JPH10142334A - Ultrasonic measuring device - Google Patents
Ultrasonic measuring deviceInfo
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- JPH10142334A JPH10142334A JP9237958A JP23795897A JPH10142334A JP H10142334 A JPH10142334 A JP H10142334A JP 9237958 A JP9237958 A JP 9237958A JP 23795897 A JP23795897 A JP 23795897A JP H10142334 A JPH10142334 A JP H10142334A
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- ultrasonic
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波計測に当たって、送受波器の素子数を
増大させることなく、サイドローブを抑圧する。
【解決手段】 超音波送受波器10において、1又は複
数の送信素子12aを利用して超音波が送波され、反射
波が複数の受信素子14aで受波される。これにより得
られた複数の受信信号に対し複数種類の結像フィルタに
よるフィルタ処理がなされ、複数の結像処理結果が得ら
れる。複数の結像フィルタは、主方位以外の方位利得特
性が互いに異なるように設定されている。統合処理部2
4は、複数の結像処理結果を比較して、サイドローブを
判別・抑圧する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To suppress a side lobe without increasing the number of elements of a transducer in ultrasonic measurement. SOLUTION: In an ultrasonic transmitter / receiver 10, an ultrasonic wave is transmitted using one or a plurality of transmitting elements 12a, and a reflected wave is received by a plurality of receiving elements 14a. The plurality of received signals thus obtained are subjected to filter processing by a plurality of types of imaging filters, and a plurality of imaging processing results are obtained. The plurality of imaging filters are set so that azimuth gain characteristics other than the main azimuth are different from each other. Integrated processing unit 2
Reference numeral 4 compares and compares a plurality of imaging processing results to determine and suppress side lobes.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の送受波に
より物体の計測を行なう超音波計測装置に関し、特に、
超音波信号の結像処理に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic measuring apparatus for measuring an object by transmitting and receiving ultrasonic waves,
The present invention relates to an imaging process of an ultrasonic signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】物体を三次元的に計測し、その物体を画
像化する物体計測装置として、従来から各種の装置が知
られている。その中で光学系を利用した計測装置には、
対象物体の表面の光学的性質、計測環境(例えば照明)
などの計測条件に制限がある。2. Description of the Related Art Various types of devices have been known as object measuring devices for measuring an object three-dimensionally and imaging the object. Among them, measuring devices that use optical systems include:
Optical properties of the surface of the target object, measurement environment (eg, illumination)
There are restrictions on measurement conditions such as
【0003】その一方、音響を利用した計測装置、特に
超音波による物体の計測装置は、光学系を利用した計測
装置に比べ、一般的に装置規模を小さくでき、コストダ
ウンを図ることができる。特に、超音波の速度が光より
も遅く、直接的に信号の位相等を計測・制御することが
容易であるなどの長所があるため、超音波計測装置は簡
便かつ有利な装置といえる。このような利点から、超音
波計測装置は多方面(例えばセキュリティ分野)で活用
されており、そして、低コストでありながら、より高精
度で信頼性の高い超音波計測装置が要望されている。On the other hand, a measuring device using sound, particularly a measuring device for an object using ultrasonic waves, can generally be reduced in size and cost as compared with a measuring device using an optical system. In particular, the ultrasonic measurement device is advantageous in that the speed of the ultrasonic wave is slower than that of light, and it is easy to directly measure and control the phase and the like of the signal. Because of these advantages, ultrasonic measuring devices are used in various fields (for example, in the field of security), and there is a demand for low-cost, high-accuracy, and highly reliable ultrasonic measuring devices.
【0004】超音波計測装置では、複数の送信素子及び
受信素子を備えた超音波送受波器において超音波(超音
波パルス)の送受波を行なうことにより物体の計測が行
われる。具体的には、各送信素子から超音波が送波さ
れ、対象物にて反射した反射波が複数の受信素子によっ
て受波される。この送受波にあたっては、超音波の位相
調整を行なうことによるフォーカシングや超音波ビーム
の走査が行われる。すなわち、各送受波により得られた
多数の受信信号は送信素子及び受信素子の位置関係など
に基づいて結像処理され、計測領域内に存在する対象物
の三次元データ(距離データあるいは形状データ)が得
られる。なお、必要に応じて計測対象の三次元画像が形
成され、画像表示される。In an ultrasonic measuring apparatus, an object is measured by transmitting and receiving ultrasonic waves (ultrasonic pulses) in an ultrasonic transducer having a plurality of transmitting elements and receiving elements. Specifically, an ultrasonic wave is transmitted from each transmitting element, and reflected waves reflected by the object are received by a plurality of receiving elements. In transmitting and receiving the waves, focusing by adjusting the phase of the ultrasonic wave and scanning of the ultrasonic beam are performed. That is, a large number of reception signals obtained by each transmission / reception wave are subjected to image formation processing based on the positional relationship between the transmission element and the reception element, and three-dimensional data (distance data or shape data) of an object existing in the measurement area Is obtained. Note that a three-dimensional image to be measured is formed and displayed as needed.
【0005】なお、対象物が計測時間内で定常であれ
ば、必ずしも超音波を実際にフォーカシングする必要は
なく、公知の合成開口法に基づいて、送波素子を別個に
駆動し各送波に対し反射波を各受波素子で受波し、それ
らにより得られた受信信号群を計算機の内部で電子的に
収束・走査すれば、上記同様の三次元画像を得られる。If the target is stationary within the measurement time, it is not always necessary to actually focus the ultrasonic waves, and the transmitting elements are separately driven based on the known synthetic aperture method to transmit each ultrasonic wave. On the other hand, if the reflected wave is received by each of the receiving elements, and the received signal group obtained by these is electronically converged and scanned inside the computer, the same three-dimensional image as described above can be obtained.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上のような超音波を
用いた物体計測においては複数の素子(複数の送信素
子、複数の受信素子)を用いる必要があるが、この場
合、素子数を少なくして素子密度を疎にすると、素子間
距離と信号位相差とが所定条件となった場合に、目的と
する方位以外にも目的方位と同等の波面が生じることが
あり、その結果、超音波計測画像において、目的とする
物体像以外に「偽像」が発生し(グレーティングローブ
の発生)、計測の信頼性が低下するという問題があっ
た。例えば超音波計測装置をセキュリティ分野で利用し
た場合において偽像が発生すると、物体の判別精度など
が低下するという問題が生じる。In the object measurement using ultrasonic waves as described above, it is necessary to use a plurality of elements (a plurality of transmitting elements and a plurality of receiving elements). In this case, the number of elements is reduced. When the element density is reduced to a certain value, when the distance between the elements and the signal phase difference satisfy predetermined conditions, a wavefront equivalent to the target azimuth may be generated in addition to the target azimuth. In the measurement image, there is a problem that a "false image" is generated in addition to a target object image (generation of a grating lobe), and measurement reliability is reduced. For example, when a false image occurs when the ultrasonic measurement device is used in the security field, there arises a problem that the accuracy of discriminating an object is reduced.
【0007】これを避けるためには超音波素子を密に配
置すればよいが、そのためには極めて小さな開口面をも
つ超音波素子を配置する必要があり、それゆえ送信出力
及び受信感度の低下が生じるという問題がある。また、
限られた個数の素子を密に配置した場合、それらの素子
で構成される素子アレイが張る開口の大きさが小さくな
るため、形成される超音波ビームの幅の広がり、方位に
関する分解能が劣化するという問題もある。In order to avoid this, it is necessary to arrange the ultrasonic elements densely. However, for that purpose, it is necessary to arrange an ultrasonic element having an extremely small aperture surface, so that the transmission output and the reception sensitivity are reduced. There is a problem that arises. Also,
When a limited number of elements are densely arranged, the size of the aperture formed by the element array constituted by those elements becomes small, so that the width of the ultrasonic beam to be formed and the resolution related to the azimuth deteriorate. There is also a problem.
【0008】従って、超音波素子を密かつ大量に配置す
るのが理想的といえるが、その場合、素子数が増せばそ
れだけ配線数や回路数を増加させなければならないた
め、装置規模が拡大して装置のコストアップを招くとい
う問題がある。Therefore, it can be said that it is ideal to arrange the ultrasonic elements densely and in large numbers. In this case, however, the number of wirings and circuits must be increased as the number of elements increases, so that the scale of the apparatus increases. This leads to an increase in the cost of the apparatus.
