CN115280182A - 用于超声检查的基于相位的方法 - Google Patents

用于超声检查的基于相位的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115280182A
CN115280182A CN202180017133.8A CN202180017133A CN115280182A CN 115280182 A CN115280182 A CN 115280182A CN 202180017133 A CN202180017133 A CN 202180017133A CN 115280182 A CN115280182 A CN 115280182A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
representation
machine
implemented method
acoustic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180017133.8A
Other languages
English (en)
Inventor
纪尧姆·潘绍-阿普丽尔
阿拉因·勒达夫
关之恒
查尔斯·布里永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canada Evergrande Co ltd
Original Assignee
Canada Evergrande Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canada Evergrande Co ltd filed Critical Canada Evergrande Co ltd
Publication of CN115280182A publication Critical patent/CN115280182A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0609—Display arrangements, e.g. colour displays
    • G01N29/0645—Display representation or displayed parameters, e.g. A-, B- or C-Scan
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G01N29/075—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves by measuring or comparing phase angle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8977—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using special techniques for image reconstruction, e.g. FFT, geometrical transformations, spatial deconvolution, time deconvolution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/012—Phase angle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

基于相位的方法可以用于获取、存储或后续分析(例如，A扫描重建或全聚焦方法成像)中的一个或更多个以支持声学检查。例如，二值化或其他量化技术可以用于压缩与时间序列信号获取相关联的数据量。可以例如通过处理二值化的时间序列信号或以其他方式量化的时间序列信号来生成来自时间序列信号的相位信息的表示。作为说明性示例，使用相位信息的表示，可以使用相位求和技术来执行一个或更多个A扫描重建，例如用于脉冲回波A扫描检查，或者可以使用TFM成像技术。在这样的相位求和方法中，相位数据的时间序列表示可以被求和，例如其中每个时间序列可以被延迟(或被相位旋转)适当的延迟值，并且然后被聚合。

Description

用于超声检查的基于相位的方法
要求优先权
本专利申请要求(1)Painchaud-April等在2020年2月28日提交的题为“PHASE-BASED APPROACH FOR ULTRASONIC INSPECTION”的美国临时专利申请序列第62/983,172号(代理人案卷号为6409.011PRV)；以及(2)Painchaud-April等在2020年10月5日提交的题为“PHASE-BASED APPROACH FOR ULTRASONIC INSPECTION”的美国临时专利申请序列第63/087,521号(代理人案卷号为6409.011PV2)中的每一个的优先权的权益，这两个美国临时专利申请中的每一个在此通过引用以其各自的全部内容并入本文中。
技术领域
本文献一般地涉及但不限于无损评估，更具体地，涉及使用所获取的相位数据进行超声检查的装置和技术。
背景技术
可以使用各种检查技术来进行成像或以其他方式分析结构而不损坏这些结构。例如，可以使用X射线检查、涡流检查或声(例如，超声)检查中的一种或更多种来获得用于对测试样本上或测试样本内的特征进行成像的数据。例如，可以使用超声换能器元件阵列来执行声学成像，例如对测试样本内的感兴趣区域进行成像。
发明内容
诸如基于超声的检查的声学测试可以包括聚焦技术或波束形成技术，以帮助构建表示测试样本内感兴趣区域的数据图或图像。超声换能器元件阵列的使用可以包括相控阵波束形成方法的使用，并且可以被称为相控阵超声测试(PAUT)。例如，可以使用延迟和求和波束形成技术，所述延迟和求和波束形成技术例如包括：对从相应的换能器元件或孔径接收的声学信号的时域表示进行相干求和。在另一方法中，可以使用全聚焦方法(TFM)技术，在全聚焦方法(TFM)技术中，阵列中的一个或更多个元件(或由这样的元件限定的孔径)被用来发射声脉冲，而其他元件被用来接收散射或反射的声能，并且矩阵由与发射-接收周期的序列对应的时间序列(例如，A扫描)表示构成，其中从阵列中的不同元件(或对应的孔径)发生发射。针对阵列中的每个元件(或每个限定的孔径)获得A扫描数据的这样的TFM方法可以被称为“全矩阵捕获”(FMC)技术。
本发明人尤其已经认识到，针对PAUT或TFM应用捕获时间序列A扫描数据可能涉及生成相当大量的数据。例如，可以通过模数转换来获得A扫描时间序列数据，所述A扫描时间序列数据例如具有对应的幅度分辨率(例如，8位或12位分辨率)和时间分辨率(例如，与超过每秒数十兆或数百兆样本的采样率对应)。这样的“全”幅度分辨率和时间分辨率可以针对每个所接收的A扫描记录产生千兆比特的时间序列数据，以用于以后作为这样的信号的全带宽解析表示和全分辨率解析表示进行处理。这样大量的数据在设备之间传输或进行存储可能是麻烦的。除此以外，这样大量的数据实际上可能限制用于执行声学测试的换能器元件或孔径元件的数量。为了解决这样的技术挑战，本发明人尤其已经认识到，基于相位的方法可以用于获取、存储或后续分析(例如，A扫描重建或TFM成像)中的一个或更多个以支持声学检查。例如，本主题可以包括使用二值化或其他量化技术来压缩与时间序列信号(例如，A扫描)获取相关联的数据量。可以例如通过处理二值化的时间序列信号或以其他方式量化的时间序列信号来生成来自时间序列信号的相位信息的表示。
例如，指示二值化数据内的边缘转变的暂态数据可以是被存储或被传输以用于以后用来构建与原始时间序列A扫描信号的瞬时相位对应的瞬时相位信号的时域表示的一个或更多个数据。与全解析表示相比，指示边缘转变的这样的暂态数据可以表示所获取的时间序列数据的压缩(例如，更少的数据量)表示。与其他方法相比，这样减轻数据传输负担可以促进对声学测试协议和装置的各种增强，例如，促进简化的声学收发器前端配置(例如，放宽与模数转换相关的规范，特别是幅度分辨率)、更高的通道数量、更快的获取或新颖的检查系统拓扑中的一个或更多个。作为说明，如果指定的数据传输速率(例如，“带宽”)可用，则与涉及包括幅度信息和相位信息的全解析信号的通常可用的PAUT或TFM方法相比，使用基于相位的技术可以允许：对于相同的带宽，具有更高的通道数量或获取速率(例如，“帧速率”)。
无论二值化方法是否用来表示相位信息，本文描述的基于相位的方法都可以包括相位求和技术的使用，在相位求和技术中，不需要来自原始时间序列获取的幅度信息。作为说明性示例，这样的相位求和技术可以用于执行A扫描重建(例如，用于脉冲回波A扫描检查)或TFM成像中的一个或更多个。在这样的相位求和方法中，相位数据的时间序列表示可以被求和，例如其中每个时间序列可以被延迟(或被相位旋转)适当的延迟值，并且然后被聚合(例如，在逐个样本的基础上解析地被求和)。时间序列相位数据可以包括如上所述的瞬时相位信号的重建，例如从所获取的时间序列相位信息的压缩表示中被恢复或以其他方式被构建。
