[發(fā)明專利]一種基于相位環(huán)形統(tǒng)計矢量的超聲成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811104900.5
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109142548B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳堯;甘勇;冒秋琴;張柏源;紀(jì)霖軒;盧超
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G01N29/06
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 何磊

本發(fā)明公開了一種基于相位環(huán)形統(tǒng)計矢量的超聲后處理成像方法。首先，在成像實施過程中提取超聲陣列信號數(shù)據(jù)集中各路信號的相位信息。然后，將同一聚焦像素內(nèi)的相位視作環(huán)形分布的隨機變量，構(gòu)建用于表征相位分布特征的環(huán)形統(tǒng)計矢量。最后，將相位環(huán)形統(tǒng)計矢量的模作為特征值進(jìn)行超聲后處理成像。相比于常規(guī)超聲后處理成像方法，該技術(shù)不僅能夠通過放大相位分布對信號幅值的作用有效抑制噪聲，還能夠通過減小聲束寬度有效提高橫向分辨率，實現(xiàn)缺陷信號回波的顯著增強，進(jìn)而有效地實現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷的高精度定量、定位和定性，具有良好的推廣及應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲無損檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于相位環(huán)形統(tǒng)計矢量的超聲成像方法。

背景技術(shù)

以合成孔徑聚焦為代表的超聲后處理成像方法被廣泛應(yīng)用于工業(yè)無損檢測、醫(yī)療診斷等重要領(lǐng)域。研究表明，與傳統(tǒng)的B型、C型、D型超聲成像相比較，超聲后處理成像方法所獲得超聲圖像具有更高的檢測信噪比和分辨率，其缺陷檢測能力和定量精度更高。此外，可發(fā)性強、算法靈活是超聲后處理成像方法另一優(yōu)勢。研究者可根據(jù)檢測狀況，開發(fā)相應(yīng)的優(yōu)化算法實現(xiàn)缺陷/病灶的高質(zhì)量檢測。一般情況下，常規(guī)超聲后處理成像方法僅利用檢測信號的幅值和時間進(jìn)行成像，未考慮相位、頻譜等特征參量所攜帶的缺陷信息。研究表明，信號幅值易受儀器和結(jié)構(gòu)噪聲、探頭柵瓣等因素的干擾，特殊檢測環(huán)境下超聲圖像的信噪比和分辨率難以滿足缺陷識別要求。因此，尋求對缺陷更加敏感的特征參量，有助于進(jìn)一步提高超聲后處理技術(shù)的成像質(zhì)量。

對此，本發(fā)明提出一種基于相位環(huán)形統(tǒng)計矢量(phase circular statisticsvector，PCSV)的超聲后處理成像方法。以用于成像的陣列信號相位分布為基礎(chǔ)，代替信號幅值進(jìn)行成像，提高圖像的缺陷識別能力。該方法根據(jù)延時信號相位分布特點，構(gòu)建用于共同表征信號相位相干性和幅值的PCSV特征值，進(jìn)而利用超聲圖像中各像素點的PCSV值直觀呈現(xiàn)缺陷回波的強度和位置。相比于常規(guī)超聲后處理成像方法，該成像方法不僅能夠通過放大相位分布對信號幅值的作用有效抑制噪聲，還能夠通過減小聲束寬度有效提高橫向分辨率，實現(xiàn)缺陷信號回波的顯著增強，進(jìn)而有效地實現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷的高精度定量、定位和定性，具有良好的推廣及應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于相位環(huán)形統(tǒng)計矢量的超聲后處理成像方法，通過環(huán)形統(tǒng)計矢量的長度表示超聲圖像各像素點強度值，通過放大相位分布對信號幅值作用有效提高分辨率和信噪比等圖像質(zhì)量指標(biāo)，為材料內(nèi)部缺陷的高精度定量、定位、定性提供有效的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。一種基于相位環(huán)形統(tǒng)計矢量的超聲成像方法，包括如下步驟：

1)利用超聲檢測系統(tǒng)，使探頭在步進(jìn)位置j＝1,2…N采集超聲檢測信號，得到由N個A型掃描信號組成的陣列信號數(shù)據(jù)集{S(t)_j＝1,2…N}，對{S(t)_j＝1,2…N}中各信號進(jìn)行希爾伯特變換，得到數(shù)據(jù)集{h(S(t))_j＝1,2…N}，將其簡寫為{h(t)_j＝1,2…N}。

2)根據(jù)歐拉公式，數(shù)據(jù)集{h(t)_j＝1,2…N}中任意希爾伯特變換式h(t)_j表示為：

式中，|h(t)_j|為信號的模或幅值，i為單位虛數(shù)，為信號的相角值，其和分別表示信號實部和虛部的相位信息；

3)由公式(1)中的表達(dá)式，得到h(t)_j的模X_H(t)_j、實部X_R(t)_j和虛部X_I(t)_j，其表達(dá)式如下：

X_H(t)_j＝|h(t)_j| (2)