【0009】従来、素子を疎に配置して偽像の少ない超
音波映像を得る技術として、広帯域信号を用いるもの
(特開平5−150043号公報)や、複数の独立した
アレイを用いるもの(特公昭59−16224号公報)
があるが、前者は非常に特殊な広帯域素子を必要とし、
後者はアレイ装置を複数化する必要があり、素子数・装
置規模の増大化を招く。従って、いずれも本発明の目的
を達成できるものではない。Conventionally, techniques for obtaining an ultrasonic image with less false images by sparsely arranging elements include a technique using a wideband signal (Japanese Patent Laid-Open No. 5-150043) and a technique using a plurality of independent arrays (see JP-B-59-16224)
However, the former requires a very special broadband device,
In the latter case, it is necessary to use a plurality of array devices, which leads to an increase in the number of elements and the scale of the device. Therefore, none of them can achieve the object of the present invention.
【0010】ちなみに、発明者らは、素子の配置方法を
工夫し、仮想的に素子配置密度以下の位相情報を取得
し、それにより偽像の少ない超音波画像を得る超音波計
測装置を特願平8−1712号で提案している。この発
明は主として超音波送受波器の構造にあるが、本発明は
主として結像処理に関するものである。By the way, the present inventors have devised a method of arranging elements, and virtually obtain an ultrasonic measurement apparatus which acquires phase information equal to or less than the element arrangement density and thereby obtains an ultrasonic image with less false images. It is proposed in Hei 8-1712. The present invention mainly resides in the structure of an ultrasonic transducer, but the present invention mainly relates to an imaging process.
【0011】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、少ない超音波素子数であっ
ても偽像を低減できる新しい結像処理方法が適用された
超音波計測装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide an ultrasonic measurement method to which a new imaging processing method capable of reducing a false image even with a small number of ultrasonic elements has been applied. It is to provide a device.
【0012】本発明の他の目的は、素子のばらつきや回
路上の誤差があっても精度良く偽造を低減できる超音波
計測装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an ultrasonic measuring apparatus capable of reducing forgery with high accuracy even if there are variations in elements and errors in the circuit.
【0013】[0013]
(1)上記目的を達成するために、本発明は、1又は複
数の送信素子から超音波を送波し、反射波を複数の受信
素子で受波することにより、各受信素子に対応する受信
信号群を出力する超音波送受波器と、前記受信信号群に
互いに異なるフィルタ特性をもった複数のフィルタを作
用させつつ、複数の結像処理結果を得る結像処理手段
と、前記複数の結像処理結果に対し統合処理を行う統合
処理手段と、を含むことを特徴とする。(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a method of transmitting ultrasonic waves from one or a plurality of transmitting elements and receiving reflected waves by a plurality of receiving elements, thereby receiving signals corresponding to the respective receiving elements. An ultrasonic transducer that outputs a group of signals; imaging processing means for obtaining a plurality of imaging processing results while applying a plurality of filters having different filter characteristics to the received signal group; and Integrated processing means for performing integrated processing on the image processing result.
【0014】ここで、前記各フィルタ特性は、主方位以
外の方位範囲において互いに方位利得パターンが異なる
ように設定され、前記各結像処理結果において互いに偽
像発生パターンを異ならせたことを特徴とする。Here, the respective filter characteristics are set so that the azimuth gain patterns are different from each other in an azimuth range other than the main azimuth, and the false image generation patterns are different from each other in each of the imaging processing results. I do.
【0015】上記構成によれば、1又は複数の送信素子
を用いて対象物に向けて超音波が送波され、反射波を複
数の受信素子によって受信され、これによって複数の受
信信号が取り込まれる。これらの受信信号群に対して異
なる収束・走査状態をもつ複数のフィルタを作用させ、
信号収束の状態を変化させた複数の結像結果を取得し、
それらを統合することにより新たな再生像が構成され
る。According to the above configuration, an ultrasonic wave is transmitted toward an object using one or a plurality of transmitting elements, and reflected waves are received by a plurality of receiving elements, whereby a plurality of received signals are captured. . By applying a plurality of filters having different convergence and scanning states to these received signal groups,
Obtain a plurality of imaging results with changing the state of signal convergence,
A new reconstructed image is formed by integrating them.
【0016】複数の収束・走査状態は、例えば、計算機
の内部における信号処理のフィルタの特性を切り換える
ことにより実現され、この複数のフィルタの特性は方位
に関して互いに相補的になるように設計される。このよ
うな異なるフィルタを複数個用意し、それぞれのフィル
タに観測された信号群を通せば、複数の異なる結像結果
が独立に得られる。これらの結像結果においては、仮想
的にみれば、各フィルタの特性に依存して、互いにその
方位利得パターンが異なっており、すなわち互いに異な
る偽像の発生パターンとなる。もちろん、主方位の成分
は各結像処理結果において同様となる。これら複数の結
像結果は統合処理手段において統合され、目的物体から
の反射音と偽像とが判別・抑圧される。The plurality of convergence and scanning states are realized by, for example, switching the characteristics of a filter for signal processing in a computer, and the characteristics of the plurality of filters are designed so as to be mutually complementary in azimuth. If a plurality of such different filters are prepared and a signal group observed through each filter is passed, a plurality of different imaging results can be obtained independently. Virtually, these imaging results have different azimuth gain patterns depending on the characteristics of each filter, that is, different false image generation patterns. Of course, the component of the main azimuth is the same in each imaging processing result. The plurality of imaging results are integrated by the integration processing means, and the reflected sound from the target object and the false image are discriminated and suppressed.
【0017】よって、本発明に係る超音波計測装置によ
れば、あたかも異なる開口を持つアレイを複数個構成し
たのと同じ効果を計算機上にて仮想的に得ることができ
るので、性能向上のため実際にアレイ素子数・装置規模
を大きくする必要がない。特に前述した特公昭59−1
6224号公報の技術を始めとして、従来、異なる開口
による結像データを得るためには、独立なアレイを実際
に複数化する必要があり、その結果、装置規模・ハード
ウエアが増大してしまうという問題があった。しかし、
本発明では超音波送受波器に関する一切の増大を含まな
いので、コスト及び性能向上の面にて有利である。ま
た、本発明においては、複数の結像結果より偽像部分を
判定し、その部分のみを抑圧することができるので、従
来偽像が出現しやすかった少数素子・疎配置アレイでも
偽像の少ない精度の高い三次元画像を得ることができ
る。これにより、特殊な素子を大量に用いることなく、
通常使用される比較的大口経の素子を使用した超音波計
測装置を構成することができる。従って、送信出力及び
受信感度の低下を防ぎつつ、高い計測精度を維持できる
という利点がある。Therefore, according to the ultrasonic measurement apparatus of the present invention, the same effect as if a plurality of arrays having different apertures were formed can be virtually obtained on a computer, so that the performance can be improved. There is no need to actually increase the number of array elements or the scale of the device. In particular, the aforementioned Japanese Patent Publication No. Sho 59-1
Conventionally, in order to obtain image data with different apertures, including the technique disclosed in Japanese Patent No. 6224, it is necessary to actually provide a plurality of independent arrays, and as a result, the apparatus scale and hardware increase. There was a problem. But,
Since the present invention does not include any increase in the ultrasonic transducer, it is advantageous in terms of cost and performance. Further, in the present invention, a false image portion is determined from a plurality of imaging results, and only that portion can be suppressed. A highly accurate three-dimensional image can be obtained. As a result, without using a large amount of special elements,
An ultrasonic measuring apparatus using a relatively large element that is usually used can be configured. Therefore, there is an advantage that high measurement accuracy can be maintained while preventing a decrease in transmission output and reception sensitivity.
【0018】なお、本発明は、送信信号や受信信号の電
子的な遅延により超音波のフォーカシングや走査を行う
方式、又はそのような超音波のフォーカシングや走査を
計算機内部の演算により行う方式にも適用できる。ま
た、本発明に係る超音波計測装置は空中の物体計測に適
用するのが望ましいが、水中の物体に対する計測にも適
用可能である。The present invention is also applicable to a method of performing focusing and scanning of an ultrasonic wave by electronic delay of a transmission signal and a reception signal, or a method of performing such focusing and scanning of an ultrasonic wave by a calculation inside a computer. Applicable. The ultrasonic measurement device according to the present invention is preferably applied to measurement of an object in the air, but can also be applied to measurement of an object in water.
