Page 24 - 《应用声学》2025年第1期

20 2025 年 1 月

1.2.5 相控阵全聚焦成像 Q，则总共需采集 Q × N 组信号。相应的数据集矩
全聚焦方法 (Total focusing method, TFM)在 阵维度为S × Q × N。由于声束的偏转次数Q在通
发射声束时不在检测范围内聚焦，而在接收时对区 常情况下远小于相控阵探头的阵元数量 N，因此相
域中的各点进行聚焦。它常常结合全矩阵采集(Full 比 FMC，CPWI 的数据采集、存储和处理过程要更
matrix capture, FMC) 方式所获得的数据进行使 加快捷简便，检测范围更大，同时也能保持较高的成
用，形成全矩阵采集 -全聚焦方法 (又称为双全法， 像质量 [48−49] 。
FMC-TFM)。FMC采用的是单个阵元发射、全部阵 进一步，若将全部阵元所发声束的虚拟源置于
元接收并依次切换发射阵元的检测模式 [42] 。对于 阵列相对于检测区域的后方，则可以形成波束角更
一个具有 N 个阵元的线性阵列，当第 i 个阵元发射 大、覆盖范围更宽的发散波 [50] (见图 9(b))。类似
声束时，N 个阵元各需进行一次回波采集。执行完 地，若控制发散波偏转不同角度并进行声束的相干
N 次发射总共需采集 N × N 组信号 [27] 。若以离散 复合以获得高质量的检测图像，则称为相干复合发
点的形式对信号进行存储，则最终的数据集将会是 散波成像 (Compounding diverging wave imaging,
一个 S × N × N 的三维矩阵 (S 为一组信号的序列 CDWI) [51] 。与TFM进行结合，可以形成发散波-全
点数)。在此基础上，FMC基于DAS 方法，通过对数 聚焦方法 (DWI-TFM)。发散波的偏转角度取决于
虚拟源相对阵列中心阵元的设置位置。相比 FMC，
据集进行后处理，实现检测区域各点的聚焦，获得相
CDWI同样能够实现高质量的快速成像。
应的图像 [43] 。原理图如图 9(a) 所示。具体而言，对
于检测区域中位于 (x, z) 处的目标点，声波从位于
(x i , 0)点的阵元i发出、经目标点再被位于(x j , 0)点
的阵元j 接收到所需的时间为
√ √
[ ]
2 2 2 2
t ij (x, z)= (x i − x) +z + (x j − x) +z /c.
(8)
ᐑཥགͯᎶ
以式 (8) 所得时刻对应的信号幅值作为目标点处的
像素值，并对不同发射和接收阵元的结果进行融合，
可得目标点处的最终像素值： ᄱ଍᫼᫼Ћ
(a) ЛᐑཥԔေ [52]
N N
∑ ∑
I FMC−TFM (x, z) = s ij [t ij (x, z)]. (9)
LDx LDx
i=1 j=1
采用上述流程对检测区域中各点的像素值进行计
算，即可获得最终的成像结果。FMC-TFM 检测精
φ
r f
度高、算法灵活，可以实现对微小缺陷和复杂缺陷
 SSS i SSS L-  SSS i SSS L-
的高精度成像 [44] 。其缺点有两方面 [45] ：一是单阵
元发射功率有限，容易导致较低的信噪比；二是逐次 θ w
Dx Dx
发射使得信号的采集、存储和处理都需要消耗大量 θ w r  r 
的时间，相应地限制了成像的帧率。
相比于 FMC-TFM，基于相干复合平面波成像
l w l w
(Compounding plane wave imaging, CPWI) 的平
(b) ࣱ᭧ฉ֗ԧஙฉฉౌᝈᄊࠫඋ [53]
面波 -全聚焦方法 (PWI-TFM) 具有更高的成像效
图 9 全聚焦成像
率 [46] 。该技术采用的是全部阵元发射、全部阵元接
Fig. 9 Total focus method
收的模式。每次检测时，会对各阵元施加偏转延迟
以发射不同偏转角度的平面波，同时采用全部 N 个 1.3 线性阵列拓扑成像
阵元采集回波信号，最后再将不同角度的信号相干 上述的相控阵成像方法都是通过人为设定
叠加以获得最终的成像结果 [40,47] 。若偏转次数为 各阵元时延的方式实现声束的聚焦。除了该方