We develop a new ultrasonic imaging framework for non-destructive testing of an immersed specimen featuring an irregular top surface and demonstrate its capability of accurately depicting the lower surfaces of multiple damages hidden in the specimen. Central to the framework is a multistep angular spectrum approach (ASA), via which the forward propagation wavefields of wave sources and backward propagation wavefields of the received wave signals are calculated. Upon applying a zero-lag cross-correlation imaging condition of reverse time migration (RTM) to the obtained forward and backward wavefields, the image of the specimen with an irregular surface can be reconstructed, in which hidden damages, if any and regardless of quantity, are visualized. The effectiveness and accuracy of the framework are examined using numerical simulation, followed with experiment, in both of which multiple side-drilled holes, at different locations in aluminum blocks with various irregular surfaces, are characterized. Results have proven that multiple damages in a specimen with an irregular surface can be individually localized, and the lower surface of each damage can further be imaged accurately, thanks to the RTM-based algorithm in which multiple wave reflections from the specimen bottom are taken into wavefield extrapolation. The proposed imaging approach presents higher computational efficiency, compared to conventional RTM, and enhanced imaging contrast over prevailing total focusing methods.

中文翻译：

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一种基于逆时偏移的多步角谱方法，用于不规则表面样品的超声成像

我们开发了一种新的超声成像框架，用于对具有不规则顶面的浸没试样进行无损检测，并证明其能够准确描绘隐藏在试样中的多个损伤的下表面。该框架的核心是多步角谱方法（ASA），通过该方法计算波源的前向传播波场和接收波信号的后向传播波场。将逆时偏移（RTM）的零滞后互相关成像条件应用于获得的前向和后向波场，可以重建具有不规则表面的样本的图像，其中隐藏的损坏，如果有的话并且不考虑数量, 可视化。使用数值模拟检查框架的有效性和准确性，随后进行了实验，分别表征了在具有各种不规则表面的铝块中不同位置的多个侧面钻孔。结果证明，由于采用了基于 RTM 的算法，其中考虑了来自样品底部的多次波反射，因此可以单独定位具有不规则表面的样品中的多个损伤，并且可以进一步准确地对每个损伤的下表面成像波场外推。与传统的 RTM 相比，所提出的成像方法具有更高的计算效率，并且比流行的全聚焦方法具有更高的成像对比度。结果证明，由于采用了基于 RTM 的算法，其中考虑了来自样品底部的多次波反射，因此可以单独定位具有不规则表面的样品中的多个损伤，并且可以进一步准确地对每个损伤的下表面成像波场外推。与传统的 RTM 相比，所提出的成像方法具有更高的计算效率，并且比流行的全聚焦方法具有更高的成像对比度。结果证明，由于采用了基于 RTM 的算法，其中考虑了来自样品底部的多次波反射，因此可以单独定位具有不规则表面的样品中的多个损伤，并且每个损伤的下表面可以进一步准确成像波场外推。与传统的 RTM 相比，所提出的成像方法具有更高的计算效率，并且比流行的全聚焦方法具有更高的成像对比度。