【0019】(2)本発明の好適な態様では、前記結像
処理手段は、前記各受信信号を時間軸上から周波数軸上
へ変換する変換手段と、前記周波数軸上の各受信信号に
対し複数のフィルタを作用させるフィルタ処理手段と、
前記フィルタ処理後の各結像処理結果を周波数軸上から
時間軸上へ変換する逆変換手段と、を含むことを特徴と
する。(2) In a preferred aspect of the present invention, the imaging processing means includes a conversion means for converting each of the received signals from a time axis to a frequency axis, and a conversion means for each of the received signals on the frequency axis. Filter processing means for applying a plurality of filters;
Inverse transforming means for transforming each imaging processing result after the filter processing from a frequency axis to a time axis.
【0020】また、本発明の好適な態様では、前記結像
処理手段は、前記各受信信号に対し時間軸上で複数のフ
ィルタを作用させることを特徴とする。In a preferred aspect of the present invention, the image processing means applies a plurality of filters to the respective received signals on a time axis.
【0021】すなわち、フィルタ処理は、周波数軸上で
実行され、あるいは時間軸上で実行される。前者によれ
ば、フーリエ変換及びその逆変換が必要となるものの、
フィルタ処理自体は例えば行列演算を基礎として簡単に
実現でき、またフィルタの設計も容易である。後者によ
ると、周波数軸上への変換及びその逆の変換は不要とな
るが、フィルタ係数群の畳み込み演算などが必要とな
る。That is, the filtering process is executed on the frequency axis or on the time axis. According to the former, although Fourier transform and its inverse transform are required,
The filter processing itself can be easily realized based on, for example, a matrix operation, and the design of the filter is also easy. According to the latter, conversion on the frequency axis and vice versa are not required, but convolution of the filter coefficient group is required.
【0022】(3)本発明の好適な態様では、前記統合
処理手段は、前記複数の結像処理結果を互いに乗算する
ことにより、互いの差分をとることにより、あるいは、
互いの比をとることにより、偽像を抑圧する。すなわ
ち、各結像処理結果は、互いに偽像発生パターンが相違
するため互いに比較を行うと、実像は一致するものの、
偽像のレベルは相違することになる。そこで、そのよう
な相違を利用して偽像を低減・抑制するものである。(3) In a preferred aspect of the present invention, the integration processing means multiplies the plurality of imaging processing results by each other to obtain a difference therebetween, or
A false image is suppressed by taking a ratio between each other. In other words, the results of each imaging process are different from each other because the false image occurrence patterns are different from each other.
The level of false images will be different. Therefore, the false image is reduced and suppressed by using such a difference.
【0023】(4)上記目的を達成するために、本発明
は、1又は複数の送信素子から超音波を送波し、反射波
を複数の受信素子で受波することにより、各受信素子に
対応する受信信号群を出力する超音波送受波器と、前記
受信信号群に対し、主方位以外の方位範囲において互い
に方位利得パターンが相補関係にある複数のフィルタを
作用させ、複数の結像処理結果を得る結像処理手段と、
前記複数の結像処理結果に対し偽像抑圧のための統合処
理を行う統合処理手段と、を含むことを特徴とする。(4) In order to achieve the above object, the present invention provides a method for transmitting ultrasonic waves from one or a plurality of transmitting elements and receiving reflected waves by a plurality of receiving elements, so that each of the receiving elements receives a reflected wave. An ultrasonic transducer for outputting a corresponding received signal group, and a plurality of filters having azimuth gain patterns complementary to each other in an azimuth range other than the main azimuth acting on the received signal group to perform a plurality of imaging processes. Imaging processing means for obtaining a result;
Integrated processing means for performing integrated processing for false image suppression on the plurality of imaging processing results.
【0024】上記構成によれば、主方位以外の方位範囲
において互いに相補関係にある複数のフィルタを利用し
て複数の結像処理結果を生成し、それらのフィルタの相
補性に立脚した非線形サイドローブ処理を利用してサイ
ドローブが低減される。According to the above arrangement, a plurality of imaging processing results are generated using a plurality of filters complementary to each other in an azimuth range other than the main azimuth, and the nonlinear side lobes based on the complementarity of the filters are generated. The processing is utilized to reduce side lobes.
【0025】本発明の好適な態様では、前記統合処理手
段は、前記複数の結像処理結果の和と差を演算する和差
演算手段と、前記和と差についての差分を演算する差分
演算手段と、を含む。In a preferred aspect of the present invention, the integration processing means includes a sum and difference calculation means for calculating a sum and a difference of the plurality of imaging processing results, and a difference calculation means for calculating a difference between the sum and the difference. And
【0026】また、本発明の好適な態様では、前記統合
処理手段は、前記複数の結像処理結果の和と差を演算す
る和差演算手段と、前記和と差の大きさをそれぞれα
(ただし0<α)乗する指数演算手段と、前記α乗され
た和と差の差分を演算する差分演算手段と、を含む。In a preferred aspect of the present invention, the integration processing means includes a sum and difference calculation means for calculating a sum and a difference of the plurality of imaging processing results, and calculates a sum of the sum and the difference by α.
(Where 0 <α), an exponential operation means, and a difference operation means for calculating the difference between the sum raised and the difference raised to the power of α.
【0027】複数の結像処理結果の和と差を演算すれ
ば、理論的には、サイドローブのみを含む信号とサイド
ローブ及びメインローブを含む信号とが得られる。それ
らの絶対値の差分又はそれらの絶対値に指数演算を行っ
た値の差分を演算すれば、基本的にメインローブのみの
信号を得られる。ここで、指数演算を行えば、偽造抑圧
効果をより向上できる。演算量を考慮すると上記αとし
て例えば0.5や1が選択される。もちろん、理論上は
αを小さくすればするほど効果を高めることができる。By calculating the sum and difference of the results of a plurality of imaging processes, a signal containing only side lobes and a signal containing side lobes and main lobes can be obtained theoretically. If a difference between those absolute values or a difference between values obtained by performing an exponent operation on the absolute values is calculated, a signal of only the main lobe can be basically obtained. Here, if the exponential calculation is performed, the forgery suppression effect can be further improved. Considering the calculation amount, for example, 0.5 or 1 is selected as α. Of course, theoretically, the effect can be enhanced as α is reduced.
【0028】なお、和と差の演算の前及び指数演算の前
に絶対値演算を行うのが望ましい。ただし、和と差の演
算の前に絶対値演算を行わなくても、その和と差の演算
後に絶対値演算を行えば同様の結果を得られる。また、
和と差の演算の前に絶対値演算が行われる場合、和の指
数演算の前の絶対値演算が不要となる。すなわち、差の
指数演算の前にのみ絶対値演算を行えばよい。It is desirable to perform the absolute value calculation before the sum and difference calculations and before the exponent calculation. However, even if the absolute value calculation is not performed before the sum and difference calculation, the same result can be obtained by performing the absolute value calculation after the sum and difference calculation. Also,
When the absolute value operation is performed before the sum and difference operation, the absolute value operation before the sum exponent operation is not required. That is, the absolute value operation may be performed only before the difference exponent operation.
【0029】また、本発明の好適な態様では、前記統合
処理手段は、前記複数の結像処理結果の絶対値を演算す
る絶対値演算手段と、前記複数の結像処理結果の絶対値
を各計測点ごとに逐次比較し最小のものを選択する最小
値選択手段と、を含む。In a preferred aspect of the present invention, the integration processing means includes an absolute value calculation means for calculating absolute values of the plurality of imaging processing results, and an absolute value calculation means for calculating the absolute values of the plurality of imaging processing results. Minimum value selecting means for successively comparing the measurement points and selecting the smallest one.
【0030】以上のように、相補型の複数のフィルタを
利用し、更に非線形変換(絶対値演算、指数演算)を利
用しつつサイドローブ低減処理を行えば、超音波の送受
波素子の誤差にあまり影響されない高精度の超音波計測
装置を構成できる。As described above, if side lobe reduction processing is performed using a plurality of complementary filters and further using non-linear conversion (absolute value calculation and exponential calculation), errors in ultrasonic wave transmitting / receiving elements can be reduced. It is possible to configure a high-accuracy ultrasonic measurement device that is not so affected.
