（物理电子学专业论文）激光扫描声学显微镜图象信号的研究.pdf

电子科技大学硕士研究生毕业论文 s t u d y o n t h e i m a g e s i g n a l o f s c a n n i n g l as e r a c o u s t i c mi c r o s c o p e abs t ract s c a n n i n g l a s e r a c o u s t i c m i c r o s c o p e ( s l a m) i s o n e t y p e o f a c o u s t i c m i c r o s c o p y a s a i n s t r u m e n t f o r n o n d e s t r u c t i v e , s l a m i s v e ry u s e f u l t o o l t o s t u d y t h e i n t e r n a l s t r u c t u r e o f n e w m a t e r i a l s a n d n e w d e v i c e . t h e t h e o ry o f a c o u s t i c i m a g e i s d i ff e r e n t fr o m t h e t h e o ry o f o p t i c i m a g e , s o t h e a c o u s t i c i m a g e i s d i f f i c u lt t o a n a l y s i s a n d i d e n t i fi c a t i o n b e c a u s e o f t h e i n t e r f e re n ce g e n e r a t e d b y r a n d o m n o i s e , d iff r a c t i v e s t r e a k a n d a c o u s t i c s p e c k l e . b a s e o n t h e c o n d i t i o n a l s l a m, t h i s p a p e r s t u d i e d t h e o ry o f s i g n a l q u a l i t y a ff e c t e d b y a c o u s t i c w a v e p r o p a g a t in g , a c o u s t o - o p t i c in t e r a c t i n g , o p t i c a l p a t h a n d d e m o d u l a t i n g . a m e t h o d f o r e n h a n c i n g a c o u s t i c i m a g e b y u s i n g m a g n i t u d e o f s i g n a l a n d p h a s e c o m p e n s a t i n g a n d l i n e a r f i lt e r a n d c o m p u t e r d i g i t a l p r o c e s s i n g i s p r e s e n t e d e x a m p l e s b y u s i n g t h i s m e t h o d a n d i t s a p p l i c a t io n i n n o n d e s t r u c t i v e f o r e v a l u a t i n g b o n d q u a l i t y o f c h i p l e a d a r e p r o v i d e d . k e y wo r d s : s l a m, s i g n a l a n a l y s i s , i m a g e p r o c e s s i n g , n u m e r i c a l g o r i t h m 护 了 电子 科技大 学硕士研究生毕 业论文 第一章s l a m 原理及图像信号的传输过程 激光扫描声学显微镜的基本原理如图5 所示。 