CN103808804A - 一种超声显微伪彩色快速映射成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声显微伪彩色快速映射成像方法，利用高频超声可以对被测材料表面、亚表面及其内部一定深度内的细微结构进行显微成像，具有高灵敏度、高分辨率和图像直观等特点，适用于电子封装、复合材料及医学应用的超声检测领域。本方法通过设置被测试样的数据采集参数和扫查参数，并根据A扫信号设置闸门，获得每个扫查点数据闸门内峰值数据，将数据值转化为灰度值，将各个不同灰度值按照线性映射函数变换成不同的RGB颜色值，快速映射生成超声显微检测的伪彩色图像，使图像细节更易辨认，目标更易识别。该方法结合数据采集技术、图象重建技术、自动化技术，获得被测试样内部结构的伪彩色超声图像，为检测存在于被测试样中的缺陷尺寸、形状和分布提供辅助手段。
Description
一、技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及超声成像领域，尤其涉及一种超声显微检测伪彩色快速映射成像方法。
二、背景技术
超声检测技术由于检测灵敏度高，能够检测物体内部缺陷，检测对象范围广、缺陷定位准确及成本低等诸多优点，成为国内外应用广泛的一种无损检测技术。由于超声图像可以提供直观和大量的信息，直接反映物体的声学性质，并显示物体缺陷形状，并确定其位置，大小和性质，并具有数据自动采集，数据自动处理、结果自动评价和完善数据记录等功能，因此超声成像技术是现代超声检测的发展趋势。
超声显微技术是一种新型的无损检测技术，它可以无损、精细、高灵敏度地观察物体内部及亚表层结构，它在微电子、光电子、材料、机械、航空航天、力学、摩擦、生物等领域得到日益广泛的应用，可以观察不同深度（从表层到数十毫米深）存在的尺度为微米到百微米的结构。超声显微成像技术利用高频超声波可以穿透很多不透光的物理特性，采用声学、电子学、信号处理学和其它的处理技术，获得物体内部可见图像的技术。利用压电换能器(或线阵)发射/接收超声波，对被检测物体进行扫描，将接收到的声波信号转换为电信号，将电信号放大、处理、通过A/D转换将信号转化为数字信号，计算机采样、存储，采用信号处理技术和声学理论来组织和处理这些信号，最后逐点地构造出被检测物体的声学像并显示出来。将被测试样的反射信号数值转换为灰度值，能够生成被测试样的灰度图像。但人眼对于灰度图像中的目标辨识度较低，灰度图像的显示效果对被测试样的分析和辨别很不利。
为了提高灰度图像的辨识度，现有技术中提出一种超声图像伪彩色处理方法，将灰色图像转换成伪彩色图像进行显示，从而更符合人眼的色觉感知。经过在万方数据知识服务平台专利数据库查询，中国发明专利CN201110149091.1提供了一种超声彩色成像方法及装置，但其需要通过融合系数在颜色映射后对彩色图像数据进行加权处理，映射关系和彩色显示算法较为复杂。中国发明专利CN200610109435.5提供了一种表现超细结构及连续性异变的超声彩色成像方法及其装置，但其利用不同形式的多变量函数计算RGB分量，彩色映射过程较为费时。中国实用新型专利CN200820047202.1发明了一种全数字B超仪器图形合成装置，提供图像伪彩色显示单元，但其需要硬件逻辑处理器对数据进行加权处理并显示。因此需要一种伪彩色成像方法，其算法简单易懂，可以快速映射生成RGB彩色值，便于软件编程实现，且图像伪彩色化效果明显。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种超声显微检测过程中快速映射生成伪彩色超声图像的方法，以提高超声图像的目标辨识度，可以透过物体表面的不透明层对其内部一定深度内的结构进行观察，具有高灵敏度、高分辨率和图像直观等特点；其成像算法简单易实现且伪彩色效果明显，使图像细节更易辨认，更易于结合超声图像分析检测结果。
本发明使用高频聚焦超声换能器，利用超声脉冲回波扫查原理，首先设置数据采集参数，根据被测试样的A扫信号设置跟踪闸门和数据闸门，然后设置扫查原点及扫查参数，实时扫查被测试样，获得每个扫查点数据闸门内的峰值数据，将数据值转换为灰度值，将各个不同灰度值按照线性映射函数变换成不同的RGB颜色值，最后将各个扫查点的颜色实时绘制在显示屏幕上，即可获得被测试样的伪彩色超声图像，使检测人员更易于观察其内部结构及缺陷。
四、附图说明
图1超声检测跟踪闸门及数据闸门示意图
图2超声检测伪彩色成像流程图
