Page 99 - 无损检测2025年第四期

鲍子阳，等：

基于直接视图的自适应多模式全聚焦成像方法

提高信息量，优化成像结果，有助于检测人员对缺陷 证试验与分析，最后进行总结与展望。
[7]
进行综合判读 。但随着融合模式数的增加，噪声
和结构性伪影也会一并叠加在融合图像中，破坏成 1 全聚焦检测原理概述
像质量 。 1.1 相控阵多模式融合成像原理
[8]
为解决多模式融合的伪影叠加问题，提出基于 超声波声束在多层介质的界面交界处因常发生
直接视图的自适应多模式全聚焦成像方法，利用直 波形转换、反射和折射而具有不同传播模式和传播
接模式下全聚焦图像中缺陷的位置信息，对缺陷区 路径，进而可以获得大量超声图像 。根据超声波
[9]
域进行自适应定位，并对其进行精准多模式融合，降 是否经过底面反射，可以将全聚焦模式分为直接式、
低结构性伪影对成像结果的影响，提高多模式融合 半跨越式和全跨越式（见图1）；再考虑声束在交界
的成像质量。文章介绍了全聚焦多模式融合成像的 面处发生的波形转换，可以得到一共21种不同的模
基本原理，与自适应区域融合算法流程，然后进行验 式，全聚焦成像的21种视图如表1所示。

图 1 不同全聚焦模式的超声声束传播路径示意
表1 全聚焦成像的21种视图 量巨大，融合模式数量的增加会大幅提高计算成本。
模式 视图 因此要根据声束传播路径及需要检测的缺陷类型，
直接式 TT，TL，LL 选择合适数量和类型的模式进行融合成像，这对降
TT-T，TT-L，LL-L，LL-T，LT-L，
半跨越式 低算法计算量，提高融合后图像信噪比有着重要的
LT-T，TL-T，TL-L
意义 [10] 。
LL-LL，LL-LT，LL-TL，LL-TT，LT-TT，
全跨越式
LT-LT，LT-TL，TL-TT，TL-TL，TT-TT 焊缝中常见的未熔合、裂纹等面积型缺陷，存在
利用多模式全聚焦成像时，关注区域中任意成 一定的方向性，单一模式下全聚焦图像对某些角度
像点的幅值I (x，z)可表示为 敏感，但一旦超过此角度范围，重构缺陷质量将大幅
m
降低，进而影响检测人员对缺陷性质的判断。而不
（1）
同全聚焦模式下，声束传播路径不同，对于方向性缺
式中：m为全聚焦成像模式；(x，z)为成像点坐标；N 陷的最佳检测角度也不同，故选择合适的重构模式，
可以提高缺陷检出率并还原缺陷真实轮廓 [11] 。
为相控阵探头的阵元数； 为模式m中
1.2 相位相干成像原理
针对反射点(x，z)，i阵元发射j阵元接收的超声波幅
希尔伯特变换（Hilbert transform）是一个对函
值； 为声束传播最短时间；h(x)为希尔伯特
数产生定义域相同的函数的线性算子 [12] ，对于任意
变换。
实信号x(t)，其希尔伯特变换x (t)被定义为原实信号
h
常见的融合方式有最大值融合和累加融合，其
表达式分别为 与函数 ( )=ht 1 的卷积，即
t π
（2） 1 1 + x ()
τ
∞
t
x h ()= ()* t π = π -∞ ∫ t -τ dτ （4）
xt
（3） 式中：*代表卷积； τ为积分变量。
希尔伯特变换相当于把信号的正频部分移
式中：M为要融合的模式数。
相-90°， 负频部分移相90°。故经过希尔伯特变换后，
以上两种模式融合方法，计算简单，不易丢失
可将实信号x(t)构造为复信号z(t)，也称z(t)为原实信
有用信息。但随着融合模式数量增加，各模式中的
号x(t)的解析信号，即
噪声和结构性伪影也会叠加，使融合后全聚焦图像
的信噪比显著下降。且由于全聚焦成像本身的计算 ()= ()+j ( )z t xt x t （5）
h
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2025 年 第 47 卷 第 4 期
无损检测