超声成像系统的动态孔径控制方法

动态孔径控制技术是超声成像系统的一个重要环节,良好的动态孔径控制技术能够有效地改善图像质量.在深入分析超声信号的合成波束分布规律的基础上,提出一种能够消除聚焦波束扫描死区的动态孔径控制方法.该方法根据探头阵元数对探测区域进行均匀的区域分割,计算得到完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的聚焦波束在该深度下所需的波束宽度,再根据不同探测深度的波束宽度反推该深度下所需的孔径大小.该方法不受探头参数特性改变,以及探测对象变化的影响,在超声成像系统具有普遍适用性.仿真成像表明:采用该动态孔径控制方法能够有效提高超声图像的整体质量.     

超声成像中基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法

针对传统动态接收聚焦DRF波束合成方法在超声成像中分辨率和探测深度方面存在的不足,提出一种基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法.首先利用单一固定焦点进行第一次聚焦;然后利用虚拟阵元的概念计算第二次聚焦的延时参数;最后再根据延时叠加波束合成的原理及动态聚焦技术进行第二次聚焦,得到最终成像的扫描线数据.为验证该方法的有效性,进行了点散射目标成像实验.实验结果表明:双聚焦波束合成的超声成像方法在一定程度上有效地调和了分辨率与探测深度之间的矛盾,提高了超声成像的质量.     

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

高密度聚乙烯管热熔接头的全聚焦成像实验分析

基于全矩阵数据捕获(FMC),利用全聚焦(TFM)成像技术,对高密度聚乙烯(HDPE)试块中不同深度(10～50 mm)的预制横通孔缺陷进行了全聚焦成像实验分析.在MATLAB软件中编写了全聚焦成像算法,并将全聚焦成像效果与超声相控阵扇形扫描成像效果进行比较.研究结果表明:全聚焦超声成像方法对于HDPE试块内部的横通孔缺陷,能够较好地实现缺陷位置的定位.在5 MHz频率探头的条件下,检测深度达到50 mm以上,深度定位误差在2 mm以内.相比于超声相控阵扇扫方法,本文方法的 ?1 mm缺陷最大幅值标准差从16.8 dB降低到了7.5 dB,?2 mm缺陷的最大幅值标准差从21.0 dB降低到了6.2 dB,有2～3倍的提升.     

基于叠前逆时偏移技术的Lamb波多损伤探测

通过地球物理勘探中的偏移技术解释波场后向散射和损伤成像,被证明是一种探测板式结构中多重损伤成像与探测的有效方法.集驱动、传感一体化方法可以用来激发和接受低阶反对称Lamb波.这种方法利用二维有限差分法模拟反射波和进行叠前偏移操作,并由Mindlin板理论的解析解验证数值计算的精确度.对于基于射线追踪概念的时间激励成像条件也被运用到损伤探测中.用叠前逆时偏移技术将损伤反射能量传播回来,同时对偏移后承受横向变形的板进行照相.这样损伤的位置、尺寸以及严重程度可以直观地展示出来.数值算例显示多重损伤可以被有效地探测到,并且损伤成像与目标损伤的特征密切相关.     

基于虚源的延时乘累加波束形成算法

为了提高超声虚源次序波束形成的成像分辨率，提出一种基于虚源的延时乘累加波束形成算法，即VS-DMAS(delay multiply and sum beamforming based on virtual source)算法.该算法将DMAS的思想引入虚源次序波束形成的第二阶段，利用DMAS算法中相乘耦合运算的特点，充分考虑信号之间的相干性，以抑制低回声区域伪影的产生，提高超声成像的分辨率和对比度.对该算法进行了点目标仿体仿真以及实体数据成像实验.结果表明，相较于常规的聚焦方式，VS-DMAS算法具有更低的旁瓣和更窄的主瓣，能够更好地将点目标从背景噪声中分离出来，随着深度的增加，依然有着较高的成像分辨率.且随着算法中p值适当增大，成像分辨率和对比度均有一定的提升.     

双频激励超声造影剂微气泡差频特性的理论和实验研究

超声参量阵效应产生的差频超声由于具有较小的衰减系数,能够有效提高传播深度而实现深层组织的超声成像.本文基于RPNNP方程,对双频激励超声造影剂微气泡所产生差频信号声压进行了理论推导,并用Runge-Kutta算法进行了数值模拟,对差频信号产生的条件包括激励声压、超声频率和气泡大小等进行了优化,同时用不同参数的双频信号辐射造影剂实现差频超声激发的实验研究,理论与实验结果均表明当双频信号的频率差接近气泡的共振频率时可以大幅度提高差频信号的声压(28 d B),获得高信噪比的差频信号,本研究为双频超声激励下造影剂差频成像的实际应用提供了研究基础.     