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
1.调节超声换能器在垂直方向的位置，寻找需要检测的一个波形，观察A扫波形并适当改变延迟时间、采样长度和电压范围，当此波形峰值达到最大值位置时，使超声换能器探头聚焦在需要成像的深度位置。
2.如图1所示，设置或鼠标拖动跟踪闸门，使跟踪闸门包括被测芯片的表面反射波，即第一个强波形，跟踪闸门的阀值在大于噪声信号的前提下要尽量低。然后设置数据闸门，拖动数据闸门，使得数据闸门完全包括需要检测的波形，且阀值在大于白噪声的前提下尽可能小。
3.如图2所示，设定扫查原点，设置扫查区域参数，扫查过程中，软件控制扫查轴带动超声换能器运动，当光栅尺编码器的位置计数达到预先设定的数值时，自动触发脉冲收发仪和数据采集卡，发射超声波，并接收反射回波。
4.将数据闸门的峰值数据值按照0-255的灰度图像映射表计算每点的灰度级G。灰度值可由下式得出：
式中，Vmax为A扫设置中的满量程正电压值，可在1V、0.5V、0.25V间进行设置。如，如果某点对应数据闸门的峰值P为0.32V，此时设置的满量程正电压值是0.5V，则这点对应的灰度值G=P/Vmax×255=0.32/0.5×255=163。
5.将不同灰度值按照线性映射函数变换为不同的RGB颜色值，数据值从小到大的颜色顺序为：黑色、蓝色、绿色、黄色、红色；将数据范围自小到大分为4部分，分别映射成RGB颜色值：数据值与数据范围最大值的比值在0～0.25部分R、G值保持0不变，B值从0～255递增；0.25～0.5部分R值保持0不变，G值从0～255递增，B值从255～0递减；0.5～0.75部分R值从0～255递增，G值保持255不变，B值保持0不变；0.75～1部分R值保持255不变，G值从255～0递减，B值保持0不变；上述映射得到的RGB数值即为超声伪彩色图像对应的R、G、B分量，最后将映射函数算法封装在映射转换函数中。其映射函数如下：设数据值与数据范围最大值的比值为I：
6.依次取出每个扫查点的数据闸门内的的峰值，并转换为相应灰度值，再根据映射函数转换为对应的RGB值，然后使用图像着色函数将RGB彩色值着色于扫查图像实时显示窗口上的指定点位置，填充到定义好的位图中去，从而构建出被测试样二维平面的超声伪彩色图像。
Claims (5)
1.一种超声显微伪彩色快速映射成像方法,其特征在于:利用高频超声对被测材料表面、亚表面及其内部一定深度内的细微结构进行显微成像。通过设置数据采集参数和扫查参数，并根据A扫信号设置闸门，获得被测试样每个扫查点数据闸门内的峰值数据，将该数据转换为灰度值，将各个不同灰度值按照线性映射函数变换成不同的RGB颜色值，快速映射获得超声伪彩色图像。
2.根据权利要求1所述的伪彩色成像方法设置数据采集参数和扫查参数，其特征在于：数据采集参数包括：触发模式、采样频率、延迟时间、采样长度；扫查参数包括：设置扫查原点，扫查长度宽度、扫查步进精度、扫查速度，对被测试样进行实时扫查成像。
3.根据权利要求1所述的根据A扫信号设置闸门，其特征在于：闸门设置包括跟踪闸门和数据闸门设置，跟踪闸门的作用是当工件表面不平整时，令数据闸门随跟踪闸门时间和阀值内的触发波形保持某一固定延时，数据闸门的作用是采集峰值数据；闸门的参数设置包括起始时间、闸门长度和阀值。
4.根据权利要求1所述的将数据闸门内的峰值数据转换为灰度值，其特征在于：将数据闸门的峰值数据值按照0-255的灰度图像映射表计算每点的灰度级G；灰度值可由下式得出：式中，Vmax为A扫设置中的满量程正电压值，可在1V、0.5V、0.25V间进行设置。
5.根据权利要求1所述的将不同灰度值按照线性映射函数变换为不同的RGB颜色值，其特征在于：数据值从小到大的颜色顺序为：黑色、蓝色、绿色、黄色、红色；将数据范围自小到大分为4部分，分别映射成RGB颜色值：数据值与数据范围最大值的比值在0～0.25部分R、G值保持0不变，B值从0～255递增；0.25～0.5部分R值保持0不变，G值从0～255递增，B值从255～0递减；0.5～0.75部分R值从0～255递增，G值保持255不变，B值保持0不变；0.75～1部分R值保持255不变，G值从255～0递减，B值保持0不变；上述映射得到的RGB数值即为超声伪彩色图像对应的R、G、B分量。
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