位于被测物体下 方的压电换 能器产生一束频率达几十到几百兆赫兹的连续超声波，由 于超声波无法在空气 中传播，它通过液体祸合液传播到被检测物体中，因而可以用它来检测材料内 部的裂纹、气孔和分层等缺陷。蒸馏水、高纯度酒精或其它惰性液体都可做祸 合液。当超声波在被检测物体中传播时，声波会受到材料均匀性的影响，无论 在什么地方存在不均匀性，超声波会产生不同的衰减，结果在图像中就显示出 亮暗特征，这种特征对应于物体某区域的声学特性，像立体观测一样，通过多 次观测，就能确定不连续性的深度。 工作面板 声学室 图5 s l a m原理图 用一束聚焦的激光作为超声检测器， 通过激光束感知超声波在被测物体表 面产生的极小位移 ( 纹波) 。 一般被测物体没有经过抛光， 可以用一个底面镀高 反射率膜或半反半透膜的塑料块或有机玻璃作为激光束的反射面 ( 工作面板) ， 置于被测物体表面，中间用液体实现声祸合。超声波通过被测物体后，在工作 面板下面形成一动态纹波，激光聚焦在工作面板的下 表面，扫描动态纹波。由 于动态纹波的作用，使入射激光束的相位得到调制，也就是把被测物体的声学 信息调制到激光束上。在接收平面上， 利用刀口( k n i f e - e d g e ) 技术，从光谱 电子科技大学硕士研究生毕业论文 七 挡掉一侧衍射光，在 a p d( 雪崩二极管)光敏面上进行光电转换，然后把声 学信息显示到c r t 显示器上。s l a m 系统图如图6 所示。 由于是采用激光束的快速扫描， 因此可以实时产生图 像 ( 每秒2 5 帧或3 0 帧， 根据扫描制式的不同而有所区别) 。 激光扫描声学显微镜可以观察正在发生 的事件，例如:观察负载作用下正在扩展的裂纹。激光扫描声学显微镜产生的 图像是贯穿整个被测物体厚度的结构阴影图，它具有的最大优点是可以像x 射 线照相一样同时观察被测物体的整个厚度内的情况。当必须在某一特殊面聚焦 时，可以 采用激光扫描层析成像 ( s t a m ) 技术重建图 像划 。 透镜 2 图6 s l a m系统图 我们可以将系统简化， 即在信号的传输过程中， 把声波传播过程、 声光调 制、 光学通路和刀口 解调这四 个过程分别线性化。假设入射声波为a x , y ;0 ) 被测物体内 部结构投影分布函数为t ( x y ) ， 根据工作原理图，可以简化成图 7 所示的模型，即 电子科技大学硕士研究生毕业论文 刀口解调 h s ( 人, i , ) v ( x , y ; o ) o ( 人， 人) 图7 s l a m信号传输过程模型 v ( x , y ;0 ) 是 输 入 声 波 ， u ( 人 ， 寿 ) 是 工 作 面 板 上 形 成 的 动 态 纹 波 分 布 函 数u ( x , y ) 的 二 维 傅 立 叶 变 换，h i ( f , f y ) h z ( f , f y ) 和h 3 ( f , 几) 分 别 是 声 光 调 制 、 光 路 系 统 和 刀口 解 调的 等 效 传 递 函 数 ， k ( f , 人) 、 i ( f , 几) 分 别 是 声 光 调 制 后 的 图像信号的二维傅立叶变换和通过光路系统后输出图像信号的二维傅立叶变 换， o ( 人 ， 几) 是 解 调 输出 信 号o ( x , y ) 的 二 维 傅 立 叶 变 换。 忽 略 光电 解 调 过 程 中 载波的影响，可以 认为o ( x , y ) 就是获得的 用于显示和量化处理的物体内 部结构 投 影图 像信 号。 从 图6 所示 的 框图 可 知， 函 数o ( x , y ) 与t ( x , y ) 显 然 是 有区 别的 。 为了 能从o ( x , y ) 获得t ( x , y ) , 需要对传 输过程模型中 的 各部分 进行 研究， 确定 各部分的等效传递函数。 电子 科技大学硕士 研究生毕 业论文 第二章s l a m信号传输过程的理论分析 2 .1 、声波的传输 工作盖板 超声波 图8 s l a m的声波传输模型 假设有一个如图8 所示的三维平面结构物体， 超声波从物体底面入射。 该 物体的内 部结构从z = 0 到: = 1 的 分布可用调制函 数t ( x , y ) 表示。 令在平面: = 0 的 输入波场为v ( x , y ; 0 ) , 超声波通过物体后在平面: = 1 的波场为， ( x , y ; l ) 。 