[發(fā)明專利]一種開(kāi)環(huán)控制的超聲探測(cè)系統(tǒng)中的C掃描圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111120213.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113834876B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金英;史亦凡;田豐碩;趙冬冬;李卓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/06
• 分類號(hào): G01N29/06;G06T5/00;G06T7/13
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明涉及一種開(kāi)環(huán)控制的超聲探測(cè)系統(tǒng)中的C掃描圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法，屬于開(kāi)環(huán)超聲探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)控制的超聲C掃描圖像質(zhì)量低的問(wèn)題，提供一種基于開(kāi)環(huán)控制掃描系統(tǒng)的超聲C掃描圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法，該方法可應(yīng)用與掃描式超聲探測(cè)成像領(lǐng)域，可以顯著改善開(kāi)環(huán)系統(tǒng)控制的超聲C掃描圖像質(zhì)量，在降低成本的同時(shí)，獲得高分辨率、低誤差的目標(biāo)信息，且開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效提高了科研和生產(chǎn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開(kāi)環(huán)控制的超聲探測(cè)系統(tǒng)中的C掃描圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法，屬于開(kāi)環(huán)超聲探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

探測(cè)系統(tǒng)與我們的日常生活息息相關(guān)，探測(cè)系統(tǒng)包括主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)和被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)，主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的共同之處是利用一個(gè)信號(hào)源對(duì)目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，該信號(hào)被目標(biāo)物體反射，用一個(gè)探測(cè)器對(duì)攜帶有目標(biāo)信息的反射信號(hào)進(jìn)行接收，接下來(lái)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行分析和解調(diào)等處理，即可獲得目標(biāo)物體的相關(guān)信息。在此定義下，根據(jù)探測(cè)信號(hào)不同，又可分為激光探測(cè)、紅外探測(cè)、超聲探測(cè)以及光聲探測(cè)等。另外，為了獲得更大范圍的探測(cè)區(qū)域，人們常常需要為探測(cè)器搭配一套機(jī)電掃描系統(tǒng)，可以使探測(cè)器進(jìn)行角位移或者線位移。根據(jù)掃描方式的不同，又可分為A掃描、B掃描和C掃描等。其中，C掃描方式是對(duì)整個(gè)目標(biāo)物體的某一個(gè)垂直于探測(cè)器法線的表面或截面進(jìn)行成像，常用的方法有蛇形掃描、梳形掃描等。

對(duì)于該機(jī)電掃描系統(tǒng)，為了保證掃描精度與成像質(zhì)量，通常會(huì)采用一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，利用反饋系統(tǒng)將輸出信號(hào)與輸入信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，具抗干擾能力強(qiáng)、精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在產(chǎn)業(yè)化的探測(cè)系統(tǒng)中最為常見(jiàn)。而開(kāi)環(huán)系統(tǒng)也叫“無(wú)反饋系統(tǒng)”，顧名思義是不帶有反饋環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，其輸入信號(hào)不受輸出信號(hào)影響，因此其精度無(wú)法保證。如果采用開(kāi)環(huán)掃描系統(tǒng)進(jìn)行C掃描成像，將會(huì)造成嚴(yán)重的誤差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能，服務(wù)于科研工作和人類社會(huì)。例如在本發(fā)明所關(guān)注的基于開(kāi)環(huán)掃描系統(tǒng)的高頻超聲C掃描中，由于該掃描系統(tǒng)的重復(fù)定位精度達(dá)不到閉環(huán)系統(tǒng)的量級(jí)，因此會(huì)造成重復(fù)定位誤差與誤差積累，最終導(dǎo)致的結(jié)果是每行的每個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置無(wú)法確定，使得成像的像素準(zhǔn)確率(pixel accuracy,PA)下降，嚴(yán)重影響了其探測(cè)效果，阻礙了其功能實(shí)現(xiàn)。

即使如此，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)也存在著無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)雖然精度較低，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)試、成本較低，在精度要求不是很高或者優(yōu)先考慮成本的情況下，應(yīng)當(dāng)盡量使用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。因此開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在日常生活中同樣應(yīng)用廣泛，它們大多數(shù)是通過(guò)人類的參與進(jìn)行調(diào)控，如電燈開(kāi)關(guān)、微波爐等，或者是某個(gè)控制系統(tǒng)的原理樣機(jī)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證樣機(jī)等。正是在這一背景下，相關(guān)工作者不斷積極地進(jìn)行著關(guān)于改善由于開(kāi)環(huán)控制而導(dǎo)致的不良影響的方法探索。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，利用控制算法、人為干預(yù)等手段對(duì)系統(tǒng)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)或誤差補(bǔ)償是提高系統(tǒng)精度的常用的手段，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以使得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)達(dá)到相當(dāng)高的精度，甚至可以達(dá)到與閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)木刃ЧＲ虼税l(fā)展開(kāi)環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的補(bǔ)償優(yōu)化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力、節(jié)約資源和成本，對(duì)于科學(xué)研究和社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)控制的超聲C掃描圖像質(zhì)量低的問(wèn)題，提供一種基于開(kāi)環(huán)控制掃描系統(tǒng)的超聲C掃描圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法，該方法可應(yīng)用與掃描式超聲探測(cè)成像領(lǐng)域，可以顯著改善開(kāi)環(huán)系統(tǒng)控制的超聲C掃描圖像質(zhì)量，在降低成本的同時(shí)，獲得高分辨率、低誤差的目標(biāo)信息，且開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效提高了科研和生產(chǎn)效率。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種基于開(kāi)環(huán)控制掃描系統(tǒng)的超聲C掃描圖像質(zhì)量增強(qiáng)方法，包括如下步驟：

步驟一、將掃描對(duì)象加工成圓形或者放置在環(huán)形區(qū)域內(nèi)，對(duì)該對(duì)象進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制探測(cè)系統(tǒng)的 C掃描，所述C掃描由若干個(gè)A掃描組成；

步驟二、利用最大值投影法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理：將采集到的若干A掃描信號(hào)進(jìn)行剪切、濾波和希爾伯特變換。再將處理后的數(shù)據(jù)取最大值，同時(shí)進(jìn)行時(shí)間飛行法驗(yàn)證；

步驟三、重復(fù)進(jìn)行步驟二，直到處理完全部A掃描數(shù)據(jù)，獲得一個(gè)二維矩陣，即一幅C掃描原始灰度圖像。