本发明人尤其已经认识到，例如，在指定的聚焦位置或多个聚焦位置处，测试样本上或测试样本内的特征在被声穿透时可以散射或反射声能，来以脉冲回波信号具有相干相位的方式在声学探头阵列中的换能器处产生对应的脉冲回波信号，这说明了到达时间的差异。这样的相位相干允许时域相位信号表示的聚合(例如，求和)，而不需要使用来自原始获取的A扫描脉冲回波信号的幅度信息。如上所述，可以使用1比特采样方法，例如以产生可以被称为所接收的时域回波信号的“无幅度”表示的信号，以用于以后在这样的相位求和方法中使用。虽然不需要二值化来使用相位数据进行A扫描求和或进行成像，但是将二值化与相位求和一起使用可以增加换能器阵列数量或简化接收通道结构，或者这两者。例如，可以使用更多数量的换能器或孔径来进行获取，同时保持或减小数据传输带宽。在另一示例中，可以简化接收通道结构，例如在采样期间减小幅度比特分辨率或者甚至消除多比特模数转换。
在示例中，系统或装置可以实现用于目标的声学评估的技术，例如机器实现的方法，该方法包括：经由多个电声换能器中选定的发射电声换能器来生成相应的声学发射事件，以及响应于相应的声学发射事件，从多个电声换能器中的其他接收电声换能器接收相应的声学回波信号。该方法可以包括：对相应的所接收的声学回波信号进行量化，以及从至少一个相应的经量化的声学回波信号的表示来构建瞬时相位信号的时域表示。
在示例中，该方法可以包括：使用第一设备对所接收的声学回波信号进行量化，其中机器实现的方法包括：将经量化的所接收的声学回波信号的相应表示传输至第二设备，并且其中，在第二设备上执行构建瞬时相位信号的时域表示，以用于构建A扫描表示或图像中的至少一个。
在示例中，该方法可以包括：经量化的所接收的声学回波信号的表示包括指示所接收的声学回波信号的二值化表示中的边缘转变的时间索引的数据。在示例中，该方法可以包括：对来自多个经量化的回波信号的相位数据进行聚合，以生成A扫描时间序列、与目标的指定空间位置对应的像素值、或与目标的指定空间位置对应的体素值中的至少一个。在示例中，生成像素值或体素值包括：使用应用于相位数据的同相时域表示和正交时域表示的全聚焦方法(TFM)技术来执行相应的所接收的声学回波信号的求和。
该发明内容旨在提供本专利申请的主题的概述。并且该发明内容不旨在提供本发明的排他性或穷尽性说明。具体实施方式被包括以提供关于本专利申请的另外的信息。
附图说明
专利或申请文件包含至少一幅彩色绘图。在请求和支付必要的费用后，将由专利局提供具有彩色附图的本专利或本专利申请公开的副本。
在不一定按比例绘制的附图中，相似的附图标记可以在不同的视图中描述类似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可以表示类似部件的不同实例。附图通过示例的方式而非通过限制的方式大体上示出了本文献中讨论的各种实施方式。
图1大体上示出了包括声学检查系统的示例，该声学检查系统例如可以用于执行本文示出和描述的一种或更多种技术的至少一部分。
图2A大体上示出了包括接收器信号链的示例，该接收器信号链例如可以被包括作为声学检查系统的一部分，例如可以用于执行本文示出和描述的一种或更多种技术的至少一部分。
图2B大体上示出了包括接收器信号链的另一示例，该接收器信号链例如可以被包括作为声学检查系统的一部分，例如可以用于执行本文示出和描述的一种或更多种技术的至少一部分。
图3A大体上示出了“原始”时间序列的说明性示例，所述“原始”时间序列例如与所获取的A扫描信号对应。
图3B大体上示出了与图3A中所示的时间序列的一部分对应的归一化时间序列和该归一化时间序列的对应二值化表示的说明性示例，归一化时间序列和该归一化时间序列的对应二值化表示例如表示所获取的A扫描信号及其对应的二值化表示。
图3C大体上示出了图3B的归一化时间序列的一部分、图3B的归一化时间序列的对应二值化表示以及对应瞬时相位信号的说明性示例。
图4A、图4B和图4C大体上共同示出了可以用于使用指示二值化的时间序列(如图4B所示)中的转变(例如，上升沿)的数据从所获取的时间序列(如图4A所示)的二值化表示来构建瞬时相位信号(如图4C所示)的表示的第一技术。
图4D大体上示出了图3C中所示的二值化之前实际获取的瞬时相位与图4C中构建的瞬时相位的表示之间的比较。
图5A、图5B和图5C大体上共同示出了可以用于使用指示二值化的时间序列(如图5B所示)中的转变(例如，上升沿和下降沿)的数据从所获取的时间序列(如图5A所示)的二值化表示来构建瞬时相位信号(如图5C所示)的表示的第二技术。
图5D大体上示出了使用第一方法在图4C中构建的瞬时相位的表示、使用第二方法在图5C中构建的瞬时相位的表示以及如图3C所示的二值化之前实际获取的瞬时相位之间的比较。
图6A大体上示出了包括接收信号链的一部分的示例，该接收信号链可以用于从相位信号提供同相信号和正交信号，例如该接收信号链可以用于相位求和TFM成像技术。
图6B大体上示出了包括接收信号链的一部分的另一示例，该接收信号链可以用于从相位信号提供同相信号和正交信号，包括同相表示和正交表示的二值化，例如该接收信号链可以用于相位求和TFM成像技术。
图7大体上示出了例如可以使用图6A所示的信号链提供的同相信号和正交信号以及与所获取的A扫描信号对应的所获取的时间序列的对应二值化表示的说明性示例。
图8A大体上示出了包括声学探头组件和目标的声学检查配置以及用于使用图8B中示例性示出的基于相位的求和方法重建A扫描的聚焦区域的表示。
图8B大体上示出了已经分别被延迟以在图8A所示的区域处提供聚焦的多个所获取的相位信号的说明性示例以及根据基于相位的求和方法对这样的信号的对应求和。
图9A大体上示出了包括声学探头组件和目标的声学检查配置以及用于使用图9B中示例性示出的基于相位的求和方法重建A扫描的聚焦区域的表示。
图9B大体上示出了已经分别被延迟以在图9A所示的区域处提供聚焦的多个所获取的相位信号的说明性示例以及根据基于相位的求和方法对这样的信号的对应求和。
图10A大体上示出了包括声学探头组件和目标的声学检查配置。
图10B大体上示出了包括使用相位求和方法构建的叠加TFM图像的声学检查配置。
图10C大体上示出了包括来自使用相位求和方法构建的TFM图像的嵌入细节区域的声学检查配置。
图11大体上示出了使用相位求和方法的不同变化构建的来自图10C的嵌入细节区域的TFM图像的说明性示例。
图12大体上示出了来自图10C的嵌入细节区域的TFM图像的说明性示例，该TFM图像是使用相位求和方法的不同变体以及滤波技术而构建的。
图13大体上示出了一种技术，例如一种方法，包括对声学回波信号进行数字化和构建瞬时相位信号的时域表示。
图14大体上示出了另一种技术，例如另一种方法，包括单比特量化(例如，二值化)声学回波信号并生成所接收的声学回波信号的表示，该表示包括指示二值化的声学回波信号中的边缘转变的时间索引的数据。
图15示出了可以在其上执行本文中讨论的任何一种或更多种技术(例如，方法)的机器的示例的框图。
具体实施方式
在声学检查(例如，超声检查)中，如上所述，本发明人尤其已经认识到，捕获用于PAUT或TFM应用的时间序列A扫描数据可能涉及产生相当大量的数据。为了解决各种技术挑战，本发明人尤其已经认识到，基于相位的方法可以用于获取、存储或后续分析(例如，A扫描重建或成像)中的一项或更多项以支持声学检查。使用基于相位的方法也可以解决其他技术挑战。例如，由于从超声换能器阵列获得的脉冲回波幅度数据可能受到各种因素的影响，作为说明性示例，所述各种因素例如为衍射效应(来自发射器元件、接收器元件或散射体)、在具有不同构成特性的界面处透射/反射、信号的几何衰减、吸收或摩擦损耗中的一个或更多个。本发明人尤其已经认识到，上述因素影响幅度，并且通常通过经验测量(例如，使用例如时间校正增益(TCG)和角度校正增益(ACG))来补偿。因此，如果使用解析符号来指代所接收的信号求和，则上述补偿(TCG和ACG)会影响Q×P元素阵列的各个元素幅度项(“aqp(r)”)，其中q和p表示元素索引：
Figure BDA0003817360750000071
在等式1中，A(r)表示通过向量“r”描述的空间位置的像素或体素值，aqp表示在元素索引q和p处的对应发射-接收对的幅度分量。因此，为了解决这样的挑战，本发明人尤其已经认识到，可以将这样的幅度项从求和过程中排除，留下相位相关的相干项被求和
Figure BDA0003817360750000072
Figure BDA0003817360750000073
通过使用这样的因式分解，影响幅度的因素被抑制(因为这样的因素可能会影响现在已经被移动至求和“外部”的项)，而相位相关的项(例如，与散射体或其他感兴趣的特征相关联的项)保持不变。如本文中别处所述，瞬时相位信号的各个时域表示可以被获取、压缩和重建。与使用幅度和相位信息的现有方法相比，可以使用具有减小的动态范围的前端配置来执行获取。瞬时接收的相位信号的压缩表示允许在测试或成像系统内的设备或功能块之间有效地传输所获取的时域数据，包括将这样的数据有线地或无线地传输至其他设备以用于进一步分析、处理或存储。与所获取的回波信号对应的瞬时相位信号的表示的重建有助于A扫描重建或成像(例如，TFM成像)。
