有限衍射波高帧率超声成像研究综述

对高帧率超声成像方法进行综述,介绍基于加权处理的高帧率成像方法、改进的高帧率超声成像方法、基于方波加权的高帧率成像方法和其他形式的高帧率成像方法,还分析了高帧率成像方法中的阵元数量、图像质量与帧率等问题.     

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。     

超声三维成像技术的研究应用

把人体内的组织形态及生理功能用图像显示,以对疾病进行非侵入性诊断,是现代医学诊断发展的一大特点。医学图像作为诊断和治疗规划的工具,在现代医学临床中已必不可少。多种图像诊断技术竞相发展,如目前普遍采用的医学成像技术包括Ｘ线计算机断层扫描（Ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ－ＣＴ）、核磁共振成像（Ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏ－ｎａｎｃｅｉｍａｇｅｓ－ＭＲＩ）、正电于发射断层扫描（Ｐｏｓｉｔｒｏｎｅｍｉｓ－ｓｉｏｎｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ－ＰＥＴ）和超声成像（Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｉｍａｇｅｓ）,为医生提供了…     

三维超声成像的新技术及发展趋势

三维超声成像是利用超声检测原理无损地显示人体内部形态结构的三维体积成像技术，具有操作安全、使用灵活、形象直观、信息量大以及应用前景广阔等优点，近年来得到较快发展。本文从三维数据的采集技术、三维成像的图象处理技术、三维图象显示技术、专用三维成像处理系统以及其它创新方面分析了三维超声成像的新技术及发展趋势。     

基于FPGA的合成孔径超声成像波束合成设计

合成孔径超声成像,因其可以利用少量超声传感器得到高分辨率及高对比度超声图像而成为现代数字医学超声成像常采用的方法.传统合成孔径方法的复杂性限制了实时成像系统的成像速度.对比传统的定制目标区域及非均匀采样的成像方法,利用高速数字电路设计出了应用于多阵元合成孔径超声成像系统的均匀采样波束合成算法,并利用现场可编程门阵列(FPGA)技术进行硬件实现.使用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C8Q208C8芯片,利用同步动态随机存储器(SDRAM)存储回波数据,数据经延时叠加及加权处理后通过USB送入PC端成像.系统测试结果表明:采用流水线结构及并行数字电路,FPGA可以在高速时钟下完成合成孔径超声成像的波束合成算法,结果精确高效,可以运用于实时成像系统.     

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率.为解决这一问题,提出一种新体制雷达--逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像.分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案.仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像.     

衍射成像的分析与模拟

在讨论点源衍射的基础上,分析了衍射成像的基本原理,然后通过计算模拟探讨了影响衍射成像的因素,有利于改进光的衍射的教学以及培养学生理论分析和模拟计算的能力。     

基于电磁式位置传感器的超声三维成像系统中的定标方法

为在基于电磁式位置传感器的三维超声成像系统中 ,准确而快速地寻找到电磁式定位系统中接收器与图像平面间的空间关系 ,设计了一种利用三棱锥 /四棱锥模型的几何特性来计算定标参数的方案。这种新方法不仅减小了超声束在远场发散对定标精度的影响 ,而且提高了定标效率。物理实验证明系统在稳定性、三维重建精度和准确度方面具有良好的性能     

基于弧形阵列的板中超声导波成像检测

弧形阵列对其所在圆弧中心的重点区域进行超声导波成像检测,具有比直线阵列成像更高的横向分辨率。该文介绍了板中超声导波弧形阵列成像检测实验系统构成,详细分析了弧形阵列聚焦图像的椭圆簇轨迹特征,结合合成孔径聚焦讨论了其成像原理。该椭圆簇轨迹特征可用以分析、解释、改进图像的横向分辨率。成像实验表明:基于椭圆簇轨迹特征的合成孔径聚焦原理可用于弧形阵列成像检测,适当减小成像采样步距可使图像灰度更加平滑,成像采样距离为导波波长的1/3时成像效果最好;在圆心角小于散射点的声波散射开角时,增大阵元间距和弧形阵列圆心角可显著提高图像横向分辨率。该研究有助于将弧形阵列超声导波成像技术应用于大尺度板结构无损检测。     

基于有限脊波变换的多聚焦图像融合新算法

提出了一种基于有限脊波变换的多聚焦图像融合算法,针对有限脊波变换的特点和多聚焦图像的基本特点,低频系数采用取平均的融合策略,高频系数采用局部能量取大并进行一致性校验的融合策略.仿真实验的主客观性能分析表明,提出的融合方法具有较好的融合效果.     

