Кепстральный анализ ультразвуковых эхосигналов, измеренных антенной решеткой, с целью получения изображения отражателей со сверхразрешением

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Метод цифровой фокусировки апертуры (ЦФА) широко используется для получения изображения отражателей при проведении УЗК. Достоверность контроля определяется качеством ЦФА-изображения — разрешающей способностью и отношением сигнал/шум. Для достижения сверхразрешения эхосигналов, что приведет к лучевому сверхразрешению ЦФА-изображения отражателей, используются различные методы: метод максимальной энтропии, деконволюция Бернулли—Гаусса, деконволюция Люси—Ричардсона, методы распознавания со сжатием (CS), методы построения авторегрессивных моделей сигналов и т.д. Для применения этих методов нужно знать импульсный отклик системы ультразвукового контроля. Его можно измерить, но можно воспользоваться методами «слепой» деконволюции, которые применяются при обработке изображений и сигналов. Например, метод устранения смаза камеры при ее случайном смещении, максимальная коррелированная деконволюция куртозиса (MCKD), кепстральный анализ и т.д. В статье рассмотрен метод кепстрального анализа с целью получения сверхразрешения или для получения информации об импульсном отклике системы, который позволит построить AR-модель спектра для получения лучевого сверхразрешения ЦФА-изображения. Работоспособность предложенного метода подтверждена модельными экспериментами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Г. Базулин

Научно-производственный центр «ЭХО+»

Автор, ответственный за переписку.
Email: bazulin@echoplus.ru
Россия, ул. Твардовского, 8, Москва, 123458

А. А. Крылович

Московский энергетический институт

Email: bazulin@echoplus.ru
Россия, ул. Красноказарменная, 14, Москва, 111250

Список литературы

  1. Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Деконволюция сложных эхосигналов методом максимальной энтропии в ультразвуковом неразрушающем контроле // Акуст. Журн. 2009. № 6. С. 772—783.
  2. Kormylo J.J., Mendel J.M. Mazimum likelihood detection and estimation of Bernouilli-Gaussian processes // IEEE trans. on information theory. 1982. V. 28 (3). P. 482—488.
  3. Брейкина К.В., Умняшкин С.В. Оценка качества изображения при компенсации смаза по методу Люси-Ричардсона // Изв. вузов. Электроника. 2020. T. 25. № 2. С. 167—174.
  4. Граничин О.Н. Рандомизация измерений и l1-оптимизация // Стохастическая оптимизация в информатике. 2009. № 5. С. 3—23.
  5. Базулин Е.Г. Применение метода распознавания со сжатием для достижения сверхразрешения эхосигналов // Дефектоскопия. 2022. № 5. С. 24—36.
  6. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ. М.: Мир, 1990. 584 с.
  7. Box G.E., Jenkins G.M. Time serial analysis. Forecasting and control. San-Francisco: Holden-dey, 1970. 553 p.
  8. Базулин Е.Г. Обработка TOFD-эхосигналов с целью достижения сверхразрешения // Дефектоскопия. 2021. № 5. С. 13—21.
  9. Базулин Е.Г. Повышение отношения сигнал/шум при совместном использовании методов экстраполяции и расщепления спектра // Дефектоскопия. 2006. № 1. С. 68—78.
  10. Fergus R., Singh B., Hertzmann A., Roweis S.T., Freeman W.T. Removing camera shake from a single photograph. ACM SIGGRAPH 2006 Papers on — SIGGRAPH ’06. doi: 10.1145/1179352.1141956
  11. Wiggins R. A. Minimum entropy deconvolution // GeoExploration. 1978. V. 16. No. 1—2. P. 21—35.
  12. McDonald G. L., Zhao Q. Multipoint optimal minimum entropy deconvolution and convolution fix: application to vibration fault detection // Mechanical Systems and Signal Processing. 2017. V. 82. P. 461—477.
  13. Boget B.P., Healy M.J.R., Tukey J.W. The Quefrency Alanysis of Time Series for Echoes: Cepstrum, Pseudo-Autocovariance, Cross-cepstrum and Saphe Cracking / Proceedings of Symposium on Time Series Analysis by Rosenblatt. M., 1963. P. 209—243
  14. Bharadwaj P., Demanet L., Fournier A. Focused Blind Deconvolution // IEEETransactions on Signal Processing. 2019. V. 67. No. 12. P. 3168—3180. DOI: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.11028.81285
  15. Научно-производственный центр «ЭХО+»: офиц. сайт URL: https://echoplus.ru/ (дата обращения: 11.09.2024).
  16. Shristi Mishra, Deepika Sharma. A review on curvelets and its applications, In: Raju Pal and Praveen Kumar Shukla (eds) / SCRS Conference Proceedings on Intelligent Systems, SCRS, India, 2022. P. 213—220. https://doi.org/10.52458/978-93-91842-08-6-20
  17. Базулин Е.Г. Применение технологии CF и DMAS для повышения качества изображения отражателей, восстановленного по эхосигналам, измеренным антенной решеткой // Дефектоскопия. 2024. № 12. С. 14—29.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Получение лучевого сверхразрешения за счет экстраполяции спектра эхосигнала с помощью AR-модели.

