Введение к работе
Актуальность темы.Интенсивное развитие в последнее десятилетие вычислительной .техники и методов цифровой обработки информации привело к создашш новых направлений науки, одним из которых является акустическая томография. Акустическая томография --. ато направление акустики, занимающееся формированием акустических томограмм, то есть масштабных изображений акустических харак-. теристик в определенных сечениях трехмерных объектов. К акустическим характеристикам относят параметры объектов, влияющие на распространение, отражение, рассеяние акустических волн (плотность, скорость звука, отражающая способность и т.п.). Методы акустической томографии преимущественно используются в медицинской диагностике, нервзрушающем контроле изделий, геофизике, а также в гидроакустике.
Развитие систем ультразвуковой интроскопии и медицинской диагностики, основанных на принципах акустической реконструктивной (компьютерной, вычислительной) эхотомографии (АРЭТ) шло, в основном, по пути использования метода синтезированной апертуры (СА) с.линейным когерентным алгоритмом обработки.
Этот метод.хорошо зарекомендовавший себя в радиолокационных ствнциях бокового обзора, не всегда дает хорошие результаты в ультразвуковой интроскопии,.т.к. основан на предполоаеігта некоге-рентного рассеяния волн точечными рассеивателями. При визуализации протяженных неоднородностей в системах ультразвуковой интроскопии и медицинской'диагностнки это условие не выполняется, что приводит к деградации изображения и снижению его достоверности (ухудшению разрешающей способности и контраста томограммы).
Поэтому исследования, направленные на разработку новых нели нейных методов АРЭТ, являются актуальными, т.к. позволяют существенно повысить достоверность результатов медицинской и технической диагностики.
Цель и задачи.Целью данной работы является разработка и всестороннее иследование новых нелинейных методов синтеза и фильтрации акустических изображений, позволяющих не выходя за рамки приближений геометрической акустики улучшать разрешающую способность и контраст томограмм произвольно ориентированных протяженных неоднородностей сложной конфигурации.
Она включает следующие задачи:
- г -
-
Теоретически и экспериментально показать деградацию акустических изображений протяженных произвольно ориентированных не-однородностей сложной формы в традиционных системах АРЭТ, основанных на линейном методе СА.
-
Показать, что изображения протяженных дефектов в нелинейном методе АРЭТ являются более контрастішми и восстанавливаются с лучшей.-чем при использовании метода СА,разрешающей способностью.
-
Рассмотреть механизмы появления ложных изображений (артефактов) в нелинейном методе томосинтеза и предложить способ их устранения.
.4. Провести исследование основных вероятностных характеристик обнаружения и помехоустойчивости нелинейного метода томосинтеза в сравнении с традиционным линейным методом СА.
-
Провести исследования разрешающей способности нелинейного метода томосинтеза в сравнении с традиционным алгоритмом СА.'"
-
Найти необходимый компромисс при оптимизации соотношения между разрешающей способностью и помехоустойчивостью нелинейного метода акустической томографии.
-
Выполнить математическое моделирование по томографическому восстановлению и фильтрации изображений компьютерных фантомов; провести экспериментальные исследования по томографическому восстановлению изображений реальных тест-объектов.
-
Предложить концепцию построения, алгоритмическую и программно-аппаратную организацию системы АРЭТ.
9. Разработать пакет прикладных программ синтеза и фильт
рации акустических изображений для системы АРЭТ.
Методы исследований. Решение задач, поставленных в диссертации, осуществлялось путем проведения теоретических исследований , численного моделирования с применением ЭВМ и эксперимента в случае восстановления акустических изображений компьютерных фантомов и реальных тест-объектов с искусственными и натурными дефектами. Теоретические исследования проведены при решении всех поставленных задач и выполнены используя теорию пространственно-временной обработки сигналов акустического поля, теорию спектрального и кепстралыюго анализа, теорию секвентного анализа, теоретические разделы математической физики, теории вероятностей и статистики, элементы геометрической акустики и методы решения обратных задач рассеяния волн на неоднородностях в акустике.
Научная новизна работы заключается в следующем:
І 1
-
Предложен новый нелинейный обобщенный метод мультипликативной томографии (Н0ШЇ), улучшающий разрешающую способность и контраст акустического изображения протяженных неоднородностей.
-
Предложен метод гомоморфной (кепстральной) фильтрации сигналов акустического поля в облаасти пространственных частот, устраняющий нелинейные артефакты (ложные изображения) нелинейного обобщенного метода мультипликативной томографии.
-
Получены аналитические выражения, устанавливающие соотношение "разрешающая способность - помехоустойчивость НОММТ".
-
Предложено нелинейное нормирование парциального акустического изображения, оптимизирующее соотношение разрешающей способности и помехоустойчивости НОММТ.
Научные положения.выносимые на защиту.
1. Предложенный в работе нелинейный обобщенный метод мульти
пликативной томографии (НОММТ) улучшает разрешающую способность
и контраст акустического изображения протяженных неоднородностей.
-
Предложенный в работе метод гомоморфной (кепстральной) фильтрации сигналов акустического поля в области пространственных частот устраняет нелинейные артефакты (ложные изображения) нелинейного обобщенного метода мультипликативной томографии.
-
Предложенное в работе нелинейное нормирование парциального акустического изображения оптимизирует соотношение разрешающей способности и помехоустойчивости НОММТ.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в Центральном Научно-Исследовательском Институте материалов (ЦНИИ материалов) города Санкт-Петербурга.
Сведения из диссертации использованы в научно-исследовательских работах:
-кафедры электроакустики и ультразвуковой техники СПГЭТУ;
-конструкторского бюро "КБ Дальнее" г.Владивостока.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доіиіадавались и обсуждались на: Всесоюзной XII научно-технической конференции "Неразрушающие акустические методы контроля",г.Свердловск, 1990; Всесоюзной V Дальневосточной акустической конференции "Акустические методы и средства исследования океана",г.Владивосток, 1989; Всесоюзной XI акустической конференции, г.Москва, 1991; Межрегиональном семинаре "Системы цифровой обработки и анализа изображений: сЦ0И-91",г.Рига, 1991; Международном III семинаре "Цифровал обработка изображений в медицине, дистанционном
- 4 -зондировании и визуализации информации: ИР-92".г.Рига, 1992; Всесоюзной научно-технической конференции "Методология измерений",. Ленинград, 1991 всесоюзном III акустическом семинаре "Модели, алгоритмы, принятие решений",Минск,1991; Всесоюзной IV научно-технической конференции "Метода и средства обработки слоазюй графической информации",Нижний Новгород, 1991; Всесоюзной I конференции "Физика и конверсия",Калининград, 1991 всесоюзном научно-техническом семинаре "Диагностирование, надежность,неразрушащий контроль электронных устройств и систем", г.Владивосток,1990.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных
работ, в том числе: '3 статьи, 11 тезисов докладов, защищено одно
изобретение.. . .
Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 108 наименований, одного приложения. Основная часть рабо,ты изложена на 145 страницах машинописного текста. Работа содержит 54 рисунка и одну таблицу..
