小波变换在超声成像检测中的应用

研究小波变换在粗晶材料超声成像检测中的应用,为了克服粗晶材料噪声对超声图像质量的影响,利用超声图像小波系数的统计特性,提出了一种自适应子带图像选择算法。该算法提高了基于小波变换的超声图像增强技术的实用性。实验结果表明,在粗晶材料超声成像 通过本算法处理能够得到高质量的超声检测图像。     

粗晶材料超声检测信号处理

粗晶材料如奥氏体钢在核电、化工等压力容器和管道中应用很广泛,但由于粗晶材料对超声波的强烈的散射效应,超声检测时存在严重的结构噪声。晶粒噪声和缺陷信号的时频特征的差异,为提高超声检测的信噪比提供了可能。近年来人们着重从数字信号处理的角度来提高信噪比。理论和实践证明,由于超声缺陷信号的时变特性,单纯的时域或频域分析并不是理想的方法,应采用时频分析,其中尤以小波分析最为有效。小波分析用于噪声材料的信号处理,可望给这种材料的超声评价带来实质性的进展。     

一种用于超声信号降噪的非凸变量重叠 群稀疏变分方法

粗大晶粒产生的大量散射噪声而导致的超声检测信号信噪比低问题是粗晶结构超声检测面临的一大难题。针对现有稀疏降噪方法在波形失真和幅值衰减方面的不足,本文提出了一种基于非凸变量重叠群稀疏变分的超声信号降噪方法。基于含散射噪声的典型超声信号,分析了非凸变量重叠群稀疏变分方法的主要参数(如非凸变量函数类型、正则化参数和乘法因子等)对其降噪效果的影响,并确定了适合超声信号降噪处理的参数选择依据。在此基础上,将非凸变量重叠群稀疏变分方法应用于典型钢锭超声检测信号的降噪处理。结果表明,该方法能够很好剔除钢锭超声检测信号中的散射噪声,提高了钢锭超声全聚焦成像的信噪比6 dB以上,研究工作为粗晶材料超声检测作了有益探索。     

小波变换在超声探伤仪检测回波处理中的应用

超声检测时探伤仪的电噪声和被检粗晶材料的散射噪声严重影响检测回波的信噪比。研究小波变换软阈值去噪方法在超声检测回波处理中的应用。在分析仪器电噪声、材料散射噪声和缺陷回波的小波变换特性的基础上，提出一种用一个尺度问变化的门限阀值来抑制噪声回波的小波变换系数再重构检测回波的方法提高信噪比。距离一波幅一当量曲线测定实验结果表明，该方法具有很好的去噪效果，处理后的回波损失小，能保证超声探伤的定量准确性。     

粗晶材料超声检测中的非线性信号处理

针对粗晶材料超声检测时严重的结构噪声使信噪比很低的问题。使用非线性时频分布对超声信号进行处理，充分考虑信号的时域、频域和相位的信息，根据超声信号在缺陷和噪声处瞬时频率的不同，结合超声信号的空间投影特点。提出了一种基于信号瞬时频率的超声信号处理方法。首先使用Choi—Willianms分布将信号变换到时频域。估计出信号瞬时频率，然后通过瞬时频率的有序度对超声信号进行加权处理。该算法充分利用了超声信号时域、频域和相位的信息。不仅消噪性能好，而且缺陷定位准确。     

基于多普勒参数的材料内部缺陷合成孔径超声成像

材料内部缺陷的形状、大小等信息是材料无损检测与评估的重要参数,传统的超声无损检测技术可以得到材料内部缺陷的当量信息,但缺少缺陷的量化信息及可视化信息,严重制约了超声无损检测技术在缺陷评估中的应用。本文结合合成孔径超声成像技术,采用多普勒算法及图像边缘检测技术,对材料内部缺陷进行了成像,通过对三类不同尺寸的人工缺陷进行合成孔径成像表明,该项技术提高了图像形状分辨率,得到了清晰的缺陷轮廓可视化信息,可为超声无损检测的定量分析与评估提供参考。     

小孔隙率碳纤维复合材料的富树脂超声检测

针对孔隙率接近0的小孔隙率碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composite,CFRP)的富树脂检测需求,提出富树脂超声检测技术。对超声检测信号中的噪声消除方法、衰减抑制方法和富树脂检测的多视图成像技术进行研究,并开发小孔隙率CFRP富树脂超声检测软件。首先提出共振频率估计方法,通过低通滤波抑制高频随机噪声。其次根据频率差异,应用变分模态分解算法分离并消除共振结构噪声,提取低频成分。该低频成分包括表面回波、底面回波、富树脂反射信号和由层间反射信号、材料散射噪声等构成的相干噪声。再次,引入瞬时幅值比修正低频成分的幅值衰减并描述被检测小孔隙率CFRP的局部反射能力。最后,应用Otsu多阈值方法自适应获得富树脂识别的阈值,消除相干噪声的影响,完成富树脂识别。进一步对小孔隙率CFRP的超声检测结果进行多视图成像,在三维视图、C扫描视图和B扫描视图内识别富树脂。结果表明:变分模态分解的分量数为2,Otsu多阈值的类别数为3时,能够准确识别小孔隙率CFRP超声检测信号中的富树脂反射信号;采用0.15作为多视图成像的阈值,可简洁有效地描述富树脂在小孔隙率CFRP中的分布。     