图1大体上示出了包括声学检查系统100的示例，该声学检查系统100例如可以用于执行本文示出和描述的一种或更多种技术的至少一部分。检查系统100可以包括诸如手持式或便携式组件的测试仪器140。测试仪器140可以例如使用多导体互连130电耦接至探头组件。探头组件150可以包括一个或更多个电声换能器，例如包括相应换能器154A至154N的换能器阵列152。换能器阵列可以遵循线性或弯曲轮廓，或者可以包括在两个轴上延伸的元件阵列，例如以提供换能器元件的矩阵。元件的占用空间不需要是正方形的或者不需要沿直线轴布置。元件大小和间距可以根据检查应用而变化。
可以使用模块化探头组件150配置，例如以允许测试仪器140与各种不同的探头组件150一起被使用。通常，换能器阵列152包括压电换能器，该压电换能器例如可以通过耦合介质156声学地耦合至目标158(例如，测试样本或“被测对象”)。耦合介质可以包括流体或凝胶或固体膜(例如，弹性体或其他聚合物材料)或者流体、凝胶或固体结构的组合。例如，声换能器组件可以包括耦接至楔形结构的换能器阵列，该楔形结构包括具有已知声传播特性的刚性热固性聚合物(例如，可以从C-Lec plastics公司获得的
Figure BDA0003817360750000081
)，并且在测试期间可以将水作为耦合介质156注入楔形物与被测结构之间。
测试仪器140可以包括数字和模拟电路系统，例如包括一个或更多个发射信号链、接收信号链或切换电路系统(例如，发射/接收切换电路系统)的前端电路122。发射信号链可以包括放大器和滤波器电路系统，例如以提供发射脉冲以通过互连130传送至探头组件150以用于目标158的声透射，例如以通过接收响应于声透射而引发的散射或反射的声能来对目标158结构上或目标158结构内的缺陷160进行成像或以其他方式进行检测。
虽然图1示出了单个探头组件150和单个换能器阵列152，但是也可以使用其他配置，例如连接至单个测试仪器140的多个探头组件或者与单个或多个探头组件150一起使用用于串联检查的多个换能器阵列152。类似地，例如响应于从主测试仪器140建立的或由另一远程系统(例如计算设施108或通用计算设备例如膝上型计算机132、平板计算机、智能电话、台式计算机等)建立的总体测试方案，可以使用多个测试仪器140之间的协调来执行测试协议。作为说明性示例，测试方案可以根据公布的标准或监管要求而建立，并且可以在初始制定时被执行或者在重复的基础上用于持续监视。
前端电路122的接收信号链可以包括一个或更多个滤波器或放大器电路以及模数转换设施，例如以对使用探头组件150接收的回波信号进行数字化。可以相干地执行数字化，例如以提供在时间或相位上彼此对准或参考的多个数字化数据通道。前端电路可以耦接至诸如作为测试仪器140的一部分而包括的处理器电路102的一个或更多个处理器电路并且由所述一个或更多个处理器电路控制。处理器电路可以耦接至存储器电路，例如以执行使测试仪器140执行与声学检查相关的数据的声学传输、声学获取、处理或存储中的一个或更多个的指令或以其他方式执行如本文示出和描述的技术。测试仪器140可以例如使用有线或无线通信接口120通信地耦接至系统100的其他部分。
例如，如本文示出和描述的一种或更多种技术的执行可以在板上测试仪器140上或使用其他处理或存储设施——例如使用计算设施108或通用计算设备例如膝上型计算机132、平板计算机、智能电话、台式计算机等——来实现。例如，诸如响应于来自测试仪器140的请求，可以远程地(例如，在单独的系统上)执行如果在板上测试仪器140上执行就会非常慢或超出测试仪器140的能力的处理任务。类似地，成像数据或中间数据(例如时间序列数据或压缩相位数据的A扫描矩阵)的存储可以例如使用通信地耦接至测试仪器140的远程设施来实现。测试仪器可以包括例如用于呈现配置信息或结果的显示器110以及例如包括键盘、轨迹球、功能键或软键、鼠标接口、触摸屏、触控笔等中的一个或更多个的输入设备112，输入设备112用于接收操作者命令、配置信息或对查询的响应。
图2A大体上示出了包括接收器信号链200的示例，该接收器信号链200例如可以被包括作为声学检查系统100的一部分，该声学检查系统100例如可以用于执行本文示出和描述的一种或更多种技术的至少一部分。图2的信号链200可以用于执行例如根据本文献中的各种示例示出和描述的相位求和成像技术。大体上，如图2所示的信号链200可以接收时域脉冲回波y(t)，例如由用于PAUT或TFM成像的声换能器阵列中的换能器接收。可以包括放大器202作为模拟前端电路210的一部分。放大器可以耦接至模数转换器。例如，针对所接收的脉冲回波信号“y(t)”的单比特(即“1比特”)量化或“二值化”，可以使用比较器电路204。脉冲回波信号的数字表示可以被提供给接收信号链200的数字块220，例如以在206处执行边缘标识(例如，标识脉冲回波信号的数字表示中的边缘转变的时间位置)。在208处，可以实现例如与本文在图4A、图4B以及图4C或图5A、图5B或图5C处描述的第一技术或第二技术对应的相位估计方法。可以例如通过希尔伯特变换(Hilbert transform)或其他技术来处理瞬时相位信号
Figure BDA0003817360750000091
的结果估计(例如，“重建”)，以提供同相“I”和正交“Q”时域信号。从估计的瞬时相位信号生成的时域信号可以用于以类似于通常可用的TFM成像的方式在212处经由TFM执行成像，但不需要来自例如由类似于y(t)的一组信号表示的原始获取的脉冲回波信号(例如，基本A扫描脉冲回波信号)的全A扫描幅度数据。在214处，可以实现TFM图像的进一步处理，例如以执行伽马校正或空间滤波中的一个或更多个或者执行另一卷积掩模的应用，以基于相位求和技术在216处产生TFM图像。
图2A的模拟前端电路210可以被复制，例如以提供与换能器阵列中的元件的数量对应的多个通道，或者前端电路210可以被共享或多路复用，以用于例如以时间交错的方式从多个换能器元件获取脉冲回波信号。作为说明性示例，模拟前端电路210可以包括具有37分贝(dB)(+74x)增益的低噪声放大器，例如使用可从模拟器件公司(Analog Devices)(沃本，马萨诸塞州(Woburn,MA))获得的LT1806集成电路，其可以提供325 MHz增益带宽乘积、140伏每微秒转换速率和85毫安输出电流。可以例如使用LT1719集成比较器电路执行二值化，该比较器电路也可从模拟器件公司(沃本，马萨诸塞州)获得。比较器电路204可以提供滞后，例如以抑制由于噪声而引起的不希望的输出转变。模拟前端电路210或前端电路210的一部分可以包括待机或关机能力，例如当不被用于获取时进入近零或零电流消耗模式。以此方式，作为说明性示例，与其他方法相比，容纳前端电路210的便携式或手持式检查仪器可以由电池供电，并且可以节省操作能量以延长再充电之间的操作寿命，或者对于相同的电池寿命，可以支持更高的通道数量。
在数字块220中执行的处理的一部分或全部不需要在用于获取的相同物理设备或仪器上被执行。例如，在由比较器电路204二值化之后，二值化的脉冲回波信号的表示可以被传输至另一设备或组件以用于下游处理。类似地，在206处来自边缘标识的输出可以被称为与二值化的脉冲回波信号对应的相位数据的“压缩的”表示。压缩的表示可以被传输至另一设备或组件以用于下游处理。
图2B大体上示出了包括接收器信号链240的另一示例，该接收器信号链240例如可以被包括作为声学检查系统的一部分，并且可以用于执行本文示出和描述的一种或更多种技术的至少一部分。与图2A的示例相比，在图2B中，使用了相干接收器拓扑。可以将脉冲回波信号y(t)提供给相应的混频器电路222A和222B，例如使用本地振荡器218将脉冲回波信号y(t)下变频至处于或接近基带频率范围的期望频率范围。可以例如使用所示的低通滤波器电路来抑制不想要的谐波或调制产物。所得到的同相信号和正交信号可以在224处被处理，或者在模拟域中被处理，或者经由数字化并且然后进行数字处理(例如，使用CORDIC、查找表或其他技术)，以提供与原始A扫描信号y(t)的相位的估计对应的幅度表示E(t)和瞬时相位表示
Figure BDA0003817360750000101
瞬时相位表示可以用于求和的A扫描构建或TFM成像，或者可以被压缩、传输或存储，如本文献中的其他示例中那样。
图2A和图2B的示例涉及可以与相位求和方法一起使用的接收电路系统和处理技术。本发明人尤其已经认识到，以上接收器拓扑也可以促进修改的发射方案的使用。例如，与其他方法相比，发射脉冲幅度可以被减小，因为与使用多比特模数转换的对应高分辨率幅度采样相比，与使用单比特量化接收方法相关联的动态范围可以被减小。作为示例性的增强，与在不使用相位求和的情况下涉及求和的A扫描或TFM成像的通常可获得的方法相比，使用较低的发射幅度可以促进较高的通道数量和更紧凑的发射电路系统或换能器几何结构。
