声学成像技术及工程应用/国际信息工程先进技术译丛.pdf

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《声学成像技术及工程应用》涵盖范围十分广泛,有关声学成像几乎所有内容。

作者简介
作者:(新加坡)颜允祥 译者:李平、吴文焘、李虹、王玲芳

目录
原书序
关于作者
第1章绪言1
参考文献3
第2章声学及其成像的物理基础4
2.1引言4
2.2声在固体中的传播4
2.2.1线性波动方程的导出及其解4
2.2.2线性声学波动方程和新应力场方程中的对称性5
2.3应用规范位势理论求解波动方程6
2.4有限振幅声波在固体中的传播7
2.4.1高阶弹性理论7
2.4.2非线性效应8
2.4.3非线性声学运动方程的导出8
2.4.4高阶声学运动方程的解9
2.5能量吸收引起的非线性效应9
2.5.1热传导引起的能量吸收9
2.5.2位错引起的能量吸收9
2.6固体中声传播的规范理论表述10
2.6.1无穷小振幅声波动方程中的协变导数11
2.6.2大振幅声波动方程的协变导数11
参考文献11
第3章信号处理12
3.1信号处理和图像处理中的数学工具12
3.1.1矩阵理论12
3.1.2矩阵的一些性质12
3.1.3傅里叶变换14
3.1.4Z变换18
3.2图像增强18
3.2.1空间低通、高通和带通滤波18
3.2.2放大与内插19
3.2.3复制19
3.2.4线性内插19
3.2.5图像变换20
3.3图像采样和量化21
3.3.1采样与复制21
3.3.2从样本重建图像21
3.3.3奈奎斯特频率22
3.3.4采样定理22
3.3.5二维采样理论应用实例22
3.3.6用于随机场的采样定理22
3.3.7采样和重建的实际限制23
3.3.8图像量化23
3.4图像的随机建模23
3.4.1自回归模型24
3.4.2自回归模型的特性24
3.4.3滑动平均模型24
3.5波束形成25
3.5.1波束形成原理25
3.5.2声纳波束形成的要求26
3.6有限元法26
3.6.1引言26
3.6.2应用27
3.7边界元法28
参考文献29
第4章声学成像的常用方法30
4.1引言30
4.2层析术30
4.2.1玻恩近似34
4.2.2利托夫近似35
4.2.3傅里叶衍射定理36
4.2.4重建和反向传播算法36
4.3全息术41
4.4脉冲—回波模式和透射模式44
4.4.1C型扫描法44
4.4.2B型扫描法46
4.5声学显微镜方法49
参考文献50
第5章时间反转声学和超分辨技术52
5.1引言52
5.2时间反转声学理论52
5.3时间反转声学在医学超声成像中的应用58
5.4时间反转声学在超声无损检测中的应用59
5.4.1液—固界面上的时间反转声学理论60
5.4.2无损检测中的TRM实验实现61
5.4.3非相干求和63
5.4.4来自于斑噪声区域的时间反转信号63
5.4.5迭代技术63
5.4.6包含硬α区域的迭代处理64
5.4.7纯斑噪声区域的迭代处理64
5.5TRA在地雷或埋入体探测中的应用66
5.5.1引言66
5.5.2理论67
5.5.3实验过程68
5.5.4实验设置69
5.5.5Wiener滤波器69
5.5.6实验结果70
5.6时间反转声学在水声中的应用71
参考文献71
第6章非线性声学成像73
6.1混沌理论在声学成像中的应用73
6.1.1衍射层析成像中遇到的非线性问题73
6.1.2混沌的定义和历史73
6.1.3分形的定义74
6.1.4混沌和分形的联系75
6.1.5乳腺癌的分形性质75
6.1.6分形的类型76
6.1.7分形近似78
6.1.8扩散限制凝聚78
6.1.9生长区概率分布GSPD79
6.1.10使用GSPD近似散射场80
6.1.11离散赫姆霍兹波动方程81
6.1.12Kaczmarz算法81
6.1.13Hounsfield法83
6.1.14在Kaczmarz算法中使用GSPD84
6.1.15应用频域内插的分形算法84
6.1.16频域内插分形算法最终方程的导出84
6.1.17仿真结果85
6.1.18Born近似和分形近似的对比87
6.2非经典非线性声学成像88
6.2.1引言88
6.2.2由CAN产生谐波的机制89
6.2.3非线性共振模态91
6.2.4非经典CAN谱的实验研究92
6.2.5CAN在非线性声学成像和无损检测中的应用93
6.2.6结论95
6.3非线性声学成像的调制法96
6.3.1引言96
6.3.2调制声学方法的原理96
6.3.3裂缝位置的调制模态法97
6.3.4用于NDT调制方法的实验步骤98
6.3.5调制模态系统的实验步骤98
6.3.6结论100
6.4谐波成像101
参考文献101
第7章高频声学成像103
7.1引言103
7.2换能器103
7.3电子电路104
7.4软件105
7.5高频超声成像的应用106
