超聲層析成像檢測系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)
加入技術(shù)交流群
4 圖像重建算法
實(shí)現(xiàn)超聲層析成像有正演和反演兩個(gè)基本過程。正演是反演的基礎(chǔ)，其模型選取與求解精度直接影響反演變精度；而反演過程實(shí)際是對(duì)問題的最優(yōu)化過程。反演方法一般分為變換重建法和級(jí)數(shù)展開法兩大類。由于級(jí)數(shù)展開法通過離散重建區(qū)域，降低原有問題的非線性，適合投影數(shù)據(jù)不夠精確、不能完全且以射線為曲線的層析成像。根據(jù)反演的理論基礎(chǔ)，層析成像分為以射線理論為基礎(chǔ)的射線層析和以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的波動(dòng)層析。目前CT技術(shù)從直射層析成像向彎曲射線層析成像發(fā)展。反演方法由最小二乘法發(fā)展到各種約束條件下的加權(quán)阻尼最小二乘法以及統(tǒng)計(jì)法，如最大熵法。觀測參數(shù)由單一走時(shí)數(shù)據(jù)向多參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)展。反演方法則從線性(代數(shù)重建法、聯(lián)合跌代重建法等方法)向非線性(梯隊(duì)法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和遺傳算法等方法)方向發(fā)展。射線追蹤是確定波從激發(fā)點(diǎn)傳至接收點(diǎn)的射線路徑及其走時(shí)的主要技術(shù)。因?yàn)閷游雒嫔细鼽c(diǎn)的波速不相等，波傳播的路徑是一個(gè)與材料不均勻性相關(guān)的曲線，其真實(shí)路徑未知，所以可采用射線追蹤理論求取其真實(shí)路徑。而射線追蹤算法分為向前處理與向后處理兩部分。
(1)向前處理先計(jì)算離散網(wǎng)格模型上所有邊界點(diǎn)的最小走時(shí)，然后計(jì)算發(fā)射點(diǎn)單元所在列各單元邊界上所有離散點(diǎn)的最小走時(shí)。并記錄對(duì)應(yīng)的次級(jí)源，接著對(duì)發(fā)射點(diǎn)單元所在行各單元邊界上所有點(diǎn)的計(jì)算與第二步相同。在求出每網(wǎng)格內(nèi)局部走時(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)射源發(fā)出的射線在整個(gè)模型上的走時(shí)相加便得到全局最小走時(shí)。
(2)向后處理根據(jù)向前處理中得到的各單元邊界上所有計(jì)算點(diǎn)的最小走時(shí)及相應(yīng)次級(jí)源，追蹤所有發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)間具有最小走時(shí)的射線路徑。首先求出接收點(diǎn)所在單元邊界上走時(shí)最小的離散點(diǎn)，以走時(shí)最小的離散點(diǎn)為新的接收點(diǎn)，重復(fù)上一步驟向前推，直到發(fā)射點(diǎn)所在單元為止。將發(fā)射點(diǎn)與最后的射線交點(diǎn)相連。即完成全部向后處理。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195616.htm
5 層析結(jié)果
圖4為假設(shè)模型的網(wǎng)格分布圖，其背景區(qū)域的速度為v0=4．000 m／s，異常區(qū)(即黑色區(qū)域)速度為v1=3 000 m／s。探頭布置采用環(huán)繞方式，利用線性插值射線追蹤算法和聯(lián)合迭代重建算法得到速度層析圖像，結(jié)果如圖5所示，從圖5中可清晰發(fā)現(xiàn)低速區(qū)。因此，解決了圖像檢測中圖像清晰度不高的困擾。此設(shè)計(jì)方案可運(yùn)用到各種需要利用超聲波圖像檢測的領(lǐng)域。
6 結(jié)論
本文所采用的陣列檢測方法，在射線追蹤算法和SIRT重建方法的基礎(chǔ)上，所提取的走時(shí)數(shù)和超聲波數(shù)目大大增加，這樣在相同的迭代次數(shù)條件下，得到結(jié)果更精確，重建圖像結(jié)果更清晰準(zhǔn)確。
評(píng)論