[發(fā)明專利]一種基于自編碼器的超聲信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910045093.2
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109858408B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李兵;高飛;陳磊;魏翔;賀琛;李應(yīng)飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;H03M7/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于自編碼器的超聲信號處理方法，對超聲信號進(jìn)行預(yù)處理，然后疊加超聲信號的樣本，建立并分類超聲信號的樣本庫，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建的自動編碼器對超聲A掃描信號進(jìn)行壓縮和解壓，基于深度學(xué)習(xí)獲取特征函數(shù)的相關(guān)權(quán)重和偏置變量，并以此作為降噪?yún)?shù)對后續(xù)超聲信號進(jìn)行降噪處理。本發(fā)明對信號的降噪篩選兼容性較好，運算量小，計算成本低，提高降噪自編碼器特征提取的準(zhǔn)確率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)超聲無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自編碼器的超聲 信號處理方法。

背景技術(shù)

作為一種非接觸測量方法，無損檢測已廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)中。根據(jù)檢測 需求，針對被測物體內(nèi)部缺陷的無損檢測方法包括了：數(shù)字射線檢測、超聲檢測 和工業(yè)CT檢測等。由于數(shù)字射線檢測需要放射物作為能量源，故其操作專業(yè)性 強(qiáng)，且對人體具有一定損傷；工業(yè)CT檢測雖然檢測精度較高，但成本高，檢測 效率較低，且由于上述兩類檢測設(shè)備體積較大，無法實現(xiàn)在線檢測和在位檢測。 而超聲檢測設(shè)備體積相對較小，能夠?qū)崿F(xiàn)在線或在位測量，且檢測過程安全、效 率高。故超聲檢測不僅能夠?qū)π〕叽绫粶y物體進(jìn)行在線在位快速檢測，還能夠?qū)?大尺寸被測物體進(jìn)行在位檢測。

超聲相控陣檢測技術(shù)是超聲檢測技術(shù)目前的一個發(fā)展方向，其依托壓電復(fù)合 技術(shù)、微型機(jī)電制造技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的交叉。相比于傳統(tǒng) 的超聲檢測技術(shù)，超聲相控陣檢測技術(shù)采用壓電復(fù)合的多陣元探頭，并由計算機(jī) 控制各陣元傳感器的激發(fā)時序，通過控制激發(fā)時序能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波束的聚焦和角 度偏轉(zhuǎn)等功能。相比于傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)，具有更高的檢測靈活性和精度。

在超聲相控陣檢測中，通過計算各陣元的激發(fā)/接收時序法則對各陣元傳感器 的狀態(tài)進(jìn)行控制。為了得到最終的可視化檢測結(jié)果，在各陣元傳感器接收到原始 信號后需要利用算法對多路信號進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并進(jìn)行圖像重構(gòu)。由此可知，原 始接收信號的質(zhì)量直接影響著最終的檢測結(jié)果。一般來說，上述算法在數(shù)據(jù)融合 前后還需要對信號進(jìn)行諸如降噪、調(diào)制等處理。目前對于該類信號處理的方法主 要是利用快速傅里葉變換(FFT)和小波濾波等方法來實現(xiàn)。但是，上述兩種方 法均需要根據(jù)噪聲分布進(jìn)行人工閾值設(shè)置，對信號的降噪篩選兼容性較差，存在 一定的主觀性；且在每一次信號處理過程中運算量較大，需要耗費較大的計算成 本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于 自編碼器的超聲信號處理方法，提高了降噪的準(zhǔn)確率，有效去除探頭固有響應(yīng)特 性對于回波信號處理時的干擾。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于自編碼器的超聲信號處理方法，對超聲信號進(jìn)行預(yù)處理，然后疊加 超聲信號的樣本，建立并分類超聲信號的樣本庫，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建的自動編碼 器對超聲A掃描信號進(jìn)行壓縮和解壓，基于深度學(xué)習(xí)獲取特征函數(shù)的相關(guān)權(quán)重和 偏置變量，并以此作為降噪?yún)?shù)對后續(xù)超聲信號進(jìn)行降噪處理。

具體的，預(yù)處理的具體過程如下：

S101、將單幅A掃描信號輸出的一維數(shù)組進(jìn)行升維，將一維數(shù)組各元素進(jìn)行 取整；

S102、以聲程的有效采樣點做為二維數(shù)組的列數(shù)，設(shè)置二維零數(shù)組；

S103、以最大回波波幅與各采樣點波幅之差作為各列索引，將A掃描信號各 列的波幅依次賦值于各列的索引處，將輸出格式由一維數(shù)組升為二維數(shù)組。

進(jìn)一步的，步驟S101中，二維數(shù)組的行數(shù)row計算如下：

其中，Value_max是回波波幅的最大值，Value_min是回波波幅的最小值。

更進(jìn)一步的，當(dāng)回波波幅的最小值Value_min＜0時，計算行數(shù)時加1。

更進(jìn)一步的，預(yù)處理過程中，設(shè)初始一維信號如下：