如果 忽略物体内 部散射波和消失波的影响， 在平面: = 1 , v ( x , y ; l ) 被调制函数t ( x y ) 调制，变成: v m ( x , y ; l ) = v ( x y ; 1 ) 1 ( x , y ) ( 2 - 1 ) v ( x , y ;0 ) 和v ( x , y ; l ) 的 关 系可以 表示 为 12 ) . 电子科技大学硕士研究生毕业论文 :(、 ，、 ;/)二 、 ,f ;o)ex小 =_fsz刁 f l 十 4 v : 去 人 上式中，人表示物体中声波的波长，v 认， 人 ;0 ) = f 和 (x ( 2 - 2) y ;0 ) ， v 认 , f ;1 ) 二 f v ( x , y ; l ) ) , f 表 示 对 x 和 y 进 行 二 维 傅 立 叶 变 换 。 设 在 工 作 面 板 下表面处形成的波场为v ( x , y ; l + d ) , d为物体与工作面板之间的距离，则 v ( x , y ; l + d ) 与、( x , y ; l ) 的关系可用下式表示: 。 认 ， f y ;l + d ) 二 v .(f ,fya xp一jd 去 一 f 2 一 f v 杯 ( 2 - 3) f 2 + f v : 喜 布 这里凡表示水中声波的波长，v 认， 儿 ; 1 + 刃 = f 和 ( x , y ; l 十 d ) , v 认, f y ;1 ) 二 f v m ( x , y ;1 ) 。 由( 2 - 3 ) 式 ， 动 态 纹 波 分 布 函 数 u ( x , y ) 可 表 示 为 : u ( x , y ) = v ( x , y ; l + d ) + n ( x , y ) ( 2 - 4 ) 这 里n ( x , y ) 表示由 于物体内 部的 散 射等不 确定因 素产生的 噪声 信号。当 平面 声 波 入 射 被测物体时， 上式中 除了 调制函 数t ( x , y ) 外， 其它 项都是 入射声 波频率f 的函数。( 2 - 4 )式可以改写为: u f ( x , y ) = v f ( x , y ;l + d ) + n f ( x , y ) ( 2 - 5 ) 随 着 频 率 f 的 改 变 ， n f ( x , y ; 1 ) 的 幅 度 和 相 位 都 会 变 化 。 工 作 面 板 下 表 面 的 动 态 纹 波 分 布 函 数 u f ( x , y ) 是 被 激 光 束 检 测 的 信 息 ， 它 包 含 有 调 制 函 数 1 ( x , y ) 的 信 息。为了消除声斑等随机噪声的影响，采用频率扫描方式，频率的变化范围是 从/ ， 到儿。 以 上的分析是考虑了声 波在被测物体内 传播的相位误差和在祸合液 j, , 电子科技大学硕士研究生毕业论文 ( 水)中的相位误差。 2 . 2 、声光调制 当激光束在工作面板上扫描时， 会与工作面板下表面的动态纹波相互作用 产生 声 光 调 制。 如图9所 示 川 。a , 为 声 波 波 长。 只 要 激光 光 斑的 有 效 直径 2 。 二2 时 ， 可 以 得 到 最 佳 响 应 。 入射激光束 图9 激光与动态纹波相互作用 假 设 入 射 激 光的 幅 度为a ( , 哟， 角 频 率为。 。 ， 波 长为兄 ， 声 波角 频 率为口 ， u ( x , y ) 为 工作面板上动态纹波分布函 数， 则反射激光幅度分布函 数为 去 (，“ ;r，= ， ( ，。，一 、 + 子 u (x ,y ) c o sw m t + 0 (,17)1 ( 2 - 6 ) 0 ( , 川为 工 作面上纹波的 相位。 激光束的 相 位被动 态纹波分布函 数u ( x , y ) 所调 制。将上式展开，可得 电子科技大学硕十研究生毕业论文 l(,n t)= a(, a l dx y)jcosrgl-jl u(x y)jsu(w - , y-m(f,7)+j,- idx.y9si(+l+ m y+d( n) 。2-7 。 +j,臣 啊、 一 、 卜 、 “ 十书 “ 咖ab + 1- y + 2a , i)l 一 i 2z1 4 x, 1)14 4 一 ， 一 “ +j， !2irq)+j,l i tkx, y)1- 4(ab +3w. 4 30(. 