仅适用于单一声速介质。
研究者针对多层结构提出了几种超声成像方法。多层结构的时域超声 成像方法主要是基于TFM方法。Ray-based TFM算法采用射线追踪法计 算声束在多层结构中的传播轨迹，以获得每个像素点处传输-接收组合的 时间延迟，然后产生与TFM相同成像条件的结果。然而，界面折射点迭 代计算的复杂性降低了其成像效率，因此引入均方根(RMS)速度以避免 轨迹的迭代计算，称为RMS-based TFM。然而，这种方法只适用于速度变 化较小的情况，否则成像质量会严重恶化。对于频域超声成像方法，首先 将B扫描数据的相位偏移(PSM)推广到了多层情况，它通过将表面声场 外推到内部来重建超声图像，Skjelvareid等人引入了Stolt插值，以提高多 层介质PSM算法的计算效率。此外，Wu等人提出了扩展相移偏移(EPSM)， 将多层成像算法扩展到FMC数据。与RMS-based TFM相比，EPSM成像 结果的精度和分辨率有所提高，但效率却较低。因此，迫切需要一种高效、 鲁棒的多层结构超声成像FMC算法。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用超声相控阵全矩 阵数据对多层结构内部孔洞缺陷高效成像方法。该方法大大降低了超声全 矩阵成像的计算复杂度，可以对多层结构中的孔洞缺陷进行快速聚焦成像。
一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，包括以 下步骤：
(1)将采集具有孔洞缺陷的多层结构的全矩阵数据通过三维快速傅 里叶变换转换到频率波数域；
(2)针对该多层结构中任一未遍历层，将多层结构的表面波场外推 至该未遍历层的上界面，得到该未遍历层的波场信息；
(3)根据得到的波场信息，在频率波数域内对该未遍历层进行聚焦 成像；
(4)重复步骤(2)和(3)，直至所有层遍历完毕，得到多层结构的 成像结果(缺陷图像)。
上述成像方法中，先输入采集具有孔洞缺陷的多层结构的全矩阵数据 (FMC数据)和初始化参数，再对全矩阵数据通过三维快速傅里叶变换 (3D-FFT)转换。其中，具有孔洞缺陷多层结构的全矩阵数据由相控阵列 传感器测量得到。
初始化参数包括多层结构的层数N、各层的声速cn、各层的厚度dn、 各层成像分辨率Δzn以及选择频带范围，其中n∈[1，N]。全矩阵数据作为 接收单元位置、发射单元位置和时间的三维数据。
作为优选，步骤(2)中，采用由上至下的顺序对多层结构进行遍历。
作为优选，步骤(2)中，采用双平方根竖直波数来对多层结构的表 面波场进行外推(相位偏移)。
其中，多层结构中任一层(设为m层)的双平方根竖直波数通过下式 计算得到：
Figure BDA0003504060390000031
其中，ω表示频率；cm表示第m层的声速；krx为接收振元的水平波 数；ksx为发射振元的水平波数。
在多层介质(多层结构)中深度z处的波场推算公式为：
Figure BDA0003504060390000032
其中，Φ(krx，ksx，z，ω)为修正后的相位偏移；D(krx，ksx，ω)表示第n 层顶部的波场；kz，n表示第n层在z方向上的偏移波数；zn-1表示第n-1 层的下界面深度。
作为优选，步骤(3)中，在频率波数域内以时间t＝0为成像条件对 该未遍历层进行聚焦成像。
作为优选，以时间t＝0为成像条件的成像结果I(x，z)表达式如下：
Figure BDA0003504060390000041
其中，krx为接收振元的水平波数；i为虚数单位；ksx为发射振元的 水平波数；x表示相控阵传感器阵列排布方向；ω表示频率；kz，n表示第n 层在z方向上的偏移波数；z表示外推深度；zn-1表示第n-1层的下界面 深度；n∈[1，N]，N表示多层结构的层数；kz，m表示第m层在z方向上 的偏移波数；dm表示第m层的厚度。
作为优选，步骤(3)中，根据得到的波场信息，在频率波数域内对 该未遍历层进行聚焦成像的具体操作包括以下步骤：
1)在成像区域中根据深度方向的分辨率进行波场的逐层递推，得到 频率波数域的离散波场；
2)将得到的离散波场在频率维度上进行叠加，得到0时刻的波场；
3)通过二维快速傅里叶变换将0时刻的波场从频率波数域变换回空 间域；
4)在空间域提取xr＝xs＝x对应的波场作为该未遍历层的成像结果； 其中，x表示相控阵传感器阵列排列方向；xs表示发射振元位置；xr表示 接收振元位置。
本发明的上述成像方法引入了双平方根竖直波数来进行相位偏移(波 场外推)，在频率波数(f-k)域中对测量区域(多层结构)的声场进行重 建，并在频率波数域中直接应用爆炸反射条件来对缺陷进行快速高质量聚 焦成像，得到多层结构的缺陷图像。爆炸反射模型假将接收到的反射信号 看作是测量区域中反射位置处在t＝0时主动发射出的。