【0031】本発明の望ましい態様では、最小値演算手
段は、例えば2つの値の内で小さい方を選択するmin
演算を行う回路である。上記絶対値演算手段は、例えば
各結像処理結果の2乗を演算する手段である。In a preferred embodiment of the present invention, the minimum value calculating means selects, for example, the smaller one of the two values.
It is a circuit that performs calculations. The absolute value calculating means is, for example, means for calculating the square of each image forming processing result.
【0032】αが1の場合、min演算を利用した回路
構成を実現でき、より演算量が少なく迅速な処理を期待
できる装置を構成できる。When α is 1, a circuit configuration utilizing the min operation can be realized, and a device which requires a smaller amount of operation and can expect rapid processing can be constructed.
【0033】なお、前記統合処理の結果に基づいて観測
物体の三次元画像を構成する映像化手段を設けるのが望
ましい。It is desirable to provide an imaging means for forming a three-dimensional image of the observed object based on the result of the integration processing.
【0034】[0034]
【実施形態】以下、本発明の好適な実施形態について図
面を用いて説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0035】[第1実施形態]図1には、本発明に係る超
音波計測装置の全体構成が示されている。この超音波計
測装置は例えば侵入者を監視するセキュリティ装置とし
て利用可能である。まず、装置の全体構成について説明
する。[First Embodiment] FIG. 1 shows the overall configuration of an ultrasonic measuring apparatus according to the present invention. This ultrasonic measuring device can be used, for example, as a security device for monitoring an intruder. First, the overall configuration of the device will be described.
【0036】本実施形態の超音波送受波器10は、互い
に平行な2つの送信素子アレイ12とそれらに直交する
互いに平行な2つの受信素子アレイ14とで構成され
る。送信素子アレイ12は複数の送信素子12aで構成
され、受信素子アレイ14は複数の受信素子14aで構
成される。送信素子アレイ12は、送信素子駆動部16
によって同時又は逐次駆動される。これにより超音波パ
ルスが放射される。The ultrasonic transducer 10 of this embodiment is composed of two transmission element arrays 12 parallel to each other and two reception element arrays 14 parallel to each other and orthogonal to them. The transmitting element array 12 includes a plurality of transmitting elements 12a, and the receiving element array 14 includes a plurality of receiving elements 14a. The transmission element array 12 includes a transmission element driving unit 16
Are driven simultaneously or sequentially. Thereby, an ultrasonic pulse is emitted.
【0037】目的の標的に衝突して反射した超音波は、
受信素子アレイ14を構成する各受信素子14aによっ
て受波される。これにより、例えば、受信素子14aと
同数の受信信号が得られる。The ultrasonic wave that has collided with the target and reflected is
The wave is received by each of the receiving elements 14a constituting the receiving element array 14. Thereby, for example, the same number of reception signals as the reception elements 14a are obtained.
【0038】これらの受信信号群は、受信信号増幅・変
換部18において増幅・離散化され、その処理後の受信
信号群はそれらを電子的に結像する結像処理手段20に
送出される。本実施形態において、この結像処理手段2
0は、複数の結像処理部22で構成されている。各結像
処理部22は、互いに異なる収束・走査条件(方位利得
特性)をもっており、具体的には互いに異なる結像フィ
ルタをもっている。よって、複数の結像処理部22から
互いに異なる複数の結像結果が得られることになる。こ
れらの複数の結像結果は、次の統合処理部24にて最終
的な結像波形として整形され、これを距離方向の情報に
変換する映像化部26によって三次元画像が形成され、
映像表示装置28でその三次元画像が表示される。These received signal groups are amplified and discretized in the received signal amplifying / converting section 18, and the processed received signal groups are sent to an image processing means 20 for electronically imaging them. In the present embodiment, the imaging processing means 2
0 is composed of a plurality of image processing units 22. Each imaging processing unit 22 has different convergence / scanning conditions (azimuth gain characteristics), and specifically has different imaging filters. Therefore, a plurality of different imaging results are obtained from the plurality of imaging processing units 22. The plurality of imaging results are shaped as a final imaging waveform by the next integration processing unit 24, and a three-dimensional image is formed by the imaging unit 26 that converts this into information in the distance direction.
The video display device 28 displays the three-dimensional image.
【0039】なお、送信素子アレイ及び受信素子アレイ
の配置構造を工夫しても、ある程度偽像を抑圧すること
ができる。この工夫の手法については、上記特願平8−
1712号で開示されている。Incidentally, even if the arrangement of the transmitting element array and the receiving element array is devised, a false image can be suppressed to some extent. Regarding the method of this ingenuity, see the above-mentioned Japanese Patent Application
No. 1712.
【0040】次に、本発明に係る結像処理及び結合処理
の原理について説明する。Next, the principles of the image forming process and the combining process according to the present invention will be described.
【0041】結合処理は、一般的に、各受信素子の出力
に対してフィルタ係数(フィルタ特性)をかけて総和を
とることによって実現される。ここで、フィルタ係数
は、各素子の位置・結像したい方位に応じた位相調整と
各素子に対する重みとを考慮して設定され、このフィル
タ係数は事前に設計しておくことができる。また、フィ
ルタ係数を2種類用意し又はその値を切り換えることに
より、同じ観測信号に対して異なる収束・走査状態を形
成することができる。The coupling process is generally realized by multiplying the output of each receiving element by a filter coefficient (filter characteristic) and calculating the sum. Here, the filter coefficient is set in consideration of the phase adjustment according to the position of each element and the azimuth to be imaged and the weight for each element, and this filter coefficient can be designed in advance. By preparing two types of filter coefficients or switching their values, it is possible to form different convergence / scan states for the same observation signal.
【0042】一般に、任意の結像結果は、目的方位から
の反射音だけでなく、サイドローブ成分(偽像)に相当
する方位からの信号も同時に含んでいる。正しく目標反
射物の像を得るためには、サイドローブ成分を全方位に
わたり十分に抑圧しておく必要がある。しかし、超音波
送受波器10において大口径の素子を疎に配置した場
合、サイドローブ成分の抑圧を行なうことは容易ではな
い。そこで、個々の結像処理ではサイドローブの抑圧を
行なうことが困難であっても、局所的な方位においてサ
イドローブを低減させた結像フィルタを複数個並列に用
意し、それぞれの結像処理部22においてサイドローブ
を低減させる方位を変えておけば、各結像処理結果に含
まれる偽像のパターンを異ならせることができ、それら
の対比から偽像を判別可能である。なお、フィルタの設
計において、目標とする方位(メインビーム方位)から
の利得は、各結像処理部において同じにしておく必要が
ある。In general, an arbitrary imaging result includes not only a reflected sound from a target direction but also a signal from a direction corresponding to a side lobe component (false image). In order to correctly obtain an image of the target reflector, it is necessary to sufficiently suppress the side lobe components in all directions. However, when the large-diameter elements are sparsely arranged in the ultrasonic transducer 10, it is not easy to suppress the side lobe components. Therefore, even if it is difficult to suppress side lobes in individual imaging processes, a plurality of imaging filters with reduced side lobes in local orientations are prepared in parallel, and If the direction in which the side lobes are reduced in 22 is changed, the pattern of the false image included in each imaging processing result can be made different, and the false image can be discriminated from their comparison. In the design of the filter, the gain from the target direction (main beam direction) needs to be the same in each image processing unit.
【0043】以下に、メインビーム方位以外の方位範囲
において互いにサイドローブパターンを異ならせた相補
的な複数のフィルタを構成する具体的な手法について述
べる。ここでは便宜上、離散的な方位モデルを用いて説
明を行なう。Hereinafter, a specific method of forming a plurality of complementary filters having different side lobe patterns in an azimuth range other than the main beam azimuth will be described. Here, a description will be given using a discrete azimuth model for convenience.
【0044】離散方位u[u=1〜U]方向にて反射す
る信号をsu(t)とし、そのフーリエ変換をSu(f)と定義
する。ここでtは時間を、fは周波数を表す。方位数U
を十分大きくとるならば、このような離散方位によって
現実の物理モデルを十分近似することができる。The signal reflected in the discrete azimuth u [u = 1 to U] direction is defined as s u (t), and its Fourier transform is defined as S u (f). Here, t represents time, and f represents frequency. Direction number U
Is sufficiently large, an actual physical model can be sufficiently approximated by such discrete orientations.