图3A大体上示出了“原始”实验地获得的时间序列的说明性示例，该时间序列例如与在没有二值化的情况下获取的脉冲回波(例如，“A扫描”)信号对应。幅度以任意单位表示，时间序列没有按照幅度被归一化。图3B大体上示出了例如与图3A的时间序列对应的归一化的时间序列392的一部分以及归一化的时间序列y(t)的对应二值化表示394yB(t)的说明性示例。如本文别处所述，例如时间序列392的脉冲回波时域信号可以被量化，例如使用单比特量化方法被采样。二值化表示394是使用以下解析表达式生成的模拟，其中：
当y(t)>0时，yB(t)＝1以及当y(t)<0时，yB(t)＝0：
Figure BDA0003817360750000111
对于恰好为零的y(t)值，作为示例，可以将结果指定为0；或者作为另一示例，可以将结果指定为1。二值化表示的幅度被归一化为0或1的值，但是可以被适当地缩放、选通或以其他方式被调节，以提供具有期望的逻辑高水平和逻辑低水平的电压模式或电流模式数字信号以用于下游处理。
图3C大体上示出了图3B的归一化的时间序列392的一部分、图3B的归一化的时间序列的对应二值化表示394以及对应瞬时相位信号396的说明性示例。本发明人尤其已经认识到，瞬时相位信号396在相应的“伪”周期期间呈现大致分段线性行为，其中周期由-π弧度和+π弧度的值之间的大致线性相位转变来定义。这样的行为的存在部分是因为脉冲回波信号是具有围绕中心频率的偏移的相对窄带的信号。该分段行为促进如下所述的第一相位构建技术或第二相位构建技术的使用。词语“构建”的使用可以是指从时域瞬时相位信号的压缩表示中“重建”或“恢复”相位数据。于是，使用时域相位信号的求和，时域瞬时相位信号的构建的表示可以用于求和的A扫描构建或TFM成像。例如，重建的瞬时相位信号的时域表示可以被聚合(例如，相干求和)，包括对来自多个量化的回波信号的相位数据进行聚合以生成A扫描时间序列、与目标的指定空间位置对应的像素值或者与诸如测试样本的目标的指定空间位置对应的体素值中的至少一个。
图4A、图4B和图4C大体上共同示出了可以用于使用指示二值化的时间序列(如图4B所示)中的转变(例如，上升沿)的数据从所获取的时间序列(如图4A所示)的二值化表示来构建瞬时相位信号(如图4C所示)的表示的第一技术。在第一技术中，可以处理图4A的二值化表示yB(t)，例如以检测如图4B的模拟中的Dirac分布d1(t)所示的上升沿转变的时间位置。通常，瞬时相位可以被建模为分段线性近似，其具有在定义yB(t)中的相邻上升沿的时间索引之间每伪周期变化2π弧度的相位。在实际应用中，可以使用阈值比较器或二值化的信号yB(t)的数字表示的数字信号处理来检测yB(t)中的边缘，例如使用有限差分技术来估计yB(t)的导数。图4C中的相位可以使用来自图4B的边缘数据来生成，并且可以建模或以其他方式表示所获取的脉冲信号的解析表示的瞬时相位的“同相”分量的估计。例如，可以建立相位估计
Figure BDA0003817360750000121
以从与图4A中的第一上升沿转变对应的时间tn-1处的-π/2弧度的值线性地变化(例如，定义斜率)至与图4A中的第二相邻上升沿转变对应的时间tn处的+3π/2弧度的值，以分段近似的方式定义段。对于所有相邻上升沿对tn和tn-1，相位估计
Figure BDA0003817360750000122
可以解析地被表示为：
Figure BDA0003817360750000123
图4D大体上示出了图3C中早先所示的二值化450之前实际获取的瞬时相位与图4C中构建的瞬时相位452的表示
Figure BDA0003817360750000124
之间的比较。恢复的相位452合理地跟踪瞬时相位450的值，因此适合用在相位求和技术例如求和的A扫描构建或经由相位求和的TFM成像中。如本文别处所述，与传输、存储或操纵与图3A的脉冲回波时域信号或图4D中所示的瞬时相位450对应的完整时间序列记录相比，图4B中所示的边缘转变的时间位置可以用于以高度压缩的形式编码相位信息以用于传输、存储或下游处理。如在别处提到的，求和的A扫描或TFM成像技术通常涉及许多这样的脉冲回波时间序列记录的使用，因此随着换能器数量或孔径数量的增加，带宽或数据量的节省具有倍增效应。
图5A、图5B和图5C大体上共同示出了可以用于使用指示二值化的时间序列(如图5B所示)中的转变(例如，边缘)的数据从所获取的时间序列(如图5A所示)的二值化表示来构建瞬时相位信号(如图5C所示)的表示的第二技术。以与第一技术类似的方式，瞬时相位信号的重建表示在周期内在-π/2弧度至+3π/2弧度之间的2π弧度的范围内变化，该周期被定义为所获取的脉冲回波信号的二值化表示yB(t)中相邻的上升沿转变之间的持续时间。与上面讨论的第一技术相比，在第二技术中，通过将相邻的上升沿转变之间的相应周期划分为定义不同区段(例如，可以具有不同斜率的区段)的两个子周期来构建如图5C所示的相位的分段线性近似。
例如，如图5A示意性地所示，如图5B所示，在时间t2n-1处检测二值化信号中的上升沿转变，并触发将图5C中的重构瞬时相位
Figure BDA0003817360750000131
重置为-π/2弧度的值。如图5B所示，在时间t2n处检测图5A中的二值化表示中的下一相邻下降沿转变，并且通过将相位从t2n-1处的值-π/2弧度线性地(例如，定义斜率)改变为t2n处的值+π/2来建立图5C中的瞬时相位
Figure BDA0003817360750000132
从而定义第一子周期。在时间t2n+1处下降沿转变与下一相邻上升沿转变之间的持续时间定义了t2n处的相位值π/2与t2n+1处的相位值+3π/2之间的线性转变以定义第二子周期，其中，第一子周期和第二子周期形成完整的伪周期。如在图4B的示例中，图5B中的表示可以是表示在图5A的二值化表示yB(t)中出现上升沿转变或下降沿转变的时刻的Dirac分布d2(t)。图5B和图5C中所示的波形被模拟，并且重建的瞬时相位
Figure BDA0003817360750000133
可以解析地被表示如下(例如，对于上升沿至下降沿至下一上升沿的每个组)：
Figure BDA0003817360750000134
其中:
Figure BDA0003817360750000141
以及
Figure BDA0003817360750000142
图5D大体上示出了图3C中早先所示的二值化450之前实际获取的瞬时相位、图4C中使用第一技术构建的瞬时相位452的表示
Figure BDA0003817360750000143
以及图5C中使用第二技术构建的瞬时相位454的另一表示
Figure BDA0003817360750000144
之间的比较。恢复的相位452和454二者都合理地跟踪瞬时相位450的值，其中使用第二技术来提供相位454导致二值化之前瞬时相位450的更好的近似，代价是重建复杂度稍微更高。
图6A大体上示出了包括接收信号链600A的一部分的示例，该接收信号链600A可以用于从相位信号提供同相信号和正交信号，例如该接收信号链600A可以用于相位求和TFM成像技术。如上所述，某些成像或处理技术可以包括使用所获取的时域脉冲回波成像数据的同相表示和正交表示。在本文描述的基于相位的方法中，可以从瞬时相位的表示生成同相“I”(yI(t))信号和正交“Q”(yQ(t))信号，例如由图2B所示的接收器结构提供的相位信号
Figure BDA0003817360750000145
(将希尔伯特变换应用于所获取的A扫描时间序列数据y(t)，以获得与每个所获取的A扫描时间序列对应的瞬时相位
Figure BDA0003817360750000146
如下面进一步讨论的)或者与上述第一技术或第二技术对应的重建的相位信号
Figure BDA0003817360750000147
或
Figure BDA0003817360750000148
所得到的同相信号和正交信号(例如，数字域中的时间序列表示)可以在212处被提供用于TFM成像，并且在214处被提供用于诸如伽马校正或滤波的进一步处理。本发明人已经认识到，用于信号获取的二值化方法可以应用于基于相位的成像，如图6B所示，图6B大体上示出了接收信号链600B的至少一部分的另一示例。在图6B中，可以使用比较器226A和226B来对诸如
Figure BDA0003817360750000149
或
Figure BDA00038173607500001410
的重建的相位信号的同相表示和正交表示进行量化(例如，二值化)，并且可以以与图6A类似的方式使用TFM方法来针对相位求和成像提供所得到的“正方形”表示。在又一示例中，使用希尔伯特变换提供的相位估计也可以作为输入被提供给图6B所示的I/Q形成块。二值化或“正方形”同相信号和正交信号的解析表示为：
Figure BDA0003817360750000155
以及
Figure BDA0003817360750000154
在又一方法中，可以使用来自单位圆表示的相位值来建立同相信号和正交信号的量化(例如，二值化表示)，例如使用查找表或类似技术来分配。作为说明性示例，这样的技术可以代替图6A或图6B中的正弦函数和余弦函数。例如，可以基于输入瞬时相位信号
Figure BDA0003817360750000151
