Page 17 - 应用声学2019年第2期

第 38 卷 第 2 期 韩晓丽等： 一种用于超声成像的零相位滤波后处理方法 163

在Matlab 中，利用设计的 FIR 和IIR 滤波器对 以18 − ϕ2排孔为检测时的主要目标，聚焦深度设为
射频回波信号进行 FRR 零相位滤波处理，对原始 50 mm。数据采样率为 50 MSPS，超声相控阵换能
回波信号进行 FIR FRR 和 IIR FRR 的滤波结果如 器中心频率为5 MHz。
图 4(a)和图4(b)所示。由图4可知，IIR FRR同FIR
FRR 一样，也可以实现零相位滤波的功能。滤波前 Ԕݽڀ ᭆᄱͯ ӊፏ үগᔵ ڏϸ ᡔܦ
ฉ஝૶ ໚ฉ ೝฉ ڊԍ᎖ ԫ૱ ڏϸ
后，FIR FRR 和 IIR FRR 的细节比较如图 5 所示，
两种情况输出信号的时间位置相同，在幅度上只有 图 6 超声成像后处理过程
较小的差异，造成差异的原因是两种滤波器的幅频 Fig. 6 Post-processing of ultrasonic imaging in-
volving zero-phase filtering
特性曲线并不是完全相同的。因此，在几乎一致的
幅频响应特性情况下，FIR 滤波器的阶数约为 IIR
滤波器阶数的 5 倍，理论上的运算量约是 IIR 滤波
器的2倍多。
25 mm
0.2
1-φ1
IIR FRR
FIR FRR
0.1
ॆʷӑࣨए 0 图 7 数据采集时试块和换能器位置示意图 ——单孔

Fig. 7 Test block and transducer position during
-0.1
data acquisition (single hole)

-0.2
0.030 0.032 0.034
t/ms
图 5 FIR FRR 和 IIR FRR 滤波结果的细节比较 ૱ᑟ٨˗ॷ
Fig. 5 Detailed comparison of FIR FRR and IIR
FRR results 18-φ1
18-φ2
R
R
3 IIR FRR用于超声成像后处理
16-φ1
为了比较 IIR FRR 和 FIR FRR 的超声成像效
12-φ1.5
果，设计两组成像实验，分别利用 FIR FRR 和 IIR

FRR对原始信号进行零相位滤波，然后经过相同的
其他后处理后获得超声成像结果，并对结果进行比
图 8 数据采集时试块和换能器位置示意图 ——多孔
较。从原始数据到成像的整个后处理过程如图 6 所
Fig. 8 Test block and transducer position during
示。两组成像实验分别为：(1) 单孔成像，(2) 多孔成 data acquisition (a row of holes)
像。采用由课题组自主研发的 UA special I 超声相
控阵系统采集一帧原始回波数据，采集时使用的试 3.1 基于IIR FRR 的超声成像
块和换能器的放置形式如图 7 和图 8 所示。图 7 中， 利用图 7 情况下采集的回波数据集，经过图 6
试块在深度 25 mm 处有一个直径为 1 mm 的通孔， 所示的处理过程，其中的零相位滤波的过程分别
相控阵换能器通过耦合剂与试块表面直接耦合，聚 利用 FIR FRR 和 IIR FRR 完成，最终形成如图 9
焦深度为 25 mm。图8 中的试块为标准的 B 型便携 所示的单孔成像结果。由图 9 可知，经 FIR FRR 和
式相控阵试块，由济宁模具厂生产，检测时换能器 IIR FRR 处理后的数据的成像效果几乎完全相同，
中心位于 18 − ϕ2 排孔最左侧两个孔的中间连线上， 视觉上难以分辨差异。