【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及超聲波全聚焦，特別是一種提升fpga超聲全聚焦幀率的方法。
技術(shù)介紹
1、超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)是工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的一種常用方法，相控陣技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的超聲檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。由于超聲相控陣只能進(jìn)行單點(diǎn)的實(shí)時(shí)聚焦，成像分辨率和準(zhǔn)確度有限，近年來(lái)逐步被超聲全聚焦技術(shù)所取代，超聲全聚焦技術(shù)是一種高級(jí)的超聲波成像技術(shù)，通過(guò)采集被測(cè)區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)的全矩陣回波數(shù)據(jù)并進(jìn)行虛擬聚焦，能夠克服相控陣技術(shù)的缺點(diǎn)。
2、超聲全聚焦產(chǎn)生一幅圖像需要多個(gè)激發(fā)周期，每次一個(gè)陣元發(fā)射多個(gè)陣元同時(shí)接收，并對(duì)多個(gè)陣元接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚焦運(yùn)算獲得一幅灰度圖像，最后輸出的結(jié)果是多個(gè)激發(fā)周期獲得的灰度圖像的疊加。現(xiàn)有技術(shù)一般是通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)全聚焦的計(jì)算，一種是將所有激發(fā)周期接收的全部數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)的gpu運(yùn)算。一種是在fpga進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。
3、由于超聲全聚焦數(shù)據(jù)量大，計(jì)算過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，成像幀率較低，本公司專利《一種基于fpga實(shí)現(xiàn)的高幀率超聲全聚焦成》(公布號(hào)cn110927254a)提出了一種fpga全聚焦的實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)并行方式實(shí)現(xiàn)了幀率的提升，但是當(dāng)聚焦孔徑增大到一定程度后，存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)帶寬會(huì)限制全聚焦成像的幀率。
4、全聚焦計(jì)算過(guò)程中的聲程數(shù)據(jù)采用預(yù)存在存儲(chǔ)器的方式，由于聲程數(shù)據(jù)量大，一般采用外部ddr存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，將每個(gè)點(diǎn)到探頭陣元的單向聲程數(shù)據(jù)按順序進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)一個(gè)陣元發(fā)射完，多個(gè)陣元接收到超聲數(shù)據(jù)后，fpga按順序從ddr讀取聲程數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)聚焦像素
5、假設(shè)fpga掛4片ddr3存儲(chǔ)器，每片ddr3存儲(chǔ)器位寬16位，運(yùn)行在800m/s的時(shí)鐘，那么其讀寫(xiě)帶寬是16×4×800×2mbit/s=102400mbit/s，fpga按200m/s的時(shí)鐘頻率工作，那么每個(gè)時(shí)鐘周期可以讀取102400÷200=512bit寬度的聲程數(shù)據(jù)。假設(shè)每個(gè)單向聲程數(shù)據(jù)是16bit存儲(chǔ)的，那么fpga一個(gè)時(shí)鐘周期能讀取的單向聲程數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)是512÷16=32個(gè)，也就是對(duì)于聚焦孔徑是32的時(shí)候通過(guò)流水線可以一個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)算一個(gè)點(diǎn)的灰度值，但是當(dāng)全聚焦的聚焦孔徑增大后，例如64孔徑，一個(gè)點(diǎn)的計(jì)算需要64×16=1024bit的聲程數(shù)據(jù)，fpga需要1024÷512=2個(gè)時(shí)鐘周期從存儲(chǔ)器讀取聲程數(shù)據(jù)，通過(guò)流水線處理要兩個(gè)時(shí)鐘周期才能完成一個(gè)點(diǎn)的灰度值計(jì)算，所以在聚焦孔徑64的時(shí)候，相對(duì)于32孔徑，除了激發(fā)周期變大一倍（需要激發(fā)64次）導(dǎo)致的幀率下降一倍外還存在存儲(chǔ)器帶寬的制約導(dǎo)致幀率再下降一倍。當(dāng)聚焦孔徑為128的時(shí)候，一個(gè)點(diǎn)的計(jì)算需要128×16=2048bit的聲程數(shù)據(jù)，fpga需要2048÷512=4個(gè)時(shí)鐘周期從存儲(chǔ)器讀取聲程數(shù)據(jù)，通過(guò)流水線處理要4個(gè)時(shí)鐘周期才能完成一個(gè)點(diǎn)的灰度值計(jì)算，相對(duì)于32孔徑，除了激發(fā)周期變大4倍導(dǎo)致的幀率下降4倍外還存在存儲(chǔ)器帶寬的制約導(dǎo)致幀率再下降4倍。可以看到隨著孔徑的增大，全聚焦的成像幀率平方倍的下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，該方法利用聲程數(shù)據(jù)加上聲程數(shù)據(jù)差值存儲(chǔ)提高了超聲全聚焦幀率。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供的提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，包括以下步驟：
