超声成像方法及系统与流程
本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种超声成像方法及系统。
背景技术：
合成孔径聚焦(英文：syntheticaperturefocusingtechnique；简称：saft)超声成像方法是超声波无损检测技术中的一种，主要用于对含有分界面的分层物体(例如管道补口的粘接界面)进行缺陷检测，该超声成像方法能够在不损害物体内部结构的前提下，检测出物体分界面中的缺陷，并可以确定该缺陷的具体位置、大小及性质。
相关技术中，使用超声成像方法检测物体分界面中的缺陷时，可以使用一个包括多个超声波探头的超声波传感器沿着固定轨迹在被测物体表面移动，该物体表面预先设置有多个间距相等的扫描点，在每一个扫描点处，超声波传感器能够通过超声波探头向物体的内部发射超声信号，对物体内部进行探测，同时该超声波探头可以接收物体内部反射回的回波信号并采样保存，其中，每个超声波探头发射或者接收的信号即为一个通道的信号，最后对所有通道在各个扫描位置处采集到的采样数据进行叠加和多点动态聚焦处理，得到物体分界面的显示图像，根据该显示图像即可确定出被测物体分界面中是否存在缺陷。
但是，相关技术中的超声成像方法，对采样数据仅进行了叠加与多点动态聚焦处理，数据处理的完善度较低，显示图像的精确度较低，缺陷检测结果的准确性较低。
技术实现要素：
为了解决相关技术中的超声成像算法对物体内部缺陷检测结果准确性较低的问题，本发明提供了一种超声成像方法及系统。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种超声成像方法，所述方法应用于超声成像系统，所述系统包括超声波传感器，所述超声波传感器中设置有两组超声波探头组，每组所述超声波探头组包括n个超声波探头，所述n为大于等于2的整数，所述方法包括：
通过所述超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组所述超声波信号包括n个通道的信号；
根据预设的合成算法，分别获取每组所述超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号；
根据每组所述超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，通过预设的叠加算法，分别获取所述待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号；
分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅所述待测物体的分界面图像。
可选的，所述根据预设的合成算法，分别获取每组所述超声波信号x和y的对称合成信号和非对称合成信号，包括：
根据预设的合成算法，获取所述超声波信号x的对称合成信号
获取所述超声波信号x的非对称合成信号xfdc＝σ(xj-xk)，其中，xj和xk为所述超声波信号x包括的n个通道的信号中相位相反的信号；
根据预设的合成算法，获取所述超声波信号y的对称合成信号
获取所述超声波信号y的非对称合成信号yfdc＝σ(yj-yk)，其中，yj和yk为所述超声波信号y包括的n个通道的信号中相位相反的信号。
可选的，所述根据每组所述超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，包括：
根据所述超声波传感器中超声波探头的间距d、超声波的波速c和所述超声波传感器的采样频率fs，通过延迟算法确定延迟采样点数ny，所述延迟算法为：
根据每组所述超声波信号的对称合成信号：xdc，ydc和非对称合成信号xfdc，yfdc，以及所述延迟采样点数ny，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号；
其中，正向对称信号为：zdc＝ydc+yny(xdc)；
负向对称信号为：fdc＝xdc+yny(ydc)；
正向非对称信号为：zfdc＝yfdc+yny(xfdc)；
负向非对称信号为：ffdc＝xfdc+yny(yfdc)；
其中，yny()表示将括号内的信号延迟ny个采样点数。
可选的，所述分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换和低通滤波滤除，得到四幅所述待测物体的分界面图像，包括：
分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换，提取所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号；
分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号进行低通滤波，得到四幅所述待测物体的分界面图像。
另一方面，提供了一种超声成像系统，所述系统包括：超声波传感器、第一获取模块、第二获取模块和信号处理模块，所述超声波传感器中设置有两组超声波探头组，每组所述超声波探头组包括n个超声波探头，所述n为大于等于2的整数；
所述超声波传感器，用于采集待测物体的两组超声波信号，每组所述超声波信号包括n个通道的信号；
所述第一获取模块，用于根据预设的合成算法，分别获取每组所述超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号；
所述第二获取模块，用于根据每组所述超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，通过预设的叠加算法，分别获取所述待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号；
所述信号处理模块，用于分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅所述待测物体的分界面图像。
可选的，所述第一获取模块，还用于：根据预设的合成算法，获取所述超声波信号x的对称合成信号
获取所述超声波信号x的非对称合成信号xfdc＝σ(xj-xk)，其中，xj和xk为所述超声波信号x包括的n个通道的信号中相位相反的信号；
