全聚焦法TFM原理详解：FMC全矩阵捕获与TFM成像算法

全聚焦法TFM——介绍

      超声相控阵PAUT利用多个独立的超声波发射和接收压电元件将超声波传输到材料中。脉冲元素的顺序决定了超声波在材料内的传输方式；可以引导超声波、聚焦超声波，或在材料内同时实现引导和聚焦。全聚焦法（TFM）基于与传统超声相控阵（PAUT）相同的转向和聚焦方法，区别在于其聚焦应用于关注区域的每一个点，而不仅仅是固定深度。

     以下是全聚焦法（TFM）与超声相控阵PAUT相比的一些主要优势：

• 使用PAUT时，光束聚焦在聚焦轨迹上；而使用全聚焦法（TFM），可在TFM成像过程中聚焦一帧（关注区域）内的所有网格/像素。

• 由于全聚焦法（TFM）在成像过程中能够聚焦于所有像素/网格，因此在关注区域内，TFM分辨紧密相邻缺陷的能力更好。

• 全聚焦法（TFM）在关注区域内对反射体方向的敏感度较低。

      TFM图像处理算法使用FMC（全矩阵捕获）数据生成高分辨率二维和三维图像，用于缺陷表征和尺寸测量。本文讨论全矩阵捕获（FMC）数据采集的工作原理，以及全聚焦法算法如何利用FMC数据生成高质量的全聚焦图像。

全矩阵捕获（FMC）

      全矩阵捕获是一种从相控阵探头捕获所有可能超声波数据的技术。FMC技术包括从阵列中的每个发射器-接收器元件对捕获和记录时域中所有可能的A扫描信号。例如，对于具有4个元件的相控阵探头，可以捕获和记录16个A扫描信号。需注意，相控阵探头通常有超过4个元件（常见为16、32、64个元件等），此处以4元件示例便于理解FMC原理。

用于4元件探头的FMC A-Scan矩阵 （FMC全矩阵采集FMC数据矩阵示意图）

      类似地，16元件探头可以生成256个A扫描，32元件探头可生成1024个A扫描，64元件探头可生成4096个A扫描数据。FMC的核心价值不在于数据采集过程本身，而在于采集后提供的后处理可能性。一旦收集到数据（FMC A扫描）矩阵，便可通过后处理算法应用聚焦，以生成检测体积中各点的结果。*常用的后处理算法之一即为全聚焦（TFM）。

全聚焦法TFM

      全聚焦法（TFM）是一种后处理算法，它使用FMC收集的“A扫描矩阵数据”来生成图像，其中每个像素都使用专用的聚焦法则进行计算。TFM的**步是定义关注区域中焦点的网格。对于每个焦点，计算发射器和接收器各组合的飞行时间（在上述4元件相控阵探头示例中，每个焦点需计算16个“飞行时间”）。飞行时间由用户为选定的传播模式计算。在计算的焦点飞行时间处，从每个A扫描信号中提取振幅强度，将所有振幅强度求和，该*终值即为该焦点的像素值。

      类似地，16 元件探头可以生成 256 A 扫描，32 元件探头可以生成 1024 A 扫描，而 64 元件探头可以生成 4096 A 扫描数据。FMC 的兴趣不在于数据采集过程本身，而在于通过 FMC 采集的数据提供的后处理可能性，一旦收集到数据（FMC A 扫描）矩阵，通过后处理算法应用聚焦，以创建检查体积中的点的结果。*常用的后处理算法之一称为全聚焦法 (TFM)。

TFM聚焦点

重复*后三段中的这些步骤，直到完成网格中的所有焦点。