图像形成装置及其图像形成方法与流程

技术特征：

1.一种图像形成装置，其特征在于，所述图像形成装置包括：

互相垂直构成正交阵列的发射线性相控阵列(11)及接收线性相控阵列(12)，发送线性相控阵列(11)用于超声波的发送，接收线性相控阵列(12)用于超声波回声的接收；

发送器(20)，发出用于生成发送所述发送线性相控阵列(11)的超声波的电信号；

接收器(30)，用于从接收线性相控阵列(12)接收该电信号输出并将所接收的模拟电信号通过执行多个信号处理程序转化成为数字形式；

平行光束形成器(40)，对所述接收器(30)所提供的数字信号执行平行光束形成操作；

图像信号处理器(50)，接收所有在平行光束形成器(40)中产生的扫描线信号并针对所接收的信号执行超声相控阵成像处理程序，从而产生不同形式的图像信号。

2.根据权利要求1所述的图像形成装置，其特征在于，发射线性相控阵列(11)放置在X轴方向，接收线性相控阵列(12)放置在Y轴方向，二者分别具有一个内部单元，两个内部单元相互之间相距λ/2，其中λ表示超声波波长，所述两个线性相控阵列(11，12)公用同一个位于X-Y轴坐标系原点传感器单元作为各自的中心阵列单元；发射线性相控阵列(11)及接收线性相控阵列(12)还包括一边的长度略小于λ/2直角尺传感器；

所述接收器(30)从所述接收线性相控阵列(12)接收返回正交阵列并由接收线性相控阵列(12)内的传感器部件转换成电信号的超声波回声输出并将所接收的模拟电信号通过执行多个信号处理程序转化成为数字形式，所述信号处理程序在一个超声波成像装置中对所接收的模拟电信号进行操作；

所述平行光束形成器(40)对并且θ＝θn的平面上的所有点执行动态深度聚焦，然后对其施加一系列延迟法则，产生连续的多角度声束偏转或不同深度焦深，所述平行波形成器(40)在平行波形成过程中执行衍射控相法从而减少旁瓣电平。

3.根据权利要求1所述的图像形成装置，其特征在于，所述图像形成装置进一步包括：

显示器(60)，显示所述图像信号；

控制器(70)，控制上述操作从而获得期望形式的三维图像；

数据存储部分(180)以及三维图像信号处理器(190)，接收器(130)的输出同时输入到平行光束形成器(40)以及数据存储部分(180)以及三维图像信号处理器(190)。

4.根据权利要求1所述的图像形成装置，其特征在于：构成每个相控阵列(11，12)的传感器部件数量优选为64或者128。

5.根据权利要求2所述的图像形成装置，其特征在于：所述X轴和Y轴构成一个正方形区域，该区域内放置发送线性相控阵列(11)以及接收线性相控阵列(12)的传感器单元。

6.根据权利要求3所述的图像形成装置，其特征在于：所述数据存储部分(180)由大量半导体芯片或者高速大容量硬盘组成；所述三维图像信号处理器(190)由一个高速数字信号处理器或者一个用于专用计算或者程序的大容量高速ASIC组成，或者由外部连接的计算机构成。

7.根据权利要求3所述的图像形成装置，其特征在于：所述图像形成装置应用于无人船。

8.根据权利要求1所述的图像形成装置，其特征在于：所述发送器(20)，所述接收器(30)，所述平行光束形成器(40)以及所述图像信号处理器(50)与通用二维图像装置的相应结构是相同的。

9.根据所述1-8任一项所述图像形成装置的图像形成方法，其特征在于，所述图像形成方法包括以下步骤：

(1)以常规模式也就是二维图像模式运行该装置从而获得二维图像，其中发送线性相控阵列仅用于对固定倾斜角φ＝0度的波束形成，接收线性相控阵列仅用于每次发送后对固定倾斜角φ＝0度的接收波的聚焦操作，发送器使能发送线性相控阵列的动作，这样在倾斜角为0度的位置每次发送会形成一个发送波平面，接收线性相控阵列接收到的超声波回声信号在接收器内处理，然后由平行光束形成器对应一个方位角将其聚焦到一条信号扫描线；

(2)将聚焦后的信号通过图像信号处理器进行处理并且在显示器上进行显示；

(3)将上述操作进行重复，形成一个与现有二维图像形成流程形成的平面相同的三维图像平面；

(4)使用上述二维图像模式确定待扫描的三维区域；

(5)在确定的三维区域中心定位正交阵列；

(6)设定完成三维图像模式，然后执行三维扫描的发送和接收流程；

(7)对应接收线性相控阵列的所有传感器元件每次步骤(6)发送后接收器的输出被存储在数据存储部分；

(8)完成上述步骤后，也就是，所有组成期望的三维区域的发送波平面形成后并且所有来自平面的反射信号以及接收线性相控阵列平面的传感器单元接收的信号都被存储后，发送和接收流程停止；

(9)三维图像信号处理器读出存储在数据存储部分的数据，然后对三维扫描区域的所有扫描线执行波束聚焦，并且执行要求的三维图像处理，其中平行光束形成器，对接收器所提供的数字信号执行平行光束形成操作，平行光束形成器对φ＝0并且θ＝θn的平面上的所有点执行动态深度聚焦，然后对其施加一系列延迟法则，产生连续的多角度声束偏转或不同深度焦深，所述平行波形成器(40)在平行波形成过程中执行衍射控相法从而减少旁瓣电平；

(10)最后向显示器(170)提供所有待显示的二维和三维图像的信息。

10.根据权利要求9所述的图像形成方法，其特征在于：步骤(9)的动态深度聚焦时，只使用一个发射延迟法则，对于接收信号则连续载入聚焦法则，使超声束沿声束轴线，对不同聚焦深度进行该扫描；

当扩大数据存储部分的存储器容量后可以执行实时四维扫描；

其中步骤(9)对三维扫描区域的所有扫描线执行除深度聚焦以外的其他控阵声束扫查方式；

其他控阵声束扫查方式优选包括电子线形扫查或扇形扫查。