一种基于声呐成像传感器的研究

论文总字数：20656字

摘 要

声呐成像在水下探测中有着重要地位，其研究已较为完备，目前的一个热点问题与关键技术即为声呐成像与光学成像结合成像技术。在实际的超声换能器阵列进行探测的过程中，所需要的工程知识远比简单的声波传播要复杂得多。需要考虑许多优化的问题。在超声成像的过程中，从头至尾得，我们需要考虑超声阵列的选择及优缺点，超声换能器的各种参数的平衡等许多问题。在优化方面，我们需要用到变迹法与脉冲响应函数等。

在探讨光电成像时，我们需要考虑水下的成像环境、选用的光成像技术（本文探讨的是偏振光成像技术）及相应的光学成像原理。

最后，我们需要将两种方法得到的图像进行同步，并进行降噪、增强、融合等后续图像处理工作。再之后，需要考虑图像中的目标识别及轮廓识别等问题。

本文探讨的是一种囊肿超声成像的模拟。

首先，我们通过描绘囊肿中散射体的分布与散射体散射强度建立一个囊肿模型。

之后，我们基于FieldⅡ对囊肿模型进行了模拟成像，并最终得到了B超成像的模拟图。

关键词：声呐成像；光电成像技术；超声成像模拟；变迹法；脉冲响应；偏振光成像技术

Abstract

Sonar imaging plays an important role in underwater detection, and its research has been relatively complete. The current hot domain and key technology is the combination of sonar imaging and optical imaging. In the process of detecting using an actual ultrasound transducer array, the engineering knowledge required is much more complicated than simple sound wave propagation. There are many optimization issues to consider. In the process of ultrasound imaging, from beginning to end, we need to consider the choice and advantages and disadvantages of the ultrasound array, the balance of various parameters of the ultrasonic transducer and so on. In terms of optimization, we need to use apodization and impulse response functions.

When discussing optoelectronic imaging, we need to consider the underwater imaging environment, the selected optical imaging technology and the corresponding optical imaging principles.

Finally, we need to synchronize the images obtained by the two methods and perform subsequent image processing such as noise reduction, enhancement, and fusion. Then, you need to consider issues such as target recognition and contour recognition in the image.

This article explores a simulation of cystic ultrasound imaging.

First, we created a cyst model by depicting the distribution of scatterers in the cyst and the scattering intensity of the scatterers.

After that, we simulated the cyst model based on FieldII, and finally obtained the simulation of B-ultrasound image.

Keywords: sonic imaging; optoelectronic imaging; ultrasound simulated imaging; apodization; impulse response; polarized light imaging

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

1. 绪论 1

1.1 声呐应用现状 1

1.2 超声成像模拟 1

1.3 论文结构 2

1. 超声成像原理 3

2.1 超声成像 3

2.1.1 超声传感器成像基本过程 3

2.1.2 超声信号相关 3

2.2 超声传感器的组成及设计流程 4

2.2.1 超声传感器的组成 4

2.2.2 超声传感器的设计流程 5

2.2.3 超声成像模式 6

2.2.4 超声传感器阵列 7

2.2.5 相控阵原理 8

2.2.6 多普勒超声 10

2.3 变迹法原理（Apodization） 10

2.4 脉冲响应（impulse response） 11

2.5 Field Ⅱ仿真原理 11

1. 水下光电成像 14

3.1 水下成像环境 14

3.2 偏振光成像技术 14

3.3 图像后续处理 15

3.3.1 声呐图像与光学采样同步 15

3.3.2 图像去噪 15

3.3.3 图像增强 16

3.3.4 边缘轮廓提取 16

3.3.5 目标识别 16

3.4 信号辐射计算模型 17

3.5 信号和前向散射辐射量计算 18

3.5 后向散射辐射量计算 18

1. 超声成像模拟 19

4.1 建模 19

4.2 超声探测 19

结论 21

参考文献（References） 22

致谢 23

第一章 绪 论

1.1声呐应用现状

随着社会的发展，人类对海洋战略地位及其价值的认识不断深化。如今，我们正面临着陆地资源日益匮乏的压力。在我国，科学家们对海洋资源的开发和合理应用也越来越关注。但是，由于海洋环境的特殊性，在对海洋的探索和开发中，以声呐为代表的水下目标准确识别技术，不仅在海洋在海洋资源的勘探和开发方面（诸如海底科考、水下施工、设备维护等）有广泛的应用，而且在军事领域可用于水下侦查、布雷、扫雷、反潜战等，是我们进行水下工作所必须具备的关键技术。没有声呐的话，水下世界将完全成为我们的盲区。

水下探测是目前声呐应用的一个重要的方向。但是，水中的成像环境较为复杂。水下具有较多的散射颗粒，对于某些探测信号来说，它们在水体中的散射较为复杂，穿透深度较小，且容易产生光强损失与灰白效应。

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