多子阵合成孔径声呐成像研究

针对多子阵合成孔径声呐(SAS)成像运算量大及忽略相位误差导致的成像效果不佳等缺点,该文在深入分析了多子阵SAS的两类系统相位误差基础上,分别提出了改进的逐点和逐线成像算法,形成了新的多子阵SAS系统方案设计。新方法在提高测绘率同时,能够显著降低运算量并改善成像效果,仿真实验也证明了新方法的正确性。     

基于周期阵列抽样孔的非迭代实时相干衍射成像

提出了一种从远场衍射强度图样实现实时相干衍射成像的非迭代方法．该方法利用特殊设计的周期正方阵列抽样针孔对待测物体的菲涅耳衍射场的波前进行抽样,用CCD记录其远场衍射图样．在计算机中对其处理,可以直接从远场衍射图样的逆傅里叶变换中提取物波的抽样复振幅数据,再利用标量衍射理论对物体重现．因为该方法只需要对一幅远场衍射图样进行测量,避免了迭代算法,而且从理论上不需要透镜,它可以在较广的波长范围内实现实时相干衍射成像．     

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.     

衍射图样与衍射孔径的相似性研究

讨论了光波通过孔径发生Fraunhoffer衍射后的衍射图样的特点，研究发现：衍射图样的中心亮斑的几何结构与衍射孔径相似，这对于理解和确定（或预测）光波通过孔径后的衍射行为具有一定的意义。     

椭圆矢量高斯光束多孔衍射的光强分布

目的：分析奇异光束多孔衍射的精细结构。方法基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,研究矢量椭圆高斯光束三孔衍射的光强分布。主要讨论在轴上、离轴和不同横截面处,精确光强表达式波印廷矢量〈S z 〉的变化规律。结果分析表明：在共轴情况下,参数 f 对〈S z〉的影响起重要作用,Δ和Λ也能影响光强的演变。而对于离轴情况,在其横截面上,等光强线先是椭圆,在 z／λ＝2．4591时,变为圆形,而后又变成椭圆,但其长、短轴方向交换了位置,通过横向光强等高线,可以更清楚地看出光波的这种演化规律。结论可以通过合理选择光学参数,控制多孔衍射对光束传输质量的影响。     

基于非参数统计的综合孔径图像弱小目标检测

针对综合孔径微波辐射图像中目标和复杂背景的边缘振荡对目标检测带来的影响,提出一种基于非参数统计的弱小目标检测方法.在对综合孔径辐射图像特征进行研究的基础上,采用非参数统计中的秩统计量描述图像中目标及复杂背景边缘的过渡纹理,给出综合孔径辐射图像的非参数统计描述模型,利用目标及复杂背景边缘各方向秩相关系数不同的特征,将目标与复杂背景有效地分离,实现对复杂背景的抑制和目标检测.仿真及实验结果表明该方法能有效地对综合孔径辐射图像中的弱小目标进行检测.     

3D光学图像可视化的教学研究

科学计算能实现光学图像的三维可视化,比较于二维图形更能给人直观和立体的感觉。重点介绍三维光学图像可视化实现的计算机实验,科学计算是光学教学必备手段和最佳有效方法,所以对光学图像进行三维可视化的教学研究,在具有革命性变化的人与计算机直接交流过程中,将极大程度地提高教学的工作效率;在正确理解光学原理及规律和计算机实验可以灵活设置可控参数的基础上,能激发学生探索和发现光学世界的奥秘,从而调动学生的学习积极性。