17)1+ 由 于 誓 u (x , y ) f v ) = h 2 1 ( f f , ) - h 2 2 ( f ,f , ) ( 2 - 1 8) 2 . 3 . 3 消除透镜效应后的图像信号 ( 2 - 1 8 ) 式 求 得 的 h 2 人 ， 兀) 代 入( 2 - 1 3 ) 式， 进 行 逆 滤 波 处 理 12 4 1 ， 有: k ( f f y ) =1 ( f , 刀 ) h 2 ( f , f y ) ( 2 - 1 9 ) 对( 2 - 1 9 ) 式 求 得 的 k ( f , 儿 ) 进 行 二 维 反 傅 立 叶 变 换 ， 就 能 得 到 消 除 透 镜 效 应 后的图像信一号k ( x ， y).y ) o 电 子 科 找k 3 - bd 宝竺i 兰些丝一一一一 一 一一一一 2 . 4 、刀口解调 门川洲 十 t 级光 一 心级光 1 级光 ap d 刀 口 图1 4 刀口 解调原理图 由于激光被动态纹波的调制总的来说是相位调制， 因此入射光和反射光的 总能量没有改变，只是光谱能量的分布发生了变化。如果将所有光谱信号都接 收下来，则由于各光谱间的相互抵消，不能得到调制的声信号。由于激光是斜 入 射 与动 态纹 波相互作 用， 根据前面 对声 光调制的 分析和拉曼 奈 斯衍射原理h l 可知光谱分布的特点是在0 级光附近对称分布有士1 级光、 士2 级光、 、 士 n 级光。如图1 4 所示，利用刀口 技术将部分光挡掉，利用零级光和土1 级光中 的任意一个在a p d光敏面上进行光外差， 解调出 动态纹波分布函 数u ( x , y ) 。 刀 口 解调的 数学模型由 文献12 6 )给出: 、 二 2 r n2 / ， ， r 2 j e x p 】 一万 一 u ; 十 了 y 2下llwe、 了 je 一一 几 fx h _ s ( - o f = j l e r l i to r _ - ll -4 2 r it 2 r nl f 2 、 ) ( 1r 2 f 7. ) i e x p l - 2 j j e x p l 一 2 - - ) j ( 2 - 2 0 ) = j h s x ( r o f t ) - h , ( r o 儿) 上式中， 假设激光束沿x 方向 扫描， 且 其强度具有高斯分布， 有效光斑半径为r e rf ( . . .) 表 示 误 差 函 数 。 图1 5 给出 了 刀c 7 解 调 传 递函 数 中h 3 . ( r o f ) 和h 3 y ( r o 人) 的 分 布 规 律 12 6 1 电 子科技大学硕士研究生毕业论文 图1 5 刀口 解 调 传 递 函 数h 3 i ( r o f ) 和h a y ( r o 几) 分 布 规 律 由上面的分析，有: h 3 ( 人 ， 九) 1 ( f , 寿) ( 2 - 2 1 ) 对上式进行逆滤波 o ( f , 寿 ) = 有: i ( f , .f y ) o ( 人i f l ) h 3 ( 人 ， 人) ( 2 一2) 2 . 5 、信号传输通道的逆变换 根据前四部分的 研究，可以 对采集的声学图 像信号o ( x , y ) 进行消除刀口 解 调、光路系统、声光调制和声传播过程中引入的系统误差的处理，获得工作面 板下 表面动态纹波分布图 像函 数u ( x , y ) 。 如图1 6 所示: o ( f , f y ) v ( .人 ， .人) h 3 ( f , f , )h 2 ( f , f y )h ; ( f , f y ) 图1 6消除系统线性误差框图 电子 科技大学硕士研究生毕 业论文 将 消 除 系 统 线 性 误 差 的 斤 ( 人 ， 寿 ) 代 入( 2 - 5 ) 式 ， 算 出 v m ( x , y ; 1 ) ， 进 而 恢 复 表 示物体内 部结构投影的 调 制函 数t ( x , y ) - 根 据h , 人 ， 儿) 的 表 达 式 ， 可以 得 到h 尹 ( 人 ， 人) 的 数 学 表 达 为 r ;r 2 r 2 ， ， ， ， l h， 一 。 e x p l 一 l i - +7 .