Page 164 - 《应用声学》2024年第1期

第 43 卷 第 1 期 Vol. 43, No. 1
2024 年 1 月 Journal of Applied Acoustics January, 2024

⋄ 研究报告 ⋄

面向开环扫描系统的超声图像畸变校正方法 ∗

张金英 1,2† 史亦凡 1† 吴先梅 3,4

(1 精密光电测量仪器及技术北京市重点实验室 北京理工大学光电学院 北京 100081)

(2 北京理工大学长三角研究院 嘉兴 314001)
(3 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100090)
(4 中国科学院大学 北京 100049)
摘要：超声显微成像技术广泛应用于工业无损检测领域。相较于闭环、半闭环扫描系统硬件复杂、成本高，开
环扫描系统结构简单、成本低，但由于无反馈机制会导致步进电机的非线性运动引起图像像素错位畸变。因
此，消除非线性运动带来的错位畸变是采用开环扫描系统实现高质量超声成像的关键。该文提出集最大值投
3
影法、最大类间方差法和中心坐标校正法于一体的 MIP-Otsu-C M 方法，对开环扫描系统获得的硬币回波数
据采用最大值投影法获取初始灰度图像，采用最大类间方差法获取感兴趣区域的Ｂ扫描图像边缘像素位置，
并采用中心坐标校正法成功消除像素错位，解决了超声Ｃ扫描图像畸变问题。对消除错位畸变的回波数据进
行飞行时间法和傅里叶变换法图像重建，直接获得了非畸变的三维图像和透视图像。该新颖算法也验证了最
大值投影法可拓展至图像畸变校正应用。
关键词：超声显微成像；开环扫描系统；畸变校正；最大值投影；最大类间方差法
中图法分类号: TH878+.2; TH89 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2024)01-0160-09
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2024.01.019

Ultrasonic image distortion correction approach for open-loop scanning system

ZHANG Jinying 1,2 SHI Yifan 1 WU Xianmei 3,4

(1 Beijing Key Lab of Precision Optoelectronic Measurement Instruments and Technology, School of Optics and Photonics,
Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
(2 Yangtze Delta Region Academy of Beijing Institute of Technology, Jiaxing 314001, China)
(3 State Key Laboratory of Acoustic, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100090, China)
(4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract: Ultrasonic microscopy is widely used in industrial nondestructive testing. Compared with the
closed-loop and semi-closed-loop scanning systems, the hardware structure of the open-loop scanning system is
simple and the cost is low. However, the non-linear motion of the stepping motor will lead to image distortion
of the pixel dislocation due to the lack of feedback mechanism. Therefore, eliminating the dislocation distortion
caused by nonlinear motion is the key to realize high-quality ultrasonic imaging using open-loop scanning
3
system. In this paper, a MIP-Otsu-C M method is proposed. It integrates the maximum intensity projection
(MIP) method, the maximum between-cluster variance (Otsu) method and the central coordinate correction
3
method (C M). For the echo data obtained by the open-loop scanning system, the MIP method is used to

2022-08-13 收稿; 2022-10-10 定稿
国家自然科学基金项目 (62174012, 61704166), 国家重点研发计划项目 (2018AAA0100301)
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作者简介: 张金英 (1982– ), 女, 山东济南人, 博士, 研究员, 博士生导师, 研究方向: MEMS 及超声、光声、光热成像。
† 通信作者 E-mail: jyzhang@bit.edu.cn; 3120200636@bit.edu.cn