根据预设的合成算法，获取所述超声波信号y的对称合成信号
获取所述超声波信号y的非对称合成信号yfdc＝σ(yj-yk)，其中，yj和yk为所述超声波信号y包括的n个通道的信号中相位相反的信号。
可选的，所述第二获取模块，还用于：根据所述超声波传感器中超声波探 头的间距d、超声波的波速c和所述超声波传感器的采样频率fs，通过延迟算法确定延迟采样点数ny，所述延迟算法为：
根据每组所述超声波信号的对称合成信号：xdc，ydc和非对称合成信号xfdc，yfdc，以及所述延迟采样点数ny，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号；
其中，正向对称信号为：zdc＝ydc+yny(xdc)；
负向对称信号为：fdc＝xdc+yny(ydc)；
正向非对称信号为：zfdc＝yfdc+yny(xfdc)；
负向非对称信号为：ffdc＝xfdc+yny(yfdc)；
其中，yny()表示将括号内的信号延迟ny个采样点数。
可选的，所述信号处理模块，还用于：分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换，提取所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号；
分别对所述正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号进行低通滤波，得到四幅所述待测物体的分界面图像。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供了一种超声成像方法及系统，该方法能够通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组超声波信号包括n个通道的信号；根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，并通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，最后再对该四种信号分别进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅待测物体的分界面图像。该超声成像方法对超声波传感器采集到的超声波信号进行了信号分离和方向分离，显示的待测物体分界面图像的精确较高，提高了对物体分界面进行缺陷检测时的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种超声成像方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种超声成像方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种超声成像系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种超声成像方法，该方法可以应用于超声成像系统中，该系统包括超声波传感器，该超声波传感器中设置有两组超声波探头组，每组该超声波探头组包括n个超声波探头，该n为大于等于2的整数，参见图1，该方法包括：
步骤101、通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组该超声波信号包括n个通道的信号。
步骤102、根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号。
步骤103、根据每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号。
步骤104、分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅该待测物体的分界面图像。
综上所述，本发明实施例提供的一种超声成像方法，该方法能够通过超声 波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组超声波信号包括n个通道的信号；根据预设的合成算法，分别获取每组超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，并通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，最后再对该四种信号分别进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅待测物体的分界面图像。该超声成像方法对超声波传感器采集到的超声波信号进行了信号分离和方向分离，显示的待测物体分界面图像的精确较高，提高了对物体分界面进行缺陷检测时的准确性。
可选的，步骤102中根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号x和y的对称合成信号和非对称合成信号，可以包括：
根据预设的合成算法，获取该超声波信号x的对称合成信号
获取该超声波信号x的非对称合成信号xfdc＝σ(xj-xk)，其中，xj和xk为该超声波信号x包括的n个通道的信号中相位相反的信号；
根据预设的合成算法，获取该超声波信号y的对称合成信号
获取该超声波信号y的非对称合成信号yfdc＝σ(yj-yk)，其中，yj和yk为该超声波信号y包括的n个通道的信号中相位相反的信号。
可选的，该根据每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，包括：
根据该超声波传感器中超声波探头的间距d、超声波的波速c和该超声波传感器的采样频率fs，通过延迟算法确定延迟采样点数ny，该延迟算法为：
根据每组该超声波信号的对称合成信号：xdc，ydc和非对称合成信号xfdc，yfdc，以及该延迟采样点数ny，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号；
其中，正向对称信号为：zdc＝ydc+yny(xdc)；
负向对称信号为：fdc＝xdc+yny(ydc)；
正向非对称信号为：zfdc＝yfdc+yny(xfdc)；