基于支持矢量机的小波域超声信号消噪技术

为了提高超声无损检测与无损评价基础数据的信噪比,提出一种基于支持矢量机模式识别理论的小波域超声信号消噪技术.该技术在研究材料内部散射体引起的结构噪声产生机理,以及分析传统裂谱分析算法局限性的基础上,利用小波变换方法将原始超声检测信号分解到小波空间,并通过采用以高斯函数为核函数的支持矢量机所构成的信噪分离器对信号和噪声进行识别、分离来消除噪声,得到高信噪比的超声回波信号.试验结果表明,与传统裂谱分析算法相比,该技术提高了消噪性能的稳定性,增强了湮没材料内部各种散射体散射中的缺陷回波信号能力.     

超声全聚焦成像校正模型及加速算法

超声全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的成像技术,具有成像精度高、缺陷表征能力强的优点,但也存在数据量大、计算时间长、近表面区域噪声较大的缺点,目前主要应用于后处理成像。针对以上问题,建立了基于阵元指向性函数的成像校正模型;结合并行计算设备,提出了基于三角矩阵数据采集和索引技术的成像加速算法。使用16阵元相控阵探头对带有人工通孔的铝制试块进行检测试验,结果表明,使用加速算法可以将每帧图像成像时间缩短至135 ms以内,满足实时成像的要求;添加校正模型后,对于图像近表面区域噪声抑制效果明显,降低了伪缺陷出现的可能性,提高了图像信噪比。     

基于EBSD技术构建弹性各向异性粗晶材料超声仿真模型的研究

针对弹性各向异性粗晶材料晶粒结构和取向定量描述困难,导致超声检测仿真结果与试验符合程度较差的问题,提出基于电子背散射衍射(Electron back-scatter diffraction,EBSD)技术确定晶粒形态及晶体取向的建模思路。利用EBSD技术实测得到了尺寸为96 mm×12 mm的离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugally cast austenitic stainless steel,CCASS)轴-径向截面的晶体取向图谱,选择15°取向相(差)角定义EBSD图谱的晶粒结构,并对晶体取向进行归一化处理。在此基础上借助Bond变换法赋以晶粒在对应晶体取向下的刚度矩阵,对模型中晶粒的弹性特征进行量化表征,建立CCASS超声检测模型。采用时域有限差分法进行数值计算,结果表明:利用该方法能够较好地重现CCASS超声检测特有的结构噪声和主频降低等现象,为揭示超声波在弹性各向异性粗晶结构中的散射机理提供了解决思路。     

Nonlinear signal processing techniques in ultrasonic tomography of concrete structures

Questions of using various techniques for processing echo signals in ultrasonic tomography instruments for extended complexly structured concrete articles are considered. Various algorithms are discussed for constructing tomograms of tested articles, techniques for radio engineering processing of ultrasonic signals, and different variants of nonlinear image transformations intended for increasing the signal-to-structural noise ratio and improving image quality.     

相敏检波在空气耦合超声检测中的应用

空气耦合超声检测信噪比低、脉冲余振长,需要采用合适的信号处理技术增强接收信号的信噪比。根据空气耦合超声检测过程中影响接收信号的因素,提出先采用相敏检波技术对接收信号进行处理,获取相位信号,然后计算得到超声检测信息。介绍了超声检测中的超外差接收、相敏检波原理,并阐述了在超声检测应用中需注意的问题。根据分析研究结果,构建了相敏检波空气耦合超声检测系统,在常规超声检测系统的基础上进行了相应改造,实现了超声成像检测。碳纤维增强复合材料板的成像检测结果表明:相敏检波可以有效提高系统信噪比和检测效果。     

基于最优小波包Shannon熵的再制造电机转子缺陷诊断技术

为了实现对再制造电机转子质量的有效监控,采用超声波技术对其内部缺陷进行检测与评价。引入滤波效果良好的最优小波包滤波法和对超声波信号噪声含量变化敏感的Shannon信息熵算法,定义一种新的最优小波包Shannon熵(Best wavelet packet Shannon entropy,BWPSE)的概念,并提出基于BWPSE的超声波信号消噪方法。对采集到的再制造电机转子超声检测信号进行最优小波包滤波处理,得到各尺度的小波包分解系数,在此基础上计算各尺度小波包分解系数的Shannon熵,通过分析小波包系数Shannon熵的变化规律确定分解层数及阈值。采用该方法对再制造电机转子超声检测信号进行消噪处理,结果表明该方法对噪声消除比较彻底,对比Sqtwolog阈值小波分析及Heursure阈值小波分析等其他信号消噪方法,该方法可显著提高再制造电机转子内部缺陷定量分析的准确度。     

