相控陣超聲圖像約束二次規(guī)劃復(fù)原方法研究

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1、國內(nèi)圖書分類號：TB553密級：公開國際圖書分類號：681.8西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文相控陣超聲圖像約束二次規(guī)劃復(fù)原方法研究年級二〇一五姓名孔垂碩申請學(xué)位級別理學(xué)碩士專業(yè)物理學(xué)指導(dǎo)教師羅林二零一八年四月ClassifiedIndex:TB553U.D.C:681.8SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONPHASEDARRAYULTRASOUNDIMAGERESTORATIONMETHODBASEDONCONSTRAINEDQUADRATICPROGRAMMINGGrade:2015Candidat

2、e:KongChuishuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:PhysicsSupervisor:LuoLinApril,2018西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第I頁摘要相控陣超聲檢測技術(shù)因其檢測面積大、檢測速度快、檢測精度高等優(yōu)勢，在無損檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，但在檢測過程中，受到聲波衍射效應(yīng)、換能器以及電氣系統(tǒng)電子響應(yīng)、環(huán)境噪聲等因素的影響，造成檢測圖像分辨率降低，檢測圖像質(zhì)量下降，為了解決上述問題，本文研究了采用約束二次規(guī)劃提高相控陣超聲圖像分辨率的復(fù)原方法。首先，以空間脈沖響應(yīng)理論為基礎(chǔ)，研

3、究了相控陣超聲換能器的聲場特性，對相控陣線性陣列換能聲場進(jìn)行了模擬實驗，分析了陣元數(shù)、陣元間距和陣元編轉(zhuǎn)角度對相控陣超聲換能器聲場的影響，實驗結(jié)果表明，采用空間脈沖響應(yīng)理論的聲場計算方法能夠較好地反映相控陣超聲換能器的聲場，通過改變換能器的參數(shù)可以對聲場進(jìn)行調(diào)控，為下一步研究相控陣超聲圖像復(fù)原方法奠定了基礎(chǔ)。在研究空間脈沖響應(yīng)理論及相控陣超聲聲場特性的基礎(chǔ)上，建立了融合聲波衍射效應(yīng)、換能器及電子系統(tǒng)電子響應(yīng)和環(huán)境噪聲的相控陣超聲成像離散線性模型，在此基礎(chǔ)上，研究了基于貝葉斯估計理論的最小均方誤差估計（minimummeansquarederror，MMSE）復(fù)原方法，分

4、析了復(fù)原過程中提高收斂性的約束條件，結(jié)合相控陣超聲成像線性離散模型，建立了基于約束二次規(guī)劃優(yōu)化的復(fù)原目標(biāo)函數(shù)和復(fù)原方法。最后，通過仿真和實驗對所研究的方法進(jìn)行了驗證，仿真實驗結(jié)果表明，約束二次規(guī)劃方法和MMSE方法的復(fù)原圖像的分辨率優(yōu)于超聲合成孔徑聚焦（SyntheticApertureFocusingTechnique，SAFT）方法，同時從實驗結(jié)果可以看出，約束二次規(guī)劃方法的分辨率改善能力和噪聲抑制能力優(yōu)于MMSE方法。通過Multi2000超聲實驗平臺采集實際數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗，分別采用SAFT、MMSE和約束二次規(guī)劃方法對單個和多個缺陷實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，從橫向分辨率和

5、峰值信噪比對成像結(jié)果進(jìn)行評價，實驗結(jié)果表明，對于單個和多個缺陷的復(fù)原，約束二次規(guī)劃方法的橫向分辨率小于1.5mm，同時峰值信噪比較SAFT成像有12.92%~20.12%范圍內(nèi)不同程度的提高，驗證了約束二次規(guī)劃方法在復(fù)原相控陣超聲圖像上的有效性和可行性。關(guān)鍵詞：相控陣超聲成像；超聲圖像復(fù)原；約束二次規(guī)劃；超聲高分辨成像西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第II頁AbstractPhasedarrayultrasonicdetectiontechnologyiswidelyusedinthefieldofnondestructivetesting(NDT)duetoitsadv

6、antagesoflargedetectionarea,fastdetectionspeed,andhighdetectionaccuracy.However,inthedetectionprocess,duetotheeffectsofacousticwavediffraction,transducerandelectronicsystemelectricalresponseandenvironmentalnoise,theresolutionofthedetectedimageisreduced,andthequalityofthedetectedimageisde

7、graded.Inordertosolvetheaboveproblems,thisthesisstudiesthemethodofimprovingtheresolutionofthephasedarrayultrasonicimagebyconstrainedquadraticprogramming.Firstly,basedonthespatialimpulseresponse(SIR)theory,theacousticfieldcharacteristicsofthephasedarrayultrasonictransducer