A multiscale residual U-net architecture for super-resolution ultrasonic phased array imaging from full matrix capture data

相控阵 计算机科学 波束赋形 残余物 超声波传感器 图像分辨率 人工智能 声学 噪音(视频) 自编码 算法 计算机视觉 人工神经网络 物理 电信 图像(数学) 天线(收音机)
作者
Lishuai Liu,Wen Liu,Da Teng,Yanxun Xiang,Fu‐Zhen Xuan
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:154 (4): 2044-2054 被引量:2
标识
DOI:10.1121/10.0021171
摘要

Ultrasonic phased array imaging using full-matrix capture (FMC) has raised great interest among various communities, including the nondestructive testing community, as it makes full use of the echo space to provide preferable visualization performance of inhomogeneities. The conventional way of FMC data postprocessing for imaging is through beamforming approaches, such as delay-and-sum, which suffers from limited imaging resolution and contrast-to-noise ratio. To tackle these difficulties, we propose a deep learning (DL)-based image forming approach, termed FMC-Net, to reconstruct high-quality ultrasonic images directly from FMC data. Benefitting from the remarkable capability of DL to approximate nonlinear mapping, the developed FMC-Net automatically models the underlying nonlinear wave-matter interactions; thus, it is trained end-to-end to link the FMC data to the spatial distribution of the acoustic scattering coefficient of the inspected object. Specifically, the FMC-Net is an encoder-decoder architecture composed of multiscale residual modules that make local perception at different scales for the transmitter-receiver pair combinations in the FMC data. We numerically and experimentally compared the DL imaging results to the total focusing method and wavenumber algorithm and demonstrated that the proposed FMC-Net remarkably outperforms conventional methods in terms of exceeding resolution limit and visualizing subwavelength defects. It is expected that the proposed DL approach can benefit a variety of ultrasonic array imaging applications.
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