- 1 1 一 2- 一 产 ，! ， - - 一i 一 可 宁 了 i ns 下 一.3, p x jh 3v r , y )j “ “ ! ( 2 -2 3 ) l j e rj v l 刀 i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 其它 户.1.lweves.1.it 一一 寿 几 一3 h h ， 是 在 逆滤波时， 噪声 幅 度刚好 不影响 重建图 像 信号 主谱的 闽值，h . _ 是 h 3 ( f , 儿 ) 的 最 大 响 应 幅 度。 同 样 ， 根 据h z 人 ， 几 ) 的 表 达 式 ， 可 以 得 到h 尹 ( 人 ， 几) 的 数 学 表 达 如 下 i . . . . . . . . . . . . . . 刀+ 刀 ( a / 2 r d , . . ) 2 h 六几 f 2 十 f , ( 2 - 2 a ) a / 2 从 m 。 其它 了.了、月刀.l - 儿 d,. = m a x ( d n , d i, ) o 对 于h , ( f , 儿)，在 逆 运 算时 ， 只 需 取 其中 一 个 边 带， 并 使 幅度系数保持为一个常数，即 h l-(f.,刀 ，一 i . . . 如果 人_ 0 0 . . . 其它 ( 2 - 2 5 ) 通过上面的工作，完成了影响系统误差的线性分析，建立了线性模型，为下一 部分的数值计算奠定了理论基础。 电子科技大学硕士研究生毕业论文 第三章数值运算 由于刀口 解调、 光路传输和声光调制这三部分都可以简化成独立的线性模 型，所以在进行数值运算时， 把这三部分一起考虑;而声波传播过程的模型要 复杂一些，因此分离出来单独讨论。 3 . 1 、线性模型数字逆滤波的设计 理论上， 一个模块的传递函数的傅立叶逆变换可以由该模块的脉冲响应来 确定。假设对接收到的信号o ( x , y ) 离散化为o ( m , n ) ,: ，n的范围是 n 5 2 m , n 丝 一 1 2 。可以根据式 ( 2 - 2 3 ) , ( 2 - 2 4 )和 ( 2 - 2 5 )来设计有限冲击 响 应( f i r ) 滤 波 器g ( m , n ) 2a ) 。 为了 获 得 较高的 精 确 度， 采 用 过 采样的 方 法， 使通过快速傅立叶变换 ( f f t ) 得到的离散逆傅立叶变换更接近有限脉冲响应的 结果。 这样， 一个nx n的二维有限 冲击响 应滤波器g ( m , n ) 可设计为 2 n - 1 2 n- 1 g ( m , n ) = - ( m , n )艺 艺g ( p , 9 ) - 护 - 一n叼 . - 2 nexd j 2 ; r ( m p + n g ) 4 n一 警 fy,叫 、 j- 不万 + n f(fx,f,) j-jd - f 2- fy 1 = w f伙 ,fy;l). t (f ,fy)ex4 jd福 - f 2- fy l+ f(f fy) ( 3 - 1 2 ) 其 中 t ( f , 九 )是调制 函数 t ( x , y )的二维傅立 叶变换 。令 c f ( 人, f y ) 二 ex ljd 粤一 l it 一 f y2 u 则有 u f ( f z f ,.) 二 v , ( f , f y ; l ) c f ( f , f y ) + n f ( f , f y ) ( 3 - 1 3 ) 假 设 n f ( 人 ， 人 ) 与 声 波 频 率 f 不 相 关 ， 则 v ( 人 ， 人l ) 的 最 小 均 方 估 计 t2 8 1为 : v( 人 f , ; 1 ) = 片 (if (f f y )c ; (f ,f y )df 犷 c f (f ,f y)c f (f ,f y )df, ( 3 - 1 4) 根 据 上 面 的 推 导 ， 对 v ( f , f y ; 1 ) 进 行 逆 傅 立 叶 变 换 ， 整 理 后 得 : i ( x y ) = 气 ( x , y ; l ) v ( x , y ; l ) ( 3 - 1 5 ) 调 制函 数i ( x , y ) 就是物体内 部的 投影 分布函 数。 电子科技大学硕士研究生毕业论文 第四章计算结果及分析 现有的s l a m 系统的主要参数是:声波入射频率f = 7 6 m h z ，扫频范围 士0 .5 mh z ，步长 5 0 k h z ;激光波长为几 = 0 7 8 0 0 am .