合成孔徑超聲成像信號相位畸變的自適應校正技術研究

《合成孔徑超聲成像信號相位畸變的自適應校正技術研究》是依託西南交通大學，由高曉蓉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：合成孔徑超聲成像信號相位畸變的自適應校正技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高曉蓉
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

超聲合成孔徑成像是結構材料無損檢測的主要技術，進一步改善超聲圖像信噪比和解析度，提高實時性，一直是該領域的重要課題。本項目擬通過理論分析、數值模擬和實驗驗證等手段，根據換能器相位延遲與成像波前的關係，採用自適應技術實時控制相位延遲，並通過成像目標函式判斷校正的成像質量，達到校正波前畸變目的，從而實現高分辨成像。首先建立超聲合成孔徑成像理論模型，通過數值模擬，研究相位延遲與成像波前、成像解析度之間的關係。其次，根據自適應校正技術原理，建立通過相位延遲控制成像波前的數值模型，並研究實現自適應校正的最最佳化方法，在此基礎上，研究通過FPGA與DSP相結合的技術，建立超聲合成孔逕自適應成像實驗系統。本項目還將基於圖像配準方法，研究提高超聲圖像信噪比的方法。通過上述研究，全面認識超聲合成孔逕自適應高分辨成像的理論和技術原理，並提出今後的研究策略，為進一步研究實際套用系統，提供理論基礎和實驗數據。

結題摘要

本項目針對非均勻介質條件下如何提高超聲合成孔徑成像質量的問題，包括提高超聲成像信噪比、解析度和實時性，深入開展了以下幾個方面的研究：首先研究了非均勻介質超聲合成孔徑成像原理和模擬方法，建立了通過隨機相位屏的方式，模擬介質非均勻對超聲傳播信號相位的影響，實現了超聲合成孔徑在非均勻介質情況下的成像模擬，為研究超聲合成孔徑信號相位校正技術，提供研究試驗數據，奠定了基礎。另一方面，我們重點研究了非均勻介質條件下的超聲合成孔徑信號相位校正原理和技術實現方法，建立了基於多信號互相關的自適應相位校正模型和方法，並通過實驗進行了驗證，實現對超聲通過非均勻介質傳播信號相位畸變的有效校正，明顯提高了超聲合成孔徑成像的信噪比和解析度指標。同時，研究了基於FPGA並行處理技術的超聲合成孔徑快速成像技術，設計了兩種方案：一種是基於距離計算的處理方案，設計了遞歸距離計算模組結構，實驗結果顯示該方案FPGA的運行頻率達到166.7MHz，32單元處理時間約為16毫秒；另一種是基於距離索引，將距離值存儲於FPGA的RAM中，通過索引的方式獲取，實驗結果顯示實際處理時間約為9毫秒，相比前一種設計處理速度提高了63%，並可用於更大成像範圍的處理。其次，我們研究了基於基於稀疏的超聲合成孔徑成像降噪方法，實驗結果表明：通過稀疏表示超聲合成孔徑信號數據，可以極大減少數據處理量，並可以得到信噪比明顯改善的超聲合成孔徑成像結果；為了提高超聲合成孔徑成像解析度，研究了二次規劃最佳化估計的超聲合成孔徑成像復原技術，基於超聲合成孔徑成像原理建立了二次規劃最佳化估計復原模型，實驗結果顯示，該方法能有效提高超聲合成孔徑成像的信噪比和解析度，改善成像質量。通過以上研究，所研究的成果對於改進和提高現有的超聲合成孔徑成像技術水平，具有一定的套用價值和指導意義，為今後進一步研究非均勻介質超聲合成孔徑成像的相關問題，具有一定的參考價值。