本发明提出的一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相移偏移成 像方法。其中，FMC数据被视为接收单元位置、发射单元位置和时间的 三维数据，并通过三维快速傅里叶变换(3D-FFT)转换到频率波数(f-k) 域。同时引入双平方根竖直波数，将波场从表面外推到任意深度z，并在 f-k域中直接应用成像条件t＝0来生成缺陷图像。该成像方法仅采用叠加和 二维傅里叶变换两种算子，不需要频域(频率波数域)相位偏移中的互相 关算子，大大降低了内存需求和计算复杂度。该方法的成像分辨率与EPSM 相同，但计算时间仅为后者的1/6。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相移偏移成像方法，仅 采用叠加和二维傅里叶变换两种算子，不需要频率波数域相位偏移中的互 相关算子，大大降低了内存需求和计算复杂度，缩短了计算时间，提高了 成像效率；且成像分辨率高。
附图说明
图1为本发明实施例的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移 成像方法流程图；
其中：D表示全矩阵数据；P表示波场声压；i表示虚数单位；n、m 表示多层结构的某一层；N表示介质(多层结构)层数；cm表示第m层 声速；kz，m表示第m层在z方向上的偏移波数；dm表示第m层的厚度；ksx表 示发射振元的水平波数；krx表示接收振元的水平波数；In表示第n层介质 对应的超声成像结果，对应的像素点为Mn×Nx；I(x，z)表示最终的成像结 果，对应像素点为Mz×Nx，其中，
Figure BDA0003504060390000051
Δzn表示z方向的分辨 率；t表示采样时间；ω表示频率；Mz表示成像结果在z方向上的像素 点数目；Mn表示第n层介质在z方向的离散化层数；
Figure BDA0003504060390000052
表示发射振元数 目；
Figure BDA0003504060390000053
表示接收振元数目；对于FMC数据，有
Figure BDA0003504060390000054
Nt表示 时域采样点数；Nω表示选择频段频率点数；
图2中：(a)为单层结构超声相控阵全矩阵采集示意图；(b)为多层 结构超声相控阵全矩阵采集示意图；z表示深度方向；x表示相控阵传感 器阵列排布方向；dN表示第N层的材料厚度；zN表示第N层下界面位置； xs表示发射振元位置；xr表示接收振元位置；
图3为仿真实验图；其中：(a)为仿真模型；(b)为FMC数据界面 示意图；(c)为Raybased-TFM算法成像结果；(d)RMS-TFM算法成像 结果；(e)EPSM算法成像结果；(f)本实施例方法成像结果；
图4为三层复合结构实验图；其中：(a)三层复合结构检测试块；(b) FMC数据界面示意图；(c)Raybased-TFM算法成像结果；(d)RMS-TFM 算法成像结果；(e)EPSM算法成像结果；(f)本实施例方法成像结果。
具体实施方式
一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，包括以 下步骤：
(1)将采集具有孔洞缺陷的多层结构的全矩阵数据通过三维快速傅 里叶变换转换到频率波数域；
(2)针对该多层结构中任一未遍历层，采用双平方根竖直波数将多 层结构的表面波场向下外推该未遍历层的上界面，得到该未遍历层的波场 信息；
(3)根据得到的波场信息，在频率波数域内以t＝0为成像条件对该 未遍历层进行聚焦成像；
以时间t＝0为成像条件的表达式如下：
Figure BDA0003504060390000061
其中，krx为接收振元的水平波数；i为虚数单位；ksx为发射振元的 水平波数；x表示相控阵传感器阵列排布方向；ω表示频率；kz，n表示第n 层在z方向上的偏移波数；z表示深度；zn-1表示第n-1层的下界面深度； n∈[1，N]，N表示多层结构的层数；kz，m表示第m层在z方向上的偏移 波数；dm表示第m层的厚度。
(4)重复步骤(2)和(3)，直至所有层遍历完毕，得到多层结构的 缺陷图像。
上述多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相移偏移成像方法的详细 流程图如图1所示。初始化输入包括采集的多层结构的FMC数据、多层 结构的层数N、各层声速cn、各层厚度dn、各层成像分辨率Δzn以及选择 频带范围。首先通过三维快速傅里叶变换将FMC数据转换到频率波数(f-k) 域。然后，对各层介质进行循环成像获得多层结构的最终图像I(缺陷图 像)。第n层顶部的波场由D(krx，ksx，ω)通过相位偏移