激光光斑聚焦到工作面板 下 表 面的 有 效 半 径r o = 5 ,; n ; 视 场面 积为2 x 3 m m 2 ; 图3 中 透 镜1 和 透 镜2 的 直 径a , = a 2 = 5 c m， 焦 距f= 几二 8 c m ，d ;, = 1 6 c m ， 试 2 二 8 c m 。 实验样品中，有金属网格 ( 钢丝网) 、多层陶瓷电容器和在陶瓷基片上模 拟的集成电路引线焊接样品，表2 给出了计算中需要的声波在钢、瓷和水的纵 波波速和波长。 表2 7 6 m h z 声波在钢、瓷和水中的纵波波速和波长 参数钢瓷水无氧铜 纵波波速 ( m / 5 ) 5 9 0 05 6 0 01 4 8 04 6 6 0 纵波波长 ( u m) 7 7 . 67 3 . 71 9 . 56 1 . 3 利用现有的 s l a m 系统采集的图像格式不能直接在计算机上显示，需要 对图像数据格式进行转换。用c + 十 编写了图像转换程序 ( 见附录 1 ) ，将原来的 图 像 格 式 转 换 成 便 于 处 理 的b m p 格式 文 件。 根 据 第 三 章 建 立的 数 值运 算 模型， 使用ma t l a b 5 . 1 完成对声图像的数值运算 ( 见附录2 ) a 4 .， 、单幅采集原始图像去噪处理 针对单幅采集的原始图像信号，如图 1 7所示，可以通过平均叠加的方法 消除图像中的随机噪声，然后进行其它的数字滤波和相位矫正处理。 电子科技大学硕士研究生毕业论文 第五章结论 按照对s l a m系统的理论分析建立的数学模型， 利用计算机处理，可以将 声图像中的随机噪声平滑掉，也能部分消除声斑和振纹的影响，提高系统对细 节的 ( 高频)响应能力，整个图像质量比未处理的原始图像改善了 许多。通过 在集成电路引线焊接质量无损检测技术中的应用，并与显微光像进行比较，可 知，根据数学模型编制的算法对声图像的处理是有效的。根据对声图像处理结 果的分析，我们可以得到以下结论: 1 、 光学通路对整个系统的分辨率是没有影响的， 但是图像信号空间频谱的 高端要受影响，因此对声图像频谱中的高端进行补偿， 可以提高s l a m的图像 信噪比和识别能力。 2 、 声光调制的相位误差带来的多余边带的滤除， 可以降低声图像的高频噪 声。 3 、 刀口 解调对声图像x 和y 方向的空间 频率的影响是不一致的， 由 此会带 来声图像的失真。 由于实际使用的刀口 是a p d光敏面的边缘， 其边缘平整度与 理想的刀口相比是有差别的，因此实际的刀口响应与理想刀口响应之间就存在 差别。通过计算机处理，只能部分校正刀口响应带来的线性误差。 4 、 声波在被测物体中来回反射， 以及在被测物体与工作面板之间来回反射， 是形成声斑和振纹的主要原因。 但是由于现有的s l a m 系统只能提供动态纹波 的幅度信息，在进行相位修正时，只能通过估计被测物体厚度和被测物体与工 作面板之间的距离来扣除相位误差，原来动态纹波的相位信息是未知的，因此 不能完全恢复动态纹波的分布，进而也不能完全恢复调制函数t ( x , y ) 。 扫描频 率的范围是士 0 .5 mh z ，步长为5 0 k h z ，共2 0 个频率点。由 于微波功率源与换 能器的匹配问题，只能利用其中的1 0 - - 1 5 个频点，这样对声波入射频率的相干 性影响不大，因而在对声斑和振纹的消除中作用不是很理想。 电子科技大学硕士研究生毕业论文 5 、山于受限于图像采集卡，图像的采样点数只有固定的2 5 6 x 2 5 6 点，希 望通过超采样来提高f i r滤波器的精度不容易实现。 因此， 现有s l a m系统还有待于进一步改进。下面从两个方面提出了对现 有 s l a m的改进: 1 、实现信号相位和幅度的估计 在前面的研究过程中，主要利用了被测物体投影到工作面板的幅度信息， 只是按照声波传播的距离产生的相位差对幅度进行了 修正，没有充分利用其相 位信息。 实际上， 在图 像信号的很多特点可以从相位信息中 获得2 9 113 0 113 1 1 ， 因此 在图像信号中相位信息比幅度信息更重要。为了获得图像信号的相位信息，需 对硬件进行改进。现有的同步检波器只能获得信号幅度，如要获得相位信息， 则要采用正交解调器。其基本思想是用本振信号的正交性，获得输出信号的正 交性。 