7.6皮肤科和眼科150MHz超声成像系统106
7.7150MHz系统的信号处理106
7.8声学显微镜的电子电路111
7.8.1门控信号及其在声学显微镜中的应用111
7.8.2准单频系统113
7.8.3甚短脉冲技术114
参考文献115
第8章声学成像的统计处理116
8.1引言116
8.2非均匀性散射117
8.3波场的统计特性研究118
8.3.1菲涅尔近似或近场近似120
8.3.2远场成像条件(夫琅和费近似)121
8.3.3起伏的互相关性125
8.3.4准静态条件128
8.3.5幅度起伏的时间自相关129
8.3.6实验验证131
8.3.7起伏理论在聚焦系统衍射图像中的应用134
8.3.8结论134
8.4统计处理的连续介质方法134
8.4.1引言134
8.4.2抛物线方程理论134
8.4.3折射率起伏假设135
8.4.4平均场方程和通解135
参考文献138
第9章无损检测139
9.1缺陷检测的特点139
9.2自动化超声检测141
9.2.1引言141
9.2.2检测过程142
9.2.3AUT系统实例142
9.2.4AUT中的信号处理和缺陷特征的自动化增强143
9.3导波用于NDT声学成像146
9.4应力测量和材料研究中的超声技术148
9.4.1引言148
9.4.2内部应力测量149
9.4.3“吻粘接”评价中的V(z)曲线技术151
9.5干接触或非接触换能器153
9.5.1缺陷深度、尺度和特征153
9.5.2一发一收扫频法153
9.5.3一发一收冲激法153
9.5.4机械阻抗分析法153
9.6相控阵换能器154
9.6.1引言154
9.6.2相控阵的意义155
9.6.3超声相控阵技术的原理156
9.6.4聚焦法则158
9.6.5基本扫描和成像158
9.6.6相控阵检测相对常规超声检测的优势159
参考文献160
第10章医学超声成像161
10.1引言161
10.2声传播的物理原理161
10.2.1声波在固体中的传播161
10.2.2对比度163
10.3成像模式163
10.3.1B型扫描163
10.3.2C型扫描169
10.4B型扫描仪器171
10.4.1手动系统171
10.4.2实时系统173
10.4.3机械扫描174
10.4.4电子扫描175
10.5C型扫描仪器179
10.5.1Sokolov管179
10.5.2超声全息术179
10.6组织谐波成像181
10.6.1引言181
10.6.2组织谐波成像的原理182
10.6.3组织谐波图像的形成185
10.6.4组织谐波成像的特点186
10.6.5一些商用系统188
10.7弹性成像188
10.7.1引言188
10.7.2人工触诊和弹性成像的对比188
10.7.3激励作用力和成像形式的选择191
10.7.4弹性成像的物理基础192
10.7.5图像形成算法195
10.7.6一些商用系统198
10.8彩色多普勒成像203
10.8.1多普勒超声203
10.8.2脉冲(门控)多普勒和频谱多普勒204
10.8.3量化多普勒技术205
10.8.4速度测量205
10.8.5谱多普勒波形测量205
10.8.6血流量测量206
10.8.7彩色多普勒206
10.8.8新兴技术207
10.9超声造影208
10.9.1引言208
10.9.2气泡超声心动图208
10.9.3微泡造影剂208
10.9.4工作过程210
10.9.5应用210
10.103D医学超声成像211
10.10.1引言211
10.10.2可选3D超声212
10.10.33D超声的风险降低213
10.10.4未来发展213
10.10.5局部麻醉214
10.11发展趋势214
参考文献215
第11章水下声学成像219
11.1引言219
11.2水下声学成像系统原理219
11.2.1扩展损失220
11.2.2衰减损失220
11.2.3传播理论220
11.2.4海面的反射和散射221
11.2.5海底的反射和散射222
11.2.6海底反射损失222
11.2.7声道223
11.3部分水下声学成像系统的工作原理225
11.4水下声学成像系统的特点227
11.5成像形式230
11.5.1声纳声学成像230
11.5.2正视声学成像232
11.6几个有代表性的水下声学成像系统233
11.6.1聚焦声学成像系统233
11.6.2电子波束聚焦水下声学成像系统234
11.6.3全息声学成像237
11.7机器人技术在水下声学成像中的应用240
参考文献241
第12章地质勘探242
12.1引言242
12.2声学全息术应用到地震成像243
12.3现场试验范例243
12.3.1一维全息图阵列243
12.3.2二维全息阵列244
12.4实验室建模249
12.5图像处理和增强技术249
12.5.1弱信号增强249
