[發明專利]高精度構建三維聲場的方法、系統、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202210936217.8
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115358143A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 江雪;張傳鑫;他得安
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06T17/00;G06F119/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種高精度構建三維聲場的方法、系統、設備及存儲介質，可適應任意聲學相控陣或超材料，包括幾何特征如發射單元尺度、數量、位置及聲輻射性能，針對不同類型的發射單元進行優化；使用聲全息算法，通過迭代優化，充分利用相控陣或超材料的性能，高精度構建任意三維聲場分布，例如構建空間多波束、多焦點和空間中任意聲強的分布，生成任意聲學圖像等；實現聲能量的高精度控制，包括空間位置和分布強度的準確性，提高聲學手段在消費電子、生物醫學工程和水聲探測等領域中的應用體驗。該聲全息算法計算基于明確物理過程，在計算聲傳播過程中使用卷積或頻域計算，計算速度快，可實時計算，用于實時高精度三維聲場分布的構建。

技術領域

本發明屬于聲全息算法的技術領域，尤其涉及一種高精度構建三維聲場的方法、系統、設備及存儲介質。

背景技術

聲場精準調控在消費電子、生物醫學工程和水聲探測等領域均有廣泛應用。例如定向傳音，實現聲波的強指向性發射，超聲手勢識別等。生物醫學工程中，人體內超聲消融，超聲刺激等，均需要高精度的聲場構建，否則無法實現消融或刺激等功能，若無精度保證，會給患者帶來不可預知的風險。

并且，在利用聲懸浮技術對多個粒子進行三維操控時，也需要高精度的三維聲場構建，才能將微粒控制在所需的位置，實時的微粒移動也需要借助可以實時運算的聲場構建算法。

傳統算法實現的功能有限，不支持多種聲場的構建運算；同時因為不同聲場之間無法解耦合，所以無法通過簡單線性疊加就實現多個聲場的構建，所以更無法在同時構建不同類型的聲場。傳統算法無法精準控制聲強，即無法精準控制聲能量的分布和強度；同時因為在調節某處的聲強時，也會對總聲場中的其他組成部分產生影響，所以更無法對多個目標聲場分別進行精準能量控制。傳統算法應用范圍有限，比如只能應用于規則輻射表面，等間隔排布陣列，各陣元尺寸一致，平面聲源等簡化情況下；同時也不能針對相控陣和超材料等不同性能表現的輻射單元進行優化。

發明內容

本發明的目的是提供一種高精度構建三維聲場的方法、系統、設備及存儲介質，可設置各種復雜的發射模型，可針對規則模型進行復用加速，可充分利用相控陣或超材料的性能(包括輻射特性和一致性誤差等)，高精度地構建任意三維聲場分布，實現多種類型聲場的同時高精度構建，可實現聲能量的高精度控制，包括空間位置和分布強度(聲強)的準確性；提高聲學手段在消費電子、生物醫學工程和水聲探測等領域中的應用體驗。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種高精度構建三維聲場的方法，適用于聲學相控陣或超材料構建三維聲場，包括：

根據發射設備的性能參數，初始化聲全息算法；

構建初始聲場，作為待構建三維聲場的參考分布；

仿真聲傳播過程，將目標聲場反向傳播至發射平面；

獲取反向傳播至發射平面處的聲場分布的反饋信息，計算發射平面的發射參數；

根據發射平面的發射參數，將目標聲場正向傳播至初始聲場的位置，獲取正向傳播的聲場分布信息，判斷目標聲場的構建質量是否滿足預設要求，若是，則完成三維聲場的構建；

若否，則根據正向傳播獲取的聲場分布信息及參考分布，修正目標聲場，將修正后的目標聲場反向傳播至發射平面，獲取反向傳播至發射平面處的聲場分布的反饋信息，計算發射平面的發射參數，直至發射參數滿足預設要求。

根據本發明一實施例，所述根據任意發射設備的性能參數，初始化聲全息算法進一步包括：

根據發射設備的特性，定義輻射源；

根據發射設備的發射單元的頻率、形狀、尺寸、位置及角度，自動生成網格；