Figure BDA0003504060390000071
进行 外推，然后对该层的内部缺陷进行成像，并输出该层的成像结果In。
单层中的高效成像流程如图1右侧所示。在成像区域中根据z方向的 分辨率进行波场的逐层递推，得到计算区域在频率波数(f-k)域的离散波 场P(krx，zn+jΔzn，ksx，zn+jΔzn，ω)；将得到的离散波场在频率维度上进 行叠加后，得到t＝0时的波场。通过二维快速傅里叶变换将t＝0时的波场 从f-k域变换回空间域；然后空间域提取xr＝xs＝x对应的波场作为该层 的成像结果，其中，x表示相控阵传感器阵列排列方向；xs表示发射振元 位置；xr表示接收振元位置。图1中每个步骤的右侧列出了该步骤的计算 复杂度。
理论公式
1.全矩阵数据
全矩阵采集(FMC)采集到相控阵探头中所有发射-接收对之间的时 域信号，对于一个n振元相控阵探头，FMC数据中包含了n2个A扫信号。 D(xr，xs，t)表示从第s个振元发射由第r个振元在t时刻接收到的信号， 如图2所示，超声波从振元位置(xs，0)发出，经过位于(x，z)处的散射点反 射后由位于(xr，0)处的传感器接收。时间空间域上的波场由 P(xr，zr，xs，zs，t)表示，则测量表面处的波场为：
P(xr，0，xs，0，t)＝D(xr，xs，t) (1)
经过三维快速傅里叶变换转换到频率波数域表示为：
Figure BDA0003504060390000072
其中，ksx为发射振元的水平波数；krx为接收振元的水平波数；i表 示虚数单位；ω表示频率；t表示时间；xs表示发射振元位置；xr表示接收 振元位置。傅里叶变换将从发射振元到散射点和从散射点到接收振元的波 分离为单个平面波分量的叠加。
2.下行波场外推
对于全矩阵数据，为了将波场从表面外推到深度z处，需要将发射波 场和接收波场同时偏移到深度z，所以深度z处的波场可以通过下式得到：
Figure BDA0003504060390000081
其中，ksz为激发振元竖直方向的波数；krz为接收振元竖直方向的波 数；xs表示发射振元位置；xr表示接收振元位置；ω表示频率；t表示时间。
对于声速为c的均匀介质而言，如图2中(a)所示，ksz和krz可以 通过下式计算得到：
Figure BDA0003504060390000082
Figure BDA0003504060390000083
因此，深度z处在频率波数域的波场可以通过将表面声场做一个相位 偏移exp(i(krz-ksz)z)得到，如下式：
Figure BDA0003504060390000084
然后，得到向下外推时的一个竖直方向的总波数为：
Figure BDA0003504060390000085
其中，kz称为双平方根竖直波数，当水平波数满足-ω/c＜krx＜ω/c 和-ω/c＜ksx＜ω/c时，kz为实数且kz∈[-ω/c，0]。然而，若水平波数超 过前述限制时，kz为虚数，表示凋落波，应该被过滤掉。
在工程实践中，测量区域通常不是均匀的，可以简化为一个多层结构 模型，如图2中(b)所示，这时超声波穿越N层材料到达缺陷位置，经 过反射后由传感器接收到。在外推过程中，应考虑波通过界面时的振幅变 化，其效果一般可以通过透射系数来建模，该系数是材料阻抗和波入射角 的函数。在窄波束假设下，透射系数随入射角的变化可以忽略。因此，界 面上方和下方的波场振幅之间存在比例关系，如式(8)所示：
Figure BDA0003504060390000091
其中，
Figure BDA0003504060390000092
和
Figure BDA0003504060390000093
分别表示第n层下界面的上侧和下侧。因此，在多层 介质(多层结构)中深度z处的波场推算公式可以修正为：
Figure BDA0003504060390000094
其中，Φ(krx，ksx，z，ω)为修正后的相位偏移；D(krx，ksx，ω)表示第n 层顶部的波场；kz，n表示第n层在z方向上的偏移波数；zn-1表示第n-1 层的下界面深度；
第m层在z方向上的偏移波数kz，m通过下式计算：
Figure BDA0003504060390000095
事实上，是每层中的相对幅值反映了缺陷，因为界面引入的振幅缩放 效应对图像构造几乎没有影响，可以忽略。
3.成像条件