12.5.2相位对比增强技术249
12.6计算机重建250
12.6.1共轭图像的去除250
12.6.2傅里叶变换全息图250
12.6.3计算机重建范例251
12.6.4横波传播或频率域偏移253
12.6.5相关全息图253
12.7地震全息术的其他应用253
12.8地震全息术中的信号处理254
12.8.1速率过滤254
12.8.2二维傅里叶变换技术255
12.8.3Taup变换(倾斜叠加)255
12.8.4Taup反变换256
12.8.5kω和Taup变换的范例258
12.9将衍射X线体层照相术应用到地震成像261
12.9.1重建算法267
12.9.2VSP情形的计算机仿真270
12.10小结271
参考文献272
第13章量子声学成像274
13.1引言274
13.2将光学压电换能器用于产生纳米声波274
13.3纳米波的光学方向277
13.4纳米成像/量子声学成像277
13.5太赫兹声波的产生和放大281
13.6在有源SL中由光泵浦产生的电子逆转和声子放大理论283
13.7量子声学成像的源285
13.8量子声学成像的光子纠缠285
13.9量子声学成像的应用286
参考文献287
第14章负折射、声学超材料和声学隐身289
14.1引言289
14.2Veselago理论的限制289
14.2.1引言289
14.2.2齐次电磁波方程的规范不变性290
14.2.3声场方程的规范不变性291
14.2.4声学隐身291
14.2.5非线性齐次声波动方程的规范不变性292
14.2.6我对负折射的重要发现,是坐标变换或负折射和隐身统一理论的一个特例292
14.2.7结论293
14.3完美声学透镜的多散射方法293
14.4声学隐身298
14.4.1引言298
14.4.2换能声学的求导299
14.4.3应用到一个特例302
14.5具有联立负质量密度和负体积模量的声学超材料303
14.6依据非线性坐标变换的声学隐身306
14.7水下物体的声学隐身310
14.8将双重负性扩展到非线性声学310
参考文献310
第15章基于超材料的新声学312
15.1引言312
15.2新声学和声学成像313
15.3声子晶体的基底313
15.4声子晶体理论——多散射理论314
15.4.1计算细节317
15.4.2结果讨论317
15.5由规范不变性(坐标变换)推导得到的负折射——另一种负折射理论318
15.5.1作为负折射和隐身统一理论的规范不变性318
15.5.2曲线坐标广义形式的Snell定律320
15.5.3使用坐标变换设计一个完美透镜320
15.5.4一种通用的隐身透镜321
15.6在具有不同宇称的两种介质界面处声波的反射和传递321
15.7负包含的衍射理论322
15.7.1衍射X线体层照相术前向问题的形式化322
15.7.2对一种负介质中衍射过程的建模326
15.7.3数值仿真的结果327
15.7.4在数值仿真中要注意的要点332
15.8通过操作声音传播的预定方向,以包括质量密度和体积模量的广义形式,扩展到衍射理论333
15.9衍射理论的一种新方法——基于材料参数的一种严格理论334
15.10由反射不变量推导负折射(左右对称性)——负折射的一种新方法334
15.11各向同性不变性、时间反向不变性和折射不变性的统一理论336
15.12将新声学应用到声学波导336
15.13新的弹性性质337
15.14基于超材料的非线性声学337
15.14.1原理337
15.14.2声音衰减应用的非线性声学超材料339
15.15声学超材料中的超声衰减339
15.15.1能量传递和波衰减的机制340
15.15.2应用340
15.16声子晶体器件的应用341
15.17规范理论和MST在超材料中扮演角色的重要性比较——超材料理论的
总结342
15.18相比于非线性声学,新声学的影响342
15.19结论342
参考文献343
第16章未来方向和未来技术345
参考文献345

内容简介
《声学成像技术及工程应用》首先介绍了声学和声成像的基本理论和原则,随后探讨了声成像技术在各方面的应用,如无损检测、医学成像、水下声学成像和声纳及地球物理勘探。《声学成像技术及工程应用》将不同技术集合起来,重点讨论声学领域和常规理论的相似性。除此以外,还提到一些领先的话题,如无损测试的非线性声学成像和应用,声学成像混沌理论的应用,声学成像和负折射的统计处理等。《声学成像技术及工程应用》的主要特点是全面性地概括了声学成像的重点应用;介绍了声学运动方程的规范不变性;包含了对声传播最新理论的处理方法。
《声学成像技术及工程应用》适合声学、材料、无损检测和医疗声学相关专业本科高年级、研究生,和声学相关专业的工程技术人员、研究人员。

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