本書對超聲全聚焦成像檢測理論進行了介紹，給出了最新的MATLAB 方程和源代碼，采用圖示和MATLAB 實例相結合的方式，可使讀者加深對全矩陣捕捉、延時疊加、全聚焦圖像重建等概念的理解，還介紹了雙層介質全聚焦成像、多模全聚焦成像、相位相干成像、頻域全聚焦成像技術等，并系統(tǒng)介紹了全聚焦成像技術在無損檢測領域的應用。
本書可供超聲無損檢測技術及相關領域的科研人員、工程技術人員參考，也可作為高等院校無損檢測與儀器類相關專業(yè)本科高年級學生和研究生的教材。
本書匯集作者多年研究和工作實踐經驗，采用案例式原理剖析方式全面講解，彩色印刷，方便理解掌握。
前言
具有實時全聚焦成像功能的相控陣超聲便攜式儀器于2012年前后問世，這標志著超聲全聚焦成像技術自被提出7年后真正開始應用于工業(yè)檢測領域。經過十幾年的發(fā)展，超聲全聚焦成像技術在工業(yè)檢測領域越來越成熟，應用范圍也越來越廣泛。作為一種先進的相控陣超聲檢測技術，全聚焦成像被譽為相控陣超聲檢測技術中的黃金標準算法，具有成像質量高、算法二次開發(fā)性強等特點，特別適合應用于工業(yè)領域復雜檢測工況。因此，超聲全聚焦成像技術是超聲無損檢測技術的發(fā)展趨勢。
現在，無論在國內，還是在國外，超聲全聚焦這種新型相控陣成像檢測技術均以學術論文、儀器說明書等形式存在，相關理論和技術體系處于碎片化狀態(tài)，沒有系統(tǒng)介紹這門新型技術相關理論的專著和教材，無形中升高了讀者的學習門檻。對于高等院校本科生和研究生而言，亟需這樣一本書來深入了解超聲全聚焦成像檢測技術。從工程檢測應用方面來看，由于很多檢測人員很難深入理解超聲全聚焦成像檢測技術，從而使得這一先進相控陣超聲檢測技術無法真正發(fā)揮其應有的價值。
本書通俗易懂，在介紹全聚焦技術相關理論的基礎上，相比于文獻中復雜、難懂的論述，采用圖示和MATLAB代碼解讀相結合的方式，向廣大讀者詳細介紹了超聲全聚焦成像檢測這一新型相控陣技術的原理、實現及應用。希望本書能夠幫助廣大讀者深入了解超聲全聚焦成像檢測技術，推動無損檢測行業(yè)的技術進步。
國內外同行的研究文獻和作者所在南昌航空大學無損檢測技術重點實驗室的工作為本書的撰寫提供了很好的素材。感謝研究生熊政輝、馬嘯嘯、陳明、程有松、程慎行、方文娜、萬智龍、湯露平、冒秋琴、孔慶茹、李昊原等為本書部分資料收集和驗證所付出的辛勤勞動。
本書的出版得到南昌航空大學學術專著出版資助基金、南昌航空大學測控技術及儀器國家級一流本科專業(yè)建設點項目、國家自然科學基金項目（62161028、51705232、12064001）、江西省杰出青年基金項目（20232ACB214012）、江西省重點研發(fā)計劃重點項目（20212BBE51006）和人才領軍項目（20204BCJL22039）的資助，在此一并表示感謝。
由于筆者水平所限，書中難免有不妥之處，希望廣大讀者提出寶貴意見。
陳堯
于前湖
陳堯，工學博士，碩士研究生導師，江西省贛鄱俊才支持計劃青年領軍人才，江西省杰出青年科學基金獲得者，中國機械工程學會無損檢測分會委員。自參加工作以來，一直從事超聲無損檢測技術及儀器方向的教學及科研工作。講授聲學檢測技術、工業(yè)超聲檢測成像技術、工程材料及力學性能等本科和研究生課程�？蒲蟹较驗橄嗫仃嚦暉o損檢測技術、智能化無損檢測與儀器，發(fā)表學術論文50余篇，獲國家發(fā)明專利授權7項，主持軍委裝備發(fā)展部慧眼行動1項，國家自然科學基金2項，省部級課題3項。曾獲第二十三屆中國專利優(yōu)秀獎、江西省科學技術進步一等獎、中國產學研合作創(chuàng)新成果一等獎。
盧超，工學博士、二級教授，兼職博士生導師，國防特色學科帶頭人，江西省主要學術學科與技術帶頭人，江西省優(yōu)秀研究生導師，中國機械工程學會無損檢測分會副主任委員，中國機械工業(yè)教育協(xié)會儀器科學與技術學科教學委員會委員。歷任南昌航空大學無損檢測技術重點實驗室常務副主任、測試與光電工程學院院長等職，現任南昌航空大學校長。講授聲學檢測技術、智能儀器、超聲成像檢測等課程�？蒲蟹较驗闊o損檢測技術、自動化檢測與儀器，發(fā)表學術論文160余篇，獲國家發(fā)明專利授權12項，參與起草國家和行業(yè)標準3項。曾獲江西省教學成果（本科）一等獎、江西省教學成果（研究生）二等獎、江西省科學技術進步一等獎、中國產學研合作創(chuàng)新成果一等獎。
目錄
序
前言