4、獲取陣元的聲程數(shù)據(jù)；
5、計(jì)算陣元間的聲程數(shù)據(jù)差值；
6、根據(jù)存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)；
7、所述聲程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：依次循環(huán)間隔存儲(chǔ)陣元的聲程數(shù)據(jù)和若干個(gè)連續(xù)聲程數(shù)據(jù)差值。
8、進(jìn)一步，所述存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力為n時(shí)，設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)n-1，具體如下：
9、所述聲程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：依次循環(huán)間隔存儲(chǔ)陣元的聲程數(shù)據(jù)和n個(gè)連續(xù)聲程數(shù)據(jù)差值；具體表示為[t1][δt2]…[δtn]；
10、其中，t1表示第1個(gè)聲程數(shù)據(jù)；δt2表示第2個(gè)聲程數(shù)據(jù)和第1個(gè)聲程數(shù)據(jù)的聲程數(shù)據(jù)差值；δtn表示第n個(gè)聲程數(shù)據(jù)和第n-1個(gè)聲程數(shù)據(jù)的聲程數(shù)據(jù)差值。
11、進(jìn)一步，所述存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力為n時(shí)，設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)2（n-1），具體如下：
12、所述聲程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：依次循環(huán)間隔存儲(chǔ)陣元的聲程數(shù)據(jù)和n個(gè)連續(xù)聲程數(shù)據(jù)差值；具體表示為[t1][δt2]…[δtn][δtn+1][δtn+2]…[δt2n-1][t2n]；
13、其中，t1表示第1個(gè)聲程數(shù)據(jù)；δt2表示第2個(gè)聲程數(shù)據(jù)和第1個(gè)聲程數(shù)據(jù)的聲程數(shù)據(jù)差值；δtn表示第n個(gè)聲程數(shù)據(jù)和第n-1個(gè)聲程數(shù)據(jù)的聲程數(shù)據(jù)差值；t2n表示第2n個(gè)聲程數(shù)據(jù)。
14、進(jìn)一步，所述時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力采用在時(shí)鐘周期內(nèi)連續(xù)加減法的次數(shù)n。
15、進(jìn)一步，所述聲程數(shù)據(jù)讀?。鹤x取聲程數(shù)據(jù)和聲程數(shù)據(jù)差值，通過(guò)預(yù)設(shè)的運(yùn)算得到所有聲程數(shù)據(jù)。
16、進(jìn)一步，所述聲程數(shù)據(jù)讀取后通過(guò)將第一個(gè)聲程數(shù)據(jù)加上聲程數(shù)據(jù)差值可得到對(duì)應(yīng)的單向聲程數(shù)據(jù)。
17、進(jìn)一步，當(dāng)聲程數(shù)據(jù)的數(shù)量經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到的余數(shù)小于n-1時(shí)，最后的陣元的聲程數(shù)據(jù)采用完整聲程數(shù)據(jù)。
18、進(jìn)一步，所述聲程數(shù)據(jù)差值的存儲(chǔ)位寬通過(guò)陣元間隔的聲程數(shù)據(jù)計(jì)算得到單位聲程數(shù)據(jù)的數(shù)量，再根據(jù)單位聲程數(shù)據(jù)的數(shù)量的二進(jìn)制值確定存儲(chǔ)位寬。
19、進(jìn)一步，所述聲程數(shù)據(jù)讀取按照以下方式進(jìn)行：聲程數(shù)據(jù)的一半通過(guò)前一個(gè)完整聲程用加法獲得，另一半通過(guò)后一個(gè)完整聲程用減法獲得。
20、本專利技術(shù)的有益效果在于：