【0045】ある一組の送受信素子に着目した場合、そ
の組み合わせで得られる受信信号は、その素子組番号m
[m=1〜M]と反射の方位uとによって決まる位相遅
れ時間τm,uを伴った方位別反射信号su(t−τm,u )
を全ての方位について合成したものに相当する。この素
子出力(受信信号)をom(t)と記述すると、上記の関係
は以下のように書くことができる。Focusing on a certain set of transmitting and receiving elements, the received signal obtained by the combination is the element set number m
Directionally reflected signal s u (t−τ m, u ) with phase delay time τ m, u determined by [m = 1 to M] and reflection direction u
For all directions. When the element output (received signal) describing the o m (t), the above relationship can be written as follows.
【0046】[0046]
【数1】 そして、この素子出力om(t)を時間軸上から周波数軸上
へ展開するフーリエ変換の結果をOm(f)とすると、以下
の計算式が得られる。(Equation 1) When the result of the Fourier transform and O m (f) for the element output o m (t) expanded from the time axis to the frequency axis, of the formula is obtained.
【0047】[0047]
【数2】 一方、すべての素子組についての上記の関係は、以下の
式(3)に示すような行列にて表すことができる。な
お、以下のT は行列転置を表す。(Equation 2) On the other hand, the above relationship for all element sets can be represented by a matrix as shown in the following equation (3). Note that T below represents a matrix transpose.
【0048】[0048]
【数3】 先に述べたように、結像処理は、各素子出力Om(f)に対
してフィルタをかけ、それらを全素子について加算(整
相加算)することにより実現される。この処理は以下の
式(7−1)のように書くことができる。後述のよう
に、複数種類の結像処理結果(結像出力)を得るために
は、フィルタEを複数種類用意すればよい。なお、
(8)に示すEM(f)は各素子にかかるフィルタ特性であ
る。(Equation 3) As described above, the imaging process is realized by applying a filter to each element output O m (f) and adding them to all the elements (phasing addition). This processing can be written as the following equation (7-1). As described later, in order to obtain a plurality of types of imaging processing results (imaging outputs), a plurality of types of filters E may be prepared. In addition,
E M (f) shown in (8) is a filter characteristic applied to each element.
【0049】この式(7−1)は、式(3)を考慮する
ならば、式(7−2)のように式変形でき、具体的には
(7−3)のように書き替えられる。ただし、これは後
述する(8)及び(9)のような関係が前提となってい
る。なお、以下の()+はMoore-Penroseの一般逆行列を
表す。This equation (7-1) can be transformed into an equation (7-2) if equation (3) is taken into consideration, and specifically, can be rewritten as (7-3). . However, this is based on the relationship as described in (8) and (9) described later. In addition, the following () + represents a general inverse matrix of Moore-Penrose.
【0050】[0050]
【数4】 つまり、フィルタEによって結像を行なった結果は、各
方位の反射信号Su(f)に対してGu(f)という利得を与え
て加算したものに相当する。もちろん、各方位の反射信
号Su(f)はそれら全体として受信信号を構成しており、
それぞれ単独で取り出せるものではないが、仮想的モデ
ルの上では式(7−2)及び式(7−3)という関係が
成立する。(Equation 4) That is, the result of performing the imaging by the filter E is equivalent to the result of the addition to give a gain of G u (f) for each direction of the reflected signal S u (f). Of course, the reflected signals S u (f) in each direction constitute a received signal as a whole,
Although they cannot be taken out individually, the relations of Expression (7-2) and Expression (7-3) are established on the virtual model.
【0051】上記の式(8),(9)におけるTは、方
位別反射信号ベクトルSより、目的方位u0の成分S
u0(f)のみを抽出するための演算ベクトルであり、T=
[δ1,…,δu0-1,1,δu0+1,…,δU](u0番目の
要素のみ1)という形をしている。ここで、δ1〜δUは
0か又は非常に小さな値にしておく。また同式における
Wは重み行列であり、T in the above equations (8) and (9) is a component S of the target direction u 0 from the reflected signal vector S for each direction.
An operation vector for extracting only u0 (f), and T =
[Δ 1 ,..., Δ u0 -1 , 1, δ u0 + 1 ,..., Δ U ] (only u 0th element is 1). Here, δ 1 to δ U are set to 0 or a very small value. W in the equation is a weight matrix,
【数5】 という形にて表現することができる。ここで、対角要素
Wuは各方位に対応しており、この重みの値を変化させ
ることにより、特定の方位を抑圧するような方位利得の
分布(具体的にはGにおけるG1(f)〜GU(f)の分布)を
設計することができる。つまり、特定の方位における重
み係数を大きくすることにより、その位置に対応した方
位に対して局所的な抑圧利得を設定することができる。(Equation 5) Can be expressed in the form Here, the diagonal element W u corresponds to each azimuth, and by changing the value of this weight, the azimuth gain distribution that suppresses a specific azimuth (specifically, G 1 (f ) To G U (f)). That is, by increasing the weight coefficient in a specific direction, a local suppression gain can be set for the direction corresponding to that position.
【0052】以上のように、TとWに要求される条件の
下で、GにおけるG1(f)〜GU(f)が求まるならば、式
(8)及び式(9)の関係から、EにおけるE1(f)〜E
U(f)を容易に求めることができる。As described above, if G 1 (f) to G U (f) in G are obtained under the conditions required for T and W, the relations of equations (8) and (9) are obtained. , E in E 1 (f) -E
U (f) can be easily obtained.
【0053】また、この重み係数の位置を入れ替えた別
フィルタを作成することにより、互いに異なる位置を抑
圧する相補的な複数のフィルタ群を容易に設計すること
ができる。また、これらの複数のフィルタを同一計測装
置の演算ソフトウエア部分に並列して用いるならば、ハ
ードウエアを何ら増やすことなく、上記の結像出力を同
時に複数個得ることができる。Further, by creating another filter in which the positions of the weighting coefficients are interchanged, it is possible to easily design a plurality of complementary filter groups for suppressing different positions. Further, if these plural filters are used in parallel with the calculation software part of the same measuring device, a plurality of the above-mentioned imaging outputs can be obtained at the same time without increasing the hardware at all.
【0054】なお、適切なフィルタ係数を得る具体的手
法に関しては、重み付き最小二乗法、非線形最小二乗
法、ニューラルネットワークまたは任意の目的関数最小
化手法を用いることができる。As a specific method for obtaining an appropriate filter coefficient, a weighted least square method, a nonlinear least square method, a neural network, or an arbitrary objective function minimizing method can be used.
【0055】次に、同一の超音波送受波器につき複数の
結像特性を設計する手法について説明する。Next, a method of designing a plurality of imaging characteristics for the same ultrasonic transducer will be described.
【0056】図2及び図3において、(a)は設計の際
に用いる重み係数分布(式(10)における対角要素W
uの分布)を示し、(b)はそれによって得られる仮想
的な方位特性(式(9)におけるGU(f)の分布)を示し
ている。In FIGS. 2 and 3, (a) is a weighting factor distribution used in the design (diagonal element W in equation (10)).
u ), and (b) shows virtual orientation characteristics (distribution of G U (f) in equation (9)) obtained thereby.
【0057】図2に示す例は、特に方位−90°〜−3
0°及び30°〜90°付近を抑圧することを目標とし
て設計されたものであり、一方、図3の例は方位−30
°〜−10°及び10°〜30°付近を抑圧することを
目標として設計されたものである。なお、図2及び図3
の(a)に示されるように、いずれの特性においても、
主方位には重み付け値として1000が与えられてい
る。The example shown in FIG.
It is designed to suppress 0 ° and the vicinity of 30 ° to 90 °, while the example of FIG.
It is designed with the aim of suppressing around ° to -10 ° and around 10 ° to 30 °. 2 and 3
As shown in (a) of FIG.
The main direction is given a weighting value of 1000.
