數字功率表

[拼音]：shengchengxiang

[英文]：acoustic imaging

用聲波獲得物體內部結構特點的可見影象的方法。聲成像利用聲學、電子學和資訊處理等技術。聲波可以透過很多不透光的物體，利用聲波可以獲得這些物體內部結構的聲學特性的資訊；而聲成像技術則可將其變換成人眼可見的影象，即可以獲得不透光物體內部聲學特性分佈的影象。物體的聲學特性分佈可能與光學特性分佈不盡相同，因而同一物體的聲像可能與其相應的光學像有差別。

聲成像的研究開始於20世紀20年代末期。最早使用的方法是液麵形變法。隨後，很多種聲成像方法相繼出現，至70年代已形成一些較為成熟的方法，並有了大量的商品化產品。聲成像方法可分為常規聲成像、掃描聲成像和聲全息。

常規聲成像

從光學透鏡成像方法引伸而來。用聲源均勻照射物體，物體的散射聲訊號或透射聲訊號，經聲透鏡聚焦在像平面上形成物體的聲像，它實質上是與物體聲學特性相應的聲強分佈。用適當的暫時性或永久性記錄介質，將此聲強分佈轉換成光學分佈，或先轉換成電訊號分佈，再轉換為熒光屏上的亮度分佈。如此即可獲得人眼能觀察到的可見影象。

將聲強分佈變成光學分佈的永久性記錄介質有多種，如經過特殊處理的照相膠片，以及利用聲化學效應、聲電化學效應、聲致光效應和聲致熱效應的多種聲敏材料。這些材料可對聲像“拍照“，使其變成可直接觀察的影象。但這種聲記錄介質的靈敏度較低，其閾值為0.1瓦/釐米2至數瓦/釐米2，信噪比也較低，且使用不便。

聲強分佈的臨時性記錄，可用液麵或固體表面的形變來實現。其方法是用準直光照射形變表面，或用鐳射束逐點掃描形變表面，其衍射光經光學系統處理可得到與聲強分佈相應的光學像。此外，還可用聲像管將聲像轉換為視訊訊號，並顯示在熒光屏上。聲像管的結構與電視攝像管類似，只是用壓電晶片代替了光敏靶。聲像管可用於聲像實時顯示，其靈敏度閾值約為10-4瓦/釐米2。與掃描成像技術相比，工藝比較複雜、孔徑有限而且靈敏度偏低。

掃描聲成像

通過掃描，用聲波從不同位置照射物體，隨後接收含有物體資訊的聲訊號。經過相應的處理，獲得物體聲像，並在熒光屏上顯示成可見影象。

70年代以來，掃描聲成像方法發展迅速。聲束掃描經歷了手動掃描、機械掃描、電子掃描或電子掃描與機械掃描相結合的幾個階段。聲束聚焦也由透鏡聚焦發展到電子聚焦、計算機合成。獲得影象的方式和影象所含的內容也各有不同。

B型聲像

平行於聲束傳播方向的物體斷層的聲像。廣泛採用的有線掃描和扇掃描方式。線掃描採用換能器線陣，通過電子切換方法使聚焦聲束沿線陣方向掃描，並逐次照射物體的不同部位，接收聚焦聲束所達區域內的物體散射聲訊號，從而獲得掃描斷面內物體聲散射訊號的影象。扇掃描則是用相控掃描方法，旋轉聚焦聲束得到有一定張角的扇形截面內物體聲散射訊號的影象。

C型聲像

影象為垂直於聲束傳播方向的物體斷層的聲像。它採用換能器面陣（或線陣加機械掃描）使聚焦聲束在面陣範圍內掃描，選取由焦點處散射的訊號並加以顯示，即可得到焦平面內物體聲散射訊號的影象。

F型聲像

物體內任意斷層的聲像。與C型的區別在於，掃描聚焦聲束的焦點不固定，需根據欲成像的斷層位置作相應調整。

多普勒成像

利用運動物體散射聲波的多普勒效應，按散射聲訊號的多普勒頻移的幅度來顯示影象，影象與散射體的運動速度分佈相對應。多普勒成像分為連續波和脈衝兩種。前者所用的裝置與C型裝置類似，後者則與B型裝置類似。對接收的散射訊號分別與主振參考訊號混頻，然後解調並進行頻譜分析，以便獲得相應於各成像點的多普勒頻移。