一种新颖超声换能器

该产品系一种非金属材料,如混凝土、耐火材料、岩石等超声控制中所用的换能器,频率约50KH_z～200KH_z,结构新颖,灵敏度高,抗干扰好,信噪比高.这种换能器为一组合排阵结构,由发射探头中间的孔内发射,增强换能器指向性,提高信噪比.这种换能器是可逆的,可以互换.另外,选择了低Q值机电转换系数大的压电材料,并且在压电材料前后进行阻抗匹配使其到达一定带宽,获得一二周期信号的波形,应用于检测厚度在35cm以内的混凝土可获得较好的反射波.这种换能器可适用于反射波超声控制,例如检测混凝土厚度内部缺陷、检测高炉耐火材料厚度以及巷道喷射混凝土厚度检测等.实施时需电子测量设备,利用一     

远探测声波测井多尺度相关法提取反射波

为解决通过f-k滤波法提取的反射波信噪比低、成像效果差的问题,提出了多尺度相关法提取远探测声波成像测井的反射波,把双树复小波变换和慢度时间相关法结合起来提取反射波,较好地抑制了直达波和噪声,提高了反射波的信噪比和相关性。实验数据及实测数据处理结果表明,多尺度相关法提取的反射波同相轴清晰、信噪比高,是一种反射波测井高精度的波场分析方法。     

超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

利用位置字典对的人脸图像超分辨率方法

针对基于稀疏表示的人脸超分辨率算法存在的字典尺寸大、训练时间长等问题,提出一种基于位置字典对的超分辨率重建方法.由于同一位置的人脸图像块具有相似的结构和内容,更有可能用相同的字典原子进行线性组合表示,因此把训练人脸图像按位置分块,首先为每个位置训练一个位置字典对,利用获得的多个位置字典对,对低分辨率测试人脸图像进行基本重建,然后应用残差补偿方法对位置块进行补偿.实验结果表明,由所提方法重建的人脸图像具有更好的视觉效果,与应用原始图像块进行稀疏表示的图像超分辨率算法相比,平均图像结构相似度指标值提高了0.082,同时字典训练时间缩短了约5倍.     

基于图像块相似性和补全生成的人脸复原算法

图像获取过程中,由于成像距离、成像设备分辨率等因素的限制,成像系统难以无失真地获取原始场景中的信息,产生变形、模糊、降采样和噪声等问题,针对上述情况下降质图像的复原问题,提出了适用于低分辨率,低先验知识情况下的人脸复原方法,通过基于图像相似性的期望块log相似性EPLL (expected patch log likelihood)框架来构建人脸复原效果的失真函数,利用生成对抗网络的图像补全式生成过程来复原图像。所提算法在加噪率50%以及更高情况下可以保持较好的人脸图像轮廓与视觉特点,在复原加噪20%的降质图像时,相比传统的基于图像块相似性的算法,本文算法复原结果的统计特征峰值信噪比PSNR (peak signal-noise ratio)与结构相似度SSIM (structural similarity)值具有明显优势。     

红外凝视系统中的微扫描技术研究

详细介绍了微扫描的原理,在对微扫描成像性能的评价过程中引入了像素传递函数的概念,并给出了在微扫描模式不同时的探测器阵列的像素传递函数及其曲线,给出了微扫描模式不同时的微扫描重建图像。通过理论和计算机仿真分析可知,微扫描能有效地减小频谱混淆,提高图像分辨率。     

基于共聚焦点道集的叠前深度偏移及其应用

共聚焦点叠前深度偏移是一种基于等时原理、通过检波聚焦和激发聚焦的双聚焦 (共聚型 )偏移实现地震成像的方法 ,它的关键技术是聚焦算子的计算。考虑到计算效率、精度和稳定性 ,提出了利用适于任意矩形网格的有限差分法计算聚焦算子的方法。为了提高成像信噪比和分辨率的精度 ,采用变孔径扫描叠加法获取了共聚焦点道集和聚焦点响应 ,进行了共聚焦点叠加和实现叠前深度偏移成像。模型的试算结果表明 ,利用此方法 ,在宏观速度场正确的情况下 ,能够实现地下构造的准确成像 ,尤其是明显提高了深层的信噪比。对实际资料的试处理说明 ,共聚焦点偏移的效果基本达到了利用FFD法获得叠前深度偏移的效果 ,而其计算效率主要取决于偏移孔径和计算网格的大小。     