中的相位值的范围如下分配yI(t)的值和yQ(t)的值：
Figure BDA0003817360750000152
表1.
Figure BDA0003817360750000153
中相应相位范围的二值化同相信号值和正交信号值。
图7大体上示出了例如可以使用图6A中所示的信号链来提供的时域同相772信号和正交774信号以及获取的时间序列的对应二值化表示770的说明性示例，以示出同相信号和正交信号之间的π弧度相位关系以及定义相应的同相772信号的周期和正交774信号的周期的二值化表示770中的相对相位与边缘转变。
至此在本文中描述的相位求和方法可以用于支持各种分析或成像技术。例如，可以例如通过对从多个换能器或多个换能器孔径获取(例如使用PAUT方法获取)的时域相位表示进行求和来执行求和的A扫描生成。
图8A大体上示出了声学检查配置1100，该声学检查配置1100包括声学探头组件150和目标158(例如，具有侧钻孔的块或“SDH”块)以及聚焦区域1182A的表示，该聚焦区域1182A的表示用于使用图8B中示意性地示出的基于相位的求和方法来重建求和的A扫描1184A。参照图8A，表示反射的超声波的传播方向的各个射线1180A可以由作为探头组件150的一部分而包括的超声换能器阵列获取。在图8A的示例中，射线1180A用于确定每个所获取的A扫描时间序列的延迟值，以创建恰好与缺陷160位置良好对准的聚焦区域1182A。这样的示例仅仅是说明性的，除了接收侧波束形成之外或者代替接收侧波束形成，也可以使用发射聚焦方法。
参照图8B，获取例如与不同的接收换能器或接收孔径对应的多个瞬时相位信号1196A，其中每个相位信号如上所述被延迟以建立聚焦区域1182A。然后例如在逐个样本的基础上对所得到的多个相位信号1196A进行相干求和，以提供时域求和的A扫描1184A。因为幅度信息没有被保留，所以A扫描表示在与聚焦区域1182A中的缺陷160相关联的相位相干的区域1198A之外显示出很小的幅度偏移。如在别处提到的，作为说明性示例，使用相位数据代替原始A扫描时间序列数据可以在数据量或测量吞吐量方面提供各种增强，或者可以简化接收器配置。
图9A大体上示出了包括声学探头组件150和目标158的声学检查配置1100以及用于使用图9B中示意性地示出的基于相位的求和方法来重建求和的A扫描的聚焦区域1182B的表示。在图9A中，与图8A的示例1182A相比，聚焦区域1182B没有与SDH块中的缺陷160很好地对准。图9B大体上示出了已被分别被延迟以在图9A所示的区域1182B处提供聚焦的多个所获取的相位信号1196B的说明性示例以及根据基于相位的求和方法对这样的信号的对应求和1184B。相位相干在区域1198B中仍然是可见的，但是相位相干较弱，因为聚焦区域1182B没有与缺陷160很好地对准(并且在施加延迟之后每个信号1196B的对应缺陷回波部分没有时间对准，如曲线虚线所示)。本发明人已经认识到，这样的行为可以通过计算目标内的不同聚焦位置处与图8B的求和1184A和图9B的求和1184B类似的一系列A扫描求和来解决。
可以使用其他技术将区域1198B中的弱相位相干的区域与求和的A扫描1184B的其他部分分离。例如，可以根据经验或通过解析模型来建立目标150内的空间噪声分布。求和的A扫描1184B中的值可以基于总和中的幅度值对应于噪声相对于缺陷或其他感兴趣特征的概率来调整，或者可以在多个相位信号1196B中的相应所接收信号中执行这样的调整，例如抑制由分布指示的贡献可能是噪声的区域或幅度范围中的贡献。
可以使用其他方法，例如通过确定与相应空间位置对应的统计分布的矩值例如方差、偏斜度或峰度(或者在求和的A扫描的情况下的时间索引)，并且使用这样的确定来设置应用于组成相位信号1196B的阈值，低于该阈值，对求和的任何贡献将被忽略或去加权。基于噪声分布的这样的统计方法也被认为可应用于涉及相位求和的TFM成像方法，其中像素值或体素值(例如，亮度值)可以被相应地调整。
图10A大体上示出了声学检查配置，该声学检查配置包括声学探头组件150和目标158(包括侧钻孔或“SDH”块)，用于获得如以下各种示例中所讨论的实验数据。探头组件是Olympus 5L64-A32探头，其中使用了前32个元件，其中使用5MHz的发射中心频率来激励探头，换能器节距为0.5毫米，换能器标高(elevation)为10毫米，换能器阵列的平面中的外部尺寸为40毫米×28毫米，高度为26毫米。图10B大体上示出了包括使用相位求和方法构建的叠加TFM图像1000A的声学检查配置，目的是示出TFM图像1000A中示出的特征与目标158中的缺陷位置之间的关系。图10C大体上示出了包括来自图10B的TFM图像1000A的嵌入细节区域1000B的声学检查配置，图10B的TFM图像1000A是使用相位求和方法构建的。嵌入细节区域1000B用于示出在下面的其他示例中的相位求和方法的不同应用之间的定性变化。
图11大体上示出了使用相位求和方法的不同变体构建的来自图10C的嵌入细节区域的TFM图像的说明性示例。相位求和方法的参考实现可以包括：以与对获取的A扫描的全解析表示的处理类似的方式对时域相位信号进行相干求和，但是仅使用瞬时相位的时域表示。在参考实现中，如上所述使用32个孔径来实验性地获取A扫描，并且使用以下表达式将希尔伯特变换应用于所获取的A扫描时间序列数据y(t)，以获得与每个所获取的A扫描时间序列对应的瞬时相位
Figure BDA0003817360750000171
Figure BDA0003817360750000172
如在其他示例中，可以构建希尔伯特变换瞬时相位的同相yIH(t)表示和正交yQH(t)表示，并且然后将同相yIH(t)表示和正交yQH(t)表示提供用于TFM成像，就好像所获取的相位信号是A扫描时间序列数据一样：
Figure BDA0003817360750000181
Figure BDA0003817360750000182
在图11的(a)中示出了嵌入区域(包括SDH缺陷)的所得到的相位求和TFM图像，以及在(b)和(c)中示出了分别使用第一技术或第二技术构建的TFM图像，以分别将瞬时相位信号恢复为
Figure BDA0003817360750000183
和
Figure BDA0003817360750000184
通过比较，图11的(c)中所示的第二技术产生更接近地类似于图11的(a)中的参考图像的图像，但是(b)和(c)中的两个图像通常显示相同的缺陷位置和其他图像特征(在每个图像的中心)。作为其他示例，如以上关于图6B的接收方案所述的二值化I/Q表示或“正方形”I/Q表示的使用可以产生图11的(d)和(e)中的TFM图像，与图11的(a)中的参考图像相比，图11的(d)和(e)中的TFM图像显示出相当大的粗糙度。为了补救使用“正方形”同相表示和正交表示获得的图像的粗糙度，可以执行进一步的处理。例如，可以例如在逐像素的基础上或在逐体素的基础上执行伽马校正。例如在伽马校正之后，可以使用低通滤波器或其他图像掩模以提供平滑。例如，图12大体上示出了来自图10C的嵌入细节区域的TFM图像的说明性示例，该TFM图像是使用相位求和方法的不同变体和滤波技术构建的。图12的(a)、(b)、(c)、(d)和(e)的图像以与图11中的对应示例类似的方式被构建。然而，在图12中，每个图像被伽马校正和低通滤波。使用二维卷积进行低通滤波，该二维卷积使用核：
Figure BDA0003817360750000185
通常，然后图11和图12的示例的实验获得的A扫描数据和所得到的相位求和成像示出了：相位求和方法可以用于使用所采样的瞬时相位信号或所重建的瞬时相位信号来提供TFM成像，其中诸如测试块目标中的侧钻孔的缺陷是很明显的。
图13大体上示出了一种技术1300，例如一种方法，该技术1300包括获取和数字化声学回波信号以及构建瞬时相位信号的时域表示。在1320处，可以生成例如与超声换能器阵列中的一个或更多个换能器的发射激励对应的声学发射事件。在1325处，响应于相应的发射事件，可以接收相应的声学回波信号。这样的声学回波信号可以与A扫描信号对应。在1330处，可以对相应的所接收的声学回波信号进行量化，例如以提供所接收的声学回波信号的离散时间表示或数字化表示。离散时间表示或数字化表示可以被传输至别处以用于进一步处理，或者指示离散时间表示或数字化表示的其他数据例如边缘转变的时间位置可以被传输至别处。在1335处，瞬时相位信号的时域表示可以从至少一个相应的经量化的声学信号的表示来构建。例如，这样的时域表示可以使用以上关于图4A、图4B、图4C、图5A、图5B或图5C详细讨论的第一相位信号构建技术或第二相位信号构建技术来构建。可选地，在1340处，可以从多个所获取和经量化的回波信号来聚合相位数据(例如瞬时相位信号的重建的时域表示)，以生成A扫描时间序列(例如，求和的A扫描)或者与目标的指定空间位置对应的像素值或体素值(例如，如在使用相位求和的TFM成像方法中)中的至少一个。
