超声全聚焦(Total Focusing Method，TFM)算法是基于全矩阵采集(Full Matrix Capture，FMC)的后处理成像方法，相比于常规相控阵技术具有更高的检测分辨率。基本TFM算法目前在成像效果和实时性方面仍存在不足，同时缺乏三维检测的研究和应用，难以满足工业日益增长的高分辨率、快速和立体化检测需求。针对TFM算法的现状和不足，本文在基本算法优化、实时TFM成像，以及三维TFM检测等方面开展了深入的研究工作。　　本文首先基于二维平面介质下的TFM检测模型，从仿真和实验的角度研究了阵元间距和阵元数量对算法横向分辨率的影响，并将TFM与平面波算法、合成孔径聚焦技术进行了分辨率和信噪比对比，结果表明TFM具有更好的综合检测效果。　　对基本TFM算法进行优化，提高了成像效果。针对阵元指向性和声传播衰减对成像的影响，本文建立了基于固体指向性函数和衰减补偿的TFM优化模型，对不同角度和深度位置的缺陷成像进行幅度补偿，有效提高了大偏角、远距离区域的成像信噪比，扩大了TFM有效检测范围。针对非平面界面对声束传播的影响，本文实现了自适应TFM优化算法，对曲面介质下的缺陷进行了聚焦成像。　　为提高TFM成像实时性，本文提出了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的并行计算架构，实现了多个聚焦像素的快速、并发合成。仿真和实验结果表明，在保证成像效果的同时，FPGA架构显著提高了TFM成像效率，同时降低了像素增加对成像效率的影响，使TFM成像帧率可达到脉冲重复频率与阵元数量之比。　　基于三维TFM成像模型，开展了三维成像算法优化及其在车身点焊检测中的应用研究。针对二维面阵指向性特征和点焊结构特点，引入了基于高斯指向性函数的增强型TFM算法，有效抑制了声波旁瓣与成像背景噪声。与便携式C扫描实验结果相比，本文算法不仅可以对点焊进行三维TFM成像，更加直观、立体地展示点焊内部结构和缺陷位置，而且对焊点熔核轮廓成像更加清晰，缺陷的检测灵敏度更高，对焊核直径的测量更加准确。