Скачать (113KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Исходные эхосигналы (а) и их кепстр (б).

Скачать (268KB)
Метаданные
4. Рис. 3.

Скачать (166KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Идеальный импульсный отклик s (t) (график красного цвета), оценка импульсного отклика s^ (t) (график черного цвета) — (а); модуль спектра s (t) (график красного цвета), модуль s^ (t) (график черного цвета) — (б); модуль исходных эхосигналов (график синего цвета), результат экстраполяции с использованием s (t) (график красного цвета) и результат экстраполяции с использованием s^ (t) (график черного цвета) — (в).

Скачать (253KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Импульсные отклики (а), модуль (б) и фаза (в) их спектров, полученные при приемке антенной решетки (графики красного цвета) и после кепстрального анализа (графики черного цвета).

Скачать (236KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результат обработки эхосигналов после построения AR-модели спектра при проведении инверсной фильтрации с использованием измеренного импульсного отклика (графики красного цвета) и полученного после кепстрального анализа (графики черного цвета).

Скачать (264KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Эхосигналы 33 выстрела после построения AR-модели спектра при проведении инверсной фильтрации с использованием измеренного импульсного отклика (а) и полученного после кепстрального анализа (б).

Скачать (357KB)
Метаданные
9. Рис. 8. ЦФА-изображения двух БЦО на поперечной волне, восстановленные по измеренным эхосигналам (а), по эхосигналам после построения AR-модели спектра при проведении инверсной фильтрации с использованием измеренного импульсного отклика (б) и полученного после кепстрального анализа (в).

Скачать (515KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Импульсный отклик (а) и модуль спектра (б), полученные при приемке антенной решетки (линии красного цвета) и после кепстрального анализа (линии черного цвета).

Скачать (246KB)
Метаданные
11. Рис. 10. ЦФА-изображения модели трещины на поперечной волне, восстановленные по измеренным эхосигналам (а), по эхосигналам после построения AR-модели спектра при проведении инверсной фильтрации с использованием измеренного импульсного отклика (б) и полученного после кепстрального анализа (в).

Скачать (784KB)
Метаданные
12. Рис. 11. ЦФА-CF-изображения модели трещины, подобные тем, что на рис. 10б и в, восстановленные на поперечной волне.

Скачать (307KB)
Метаданные
13. Рис. 12. ЦФА-изображения модели трещины на продольной волне, восстановленные по измеренным эхосигналам (а), по эхосигналам после построения AR-модели спектра при проведении инверсной фильтрации с использованием измеренного импульсного отклика (б) и полученного после кепстрального анализа (в).

Скачать (755KB)
Метаданные
14. Рис. 13. ЦФА-CF-изображения модели трещины, подобные тем, что на рис. 12б и в, восстановленные на продольной волне.

Скачать (344KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025