Page 31 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 宋寿鹏等： 超声全聚焦成像中等声程线伪影剔除方法 529

全聚焦成像算法的核心思想就是利用全矩阵 椭圆圆心在其焦点的连线上，设椭圆圆心坐标O 为
′
数据 S 获取每个空域聚焦点的叠加声强，按声强 (A, 0)，此时等声程线方程为
大小在聚焦点成像。设声发射方向截面上任意点 (x − A) 2 y 2
P(x p , y p )处聚焦声场强度I(x p , y p )为 a 2 + b 2 = 1, y > 0, (3)
N N 其中，a为椭圆的长半轴；b为椭圆的短半轴。设该椭
∑ ∑
I(x p , y p ) = S ij (t ij (x p , y p )), (2) 圆的焦距为2d c ，则当发射阵元i的坐标为(x i , 0)、接
i=1 j=1
收阵元 j 的坐标为 (x j , 0) 时，2d c = |x j − x i |，圆心
其中， ( x j − x i )
为 x i + , 0 ，根据椭圆几何关系建立如下
2
t ij (x p , y p ) 方程组：
√ √
 √ √
2
2
2
(x i − x p ) + y + (x j − x p ) + y 2 2 2 2 2
p p 2a= (x p −x i ) +y + (x p −x j ) +y ,

= , p p (4)
c
 2 2
 2
表示 i 号阵元 (x i , 0) 发射，第 j 号阵元 (x j , 0) 接收， a = b + d .
c
聚焦点 P(x p , y p ) 处的波达时刻；c 为材料中的声速； 由式 (4) 解算出 a 和 b ，并代入式 (3) 可得到
2
2
截面 xOy 的坐标原点选为传感器阵列检测位置对 i 号阵元发射、j 号阵元接收时，P 点的等声程线
应的阵列几何中心。 方程为
将 I(x p , y p ) 按强度大小在截面上用色标表示， 4(x − A) 2
√
就可得到阵列在该检测位置对应的纵向截面上的 d + 2 d ip + d jp + d 2
2
ip jp
声场聚焦分布图，进而获取全矩阵数据采集模式下 4y 2
+ √ = 1, (5)
该截面的全聚焦图像。 d + 2 d ip + d jp + d 2 − (x j − x i ) 2
2
ip jp
1.2 全聚焦成像时伪影成因分析 其中，
√
由全聚焦成像算法可知，当 i 号阵元发射、j 号 (x p − x i ) + y ;
2
2
d ip =
p
阵元接收时，在空间存在一系列点使得阵元发射信 √
2
d jp = (x p − x j ) + y ;
2
号声程与阵元接收信号声程和相等，将这些声程和 p
相等的点连接起来，就形成了以i阵元和j 阵元几何 A = x j − x i + x i .
2
中心为焦点的椭圆，这些椭圆在试件形成的非闭合
等声程线伪影的产生是由于等声程线扩散，在
曲线就是等声程线。等声程线形成过程如图1所示。
成像时虚拟点存在伪影叠加，即可造成伪缺陷影像。
k i j 在图 1 中，若在 P 点和 W 点处都存在缺陷，Q 点处
x
不存在缺陷，等声程线f ijp (x, y)在P 点和Q点具有
O Oϕ
f ijp ↼x֒y↽ 相同的声场强度，同理等声程线 f kjw (x, y) 在 W 点
P
f kjw ↼x֒y↽ Q 和 Q 点也具有相同的声场强度，两等声程线都经过

W
Q 点，则 Q 点处的声强经过叠加之后加强。如果以
声强分布成像，就会在 Q 点产生较强的伪影。考虑

y 到目标体回波幅值在离表面较近时衰减小，所以近
图 1 等声程线形成示意图 表面伪影现象会更严重，这也是为什么在近表面处
Fig. 1 Isoacoustic contour formation schematic 伪影现象比其他区域更明显的原因。
diagram
2 有效等声程线判别及伪影剔除法则
在 相 同 的 收 发 阵 元 模 式 下 空 域 聚 焦 点
P(x p , y p ) 和 Q(x q , y q ) 到发射阵元 i 与接收阵元 j 的 在成像区域的每个聚焦点遍历全矩阵数据，可
声程和相等，因此两点处于同一等声程线上。由于 获得N ×N 条不同声强的等声程线。若P 点存在缺
等声程线构成的椭圆焦点在 xOy 平面的 x 轴上，且 陷，经过该点的等声程线叠加形成聚焦点合成声强，