如图2 4 所示3 2 1 混 颜 器 正 交 相 输 出 混 频 特 图2 4正交解调器框图 假设输出的图像信号为 v (x , y ) 一 !. ( x , y )i e x p 2 , (f x + f y y ) + o (x ,y ) d ( 5 - 1 ) 则它的正交相输出和同相输出分别为 v q ( x , y ) 一 a ( x , y ) ls in 卜 r ( f x + f y y ) + o ( x ,川 ( 5 - 2) 电子科技大学硕士研究生毕业论文 v , (x , y ) = la (x ,y )lc o s 卜 二 (f x + f y ) + o ( x ,y ) ( 5 - 3 ) 根 据 v q ( x , y ) 和 v , ( x , y ) 就 可 以 确 定 a ( x , y ) 和 o ( x , y ) ， 从 而 确 定 v ( x , y ) o 2 、硬件结构的改造 ( 1 ) 在现有频率扫描的基础上， 扩展频率扫描范围。 现有的扫频范围是士 0 .5 m h z ， 入射声波频率的相关性变化不大， 这样对于消除声斑和振纹来说是不 利的。随着扫描频率的加宽和扫描频点出现的随机性，使入射声波频率的非相 关性大大增加，从而更有利于消除声斑和振纹。国外的s l a m声波频率的扫描 范围是士7 m h z l 1 4 1 。 要实现扫频范围宽， 主要解决的问 题是微波激励源与声换 能器的宽带匹配问题。 ( 2 ) 为了 改善分辨率， 减弱离焦效应， 需要对被测物体进行多角度测试13 2 1 以增加图像的空间频率有效范围，提高图像分辨率。 对被测物体多角度测试的 方式有两种，一是旋转换能器，二是旋转被测物体。在改造中要注意的问题是 换能器与被测物体相对距离的误差以及在图像综合时，各个不同角度被测物体 图像的定位问题。 ( 3 ) 提高图 像采集卡的 分辨率。 ( 4 )采用合适的刀口，以 提高系统的一致性和准确性。 经过解调电路的改进和硬件结构的改造后，就能获得被测物体的大量图像 信息。采用适当的算法，就可以实现扫描层析成像 ( s t a m) o 电子科技大学硕士研究生毕业论文 致谢 本文从选题到完成，自 始至终得到导师王亚非副教授的精心指导和大力帮 助，在此，特向王老师致以 衷心的感谢! 同时本文的撰写得到了 袁敬闲教授热 情的帮助，多次在理论上给予指导。这里也要向袁老师表示衷心的感谢! 信息产业部7 9 8 广的冯泽松高工以及成都宏明无线电厂的赵根妹高工为本 文的完成提供了许多声图像资料，对于他们的支持和帮助，在此，一并致谢1 最后，要感谢教研室的各位老师的支持。 电子科技大学硕士研究生毕业 论文 参考文献 1 g 韦德编， 上海交通大学声全息研究室 译， 声成像 ， 国防工业出 版社， 1 9 8 1 2 l a wr e n c e w k e s s l e r , d o n a l d e . y u h a s , a c o u s t i c mi c r o s c o p y - 1 9 7 9 , p r o c e e d i n g s o f t h e i e e e , v o l . 6 7 , n o . 4 , p 5 2 6 - 5 3 6 , a p r i l 1 9 7 9 . 3 l . wk e s s l e r , s .p s a w y e r , u l t r a s o n i c s t i m u l a t i o n o f o p t i c a l s c a tt e r i n g i n n e m a t i c l i q u i d c ry s t a l s , a p p l .p h y s .l e tt . v o l . 1 7 , p 4 4 0 - 4 4 1 , 1 9 7 0 . 4 r a . l e m o n s , c .e q u a t e , a c o u s t i c m i c r o s c o p e - s c a n n i n g v e r s io n , a p p l . p h y s .l e tt e r s , v o l .2 4 , n o .4 , p 1 6 3 - 1 6 5 , f e b . 