负向非对称信号为：ffdc＝xfdc+yny(yfdc)；
其中，yny()表示将括号内的信号延迟ny个采样点数。
可选的，该分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换和低通滤波滤除，得到四幅该待测物体的分界面图像，包括：
分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换，提取该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号；
分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号进行低通滤波，得到四幅该待测物体的分界面图像。
综上所述，本发明实施例提供的一种超声成像方法，该方法能够通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组超声波信号包括n个通道的信号；根据预设的合成算法，分别获取每组超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，并通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，最后再对该四种信号分别进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅待测物体的分界面图像。该超声成像方法对超声波传感器采集到的超声波信号进行了信号分离和方向分离，显示的待测物体分界面图像的精确较高，提高了对物体分界面进行缺陷检测时的准确性。
图2是本发明实施例提供的另一种超声成像方法的流程图，该方法可以应用于超声成像系统中，该系统包括超声波传感器，该超声波传感器中设置有两组超声波探头组，每组该超声波探头组包括n个超声波探头，该n为大于等于2的整数，如图2所示，该方法包括：
步骤201、通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组该超声波信号包括n个通道的信号。
在本发明实施例中，该超声波传感器中可以设置有8个超声波探头，因此该超声波传感器通过该8个探头可以采集到8个通道的信号，即通道1至通道8，该8个通道既可以发射超声波信号，也可以接收超声波信号。在实际应用中，可以使该8个通道以不同的中心频率(例如2.25兆赫兹(mhz)或5mhz等)，发射4轮信号。每一轮信号发射过程中，每一个通道都发射一次超声波信号，则8个通道共发射8次超声波信号。每个通道发射超声波信号时，所有的通道都同时检测并接收物体内部反射的信号。因此，对于每一个中心频率，超声波传感器都可以采集到8×8＝64组信号，该64组信号可以如表1所示。
表1
为了节省设备存储空间和加快数据传输速度，可以将每一轮的64组信号中重复的信号进行删除，从而将64组信号压缩到36组信号，如表1所示。图中“√”代表保留数据，“○”代表删除数据。示例的，可以将通道2发射，通道1接收的信号保留，将通道1发射，通道2接收的信号进行删除。
示例的，在本发明实施例中，可以将该8个通道接收到的信号分为两组，每组包括4个通道的信号，例如，第一组超声波信号x可以包括通道1、3、5和7接收到的信号：x1、x2、x3和x4，第二组超声波信号y可以包括通道2、4、6和8接收到的信号：y1、y2、y3和y4。
步骤202、根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号。
对于该两组超声波信号x和y，根据预设的合成算法，获取的超声波信号x的对称合成信号可以为：
xdc＝x1+x2+x3+x4。
该超声波信号x的非对称合成信号可以为：
xfdc＝σ(xj-xk)，
其中，xj和xk为该超声波信号x包括的n个通道的信号中相位相反的信号。
示例的，假设超声波信号x中，通道1和通道5接收到的信号为水平方向(与待测物体表面平行)且相位相反的信号，通道3和通道7接收到的信号为垂直方向(与待测物体表面垂直)且相位相反的信号，则可以得到该超声波信号x的水平非对称信号为：x1-x3，垂直非对称信号为：x2-x4，该超声波信号x的非对称合成信号可以为：xfdc＝x1-x3+x2-x4。
同理，根据预设的合成算法，还可以获取到该超声波信号y的对称合成信 号
步骤203、根据该超声波传感器中超声波探头的间距d、超声波的波速c和该超声波传感器的采样频率fs，通过延迟算法确定延迟采样点数ny。
该延迟算法为：
示例的，假设超声波传感器中超声波探头的间距d＝35毫米(mm)，该超声波传感器的采样频率fs＝200(千赫兹)khz，待测物体为管道补口的粘接界面，该管道中t模态超声波的波速c＝3250米每秒(m/s)，因此根据上述延迟算法可以得到延迟采样点数为：
步骤204、根据每组该超声波信号的对称合成信号：xdc，ydc和非对称合成信号xfdc，yfdc，以及该延迟采样点数ny，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号。
其中，正向对称信号为：zdc＝ydc+yny(xdc)；
负向对称信号为：fdc＝xdc+yny(ydc)；
正向非对称信号为：zfdc＝yfdc+yny(xfdc)；
负向非对称信号为：ffdc＝xfdc+yny(yfdc)；
其中，yny()表示将括号内的信号延迟ny个采样点数。即将超声波信号x的对称合成信号xdc延迟2点后，即可得到延迟后的对称合成信号yny(xdc)，将超声波信号x的非对称信号xfdc延迟2点后得到延迟后的非对称信号yny(xfdc)。同理也可以得到延迟后的超声波信号y的对称信号yny(ydc)和延迟后的超声波信号y的非对称信号yny(yfdc)。
步骤205、分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向 非对称信号进行希尔伯特变换，提取该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号。
通过希尔伯特变换提取信号包络的过程可以参考相关技术，本发明实施例对此不做赘述。
