[發明專利]一種具有波數域吸收邊界條件的相位偏移超聲成像方法

在審

• 申請號: 202210696364.2
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115112768A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 趙朋;紀凱鵬;卓超杰;傅建中
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/42;G01N29/44
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 王于敏

本發明提供一種具有頻率波數域吸收邊界條件的相位偏移超聲成像方法，利用設計的窗選算子將波場再頻率空間域分為左右兩個邊界波場和中間區域波場，通過同時對三個波場進行傅里葉變換、波場外推，并對外推后的三個波場進行疊加得到當前層在頻率波數域的波場，在邊界區域根據入射波的波數進行濾波，實現吸收波場外推過程中數值邊界造成的偽反射波的效果，從而提高波場重建的精度；將當前層在頻率波數域的波場轉換到頻率空間域，并作用補償算子，最后作用成像條件，得到當前層的成像結果。遍歷所有離散層，整合得到工件的成像結果。本發明能夠同時適應在均勻或非均勻介質中采集到的線掃數據和相控陣數據，通過提高波場重建的精度來提高成像質量。

技術領域

本發明屬于檢測方法技術領域，具體涉及一種具有波數域吸收邊界條件的相位偏移超聲成像方法。

背景技術

超聲相控陣成像因其便攜性、可靠性和相對較高的精度在無損檢測 (NDT)中處于突出地位，它在檢測組件中不可見的缺陷或損壞方面十分有效。相控陣常用的兩種數據模式分別為線掃描(B-scan)和全矩陣(FMC) 數據。線掃描數據對采集設備要求不高，易于獲取和處理，但數據中信息有限，導致成像結果信噪比(SNR)低。FMC數據的出現改善了這一現象，它捕獲每對激發和接收振元的時域信號，包含了測量對象的更多信息。隨著應用領域的不斷拓展，多層結構中零件的超聲相控陣成像已成為研究熱點。在這些情況下，當介質的聲速在水平和垂直方向上發生變化時，對成像方法提出了更大的挑戰。

相位偏移(PSM)是超聲成像中的一種重要方法。它將測量數據視為表面上的波場，通過波數-頻域的外推重建出測量區域的波場。相位遷移首先用于處理線掃描數據，用來對層狀介質中的缺陷進行成像。Martin通過引入Stolt插值提高了相位偏移方法的計算效率。進一步，Wu等人將相位偏移拓展到處理全矩陣數據，來成像層狀介質中的孔洞缺陷，Ji等人提出了一種用于層狀介質超聲全矩陣成像的高效相位偏移方法。在以上應用中介質的聲速僅在垂直方向上變化。對于聲速的橫向變化，Jin等人引入了分步遷移法來處理B掃描數據，它利用相移因子來補償橫向變化。 Chang等人引入了非平穩相位偏移方法來處理全矩陣數據，該方案在每個深度處根據聲速來劃分波場，并采用相應的聲速進行波場外推。因此，基于相位偏移的方法可以處理處B掃描和FMC數據，也可以適應存在垂直和橫向聲速變化的介質。

重構測量區域的波場然后實施成像條件是獲得高質量缺陷圖像的基本思路，其中第一步是各種方法的核心。全波方程偏移(逆時偏移)能夠適應介質中復雜的聲速分布，具有較高的精度，但它要求較高的內存和計算時間。單向波動方程偏移通過采用近似頻散方程來簡化全波動方程，它的效率有所提高，但每個向下外推步驟都需要有限差分算子，這使得時間成本依然很高。為了進一步提高成像效率，相位偏移采用相移算子實現波場的向下外推，它實際上是假設聲速橫向均勻的單向波動方程的解。在進行波方程偏移時，計算區域的邊緣會出現偽反射，因此吸收邊界條件對于這些方法高精度重建波場并保證成像質量至關重要。相移偏移源于波動方程偏移，因此在邊界處也會出現偽反射。然而，目前缺少關于相位偏移中波場外推的吸收邊界條件的研究。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種具有波數域吸收邊界條件的相位偏移超聲成像方法，該成像方法利用窗選算子將上一層頻率空間域的波場劃分為左邊界波場、中間區域波場和右邊界波場三個部分，并在外推的過程中對兩個邊界的波場分別使用濾波器吸收入射波，減少了成像結果中的偽反射波，提高了成像質量。

一種具有波數域吸收邊界條件的相位偏移超聲成像方法，包括以下步驟：

(1)對工件的成像區域進行離散化處理，在深度方向上形成多個離散層；

(2)將工件的測量數據轉換到頻率空間域，得表面波場；

(3)以表面波場作為第一層在頻率空間域的波場，按照由上至下的順序選取任一未遍歷層作為當前層，應用窗選算子將上一層在頻率空間域的波場分為左邊界波場、中間區域波場和右邊界波場；