Page 24 - 《应用声学》2025年第1期
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             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
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