图14大体上示出了另一种技术1400，例如另一种方法，该技术1400包括获取和单比特量化(例如，二值化)声学回波信号并生成所接收的声学回波信号的表示，该表示包括指示二值化的声学回波信号中的边缘转变的时间索引的数据。在1420处，可以生成例如与超声换能器阵列中的一个或更多个换能器的发射激励对应的声学发射事件。在1425，响应于相应的发射事件，可以接收相应的声学回波信号。这样的声学回波信号可以与A扫描信号对应。在1430处，可以获取相应的所接收的声学回波信号并对所述声学回波信号进行单比特量化，以提供所接收的声学回波信号的二值化表示。二值化表示可以被传输至别处以供进一步处理，或者指示离散时间表示或数字化表示的其他数据例如边缘转变的时间位置可以被传输至别处。例如，在1435处，可以生成指示所接收的声学回波信号的二值化表示中的边缘转变的数据(例如，可以检测边缘转变，并且可以对这样的转变的时间索引进行编码)。可选地，在1440处，可以从多个所获取和经量化的回波信号来聚合相位数据(例如来自在1435处生成的经编码的数据的瞬时相位信号的重建时域表示)，以生成A扫描时间序列(例如，求和的A扫描)或者与目标的指定空间位置对应的像素值或体素值(例如，如在使用相位求和的TFM成像方法中)中的至少一个。
图15示出了包括可以在其上执行本文中讨论的任何一种或更多种技术(例如，方法)的机器1500的示例的框图。在各种示例中，机器1500可以作为独立的设备进行操作或可以连接(例如，联网)至其他机器。在联网的部署中，机器1500可以在服务器-客户端网络环境中以服务器机器、客户端机器或这二者的能力进行操作。在示例中，机器1500可以充当对等(P2P)(或其他分布式)网络环境中的对等机器。机器1500可以是个人计算机(PC)、平板设备、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、web应用、网络路由器、交换机或网桥、或者能够(顺序地或以其他方式)执行指定要由该机器采取的动作的指令的任何机器。此外，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”也应被理解为包括单独地或联合地执行一组(或多组)指令以执行本文中所讨论的例如云计算、软件即服务(SaaS)或其他计算机集群配置的方法中的任何一个或更多个的机器的任何集合。
如本文所述，示例可以包括逻辑或多个部件或机制，或者示例可以由逻辑或多个部件或机制操作。电路系统是在包括硬件(例如，简单电路、门、逻辑等)的有形实体中实现的电路的集合。电路系统成员资格可以随着时间和潜在硬件可变性是灵活的。电路系统包括在操作时可以单独或组合执行指定操作的构件。在示例中，电路系统的硬件可以被不变地设计成执行指定操作(例如，硬连线)。在示例中，包括电路系统的硬件可以包括可变连接的物理部件(例如，执行单元、晶体管、简单电路等)，这些物理部件包括被物理地修改(例如，磁地、电地，例如经由物理状态的改变或另一物理特性的变换等)以编码指定操作的指令的计算机可读介质。在连接物理部件时，硬件组成的潜在电特性可以例如从绝缘特性改变成导电特性，或者硬件组成的潜在电特性可以例如从导电特性改变成绝缘特性。指令使得嵌入式硬件(例如，执行单元或加载机制)能够经由可变连接以硬件创建电路系统的构件，以在操作时执行指定操作的一部分。因此，当设备正在操作时，计算机可读介质通信地耦接至电路系统的其他部件。在示例中，任何物理部件都可以在多于一个电路系统的多于一个构件中被使用。例如，在操作中，执行单元可以在一个时间点在第一电路系统的第一电路中被使用，并由第一电路系统中的第二电路重新使用，或者由第二电路系统中的第三电路在不同时间重新使用。
机器(例如，计算机系统)1500可以包括硬件处理器1502(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、硬件处理器核或其任意组合)、主存储器1504和静态存储器1506，它们中的一些或全部可以经由互连(例如，总线)1530彼此通信。机器1500还可以包括显示单元1510、字母数字输入设备1512(例如，键盘)和用户界面(UI)导航设备1514(例如，鼠标)。在示例中，显示单元1510、输入设备1512和UI导航设备1514可以是触摸屏显示器。机器1500可以另外包括存储设备(例如，驱动单元)1516、信号生成设备1518(例如，扬声器)、网络接口设备1520以及诸如全球定位系统(GPS)传感器、指南针、加速度计或其他传感器的一个或更多个传感器1521。机器1500可以包括输出控制器1528，例如串行(例如，通用串行总线(USB)、并行或其他有线或无线(例如，红外(IR)、近场通信(NFC)等)连接，以通信或控制一个或更多个外围设备(例如，打印机、读卡器等)。
存储设备1516可以包括其上存储有一组或更多组数据结构或指令1524(例如，软件)的机器可读介质1522，所述一组或更多组数据结构或指令1524实施本文描述的技术或功能中的任何一个或更多个或者由本文描述的技术或功能中的任何一个或更多个使用。指令1524还可以在其由机器1500执行期间全部地或至少部分地驻留在主存储器1504内、静态存储器1506内或硬件处理器1502内。在示例中，硬件处理器1502、主存储器1504、静态存储器1506或存储设备1516中的一个或任何组合可以构成机器可读介质。
虽然机器可读介质1522被示出为单个介质，但是术语“机器可读介质”可以包括被配置成存储一个或更多个指令1524的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库以及/或者相关联的高速缓冲存储器和服务器)。
术语“机器可读介质”可以包括能够存储、编码或承载用于由机器1500执行并且使机器1500执行本公开内容的技术中的任何一个或更多个技术的指令或者能够存储、编码或承载由这样的指令使用的数据结构或与这样的指令相关联的数据结构的任何介质。非限制性的机器可读介质示例可以包括固态存储器以及光介质和磁介质。因此，机器可读介质不是暂态传播信号。大容量机器可读介质的具体示例可以包括：非易失性存储器，例如半导体存储器设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪速存储器设备；磁或其他相变或状态改变存储器电路；磁盘，例如内部硬盘和可移除盘；磁光盘；以及CD-ROM盘和DVD-ROM盘。
还可以利用多个传输协议(例如，帧中继、互联网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)等)中的任何一个经由网络接口设备1520使用传输介质通过通信网络1526来发送或接收指令1524。示例通信网络可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、分组数据网络(例如，因特网)、移动电话网络(例如，蜂窝网络，例如符合诸如4G标准或长期演进(LTE)的一个或更多个标准)、普通老式电话(POTS)网络以及无线数据网络(例如，被称为
Figure BDA0003817360750000221
的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准族、IEEE802.15.4标准族、对等式(P2P)网络等)。在示例中，网络接口设备1520可以包括一个或更多个物理插孔(例如，以太网插孔、同轴插孔或电话插孔)或者用于连接到通信网络1526的一个或更多个天线。在示例中，网络接口设备1520可以包括多个天线，以使用单输入多输出(SIMO)技术、多输入多输出(MIMO)技术或多输入单输出(MISO)技术中的至少一个来无线地通信。术语“传输介质”应当被视为包括能够存储、编码或承载用于由机器1500执行的指令的任何无形介质，并且包括数字通信信号或模拟通信信号或其他无形介质以促进这样的软件的通信。
各种注释
以上具体实施方式包括对附图的参照，这些附图形成具体实施方式的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施方式。这些实施方式通常也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了那些示出或描述的要素之外的要素。然而，本发明人还考虑了其中仅提供示出或描述的那些要素的示例。此外，本发明人还考虑了使用关于本文中示出或描述的特定示例(或特定示例的一个或更多个方面)或关于其他示例(或其他示例的一个或更多个方面)示出或描述的那些要素的任何组合或排列的示例(或示例的一个或更多个方面)。
在本文献与通过引用并入的任何文献之间的用法不一致的情况下，以本文献中的用法为准。
