應讀者要求，小編將介紹一下全聚焦TFM的基礎知識。如有講解不對的，歡迎批評指正。

全聚焦是超聲檢測里面的新事物。早在2005前， Caroline Holmes、Paul D. Wilcox等國外學者就開始研究了全聚焦成像，并通過實驗得出了TFM相對于常規相控陣檢測的優勢，詳細的比較結果可以參考《Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit–receivearray data for non-destructive evaluation》。在國內，全聚焦的研究時間稍晚一些，小編查找到的資料上顯示，北航的周正干老師，早在15年(也許在此之前，也有學者在研究)之前就研究了TFM。那么TFM究竟是個什么玩意呢？它相對于相控陣，有什么特點呢？它的適用性范圍呢？在此，小編敘述一下自己對全聚焦的理解，如有錯誤，歡迎專家批評指正。

全聚焦(total focusing method)，顧名思義，就是在成像區域內每一點進行聚焦。相比相控陣聚焦(在小編的早期公眾號中介紹過相控陣的幾種聚焦模式)，它能實現每一點的聚焦。其成像算法是一種基于全矩陣數據采集的虛擬聚焦后處理成像技術，算法精度高且靈活，逐漸成為近年來的研究熱點。

因此，首先需要獲得全矩陣數據，即獲得成像區域(region of interest，ROI)內每一點的A掃信號，而這些A掃信號是由每個陣元單獨激發，所有陣元接收回波，形成一行數據；然后步進一個陣元進行發射，所有陣元接收回波，形成第2行數據；直到最后一個陣元發射，所有陣元接收回波為止，形成第N(假定探頭中含有N個陣元)行數據，最終得到N×N個A掃的信號矩陣。可以采用下圖1和圖2表示。而每個陣元發射的聲波，形成的聲場，與常規超聲中單晶探頭發出的聲場并沒有什么區別，只不過是陣元尺寸小，聲束擴散角大，聲波指向性不明顯而已。

圖1陣元發射和接收

圖2獲得的數據矩陣

此時，還只是針對ROI內某一點得到的N2個數據，還需要對ROI區域內其余的點進行同樣的數據采集(如下圖3中，對P點數據采集之后，還需要對其附近的Q點，以及其它的點處進行數據采集，直到遍歷整個ROI區域內的點)。因此，ROI內點數越多，采集的數據矩陣的個數越多，最終得到的影像質量越好，圖像越清晰，分辨率越好，采樣的數據越接近于真實的信號(類似于從模擬信號到數字信號一樣，確保采樣的點能代表真實的信號，并且幅值偏差滿足要求，因為采樣的點數越多，采集到峰值的概率越大，從某種意義上就能得到真實的信號)，但是儀器處理的數據量越大；點數越少，采集的數據矩陣個數越少，影像的質量越差，圖像越模糊，分辨率越差，儀器處理的數據量小。那如何確定ROI內的點數呢？

圖3 ROI區域?

在ASME BPVC V article4，mandatory appendix XI中XI-461中amplitude fidelity規定，Amplitude fidelity shall be preserved to 2 dB or less，即采樣之后，重構的信號與原始信號幅值之差不超過2dB(在ISO13588標準以及國內的相控陣標準中，在檢測完成時對靈敏度進行重新校驗，要求的幅值偏差也是不超過2dB，好巧啊！)。即，要求采樣的點數不能過少，否則采集的點對應的幅值與真實的幅值偏差將超過2dB，這一點是極其關鍵的(在Gekko，Mantis，Panther相控陣儀器中都有判定ROI區域內像素點是否滿足要求的小工具)?？梢圆捎孟聢D4來理解，假定黃顏色區域代表缺陷區域，如果采樣點過少，只能采集如紅色圓圈代表的點；當采集點增加時，才能采集到如黑色圓圈代表的點，保證采集到真實的信號峰值。因此圖像的像素點越多，意味著在確保幅值的情況下，ROI可以設置越大。或ROI區域尺寸確定之后，得到的信號幅值越接近于真實的幅值。?

圖 4 ROI區域內的采樣點

將ROI劃分成若干個小區域，對每個區域進行一次信號采集。左側為ROI內的采樣點，黑色圓圈代表采樣點數多，紅色圓圈代表采樣點數少，黃顏色代表缺陷區域；中間為采樣點數多時缺陷處獲取的信號，黃顏色為缺陷的原始區域；右側為采樣點數少時缺陷處獲取的信號，黃顏色為缺陷的原始區域?？梢钥闯?#xff0c;采樣點數不足(或在ROI區域內，像素點不足)時，得到的影像將嚴重畸變，不能體現真實的缺陷。

獲取數據矩陣后，對數據進行處理(通常采用延時疊加)其數學表達式如下式，獲得ROI區域內相應點處的信號幅值，然后對幅值進行彩色編碼，獲得最終的顏色。

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下圖右側顯示的是ROI區域內P點的A掃數據矩陣。

圖5對ROI區域內P點進行數據處理

在后面的章節，我們將敘述TFM成像的優勢和應用。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的超声声场模拟_超声全聚焦（TFM）简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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