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1、合成孔径聚焦超声成像三孙宝申沈建中中国科学院声学研究所北京年月日收到,,即是我们要介绍的逆散射合在合成孔径超声成像中用小孔径基元换原理的超声成像,,能器发射声波并继而采集被目标或缺陷散射成孔径超声成像所成像实质上是试件中的缺,产生的回波信号数据采集完成后通过处理陷对声波的相对折射系数分布才能得到高分辨的重建声图对种种不同的合成孔径成像技术而言,、成四逆散射合成孔径超声成像像过程都可以分为两步数据采集和存储图像重建在第一步中由基元换能器完成的合成孔径超声成像逆散射问题一、一,,电声声电信号转换功能及由后续电路完成设有一试块试块
2、内部存在一体积型缺陷、,‘,。的信号量化采集功能对各种不同的合成孔径缺陷的体积为包容在外表面中缺陷的,,成像技术而言在原理上是没有多少不同的各材料参数与周围的试块不一样例如声波在,,种不同的成像系统间的差别主要在于所应用缺陷中和在周围的材料中传播时可能具有不的。,,图像重建原理及算法同的速度为了分析简便我们假定除了在有,,、在第一讲及第二讲中我们分别介绍了基缺陷的区域外试块材料是均匀的各向同性、,于等效线阵及匹配滤波或相关接收的合成孔的声波在其中传播时没有衰减且不同频率的,,径超声成像原理在那里声波的衍射特性并声波在其中传播时具有同样的速度设在试,‘,‘,没有考
3、虑进来实际上是应用了几何声学的处块中声波的纵波及横波速度分别为及在,理方法缺陷中,则分别为峪及刃是位现在我们将介绍近年来发展很快的逆散射置矢量直角空间坐标关系如下图直角坐,合成孔径超声成像这是一种基于物理声学的标系的原点位于缺陷内测量孔径场包含在一超声成像技术的平面内设,基元换能器在待检测物体的表面移动并作为点源激发声波在介质中传播被物体里,的缺陷散射而形成散射声场根据缺陷的结构,即为声学研究中的计算被其激发的散射声场而,散射问题在更多的时候缺陷的位置或结构是不知道的,由缺陷激发的散射声场却是可以在一定的范围内检测到根据散射声场来确厂币
4、…,即为声学研究中的“”问定缺陷的形态逆散射题。用合成孔径超声换能器作声波的激发和接,而,“”收根据检测到的散射声场并基于逆散射图散射问题空间坐标关系应用声学,量假设合成孔径基元换能器为一点源在测面场上测得,,了内。,我们关心的是在场上测得声场分布后量孔径位置矢量处向试块内发射声。、,脉冲声场的激励源可以写为一武一反推得到试件内缺陷的结构尺寸及性质这就,,。“”习式中战一说明了激发源的空间是上面提到的逆散射问题结构,表达了激发信号的时间结构函数傅里叶变换逆散射反演原理“”,“”“”表示式前一号是为了下面的推导方便而加对中提出的逆散射问题的求
5、解有很此激,多种方法我们将在下面介绍常用的傅里叶变人的发源在试块中激发的声场一般是,换方法既包括纵波分量又包括横波分量这两种波,在因此,在采我们知道点源在固体介质里激发的声场试块中的传播速度是不一样的用短脉冲激励的合成孔径应用中,可以只考虑可以用已知的公式表示出来点目标对人射声在以后的讨论中,波的散射也是有公式可计算的而对于一般是其中一种波的传播及散射,,体积型的缺陷结构其对人射声波的散射情况我们将只考虑纵波人射并且只考虑散射声场,,也即忽就要复杂得多了和缺陷的几何形状及物理性中的纵波分量略声波激发与散射中的,模式转换质都有很大关系经过适当的处理并进一步引人某些近
6、似后,在弹性介质中传播的声波可以用介质质点缺陷对人射声波的散射可以表,,,示成由其几何形状决定的一个函数与点目标散位移矢量来表示这是位置矢量及才的函数,射函数的卷积关系要想对一个卷积函数作所时间矢量的运算及处理通常是相当“”,,谓的解卷积处理以进一步找出散射结构的繁杂的前面已经提到我们只考虑纵波的激、,,由声,尺寸大小可不是件容易事幸而卷积关系发与散射学理论可知纵波导致的弹性,,介质质点位移矢量,可以表示为标量经过傅里叶变换在变换域是两个函数的乘积,函数中,的梯度关系对乘积关系的处理当然是要远较对卷积,,关系的处理容易多了这是为什么在超声成
7、少,,像反演算法中引人傅里叶变换原理的理由之一劝被称为标量势函数以上是本文理论推导中所作的第一个重要吧。近,定义目标函数似称为标量化近似‘,矛、、’。,,反梦‘引用标量势后由测量面场上,,一。弓的点源一战一在介质中激发的声,,,,场可用下式表示其中及一竺及公一分别是声波,,。、,、,、口,。。。梦△一’,。,一。,又方俞夕一在