在本文献中，如在专利文献中常见的那样，无论“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法如何，都使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个。在本文献中，除非以其他方式指出，否则术语“或”被用来指代非排他性的或，使得“A或B”包括“A而不是B”、“B而不是A”以及“A和B”。在本文献中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。另外，在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”是开放式的，也就是说，包括除了权利要求中的这样的术语之后列出的那些要素之外的要素的系统、设备、物品、组合物、制剂或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象施加数值要求。
本文中描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有可操作成将电子设备配置成执行如以上示例中描述的方法的指令的计算机可读介质或机器可读介质。这样的方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级的语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。另外，在示例中，例如在执行期间或在其他时间，可以将代码有形地存储在一个或更多个易失性、非暂态或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移除磁盘、可移除光盘(例如，致密盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，以上描述的示例(或示例的一个或更多个方面)可以彼此结合使用。例如本领域普通技术人员在查阅以上描述之后可以使用其他实施方式。提供摘要以允许读者快速确定本技术公开内容的性质。提交摘要是基于以下理解：摘要将不会被用来说明或限制权利要求的范围或含义。另外，在上面的具体实施方式中，各种特征可以被组合在一起以简化本公开内容。这不应当被解释为意指：未要求保护的公开的特征对于任何权利要求而言均是必要的。相反，发明主题可能在于少于特定公开的实施方式的所有特征。因此，所附权利要求在此作为示例或实施方式并入具体实施方式中，每个权利要求作为单独的实施方式而独立存在，并且预期这样的实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应当参考所附权利要求以及这样的权利要求赋予权利的等同物的全部范围来确定。

Claims (25)

1.一种用于目标的声学评估的机器实现的方法，所述方法包括：
经由多个电声换能器中选定的发射电声换能器来生成相应的声学发射事件；
响应于所述相应的声学发射事件，从所述多个电声换能器中的其他接收电声换能器接收相应的声学回波信号；
对相应的所接收的声学回波信号进行量化；以及
从至少一个相应的经量化的声学回波信号的表示来构建瞬时相位信号的时域表示。
2.根据权利要求1所述的机器实现的方法，其中，使用第一设备来执行对所接收的声学回波信号进行量化；
其中，所述机器实现的方法包括：将经量化的所接收的声学回波信号的相应表示传输至第二设备；以及
其中，在所述第二设备上执行构建所述瞬时相位信号的时域表示，以用于构建A扫描表示或图像中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的机器实现的方法，其中，经量化的所接收的声学回波信号的表示包括指示所接收的声学回波信号的二值化表示中的边缘转变的时间索引的数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器实现的方法，包括：对来自多个经量化的回波信号的相位数据进行聚合，以生成A扫描时间序列、与所述目标的指定空间位置对应的像素值、或与所述目标的所述指定空间位置对应的体素值中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的机器实现的方法，其中，生成像素值或体素值包括：使用应用于所述相位数据的同相时域表示和正交时域表示的全聚焦方法(TFM)技术来执行相应的所接收的声学回波信号的求和。
6.根据权利要求5所述的机器实现的方法，其中，经由所述多个电声换能器中选定的发射电声换能器来生成相应的声学发射事件并且响应于所述相应的声学发射事件而从所述多个电声换能器中的其他接收电声换能器接收所述相应的声学回波信号包括执行全矩阵捕获(FMC)获取，所述相应的声学回波信号包括与所接收的信号的矩阵中的相应元素对应的A扫描。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的机器实现的方法，包括：
生成成像数据，所述成像数据包括多个所生成的像素值或体素值，使用应用于相位数据的相应的同相时域表示和正交时域表示的全聚焦方法(TFM)来生成所述多个所生成的像素值或体素值；以及
将掩模应用于所述成像数据。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的机器实现的方法，包括：建立与包含所述指定空间位置的感兴趣区域对应的噪声分布。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的机器实现的方法，包括：基于幅度值与噪声对应的概率来调整像素幅度值或体素幅度值。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的机器实现的方法，包括：抑制或禁止对与噪声对应的像素值或体素值的贡献。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的机器实现的方法，其中，生成与所述目标的指定空间位置对应的像素值或体素值包括：将统计分布确定的矩值应用于相应的像素值或体素值。
12.根据权利要求11所述的机器实现的方法，其中，矩对应于方差。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的机器实现的方法，其中，对所述相位数据进行聚合包括：从相应的瞬时相位信号来生成所述相位数据的同相时域表示和正交时域表示，所述瞬时相位信号是从经量化的所接收的声学回波信号构建的。
14.根据权利要求13所述的机器实现的方法，其中，对所述相位数据进行聚合包括：对所述相位数据的同相时域表示和正交时域表示进行量化。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的机器实现的方法，其中，所述瞬时相位信号的时域表示包括分段构建。
16.根据权利要求15所述的机器实现的方法，其中，至少部分地通过确定所述声学回波信号的量化表示的相邻转变之间的持续时间来建立分段重建中的区段的斜率。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的机器实现的方法，其中，所述分段构建包括：在与第一上升沿对应的经量化的表示的时间索引和与下一上升沿对应的经量化的表示的稍后时间索引之间分配2π弧度的相位差，以限定区段的斜率。
18.根据权利要求15或16中任一项所述的机器实现的方法，其中，所述分段构建包括：在与第一上升沿对应的经量化的表示的时间索引和与第一下降沿对应的经量化的表示的稍后时间索引之间分配π弧度的相位差，以限定区段的斜率。
19.根据权利要求18所述的机器实现的方法，其中，所述分段构建包括：在与所述第一下降沿对应的经量化的表示的时间索引和与第二上升沿对应的经量化的表示的稍后时间索引之间分配π弧度的另一相位差，以限定另一区段的斜率。
20.一种用于目标的声学评估的机器实现的方法，所述方法包括：
经由多个电声换能器中选定的发射电声换能器来生成相应的声学发射事件；
响应于所述相应的声学发射事件，从所述多个电声换能器中的其他接收电声换能器接收相应的声学回波信号，所述接收包括：
对相应的声学回波信号进行单比特量化，以提供所接收的声学回波信号的二值化表示；以及
生成所接收的声学回波信号的表示，所述所接收的声学回波信号的表示包括指示所接收的声学回波信号的二值化表示中的边缘转变的时间索引的数据。
21.根据权利要求20所述的机器实现的方法，其中，对相应的声学回波信号进行单比特量化以提供二值化表示包括：检测超过指定信号幅度阈值的时域回波信号的部分。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的机器实现的方法，包括：构建与相应的经量化的所接收的声学回波信号对应的瞬时相位信号的时域表示。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的机器实现的方法，包括：将所述相应的声学回波信号的表示传输至另一设备，以用于对与所接收的回波信号对应的相位数据进行聚合；以及
其中，所述方法包括：生成A扫描时间序列、与所述目标的指定空间位置对应的像素值、或与所述目标的所述指定空间位置对应的体素值中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的机器实现的方法，其中，所述传输包括：无线地传输所述相应的声学回波信号的经量化的表示。
25.一种用于目标的声学评估的装置，所述装置包括：