【0058】このような2種類の対角要素WUの分布
(及び上記のベクトルT)から、実際に使用するEにお
けるE1(f)〜EU(f)を決定すれば、局所的な方位におい
てサイドローブを十分に低減させた2種の結像フィルタ
を設計できる。If E 1 (f) to E U (f) in E actually used are determined from the distribution of the two kinds of diagonal elements W U (and the above-described vector T), the local Two types of imaging filters in which the side lobes are sufficiently reduced in the azimuth can be designed.
【0059】そして、それらの結像フィルタの出力を相
互に見比べることにより、目的とする標的からの反射信
号とサイドローブ成分とを分離判別することができる。
なぜならば、目的とする方位からの信号はどのフィルタ
においても同じ挙動を示すのに対し、それ以外の方位か
らの信号は各結像フィルタの係数値によりその大きさが
異なるからである。Then, by comparing the outputs of the imaging filters with each other, it is possible to separate and determine the reflected signal from the target and the side lobe component.
This is because the signal from the target azimuth shows the same behavior in all filters, while the signal from other azimuths differs in magnitude depending on the coefficient value of each imaging filter.
【0060】本実施形態において、このような判別処理
は、図1の統合処理部にて実行されており、以下に、具
体的な統合処理方法の例を説明する。In the present embodiment, such a determination process is executed by the integration processing unit in FIG. 1, and a specific example of the integration processing method will be described below.
【0061】複数の結像結果を統合する手段としては、
各結像信号間において積をとるものや、各結像出力間に
おける変動量に基づいて目的物体からの反射音と偽像と
を判別・抑圧する方法をあげることができる。As means for integrating a plurality of imaging results,
Examples of the method include a method of taking a product between the respective image forming signals and a method of discriminating and suppressing a reflected sound from a target object and a false image based on a variation between image forming outputs.
【0062】まず、各結像信号間において積をとる手法
について説明する。実際の装置において、結像出力は上
記の式(7−1)で与えられるが、偽像抑圧の原理及び
効果を説明するため、その式(7−1)を式変形した式
(7−3)を引用する。First, a method of obtaining a product between the image forming signals will be described. In an actual apparatus, the imaging output is given by the above equation (7-1). In order to explain the principle and effect of the false image suppression, the equation (7-1) obtained by modifying the equation (7-1) is used. ).
【0063】まず、式(7−3)を逆フーリエ変換によ
って時間波形に書き直すと、以下の式(11)の関係が
得られる。ここで、gu(t)はGu(f)の逆フーリエ変換結
果であり、*は畳み込み演算を表す。また、Guは全使
用周波数帯域における|Gu(f)|の最大値である。な
お、2行目の近似は、使用信号帯域幅がある程度広い場
合に成立するものであるが、本発明のようにパルス信号
の反射を検出する計測においては十分に成立することが
分かっている。First, when equation (7-3) is rewritten into a time waveform by inverse Fourier transform, the following equation (11) is obtained. Here, g u (t) is the result of inverse Fourier transform of Gu (f), and * represents a convolution operation. Gu is the maximum value of | G u (f) | in the entire used frequency band. The approximation in the second row is established when the used signal bandwidth is wide to some extent. However, it is known that the approximation is sufficiently established in the measurement for detecting the reflection of the pulse signal as in the present invention.
【0064】[0064]
【数6】 ちなみに、Guは、近似的に先ほど示した方位利得分布
に従っている。つまり式(11)より分かるように、時
間領域での結像信号は、全ての反射信号su(t)にある方
位利得Guをかけそれらの総和をとる形式にて表現され
る。(Equation 6) Incidentally, G u is in accordance with approximately the azimuth gain distribution shown earlier. That is, as can be seen from equation (11), the imaging signal in the time domain is expressed in a form of multiplying all the reflected signals s u (t) by a certain azimuth gain Gu and summing them.
【0065】以上の知見により、以下のような2つの結
像出力a(t),b(t)を考える。ここでGu (a),G
u (b)は、それぞれ式(11)におけるGuに相当してい
る。Based on the above knowledge, the following two imaging outputs a (t) and b (t) are considered. Where G u (a) , G
u (b) corresponds to G u in equation (11).
【0066】[0066]
【数7】 ここで、両信号間において積をとると、その統合出力は
以下のように書くことができる。(Equation 7) Here, when the product is taken between the two signals, the integrated output can be written as follows.
【0067】[0067]
【数8】 式(14)の第一項は、k方向での反射信号sk(t)の振
幅二乗値に対してGk ( a)×Gk (b)という荷重をつけたも
のに相当する。従って、目的とする方位の反射信号を得
るためには、Gk (a)×Gk (b)がその方位に相当するkに
おいてのみ大きな値をもち、その他の方位にて小さな値
をもつように設計すればよい。ここでは、Gk (a),Gk
(b)がそれぞれ低いサイドローブをもつ必要はなく、一
方がある方位kにて大きな値をとる場合には、他方が小
さくなるようにすればよい。このような相補的設定につ
いては、前述の設計例(図2,3)にて述べた通りであ
る。(Equation 8) The first term of the equation (14) corresponds to the weighted value of G k ( a) × G k (b) applied to the amplitude square value of the reflection signal s k (t) in the k direction. Therefore, in order to obtain a reflected signal in the target azimuth, G k (a) × G k (b) must have a large value only at k corresponding to the azimuth and a small value in other azimuths. Should be designed. Here, G k (a) , G k
(b) does not need to have low sidelobes, and if one takes a large value in a certain direction k, the other may be made small. Such complementary setting is as described in the above-described design example (FIGS. 2 and 3).
【0068】一方、式(14)の第二項は異なる方位間
の干渉信号を意味している。例えばGu (a)とGv (b)が大
きな値をとるようなu,vの方位において同時・同距離に
反射物体が存在した場合、それらの積による成分が目的
の方位から信号に混入し、統合結果の劣化を招く。しか
し、Gu (a)とGv (b)が過度に集中かつ大きな値にならな
いようにするならば、平均的な抑圧効果が得られ、この
問題を回避することができる。さらに、二つの方位にお
ける反射物体が互いのセンサーにより異なる距離範囲に
存在する場合には、それぞれの波形上にて重なる部分が
少なくなり、前記の積の値は減少する。従って、この場
合も劣化は回避される。On the other hand, the second term of the equation (14) means an interference signal between different directions. For example, if there is a reflecting object at the same distance and at the same direction in u and v directions where G u (a) and G v (b) take large values, the component due to their product is mixed into the signal from the target direction. However, the result of integration is deteriorated. However, if Gu (a) and G v (b) are not excessively concentrated and do not become large values, an average suppression effect can be obtained, and this problem can be avoided. Further, when the reflecting objects in the two directions exist in different distance ranges depending on the sensors, the overlapping portion on each waveform is reduced, and the value of the product is reduced. Therefore, also in this case, deterioration is avoided.
【0069】以上説明したように、相補的な方位特性を
もつような2つのフィルタ間の積に基づいて統合処理を
行なえば、不要な方位からの偽像成分を抑圧することが
できる。As described above, if the integration processing is performed based on a product between two filters having complementary azimuth characteristics, a false image component from an unnecessary azimuth can be suppressed.
【0070】次に、各結像出力間における変動量に基づ
く統合手法について述べる。変動量は、以下の差分出力
d(t)により与えられる。Next, a description will be given of an integration method based on the amount of variation between the respective imaging outputs. The amount of fluctuation is given by the following difference output d (t).
【0071】[0071]
【数9】 ここで、式(15)の性質について考えてみる。まず目
的の方位をu=u0とすると、フィルタの設計により、
Gu0 (a),Gu0 (b)であるので、差分出力d(t)における
u0方位に関する成分は以下のようになる。(Equation 9) Here, consider the property of Expression (15). First, assuming that the target direction is u = u 0 , the design of the filter gives
Since G u0 (a) and G u0 (b) , the components related to the u 0 direction in the difference output d (t) are as follows.
【0072】[0072]
【数10】 一方、目的以外の方位では、フィルタの設計により容易
にGu (a)>Gu (b)もしくはGu (b)>Gu (a)とすることが
できる。したがって、これらの方位u(uはu0以外の
方位)に関する成分は以下のようになる。(Equation 10) On the other hand, in directions other than the intended direction, it is possible to easily satisfy Gu (a) > Gu (b) or Gu (b) > Gu (a) by designing the filter. Therefore, the components related to these directions u (where u is a direction other than u 0 ) are as follows.