計算機超聲斷層成像

由計算機 X射線斷層成像引伸而來。利用此法可獲得聲速、聲衰減係數和聲散射係數等聲學參量的定量分佈圖像。正在研究的計算機超聲斷層成像法有透射型和反射型兩種。根據射線理論或衍射理論，可用計算機實現影象的重現。透射型超聲斷層成像重現方法是用聲源以扇掃描或線掃描的方式照射物體，並接收與記錄透射聲的幅度分佈和相位分佈。這兩個分佈分別與聲束的傳播路徑上各點的聲衰減係數和聲速有關。從不同方位記錄足夠的資料，然後，用計算機重現聲衰減係數和聲速的分佈，並轉換為可見的定量影象，通常稱之為重現像。像重現的方法有三種，即代數重現法、反向投影法和傅立葉變換法。這幾種方法在計算誤差和計算速度方面各有優缺點。

合成孔徑成像

採用換能器陣列，各單元作為點元發射，發射聲束照射整個物體，接收來自物體各點的訊號並加以儲存，然後根據各成像點的空間位置，對各換能器元接收的訊號引入適當的時延，以得到被成像物體的逐點聚焦聲像。這樣，整個影象的解析度較高。用一維換能器陣列可獲得二維斷面圖像資訊，而用二維換能器陣列則可得到三維空間影象資訊。此外，根據需要，可顯示任意斷面的影象或進行三維顯示。

三維影象顯示

利用三維合成孔徑成像法可得到三維資訊，或將若干個斷面圖像綜合也可合成三維影象。根據繪透檢視的原理進行計算機處理，可在熒光屏上顯示三維影象。

聲全息

將全息原理引進聲學領域後產生的一種新的成像技術和資料處理手段。早期的聲全息完全模仿光全息方法，即用一參考聲束與頻率相同的物體聲束相干，在一平面內，疊加波為

式中UO為物體波，Ur為參考波。聲強度為

上標*指共軛。記錄此強度即得到全息圖。用一束鐳射照射全息圖，則可得到分別與UO與U奵相應的兩個像，稱為孿生像。UO真實地反映了原物體，稱為真像；而U奵則為其共軛像。重現時如果用的照明波與形成全息圖時所用波束的波長相同，那就如同光全息那樣，重現像為與原物完全相同的立體像。但在聲全息中，為了獲得可見的重現像，必須用可見光來重現。可見光的波長，與用來形成全息圖的聲波波長相差數百倍，因此重現像有嚴重的深度畸變，從而失去三維成像的優點。

由於很多聲檢測器均能記錄聲波的幅度和相位，並將其轉換成相應的電訊號，受到人們重視的新的聲全息方法與光全息方法不同，只有液麵法聲全息基本上保留了光全息的做法。而各種掃描聲全息不再採用聲參考波。掃描聲全息大致可分為兩類。

（1）鐳射重現聲全息：用一聲源照射物體，物體的散射訊號被換能器陣列接收並轉換成電訊號，再加上模擬從某個方向入射聲波的電參考訊號，於是在熒光屏上形成全息圖並拍照。然後，用鐳射照射全息圖，即可獲得重現像。

（2）計算機重現聲全息：用上述方法記錄換能器陣列各單元接收訊號的幅度和相位，用計算機進行空間傅立葉變換，即可重現物體聲像。

聲成像質量的主要指標有影象的橫向解析度、縱向解析度、信噪比、畸變和假象等。聲成像的質量不僅與所用的儀器裝置有關，而且在很大程度上還與聲波在介質中傳播的特性（如反射、折射和波型轉換）有關。

聲成像技術已得到廣泛應用，主要用於地質勘探、海洋探測、工業材料非破壞探傷和醫學診斷等方面。特別是，B型斷層影象診斷儀已成為與X射線斷層掃描器和同位素掃描器並列的醫學三大成像診斷技術之一。