步骤206、分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号进行低通滤波，得到四幅该待测物体的分界面图像。
由于通过希尔伯特变换提取包络时，可能会产生一些高频噪声，将该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号进行低通滤波，可以滤除该高频噪声，提高信号的精度，进而提高显示的分界面图像的精确度。
需要说明的是，本发明实施例提供的超声成像方法是基于合成孔径聚焦(英文：syntheticaperturefocusingtechnique；简称：saft)超声成像方法的一种改进方法，本发明实施例提供的超声成像方法完善了对超声波传感器接收到的信号的处理过程，提高了显示图像的精确度。
综上所述，本发明实施例提供的一种超声成像方法，该方法能够通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组超声波信号包括n个通道的信号；根据预设的合成算法，分别获取每组超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，并通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，最后再对该四种信号分别进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅待测物体的分界面图像。该超声成像方法对超声波传感器采集到的超声波信号进行了信号分离和方向分离，显示的待测物体分界面图像的精确较高，提高了对物体分界面进行缺陷检测时的准确性。
图3是本发明实施例提供的一种超声成像系统的结构示意图，如图3所示，该系统可以包括：超声波传感器301、第一获取模块302、第二获取模块303和信号处理模块304，该超声波传感器301中可以设置有两组超声波探头组，每组 该超声波探头组包括n个超声波探头，该n为大于等于2的整数；
超声波传感器301，用于采集待测物体的两组超声波信号，每组该超声波信号包括n个通道的信号。
第一获取模块302，用于根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号。
第二获取模块303，用于根据每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号。
信号处理模块304，用于分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅该待测物体的分界面图像。
综上所述，本发明实施例提供的一种超声成像系统，该系统能够通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组超声波信号包括n个通道的信号；根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号的对称合成信号和非对称合成信号，并通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，最后再对该四种信号分别进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅待测物体的分界面图像。该超声成像方法对超声波传感器采集到的超声波信号进行了信号分离和方向分离，显示的待测物体分界面图像的精确较高，提高了对物体分界面进行缺陷检测时的准确性。
可选的，该第一获取模块302，还用于：
根据预设的合成算法，获取该超声波信号x的对称合成信号
获取该超声波信号x的非对称合成信号xfdc＝σ(xj-xk)，其中，xj和xk为该超声波信号x包括的n个通道的信号中相位相反的信号；
根据预设的合成算法，获取该超声波信号y的对称合成信号
获取该超声波信号y的非对称合成信号yfdc＝σ(yj-yk)，其中，yj和yk为该超声波信号y包括的n个通道的信号中相位相反的信号。
可选的，该第二获取模块303，还用于：
根据该超声波传感器中超声波探头的间距d、超声波的波速c和该超声波传感器的采样频率fs，通过延迟算法确定延迟采样点数ny，该延迟算法为：
根据每组该超声波信号的对称合成信号：xdc，ydc和非对称合成信号xfdc，yfdc，以及该延迟采样点数ny，通过预设的叠加算法，分别获取正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号；
其中，正向对称信号为：zdc＝ydc+yny(xdc)；
负向对称信号为：fdc＝xdc+yny(ydc)；
正向非对称信号为：zfdc＝yfdc+yny(xfdc)；
负向非对称信号为：ffdc＝xfdc+yny(yfdc)；
其中，yny()表示将括号内的信号延迟ny个采样点数。
可选的，该信号处理模块304，还用于：
分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号进行希尔伯特变换，提取该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号；
分别对该正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号的包络信号进行低通滤波，得到四幅该待测物体的分界面图像。
综上所述，本发明实施例提供的一种超声成像系统，该系统能够通过超声波传感器采集待测物体的两组超声波信号，每组超声波信号包括n个通道的信号；根据预设的合成算法，分别获取每组该超声波信号的对称合成信号和非对 称合成信号，并通过预设的叠加算法，分别获取该待测物体的正向对称信号、负向对称信号、正向非对称信号和负向非对称信号，最后再对该四种信号分别进行希尔伯特变换和低通滤波，得到四幅待测物体的分界面图像。该超声成像方法对超声波传感器采集到的超声波信号进行了信号分离和方向分离，显示的待测物体分界面图像的精确较高，提高了对物体分界面进行缺陷检测时的准确性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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