1 5 , 1 9 7 4 . 5 美国无损检测学会编， 美国 无损检测手册( 超声 卷) 下册，世界图书出 版 公司，1 9 9 6 6 l a s e r s c a n n i n g : t e c h n o l o g y a n d a p p l i c a t i o n s , n a s a - n o . 1 9 9 8 0 0 0 5 3 9 3 , 1 9 9 6 7 t e r v o l a ， - k . - m . - u ; g u m m e r ， - m . - a ; e r d m a n ， - j . - w， j r , u l t r a s o n i c a t t e n u a t i o n a n d v e l o c i t y p r o p e r t i e s i n r a t l i v e r a s a f u n c t i o n o f f a t c o n c e n t r a t i o n : a s t u d y a t 1 0 0 m h z u s i n g a s c a n n i n g l a s e r a c o u s t i c m i c r o s c o p e , j o u r n a l o f t h e a c o u s t i c a l s o c i e t y o f a m e r i c a v 7 7 . p 3 0 7 - 1 3 , j a n 1 9 8 5 8 k e s s l e r - l a w r e n c e - w ; g a s i e l - t r a c y - m , a c o u s t i c m i c r o s c o p y r e v i e w- n o n d e s t r u c t i v e i n s p e c t i o n o f a d v a n c e d c e r a m i c m a t e r i a l s , a d v a n c e d - c e r a m i c - m a t e r i a l s . v o l . 2 , p l 0 7 - 1 0 9 , a p r i l 1 9 8 7 9 s a f v i - a a ; m e e r b a u m - h j ; m o ms - s a ; h a r p e r - c l ; o b r i e n - w d j r , a c o u s t i c i m a g i n g o f d e f e c t s i n fl e x i b l e f o o d p a c k a g e s , j o u rn a l - o f - f o o d - p r o t e c t i o n ; 6 0 ( 3 ) , p 3 0 9 - 3 1 4 , 1 8 r e f , 1 9 9 7 1 0 k e s s l e r ， - l a w r e n c e - w ; s e m m e n s ， - j a n e t - e , c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e m i c r o s t r u c t u r e o f c e r a m i c s u s e d i n m u l t i l a y e r c e r a m i c c a p a c i t o r s b y m e a n s o f t h e s c a n n i n g l a s e r a c o u s t i c m i c r o s c o p e , j o u r n a l o f t h e a m e r i c a n c e r a m i c s o c i e t y v 7 2 . p . 2 2 7 1 - 2 2 7 5， d e c 1 9 8 9 . 自 1 陈戈林， 智能化1 5 0 m h z 2 反射式声学显微镜及声显微图 像处理研究， 应 用科学学报)， 1 1 , ( 3 ) : 2 2 6 , 1 9 9 3 3 7 电子