21、本專利技術(shù)提供的提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，該方法首先獲取陣元的聲程數(shù)據(jù)；然后計(jì)算陣元間的聲程數(shù)據(jù)差值；最后根據(jù)存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力n設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)n-1；依次循環(huán)間隔存儲(chǔ)陣元的聲程數(shù)據(jù)和n個(gè)連續(xù)聲程數(shù)據(jù)差值；具體表示為[t1][δt2]…[δtn][tn+1][δtn+2]…[δt2n]；其中，t1表示第1個(gè)聲程數(shù)據(jù)；δt2表示第2個(gè)聲程數(shù)據(jù)和第1個(gè)聲程數(shù)據(jù)的聲程數(shù)據(jù)差值；δtn表示第n個(gè)聲程數(shù)據(jù)和第n-1個(gè)聲程數(shù)據(jù)的聲程數(shù)據(jù)差值；該方法提供了一種聲程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，可以極大緩解大孔徑下，超聲全聚焦高幀率對(duì)ddr帶寬提出的需求。在大孔或外部存儲(chǔ)器ddr帶寬較小的情況下可以有效低提升超聲全聚焦的幀率。解決了ddr讀寫(xiě)帶寬對(duì)fpga超聲全聚焦的制約，在有限的ddr讀寫(xiě)帶寬內(nèi)，單個(gè)fpga時(shí)鐘獲取更多的單向聲程數(shù)據(jù)，從而提升大孔徑下全聚焦的幀率。
22、本專利技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本專利技術(shù)的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本專利技術(shù)的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
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1.一種提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力為n時(shí)，設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)n-1，具體如下：
3.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力為n時(shí)，設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)2（n-1），具體如下：
4.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力采用在時(shí)鐘周期內(nèi)連續(xù)加減法的次數(shù)n。
5.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述聲程數(shù)據(jù)按照以下方式進(jìn)行讀?。鹤x取聲程數(shù)據(jù)和聲程數(shù)據(jù)差值，通過(guò)預(yù)設(shè)的運(yùn)算得到所有聲程數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述聲程數(shù)據(jù)讀取后通過(guò)將第一個(gè)聲程數(shù)據(jù)加上聲程數(shù)據(jù)差值可得到對(duì)應(yīng)的單向聲程數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：當(dāng)聲程數(shù)據(jù)的數(shù)量經(jīng)過(guò)計(jì)算后得
8.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述聲程數(shù)據(jù)差值的存儲(chǔ)位寬通過(guò)陣元間隔的聲程數(shù)據(jù)計(jì)算得到單位聲程數(shù)據(jù)的數(shù)量，再根據(jù)單位聲程數(shù)據(jù)的數(shù)量的二進(jìn)制值確定存儲(chǔ)位寬。
9.如權(quán)利要求1所述的提升FPGA超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述聲程數(shù)據(jù)按照以下方式進(jìn)行讀取：所述聲程數(shù)據(jù)的一半通過(guò)前一個(gè)完整聲程用加法獲得，另一半通過(guò)后一個(gè)完整聲程用減法獲得。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力為n時(shí)，設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)n-1，具體如下：
3.如權(quán)利要求1所述的提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述存儲(chǔ)器件的時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力為n時(shí)，設(shè)置存儲(chǔ)聲程數(shù)據(jù)差值的個(gè)數(shù)2（n-1），具體如下：
4.如權(quán)利要求1所述的提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算能力采用在時(shí)鐘周期內(nèi)連續(xù)加減法的次數(shù)n。
5.如權(quán)利要求1所述的提升fpga超聲全聚焦幀率的方法，其特征在于：所述聲程數(shù)據(jù)按照以下方式進(jìn)行讀?。鹤x取聲程數(shù)據(jù)和聲程數(shù)據(jù)差值，通過(guò)預(yù)設(shè)的運(yùn)算得到所有聲程數(shù)據(jù)。
...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：駱琦，胡慶榮，蔡慶生，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣州多浦樂(lè)電子科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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