爆炸反射模型假将接收到的反射信号看作是测量区域中反射位置处 在t＝0时主动发射出的。对于B扫描数据可以直接将接收信号推回零时刻， 但FMC数据的额外维度使其复杂化。为保证向下外推的发射振元和接收 振元汇集到同一位置(x,z)，以模拟上行波和下行波的重合，全矩阵数据 的成像条件定义为：
I(x，z)＝∫P(x，z，x，z，ω)dω (11)
其中，I(x，z)为成像结果，P(x，z，x，z，ω)通过下式得到
Figure BDA0003504060390000096
结合式(9)、(11)和(12)，多层介质(多层结构)中全矩阵数据的成像 条件定义为：
Figure BDA0003504060390000101
其中，krx为接收振元的水平波数；i为虚数单位；ksx为发射振元的 水平波数；x表示相控阵传感器阵列排布方向；ω表示频率；kz，n表示第n 层在z方向上的偏移波数；z表示深度；zn-1表示第n-1层的下界面深度； n∈[1，N]，N表示多层结构的层数；kz，m表示第m层在z方向上的偏移 波数；dm表示第m层的厚度。
对于离散数据，在频率ω上的积分可以通过一个叠加运算实现，它消 耗时间很少，然后在频率波数域通过一个2维傅里叶逆变换来得到图像 I(x，z)，如下所示：
Figure BDA0003504060390000102
这个成像方法只运用了叠加和快速傅里叶变换两种算子，不需要现存 成像方法中互相关运算，因此大大减少了内存占用和运算复杂度。
检测实验
1.仿真实验
为了验证本实施例方法的性能，在一个多层结构的仿真模型中获得了 超声FMC数据。如图3中(a)所示，第一层模拟了相控阵测量中常用的 耦合层或楔块，接下来的两层为测量区域，内部存在孔洞缺陷。仿真中模 拟了间距为0.6mm、中心频率为5MHz的64振元相控阵传感器以50MHz 的采样频率和60us的时间范围采集得到FMC数据。模拟在k-wave Matlab2018b中进行，所有计算均在配置为
Figure BDA0003504060390000103
CoreTMi7-8700K CPU@ 3.70GHz的工作站上进行，所有算法均使用MATLAB语言实现。
FMC数据D(xr，xs，t)为一个三维矩阵，五个横截面如图3中(b)所示， 它们分别对应于第1、16、32、48和64次激发所有振元接收到的信号。
图3中(c)～(f)分别为由四种成像算法得到的成像结果。其中， 四种成像算法分别为Raybased-TFM、RMS-TFM、EPSM以及本实施例的 方法，均用于处理FMC数据以重建缺陷图像。EPSM和本实施例方法选 择的频带是从2MHz到8MHz，为了公平比较，在Raybased-TFM和 RMS-TFM处理之前，FMC数据通过MATLAB中的butter带通滤波器进 行过滤，以执行类似于前两种频域算法的频率选择过程。
Ray-based TFM利用费马原理计算每个界面的折射点，精确计算波的 传播时间。图3中(c)显示了基于射线的TFM的成像结果，其中第三 层存在严重的多次回波伪像。此外，射线追踪计算非常耗时，随着层数的 增加，其计算复杂度呈指数增长。相反，RMS-TFM通过采用RMS近似 声速来提高计算效率。但是，它的成像质量不如Ray-based TFM。如图3 中(d)所示，多次回波伪像仍存在。EPSM的结果如图3中(e)所示，它 清晰地成像了所有缺陷并抑制了多重回波伪像。本实施例方法的成像结果 如图3中(f)所示，它的成像质量与EPSM相似，抑制了多次回波伪像。
为了定量分析成像结果，引入一个无量纲参数API(array performanceindicator)，如下式：
API＝A-6dB/λ2 (15)
其中，A-6dB为与缺陷区域图像峰值之比超过-6dB的面积，λ为中心 频率对应的波数。显然，API越小意味着分辨率越大，不同成像方法得到 的缺陷点处对应的平均API值列在表1中。本实施例方法和EPSM的成像 分辨率相同，并且对第二层缺陷的成像的分辨率高于其他时域方法。
表1仿真实验中不同方法得到的缺陷成像结果的平均API
Figure BDA0003504060390000111
四种成像方法对仿真得到的FMC数据进行了6次处理，它们各自的平 均计算时间与标准差见表2。本实施例方法的计算时间约为RMS-TFM的 1/2、EPSM的1/6以及Ray-BasedTFM的1/287，说明本实施例方法有效 提高了缺陷成像的计算效率。
表2仿真实验中不同方法成像的计算时间
Figure BDA0003504060390000112
Figure BDA0003504060390000121
2.三层复合结构实验
