相控阵超声图像约束二次规划复原方法研究

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1、国内图书分类号：TB553密级：公开国际图书分类号：681.8西南交通大学研究生学位论文相控阵超声图像约束二次规划复原方法研究年级二〇一五姓名孔垂硕申请学位级别理学硕士专业物理学指导教师罗林二零一八年四月ClassifiedIndex:TB553U.D.C:681.8SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONPHASEDARRAYULTRASOUNDIMAGERESTORATIONMETHODBASEDONCONSTRAINEDQUADRATICPROGRAMMINGGrade:2015Candidat

2、e:KongChuishuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:PhysicsSupervisor:LuoLinApril,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要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

3、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（minimummeansquarederror，MMSE）复原方法，分

4、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（SyntheticApertureFocusingTechnique，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

5、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。关键词：相控阵超声成像；超声图像复原；约束二次规划；超声高分辨成像西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractPhasedarrayultrasonicdetectiontechnologyiswidelyusedinthefieldofnondestructivetesting(NDT)duetoitsadv

6、antagesoflargedetectionarea,fastdetectionspeed,andhighdetectionaccuracy.However,inthedetectionprocess,duetotheeffectsofacousticwavediffraction,transducerandelectronicsystemelectricalresponseandenvironmentalnoise,theresolutionofthedetectedimageisreduced,andthequalityofthedetectedimageisde

7、graded.Inordertosolvetheaboveproblems,thisthesisstudiesthemethodofimprovingtheresolutionofthephasedarrayultrasonicimagebyconstrainedquadraticprogramming.Firstly,basedonthespatialimpulseresponse(SIR)theory,theacousticfieldcharacteristicsofthephasedarrayultrasonictransducer