相控阵超声图像约束二次规划复原方法研究

发布时间：2020-11-08 07:25

　　 相控阵超声检测技术因其检测面积大、检测速度快、检测精度高等优势,在无损检测领域中的应用越来越广泛,但在检测过程中,受到声波衍射效应、换能器以及电气系统电子响应、环境噪声等因素的影响,造成检测图像分辨率降低,检测图像质量下降,为了解决上述问题,本文研究了采用约束二次规划提高相控阵超声图像分辨率的复原方法。首先,以空间脉冲响应理论为基础,研究了相控阵超声换能器的声场特性,对相控阵线性阵列换能声场进行了模拟实验,分析了阵元数、阵元间距和阵元编转角度对相控阵超声换能器声场的影响,实验结果表明,采用空间脉冲响应理论的声场计算方法能够较好地反映相控阵超声换能器的声场,通过改变换能器的参数可以对声场进行调控,为下一步研究相控阵超声图像复原方法奠定了基础。在研究空间脉冲响应理论及相控阵超声声场特性的基础上,建立了融合声波衍射效应、换能器及电子系统电子响应和环境噪声的相控阵超声成像离散线性模型,在此基础上,研究了基于贝叶斯估计理论的最小均方误差估计(minimum mean squared error,MMSE)复原方法,分析了复原过程中提高收敛性的约束条件,结合相控阵超声成像线性离散模型,建立了基于约束二次规划优化的复原目标函数和复原方法。最后,通过仿真和实验对所研究的方法进行了验证,仿真实验结果表明,约束二次规划方法和MMSE方法的复原图像的分辨率优于超声合成孔径聚焦(Synthetic Aperture Focusing Technique,SAFT)方法,同时从实验结果可以看出,约束二次规划方法的分辨率改善能力和噪声抑制能力优于MMSE方法。通过Multi2000超声实验平台采集实际数据进行实验,分别采用SAFT、MMSE和约束二次规划方法对单个和多个缺陷实验数据进行成像,从横向分辨率和峰值信噪比对成像结果进行评价,实验结果表明,对于单个和多个缺陷的复原,约束二次规划方法的横向分辨率小于1.5mm,同时峰值信噪比较SAFT成像有12.92%~20.12%范围内不同程度的提高,验证了约束二次规划方法在复原相控阵超声图像上的有效性和可行性。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O221
【部分图文】：

了一套相控阵超声检测系统，该系统拥有 64 通道采样能力，能够很好的检测出纤维、奥氏体不锈钢焊缝等非均匀各向异性材料的缺陷，极大的提高了检测速度能够实现实时的三维成像效果。与此同时，一批国外公司近年来也相继推出相声检测系统和设备，如美国通用电气公司（GE）的 Phasor XS、Phasor 16/16 we本 Olympus 公司的 Omni Scan MX2、Omni Scan MX2，英国 SONATEST 公司的系列，法国 M2M 公司的 Gekko、Multi2000 系列等。（a）GE 公司相控阵超声探伤仪 （b）Olympus 公司相控阵超声探伤仪

43]、空间脉冲响应模型[44]等，其中，空间脉冲响本章利用空间脉冲响应模型计算矩形换能器声应tepanishen P. R.[45]提出空间脉冲响应理论：如图 性障碍板内，障碍板表面各处的法向振动幅值和各向同性的均匀介质内传播，那么空间内某一能器的空间脉冲响应(Spatial Impulse Response )t 的一阶导数的卷积，即如式(2-1)所示：( )( , ) ( , )nv tp r t h r tt 密度， h ( r , t )为即观测点处的 SIR。

图 2-2 矩形换能器的区域划分, y , z )投影到换能器所在x y平面，并将0)，并且有 x | x |, y | y|，以点 A 为第一区域： a x, y b ；第二区域：a 第四区域：0 x a, y b 。元各边相交弧处的圆心角 便可求得 SID A间的距离为id ，若投影点位于第四区1 23 4,, d a x d b yd x a d b y
【参考文献】

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本文编号：2874467