为了评估本实施例方法的效果，对一个三层复合结构进行测量。如图 4中(a)所示，三层复合结构的材料分别为丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、 碳纤维增强聚醚酮(PEEK/CF)和铝。使用中心频率为2.5MHz、振元间 距为0.75mm的64振元相控阵探头(汕头超声)，配合数据采集卡64/64 OEM-PA(AOS.Ltd,America)实现FMC数据采集，采样频率为50MHz， 时间范围为60μs。测量得到的FMC数据的几个代表性切片如图4中(b) 所示。
同样采用Raybased-TFM、RMS-TFM、EPSM以及本实施例的方法四 种成像方法对实验数据进行后处理，选择的频段是0.5MHz～5MHz。四种 成像方法得到的成像结果分别如图4中(c)-(f)所示，使用不同方法的 缺陷成像平均API和耗费时间分别列在表3和表4中。Raybased-TFM成 像结果的API均值最低，说明它的成像分辨率较高，但射线路径计算的成本随着层数的增加呈指数增长，在实验中达到207.11s。RMS-TFM减少 了计算时间，但它的底层缺陷成像分辨率最差。EPSM和本实施例方法得 到成像结果的分辨率相同。本实施例方法在效率上优于其他三种方法，本 实施例方法的成像时间分别约为RMS-TFM的1/3，EPSM的1/6，Ray-Based TFM的1/363。
表3实际实验中不同方法得到的缺陷成像结果的平均API
Figure BDA0003504060390000122
表4实际实验中不同方法成像的计算时间
Figure BDA0003504060390000123
以上所述仅为本发明的一个应用实例，并非对适用被测样品范围以及 测量传感器类型做限定。可应用本发明测量的材料，这里无需也无法一一 穷举，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等， 均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将采集的多层结构的全矩阵数据通过三维快速傅里叶变换转换到频率波数域；
(2)针对该多层结构中任一未遍历层，将多层结构的表面波场外推至该未遍历层的上界面，得到该未遍历层的波场信息；
(3)根据得到的波场信息，在频率波数域内对该未遍历层进行聚焦成像；
(4)重复步骤(2)和(3)，直至所有层遍历完毕，得到所述多层结构的成像结果。
2.根据权利要求1所述的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，其特征在于，步骤(2)中，采用由上至下的顺序对多层结构进行遍历。
3.根据权利要求1所述的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，其特征在于，步骤(2)中，采用双平方根竖直波数来对所述多层结构的表面波场进行外推。
4.根据权利要求1所述的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，其特征在于，步骤(3)中，在频率波数域内以时间t＝0为成像条件对所述未遍历层进行聚焦成像。
5.根据权利要求4所述的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，其特征在于，以时间t＝0为成像条件的成像结果I(x，z)表达式如下：
Figure FDA0003504060380000011
其中，krx为接收振元的水平波数；i为虚数单位；ksx为发射振元的水平波数；x表示相控阵传感器阵列排布方向；ω表示频率；kz，n表示第n层在z方向上的偏移波数；z表示外推深度；zn-1表示第n-1层的下界面深度；n∈[1，N]，N表示多层结构的层数；kz，m表示第m层在z方向上的偏移波数；dm表示第m层的厚度。
6.根据权利要求1所述的多层结构孔洞缺陷的超声相控阵高效相位偏移成像方法，其特征在于，步骤(3)中，根据得到的波场信息，在频率波数域内对所述未遍历层进行聚焦成像的具体操作包括以下步骤：
1)在成像区域中根据深度方向的分辨率进行波场的逐层递推，得到频率波数域的离散波场；
2)将得到的离散波场在频率维度上进行叠加，得到0时刻的波场；
3)通过二维快速傅里叶变换将0时刻的波场从频率波数域变换回空间域；
4)在空间域提取xr＝xs＝x对应的波场作为该未遍历层的成像结果；其中，x表示相控阵传感器阵列排列方向；xs表示发射振元位置；xr表示接收振元位置。
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