Каков процесс создания изображения звуковой волны?

Создание звукового волнового изображения, также известного как сонография или акустическая визуализация , включает в себя несколько шагов, в зависимости от конкретной используемой техники. Там нет единого процесса, поскольку существует разные методы, каждый со своими собственными нюансами. Однако некоторые общие элементы:

1. Генерация звуковых волн:

* Transducer: Преобразователь (часто пьезоэлектрический кристалл) генерирует высокочастотные звуковые волны (ультразвук) в импульсах. Частота определяет разрешение - более высокая частота =лучшее разрешение, но более мелкое проникновение. Более низкая частота =худшее разрешение, но более глубокое проникновение.

* передача: Эти звуковые волны передаются в среду (например, человеческое тело, кусок металла и т. Д.).

2. Распространение и взаимодействие волны:

* Отражение и преломление: Когда звуковые волны проходят через среду, они сталкиваются с интерфейсами между различными тканями или материалами с различным акустическим импедансом (произведение плотности и скорости звука). На этих интерфейсах часть звуковой энергии отражается обратно в направлении датчика, в то время как некоторые преломляют (изогнут) или передаются дальше.

* рассеяние: Звуковые волны также могут быть разбросаны небольшими структурами внутри среды.

3. Прием и обработка сигнала:

* прием: Отраженные звуковые волны принимаются одним и тем же преобразователем (в большинстве случаев).

* Измерение времени полета: Преобразователь измеряет время, необходимое для звуковых волн, чтобы перейти к интерфейсу и обратно. Это время прямо пропорционально расстоянию до границы раздела.

* Измерение амплитуды: Сила (амплитуда) отраженного сигнала предоставляет информацию о свойствах границы раздела - более сильные отражения, как правило, указывают на большую разницу в акустическом сопротивлении.

* Обработка сигнала: Полученные сигналы усиливаются, отфильтрованы (для уменьшения шума) и обрабатываются для удаления артефактов и повышения качества изображения. Это может включать в себя такие методы, как формирование луча (объединение сигналов из нескольких элементов в массиве преобразователей) и динамическая фокусировка (регулировка фокуса звукового луча).

4. Формирование изображения:

* Преобразование данных: Обработанные данные по времени полета и амплитуды преобразуются в изображение. Существуют различные методы, но, как правило, яркость или цвет пикселя на изображении соответствуют силе отраженного сигнала в определенном месте. Это образует визуальное представление внутренней структуры среды.

* отображение изображения: Полученное изображение отображается на мониторе.

Специальные методы:

Вышеуказанные шаги общие. Существуют различные методы акустической визуализации, каждая с вариациями:

* Ультразвук (медицинская визуализация): Использует относительно высокочастотные звуковые волны для медицинской диагностики. Различные режимы (B-Mode, M-Mode, Doppler) предлагают разные типы изображений.

* Сонар (подводная акустика): Используется для навигации, картирования морского дна и обнаружения подводных объектов. Часто использует более низкие частоты для обнаружения более длительного диапазона.

* Акустическая микроскопия: Использует чрезвычайно высокочастотные звуковые волны для создания очень подробных изображений микроскопических структур.

* Фотоакустическая визуализация: Использует лазерные импульсы для генерации ультразвуковых волн, что позволяет представлять визуализацию биологической ткани с высоким разрешением.

Таким образом, создание изображения звуковой волны - это процесс отправки звуковых волн, обнаружения отраженных волн, измерения их времени полета и амплитуды, обработки сигналов, а затем преобразования этих данных в визуальное представление внутренней структуры объекта или среды, изображаемого. Конкретные детали процесса варьируются в зависимости от используемого приложения и технологии.