Information extraction and CT reconstruction of liver images based on diffraction enhanced imaging

X-ray phase-contrast imaging (PCI) is a new emerging imaging technique that generates a high spatial resolution and high contrast of biological soft tissues compared to conventional radiography. Herein a biomedical application of diffraction enhanced imaging (DEI) is presented. As one of the PCI methods, DEI derives contrast from many different kinds of sample information, such as the sample's X-ray absorption, refraction gradient and ultra-small-angle X-ray scattering (USAXS) properties, and the sample information is expressed by three parametric images. Combined with computed tomography (CT), DEI-CT can produce 3D volumetric images of the sample and can be used for investigating micro-structures of biomedical samples. Our DEI experiments for liver samples were implemented at the topography station of Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF). The results show that by using our provided information extraction method and DEI-CT reconstruction approach, the obtained parametric images clearly display the inner structures of liver tissues and the morphology of blood vessels. Furthermore, the reconstructed 3D view of the liver blood vessels exhibits the micro blood vessels whose minimum diameter is on the order of about tens of microns, much better than its conventional CT reconstruction at a millimeter resolution. In conclusion, both the information extraction method and DEI-CT have the potential for use in biomedical micro-structures analysis.     

品质因子估计与地震波衰减补偿研究

精确计算地层品质因子以及反Q滤波处理,是提高地震资料分辨率的重要手段。针对品质因子估计,采用数值模拟的方式系统研究了谱比法、质心频移法和峰值频移法,发现在三类方法中谱比法的精度和稳定性最高;针对反Q滤波,系统研究了基于稳定因子和基于反演的两类反Q滤波方法。对比结果表明,两类方法基于的模型和利用的品质因子虽然有所不同,但均能够对地震波传播过程中的振幅衰减和相位畸变进行稳定而有效的补偿和校正。     

一种基于加权多准则的火炮爆炸场中高温火球三维温度场的迭代重建算法

针对爆炸场温度高、温度动态范围大、不可直接测量、温度场重建难以取得较高精度等问题,改进了一种在图像重建中广泛应用的联合代数重建（simultaneous algebraic reconstruction technique,SART）算法,以实现爆炸场中温度场的重建。该改进方法将原算法迭代固定步长改为自适应步长,通过判断相邻像素间是否产生畸变来决定迭代步长的大小,无畸变时迭代步长较大,有畸变时则加入惩罚使迭代步长变小;并在SART算法满足的最小二乘准则中加入均匀性准则,提高重建质量。通过仿真实验讨论了惩罚区域和惩罚系数对重建图像质量的影响,并对比了传统SART算法和在校正项中加入惩罚的SART算法。实验结果表明,由于改进方法在迭代系数中加入了惩罚项,得到的重建图像质量更高。     

Schmidt和Angel结构的龙虾眼X射线成像系统性能对比研究

Schmidt型和Angel型的X射线成像系统通过仿生龙虾眼睛微通道结构实现全反射聚焦成像,相比传统的X射线成像方式,具有大视场、高空间分辨率和能量获取能力。研究两个龙虾眼基础结构模型,根据X射线掠入射反射理论,分析对比了Angel和Schmidt结构光线入射焦面时的分布和空间分辨率,并用tracepro软件建立模型仿真验证了两种结构龙虾眼在聚焦和成像时的接收光/发射光、最大值/十字臂、最大值/本底、十字臂/本底多个性能参数。理论分析和仿真结果表明,当龙虾眼透镜焦距较长和通道长宽比大约为50时,由于多次反射时的聚焦及成像,Schmidt模型比Angel模型的信噪比等主要参数高,空间分辨率低;当龙虾眼透镜焦距较短和通道长宽比大约为10时,由于单次反射时的聚焦及成像,Schmidt模型比Angel模型的信噪比等主要参数低,空间分辨率几乎一样。     

MART算法快速高质量图像重建研究

ART(Algebraic Reconstruction Technique)算法是一种典型的迭代图像重建算法,适合于不完全投影数据图像重建。为了提高乘型ART(Multiplicative ART, MART)算法的重建质量,提出了一种基于亚像素的图像重建方法。首先将原始图像中的每个像素等分解为四个亚像素,然后提出一种高效的射线与像素的求交算法来计算权因子和亚像素索引,利用MART算法重建得到高分辨率重建图像,最后通过合并亚像素图像得到原始分辨率的高质量重建图像。实验结果表明文中提出的方法非常有效,与传统方法相比取得了3倍以上的重建加速比,图像重建质量显著提高。