第1章超聲全聚焦成像檢測概述
1.1全聚焦成像檢測技術簡介
1.2全聚焦的特點和優(yōu)勢
1.3全聚焦的發(fā)展和研究現狀
第2章超聲全聚焦信號和圖像基礎理論
2.1信號的數學表達
2.2超聲檢測信號
2.2.1頻率特征
2.2.2脈沖寬度和頻帶寬度
2.2.3顯示形式
2.3超聲檢測信號的數字化
2.3.1模數轉換
2.3.2采樣
2.3.3量化和編碼
2.4超聲檢測信號的圖像化
2.4.1圖像化處理對超聲檢測的意義
2.4.2超聲無損檢測圖像化的原理
2.4.3偽色彩圖像成像原理
2.5超聲圖像的顯示
2.5.1波形顯示的特點和類別
2.5.2幅值顯示的特點
第3章超聲陣列信號采集與圖像重建
3.1陣列探頭所發(fā)聲波傳播特征
3.1.1超聲陣列探頭
3.1.2線性陣列探頭波前特征
3.1.3線性陣列探頭聲束指向特征
3.2自發(fā)自收陣列信號采集
3.3時距曲線和偏移理論
3.3.1時距曲線
3.3.2時距曲線的偏移
3.4延時疊加原理
3.4.1等時面
3.4.2陣列信號能量的分配
3.5延時疊加圖像重建的實現
3.5.1合成孔徑聚焦成像
3.5.2重建圖像的顯示模式
第4章全聚焦和相干復合平面波成像
4.1全矩陣捕捉
4.2全聚焦圖像重建
4.2.1一發(fā)多收時距曲線
4.2.2全聚焦成像的實現
4.3平面波陣列信號的采集
4.3.1陣列探頭平面波的發(fā)射
4.3.2平面波信號的采集和存儲
4.4相干復合平面波成像
4.4.1平面波視速度
4.4.2平面波聲傳播時間
4.4.3相干復合平面波成像的實現
第5章全聚焦成像質量和圖譜特征
5.1超聲圖像質量指標
5.1.1分辨率
5.1.2對比度
5.2重建像素點間隔
5.2.1橫向像素點間隔
5.2.2縱向像素點間隔
5.3陣元參數
5.3.1陣元數量
5.3.2陣元間隔
5.3.3陣元的脈沖寬度
5.3.4陣元的中心頻率
5.4平面波發(fā)射有效孔徑
5.5全聚焦圖譜特征
5.5.1體積型缺陷的特征
5.5.2面積型缺陷的特征
5.5.3面積型缺陷定量
5.6定位誤差分析
5.6.1體積型缺陷定位誤差分析
5.6.2面積型缺陷定位誤差分析
第6章雙層介質全聚焦成像
6.1聲阻抗界面處的超聲波反射與折射
6.1.1垂直入射時的反射和透射
6.1.2斜入射時的反射和折射
6.1.3超聲波傾斜入射臨界角
6.2費馬原理
6.3雙層介質全聚焦成像技術
6.4雙層介質平面波成像技術
第7章相位相干成像檢測技術
7.1瞬時相位相干性分析
7.1.1超聲信號的瞬時相位
7.1.2全聚焦成像中的瞬時相位
7.2相位相干因子及相干加權
7.2.1線性統(tǒng)計學相干因子
7.2.2環(huán)形統(tǒng)計學相干因子
7.3全聚焦相位相干成像
7.3.1試驗設備與試塊介紹
7.3.2各向同性介質全聚焦加權成像
7.3.3各向異性介質全聚焦加權成像
7.3.4不同相干因子的加權特點
7.4時差衍射-相位相干成像
7.4.1時差衍射-相位相干成像原理
7.4.2時差衍射-相位相干成像案例
第8章頻域全聚焦成像技術
8.1頻域合成孔徑聚焦
8.1.1爆炸反射模型和波場外推
8.1.2波動方程
8.1.3相位遷移成像方法
8.1.4Stolt遷移成像方法
8.2頻域全聚焦圖像重建
8.2.1雙平方根算子相位遷移
8.2.2波數域全矩陣數據成像
8.3頻域平面波成像
8.3.1平面波Garcia頻域圖像重建
8.3.2平面波相位遷移成像
8.3.3平面波Lu氏頻域成像
8.4頻域成像的特點和應用
第9章多模全聚焦成像
9.1反射規(guī)律與反射模式
9.1.1端角反射
9.1.2反射模式
9.2半跨模式全聚焦成像
9.3全跨模式全聚焦成像
9.4多模全聚焦的視圖選擇
9.5多模全聚焦的應用場景
9.6多模全聚焦相位相干成像
第10章全聚焦衍生技術
10.1虛擬源成像技術
10.1.1虛擬源發(fā)射
10.1.2圖像重建原理
10.1.3虛擬源圖像重建示例
10.2規(guī)則雙層介質頻域圖像重建
10.2.1平面波圖像重建原理
10.2.2圖像重建示例
10.3彎曲界面雙層介質時域圖像重建
10.3.1彎曲界面聲傳播路徑
10.3.2彎曲界面量化表征
10.3.3彎曲工件重構界面成像檢測實例
10.4彎曲界面雙層介質頻域圖像重建
參考文獻
結束語
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