Page 33 - 《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 531

为了初步判定伪影区域，避免全局搜索，通过 为 100 MHz，每个 A 扫信号有 903 个采样点，任取
提取成像图中缺陷和伪影的边缘获得成像图中的 全矩阵中单路回波A扫信号如图4(b)所示。
处理候选区域。Canny 边缘检测方法以其低错误
率、最优定位和单边缘性 3 大优势，被认为是最成
功的边缘检测方法之一 [19] 。利用 Canny 算子获取
图像处理候选区边缘。并将这些区域拟合为U 组矩
形图像处理候选区域。比较所有区域的平均有效声
程线相交数目，即该区域中平均每个微元的等声程
线相交数目。当某区域的平均有效声程线相交数目
小于 U 组候选区域中最大平均相交次数的一半时，
认定该区域为伪影区域 [17] 。需要注意的是声程差
别导致的声能衰减，因而原始图像在不同深度的缺
陷处，其图像强度仍存在较大差别。因此需将各区
域分组比较，划分准则是将被测试件同一深度的区
域作为一组，若候选区域相交也认定为同一组，即 图 3 试块缺陷分布示意图
可将 U 个候选区域划分为 O 组 (1 6 O 6 U)，每组 Fig. 3 Defect distribution diagram of test block
H(1 6 O 6 U) 个。由于目前常用的阵列性能指标
(Array performance indicator, API) 需计算图像中
从幅值最大值下降到 −6 dB 之内的所有像素点的
面积对成像质量做出评判 [11] ，因此通过候选区域内
同一组内图像的强度 −6 dB 值作为判断依据，认定
此组内存在某区域平均幅值下降到该组最大平均
幅值的 −6 dB 以下时为伪影，以达到进一步剔除伪
影的目的。

3 仿真试验

为了验证上述方法的有效性，选取直径通孔
类和槽类标准缺陷试块在 Field II 平台进行声场仿
真试验，试块及缺陷几何分布如图 3 所示，试块 I
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为直线槽缺陷试块，其中缺陷 1 的尺寸为 5 mm×
3 mm × 2 mm，试块 II 为横通孔缺陷试块，其中缺
#
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陷2 、3 、4 、5 直径均为1 mm。选用1 × 16的超
声线阵，阵元的中心频率为 4 MHz，阵元中心距为
1.0 mm，阵元长度为 10 mm，阵元间距为 0.1 mm。
待检测试块为钢材料，声速为 5900 m/s，成像区域 图 4 仿真波形
微元大小设置为 0.1 mm × 0.1 mm，成像幅值以分 Fig. 4 Simulation waveform
贝值表示，范围为[0 dB,−20 dB]。
对仿真环境和阵列各参数进行初始化设置后， 获取全矩阵数据后设置成像区域聚焦点微元
即可获取当前检测环境下的全矩阵数据，本文共 大小，根据第1 节全聚焦成像原理，可求得所有聚焦
可获得 16 × 16 个 A 扫信号组成的全矩阵数据。以 点最终声场强度。不同缺陷的TFM原始图像如图 5
图 3(b) 的试块为例，当阵元激励为加汉宁窗的正弦 所示，成像幅值以分贝值表示，可看出在近表面缺陷
信号时，其波形如图 4(a) 所示；本文仿真采样频率 处由于等声程线叠加产生的伪影现象明显。