Entre otras aplicaciones, el Grupo de Tratamiento de Señal (GTS) de la Universidad Politécnica de Valencia ha trabajado tradicionalmente en el campo de los ensayos no destructivos por ultrasonidos. El GTS ha desarrollado sofisticados algoritmos de procesado de señal para la detección y caracterización en materiales dispersivos. El procedimiento de inspección ultrasónica de materiales implica la obtención de un registro o señal mediante un equipo emisor-receptor de ultrasonidos. Este registro será posteriormente procesado para obtener información del material. La extracción de características puede realizarse calculando parámetros temporales y/o frecuenciales de los registros en cuestión. Estos parámetros contienen información que está relacionada con propiedades físicas de los materiales y que podrán ser empleados en definitiva para clasificar y caracterizar el material. El objetivo de la tesis es el de ampliar el conjunto de parámetros que se han venido usando de manera tradicional en el grupo. Los nuevos parámetros proponen un cambio de perspectiva mediante el uso de técnicas basadas en el tratamiento digital de imagen. Se presenta una colección de descriptores geométricos y de forma que serán aplicados a las imágenes obtenidas a partir de los diagramas tiempo-frecuencia. Los citados parámetros se aplicarán junto con los parámetros que componen el modelo tradicional, o versiones modificadas de éstos, a la caracterización ultrasónica de materiales dispersivos blandos. En la tesis se presenta un modelo matemático afín a los tipos de materiales que han sido evaluados en este trabajo. Se define así un esquema que modela en el dominio de la frecuencia el registro de señal procedente de la inspección ultrasónica del material. Se proponen y estudian además diferentes métodos con el objetivo de llevar a cabo el análisis espectral de la señal ultrasónica y se discuten diferentes alternativas para la obtención y mejora de los diagramas tiempo-frecuencia. Se ha realizado un estudio de los estimadores más usados convencionalmente en el grupo para la extracción de características en el dominio frecuencial y se han llevado a cabo modificaciones de éstos desde el punto de vista del tratamiento digital de imagen. Se ha desarrollado un simulador acorde al modelo matemático presentado. El objetivo del simulador es el de realizar una comparativa de los estimadores convencionales y sus correspondientes modificados y el de contrastar la validez de las mejoras propuestas. Finalmente se realiza un estudio de los descriptores geométricos y de forma propuestos en esta tesis y se valida su utilidad mediante aplicación a la caracterización de diferentes tipos de materiales dispersivos blandos. Se ha demostrado la utilidad del conjunto de parámetros propuestos para la tarea de caracterización de este tipo de materiales.