【0073】[0073]
【数11】 式(16)(17)より、差分出力d(t)における各方
位成分はサイドローブに反射信号が存在する場合にのみ
値を生じることがわかる。従って、このd(t)の値によ
り、偽像成分のみを判定することができ、その判定結果
に基づいて結像信号に適切な抑圧利得をかけることがで
きる。例えばd(t)がある微小な閾値を越えた場合をd
(t)が0以外と判断し、ある一定の抑圧量を式(14)
に示したような結像出力間の積信号に乗ずるのが最も単
純である。[Equation 11] From Equations (16) and (17), it can be seen that each azimuth component in the difference output d (t) produces a value only when a reflected signal exists in the side lobe. Therefore, only the false image component can be determined based on the value of d (t), and an appropriate suppression gain can be applied to the imaging signal based on the determination result. For example, if d (t) exceeds a certain small threshold, d
(t) is determined to be other than 0, and a certain amount of suppression is calculated by using equation (14).
It is simplest to multiply the product signal between the imaging outputs as shown in FIG.
【0074】なお、以上の説明では、差分出力を式(1
5)のように定義しているが、a(t),b(t)の絶対値間
における差分情報も同様な原理に基づいて利用すること
ができる。In the above description, the difference output is expressed by the formula (1)
Although defined as 5), difference information between the absolute values of a (t) and b (t) can be used based on the same principle.
【0075】また、変動量を判定する基準としては、式
(15)のような差分量ではなく、以下のような複数信
号間の比に基づくものも考えられる。As a criterion for judging the amount of fluctuation, a criterion based on a ratio between a plurality of signals as described below, instead of the amount of difference as in equation (15), can be considered.
【0076】[0076]
【数12】 ここで、式(18)の性質について考えてみる。まず目
的の方位をu=u0とすると、フィルタの設計によりG
u0 (a)=Gu0 (b)である。一方、目的以外の方位では、フ
ィルタの設計により容易にGu (a)>Gu (b)もしくはGu
(b)>Gu (a)とすることができる。従って、r(t)におけ
るこれらの方位uに関する成分は以下のようになる。(Equation 12) Here, consider the property of Expression (18). First, assuming that the target direction is u = u 0 , G is determined by the filter design.
u0 (a) = Gu0 (b) . On the other hand, in directions other than the intended direction, Gu (a) > Gu (b) or Gu
(b) > G u (a) . Therefore, the components of these orientations u in r (t) are as follows.
【0077】[0077]
【数13】 つまり、r(t)における各方位成分は、目的から信号に
対して1を出力し、サイドローブに反射信号が存在する
場合には1以外の値を生じることが分かる。従って、こ
のr(t)が1に近いかどうかにより偽像成分のみを判定
することができ、先ほどのd(t)と同様にして、その判
定結果に基づいて結像信号に適切な抑圧利得をかけるこ
とができる。この判定方法においては、前述差分方式と
は異なり、各方位の反射信号su(t)の大きさには依存し
ないという性質がある。よって、r(t)が1に近いかど
うかの判定を行なう閾値もしくは任意の判定関数を容易
に設計することができる。例えば、閾値を1付近に設定
しておき、その値よりr(t)が1から離れた場合に適当
な抑圧利得をかけるようにする。また、判定関数として
は、r(t)を入力とし、その値が1から離れているほど
抑圧量を増やすような関数を用意すればよい。例えば入
力1を中心として、その値より離れるにつれて線形もし
くは指数的に値が下降する関数を用いることができる。
このような条件を満たす任意の関数をf(x)とするなら
ば、この偽像判定機構により最終的に結合された出力
は、以下のように書くことができる。(Equation 13) In other words, it is understood that each azimuth component in r (t) outputs 1 for a signal from the purpose, and a value other than 1 occurs when a reflected signal exists in the side lobe. Therefore, only the false image component can be determined based on whether or not r (t) is close to 1, and an appropriate suppression gain for the imaging signal is determined based on the determination result in the same manner as in the case of d (t). Can be applied. This determination method has a property that, unlike the above-described difference method, it does not depend on the magnitude of the reflected signal s u (t) in each direction. Therefore, a threshold value for determining whether r (t) is close to 1 or an arbitrary determination function can be easily designed. For example, a threshold value is set near 1, and an appropriate suppression gain is applied when r (t) departs from 1 from that value. Further, as the determination function, a function may be prepared in which r (t) is input and the suppression amount is increased as the value is more distant from 1. For example, a function can be used in which the value decreases linearly or exponentially as the distance from the input 1 increases.
If an arbitrary function that satisfies such a condition is f (x), the output finally combined by this false image determination mechanism can be written as follows.
【0078】[0078]
【数14】 以上の説明から明らかなように、式(7−1)で与えら
れる2種類の結像出力に対しまず逆フーリエ変換を実行
し、その逆フーリエ変換後の2種類の結像出力を相互に
比較・統合すれば、結像フィルタの特性の相違に依存し
てサイドローブ信号成分を特定することが可能となる。[Equation 14] As is apparent from the above description, first, the inverse Fourier transform is performed on the two types of image outputs given by Expression (7-1), and the two types of image outputs after the inverse Fourier transform are compared with each other. If integrated, the side lobe signal component can be specified depending on the difference in the characteristics of the imaging filters.
【0079】なお、上記説明においては、便宜上2つの
結像出力のみを取り扱ったが、実際には、3つ以上のフ
ィルタを用いる場合においても、本統合手法は全く同様
に適用できる。In the above description, only two imaging outputs are dealt with for the sake of convenience. However, in actuality, even when three or more filters are used, the present integration method can be applied in exactly the same manner.
【0080】次に、図1に示した結像処理部22の具体
的な処理について図4及び図5を用いて説明する。な
お、結像処理部22や統合処理部24は例えばソフトウ
エアで実現できる。Next, the specific processing of the imaging processing section 22 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. The imaging processing unit 22 and the integration processing unit 24 can be realized by software, for example.
【0081】図4には、上記の原理に基づく、結像処理
部22の動作が示されている。S101では、まず複数
の受信素子14aから出力された複数の受信信号が取り
込まれる。これらの信号は時間軸上の信号であるが、S
102ではそれらの信号がフーリエ変換され、周波数軸
上の受信信号に変換される。FIG. 4 shows the operation of the imaging processing unit 22 based on the above principle. In S101, first, a plurality of reception signals output from the plurality of reception elements 14a are fetched. These signals are signals on the time axis.
At 102, those signals are Fourier-transformed and converted into reception signals on the frequency axis.
【0082】S103及びS105では、2種類の結像
フィルタを利用して同一の信号群に対する2つのフィル
タ処理が実行される。すなわち、E1・O及びE2・O
が演算される。ここで、そのフィルタ処理で利用される
フィルタ係数E1[E1-1(f),E1-2(f),…,E
1-M(f)]及びE2[E2-1(f),E2-2(f),…,E
2-M(f)]は、上述のような設計思想に基づいて予め決定
され、記憶部に格納されている。S104及びS106
では、フィルタ処理結果すなわち結像処理結果に対し、
周波数軸から時間軸への逆フーリエ変換が実行される。
そして、S107で、その変化後の結像処理結果が統合
処理部24へ出力される。In S103 and S105, two filter processes are performed on the same signal group using two types of imaging filters. That is, E1 · O and E2 · O
Is calculated. Here, a filter coefficient E1 [ E1-1 (f), E1-2 (f),..., E
1-M (f)] and E2 [E 2-1 (f), E 2-2 (f),.
2-M (f)] is determined in advance based on the above-described design concept and stored in the storage unit. S104 and S106
Then, for the filter processing result, that is, the imaging processing result,
An inverse Fourier transform from the frequency axis to the time axis is performed.
Then, in S107, the changed imaging processing result is output to the integration processing unit 24.
【0083】上記の実施形態では、周波数軸上でフィル
タ処理がなされていたが、時間軸上でフィルタ処理を行
うことも可能である。その場合の結像処理部22の動作
例が図5に示されている。In the above embodiment, the filtering is performed on the frequency axis. However, the filtering can be performed on the time axis. FIG. 5 shows an operation example of the imaging processing unit 22 in that case.