驱动电路系统，所述驱动电路系统经由多个电声换能器中选定的发射电声换能器来生成相应的声学发射事件；
接收器电路系统，所述接收器电路系统包括相干接收器拓扑，以提供来自所述多个电声换能器中的其他接收电声换能器的相应的声学回波信号的同相表示和正交表示；
模数转换电路系统，所述模数转换电路系统对所述相应的声学回波信号进行数字化；以及
处理器电路系统，所述处理器电路系统对与数字化的回波信号对应的相位数据进行聚合。
CN202180017133.8A 2020-02-28 2021-02-25 用于超声检查的基于相位的方法 Pending CN115280182A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202062983172P 2020-02-28 2020-02-28
US62/983,172 2020-02-28
US202063087521P 2020-10-05 2020-10-05
US63/087,521 2020-10-05
PCT/CA2021/050222 WO2021168565A1 (en) 2020-02-28 2021-02-25 Phase-based approach for ultrasonic inspection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115280182A true CN115280182A (zh) 2022-11-01

Family

ID=77489710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180017133.8A Pending CN115280182A (zh) 2020-02-28 2021-02-25 用于超声检查的基于相位的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230127374A1 (zh)
EP (1) EP4111231A4 (zh)
JP (1) JP2023515846A (zh)
CN (1) CN115280182A (zh)
CA (1) CA3175548A1 (zh)
WO (1) WO2021168565A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220354460A1 (en) * 2021-05-05 2022-11-10 Acoustiic Inc. Event-based ultrasound system
US11941787B2 (en) * 2021-08-23 2024-03-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Denoising depth data of low-signal pixels
CN114200016B (zh) * 2021-10-18 2024-04-16 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩石锚杆的双通道无损检测方法及相关设备
CA3235643A1 (en) * 2021-10-21 2023-04-27 Evident Canada, Inc. Color representation of complex-valued ndt data
CN117347502B (zh) * 2023-12-04 2024-03-12 中国飞机强度研究所 一种薄壁叶片的全聚焦成像方法和系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4989143A (en) * 1987-12-11 1991-01-29 General Electric Company Adaptive coherent energy beam formation using iterative phase conjugation
US5014712A (en) * 1989-12-26 1991-05-14 General Electric Company Coded excitation for transmission dynamic focusing of vibratory energy beam
ES2332637B1 (es) 2008-08-08 2010-12-01 Consejo Superior De Investigacion Cientifica (Csic) Procedimiento y aparato para la correccion de imagenes ultrasonicas por analisis de fase.
EP2442132B1 (en) 2010-10-13 2014-11-26 Hitachi Aloka Medical, Ltd. Ultrasonic diagnosis apparatus
JP5905856B2 (ja) * 2012-07-13 2016-04-20 富士フイルム株式会社 超音波検査装置
US9883848B2 (en) * 2013-09-13 2018-02-06 Maui Imaging, Inc. Ultrasound imaging using apparent point-source transmit transducer
EP3187896A1 (en) * 2015-12-29 2017-07-05 Esaote S.p.A. Method and system for performing baseband digital receiver beamforming on ultrasound signals
US10908122B2 (en) * 2016-03-31 2021-02-02 Olympus America Inc. Total focusing method adaptively corrected by using plane wave

Also Published As

Publication number Publication date
US20230127374A1 (en) 2023-04-27
CA3175548A1 (en) 2021-09-02
WO2021168565A1 (en) 2021-09-02
EP4111231A4 (en) 2023-08-23
EP4111231A1 (en) 2023-01-04
JP2023515846A (ja) 2023-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115280182A (zh) 用于超声检查的基于相位的方法
JP7475478B2 (ja) 全マトリックス取り込みのための圧縮感知
US11494873B2 (en) Automated TFM grid resolution setup tools
CN114730007B (zh) 用于目标的声评估的自动化方法和超声检查系统
US20240077455A1 (en) Small-footprint acquisition scheme for acoustic inspection
Kozhemyak et al. Reducing the root-mean-square error at signal restoration using discrete and random changes in the sampling rate for the compressed sensing problem
US20220230265A1 (en) Digital watermarking of acoustic data
US20230003695A1 (en) Compression using peak detection for acoustic full matrix capture (fmc)
CN116057358A (zh) 具有单次激发处理的超声测试
WO2023065023A1 (en) Estimation of acoustic inspection measurement accuracy
CN116724250A (zh) 基于声学影响图的缺陷大小成像
WO2023272378A1 (en) Probe position encoding by ultrasound image correlation
WO2023065022A1 (en) Color representation of complex-valued ndt data
Zeng et al. The inversion GPR signal by compressing sensing and its application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination