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本发明提供一种改进全聚焦算法的双层介质缺陷成像方法及系统，涉及超声相控阵无损检测技术领域；方法包括：通过多阵元超声换能器激发超声波信号到双层试件中，并在待检测区域进行全矩阵数据采集，并对采集到的信号进行转换，得到回波数字信号矩阵；根据费马原理和斯涅尔定理构建优化全聚焦算法，根据折反射定律推导折射补偿表达式，并对优化全聚焦算法进行改进，得到改进全聚焦算法；通过改进全聚焦算法分别对多个像素点在回波数字信号矩阵中对应的信号进行计算，得到多个像素点对应的回波幅值，并根据多个像素点对应的回波幅值构建缺陷图像。通过对回波信号进行信号补偿，使回波信号能更精确的表征试件的缺陷，生成清晰可见的缺陷图像。