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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

3.1.4 Z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

4.4.1 C型扫描法 44

4.4.2 B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

5.5 TRA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

5.5.5 Wiener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GSPD 79

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

6.1.12 Kaczmarz算法 81

6.1.13 Hounsfield法 83

6.1.14在Kaczmarz算法中使用GSPD 84

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

6.1.18 Born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

6.2.5 CAN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

7.7 150MHz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

9.2.3 AUT系统实例 142

9.2.4 AUT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

10.3.1 B型扫描 163

10.3.2 C型扫描 169

10.4 B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

10.5 C型扫描仪器 179

10.5.1 Sokolov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

10.10 3D医学超声成像 211

10.10.1引言 211

10.10.2可选3D超声 212

10.10.3 3D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

12.8.3 Tau-p变换（倾斜叠加） 255

12.8.4 Tau-p反变换 256

12.8.5 k-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

12.9.2 VSP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

14.2 Veselago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