基于超声红外热成像的缺陷检测与定位研究

超声红外热成像以超声作为激励源,能够用于检测多种工件,但是由于热传导效应及空气的散射,检测结果中缺陷边缘较为模糊,成像对比度不高,并且会有温度分布不均引起的"散斑噪声"。为解决以上问题,提出了一种对超声红外热成像结果进行缺陷检测和定位的方法,使用限制对比度自适应直方图均衡(contrast limited adaptive histogram equalization,简称CLAHE)方法对图像进行对比度增强,用巴特沃斯滤波器进行降噪,根据图像的局部方差特征判断是否有缺陷,并通过形态学处理对缺陷中心进行定位。实验表明,根据局部方差可以对图像进行有效判断,经过形态学处理之后能够准确定位。该研究为通过超声红外热成像实现缺陷检测及定位提供了一种便捷有效的方法。     

弧型电触头C超检测系统自适应聚焦技术研究

采用自适应跟踪探头聚焦轨迹算法研究了自适应聚焦技术,通过控制三维精密工作台实现了弧型电触头钎焊界面的 Ｃ扫描超声检测。对于弧型表面,以往的超声 Ｃ扫描造成图象失真,影响检测可靠性和分辨率,产生误检。实验表明,采用自适应聚焦技术,检测准确,效果良好。     

基于多级维纳滤波的OCT图像除噪方法研究

为了实现光学相干层析成像（OCT）过程中采集信号的噪声去除,设计了基于维纳滤波和对比度增强的OCT图像处理方法。首先对OCT图像的噪声进行了分析,继而针对OCT信号的噪声干扰问题提出一种除噪算法,通过多尺度维纳滤波器对图像进行滤波处理,然后根据区域特性采用对比度增强方法提高图像对比度。实验结果表明：经该方法处理后图像的背景方差（BV）较原始图像降低了3-7倍,而且信噪比高,细节方差和背景方差之比（DV/BV）提高了3-6倍。该方法不仅有效去除了OCT图像的噪声,而且视觉效果良好,是一种有效的图像后处理方法。     

Sign least mean squares-based deconvolution technique for ultrasonic testing

Sign LMS algorithms, members of the simplified adaptive least-mean-squares class, have been developed to reduce computational complexity and simplify hardware implementation. These advantages make them suitable to utilize in ultrasonic testing units, a class of applications requiring simple and efficient signal processing algorithms. This paper proposes a specific sign LMS adaptive filters-based deconvolution technique for ultrasonic straight beam pulse-echo inspections. It extracts only two of the interface echoes multiple reflections for enhanced resolution and quality-enriched presentation; this technique is named “selective deconvolution”. Resolution enhancement and presentation’s quality enrichment performance among the different sign LMS algorithms were investigated by experiments, and based on performance, the methods themselves were compared. Computational requirements are also presented. The proposed technique with the various adaptive sign LMS filters gave satisfactory results.     

聚乙烯管道电熔焊接接头的超声检测

聚乙烯管连接中大量使用电熔接头,其质量的好坏直接影响管道系统的安全。分析了超声聚焦检测技术对聚乙烯管电熔接头各类缺陷的检出能力。在此基础上,运用相控阵超声技术及B扫描实时成像超声方法检测大量含缺陷接头,对比超声成像图与接头实剖图,发现该方法有较高的检测灵敏度和检出精度,可以应用于工程实践。     

Evaluating image reconstruction methods in improving effective parameters on image quality in IRI-microPET

We intend to improve the image reconstruction for RMS contrast, spatial resolution and signal-to-noise (SNR) parameters for the animal positron emission tomograph IRI—microPET (IRI-Islamic Republic of Iran), designed and built at the Gamma scan laboratory of nuclear science and technology research institute. Acquired images quality from this system depends on different algorithms for image reconstruction in addition to its design and construction. In this paper, system features and tomography method are considered, firstly. Then, image reconstruction algorithms (MLEM, SART, and FBP) were performed on sinogarm. Acquired images quality from these reconstructed algorithms was compared with RMS contrast, spatial resolution and SNR characteristics. Also, reconstructed time and speed of process for three algorithms was considered. According to results, obtained RMS contrast, spatial resolution and signal to noise ratio (SNR) from reconstructed images with MLEM algorithm shows superiority of MLEM algorithm against the SART and FBP algorithms but its computation time is high. Thus, SART algorithm can be suitable replacement for MLEM algorithm.     

一种红外图像增强的新方法

结合红外图像的成像特点,采用各种图像,增强算法对红外图像进行处理,分别实现了对比度提高、抑制噪声及增强边缘的效果。在此基础上,根据不同算法可实现的效果,提出了一种可将几种算法的优点融合为一体的混合算法。这种算法进一步提高了图像的视觉效果。