【0084】S201では、S101と同様に信号群が
入力される。S202及びS203では、フィルタ係数
E1[E1-1 (t),E1-2 (t),…,E1-M(t)]及びE2
[E2-1(t),E2-2(t),…,E2-M(t)]が利用され、受
信信号群に対し2種類のフィルタ処理が実行される。具
体的には、受信信号群とフィルタ係数との畳み込み演算
が実行される。ちなみに、フィルタ係数E1[E
1-1(t),E1-2(t),…,E1- M(t)]及びE2[E
2-1(t),E2-2(t),…,E2-M(t)]は、上記実施形態と
同様に、主方位方向を除く方位範囲における利得特性が
相補的になるように設定すべきである。なお、畳み込み
演算においては、各受信信号の位相調整を同時に行って
もよいが、整相加算のためのステップを別途設けてもよ
い。フィルタ処理後の2種類の結像結果は、S204
で、統合処理部24へ出力され、2つの結像処理結果の
相違を利用して偽像抑圧のための処理がなされる。In S201, a signal group is input as in S101. In S202 and S203, filter coefficients E1 [ E1-1 (t), E1-2 (t),..., E1 -M (t)] and E2
[E 2-1 (t), E 2-2 (t),..., E 2-M (t)] are used, and two types of filtering are performed on the received signal group. Specifically, a convolution operation of the received signal group and the filter coefficient is performed. Incidentally, the filter coefficient E1 [E
1-1 (t), E1-2 (t), ..., E1 - M (t)] and E2 [E
2-1 (t), E 2-2 (t),..., E 2-M (t)], as in the above embodiment, so that the gain characteristics in the azimuth range other than the main azimuth direction are complementary. Should be set to In the convolution operation, the phase adjustment of each received signal may be performed at the same time, but a step for phasing addition may be separately provided. The two types of imaging results after the filtering process are described in S204.
Then, the image data is output to the integration processing unit 24, and a process for suppressing a false image is performed using the difference between the two image forming process results.
【0085】図6は、図1に示した振動素子の二重構造
配置を有する超音波計測装置によって、空中に実存する
直径7cmの鉄球を計測し、その画像を表したものであ
る。標的は超音波送受波器の正面により1m先に置いた
条件で計測が行われている。結像処理部におけるフィル
タとしては、図2及び図3に示した特性を実現するため
のフィルタを利用している。また、それらの結像結果か
ら偽像を判定する機構としては、式(20)のf(x)を
高次関数としたものを用いた。また比較として、単一フ
ィルタの結像による撮像結果を図7に示す。これは、単
純に観測信号を整相加算して得られる結像結果である。FIG. 6 shows an image of an iron ball having a diameter of 7 cm existing in the air measured by the ultrasonic measuring device having the double structure arrangement of the vibrating elements shown in FIG. The measurement is performed under the condition that the target is placed 1 m ahead of the ultrasonic transducer. A filter for realizing the characteristics shown in FIGS. 2 and 3 is used as a filter in the imaging processing unit. In addition, as a mechanism for determining a false image from the imaging results, a mechanism in which f (x) in Expression (20) is a higher-order function is used. As a comparison, FIG. 7 shows an imaging result obtained by imaging with a single filter. This is an imaging result obtained by simply phasing and adding observation signals.
【0086】図6と図7を比較すると、単純な単一フィ
ルタによる結像処理では、真の標的に対応する像の周り
に偽像が複数生じているのに対して、上記実施形態の結
像処理によれば、真の標的に対応する像のみが画像化さ
れていることが分かる。A comparison between FIG. 6 and FIG. 7 shows that in the imaging processing using a simple single filter, a plurality of false images are generated around the image corresponding to the true target, whereas the imaging processing of the above embodiment is performed. According to the image processing, it can be seen that only the image corresponding to the true target is imaged.
【0087】[第2実施形態]次に、第2実施形態につ
いて説明する。この実施形態の装置構成は図1に示した
ものと同様であるが、図1の統合処理部24における処
理内容が第1実施形態と異なる。ただし、相補型の複数
のフィルタによって複数の結像処理結果を得て統合化処
理によりサイドローブを低減するという基本的な原理は
第2実施形態も第1実施形態と同じである。[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described. The device configuration of this embodiment is the same as that shown in FIG. 1, but the processing content in the integrated processing unit 24 of FIG. 1 is different from that of the first embodiment. However, the basic principle of obtaining a plurality of imaging processing results by a plurality of complementary filters and reducing side lobes by integration processing is the same in the second embodiment as in the first embodiment.
【0088】以下に、第2実施形態の原理及び構成の説
明の都合上、結像処理モデル及び各パラメータについて
再度定義することにする。Hereinafter, for convenience of explanation of the principle and configuration of the second embodiment, the image forming processing model and each parameter will be defined again.
【0089】図8には、結像処理に関して、説明簡略化
のため、一次元方向だけを取り出したアレーモデルが示
されている。なお、図8において、θb(b=1〜B)
は、撮像したい方位を表す目的方位であり、xk(K=1
〜K)は、送受信素子配置の組合わせによって形成され
る仮想的な素子配置すなわち合成開口面の配置座標であ
る。FIG. 8 shows an array model in which only one-dimensional directions are extracted for simplification of the explanation regarding the image forming process. In FIG. 8, θ b (b = 1 to B)
Is a target direction indicating a direction to be imaged, and x k (K = 1)
To K) are virtual element arrangements formed by a combination of transmission and reception element arrangements, that is, arrangement coordinates of a synthetic aperture plane.
【0090】このモデルにおいて、合成開口などの結像
処理によって得られる結像信号を周波数領域で記述する
と以下のようになる。In this model, an imaging signal obtained by imaging processing such as a synthetic aperture is described in the frequency domain as follows.
【0091】[0091]
【数15】 ただし、s(f)は結像出力信号ベクトル、o(f)は観測信
号ベクトル、H(f)は整相行列、Gは素子に関する荷重
係数行列であり、それぞれ以下のように定義される(た
だし、cは音速である)。(Equation 15) Here, s (f) is an imaging output signal vector, o (f) is an observation signal vector, H (f) is a phasing matrix, and G is a weighting coefficient matrix relating to elements, and is defined as follows ( Where c is the speed of sound.
【0092】[0092]
【数16】 次に、各配置座標における観測信号を周波数領域で記述
すると、次のようになる。(Equation 16) Next, the observation signal at each arrangement coordinate is described in the frequency domain as follows.
【0093】[0093]
【数17】 ここで、ad(f)はいわゆるsteering vector(ステアリ
ングベクトル)であり、r(f)は方位別反射信号ベクト
ルであり、以下のように定義される。[Equation 17] Here, a d (f) is a so-called steering vector, and r (f) is a directional reflection signal vector, which is defined as follows.
【0094】[0094]
【数18】 ただし、θd(d=1〜D)は反射波の離散的な到来方
位である。なお、目的方位を走査する整相行列H(f)
は、式(24)にて一意に定まる定数行列である。(Equation 18) Here, θ d (d = 1 to D) is a discrete arrival direction of the reflected wave. The phasing matrix H (f) that scans the target direction is used.
Is a constant matrix uniquely determined by Expression (24).
【0095】さて、このようなモデルにおいて、第1実
施形態における乗算処理は、図9に示すような2種類の
荷重係数ベクトルg=[g1,・・・,gk]およびh=
[h1,・・・,hk]を用いて複数の結像信号s(g)(t)およ
びs(h)(t)を生成し、それらを例えば時間領域において
乗算により重ね合わせるものである。Now, in such a model, in the multiplication process in the first embodiment, two types of load coefficient vectors g = [g 1 ,..., G k ] and h =
A plurality of imaging signals s (g) (t) and s (h) (t) are generated using [h 1 ,..., H k ], and are superimposed by, for example, multiplication in the time domain. is there.
【0096】ここで、到来方位θdの反射信号Rd(f)
を、中心周波数f0、帯域幅Δfのパルス化(零位相
化)された狭帯域信号と仮定し、その利得をPd、伝搬
遅れ時間をτdとすると、s(g)(t)およびs(h)(t)は以
下のように近似表現される。Here, the reflected signal R d (f) of the arrival direction θ d
Is assumed to be a pulsed (zero-phased) narrow-band signal having a center frequency f 0 and a bandwidth Δf, and its gain is P d and its propagation delay time is τ d , s (g) (t) and s (h) (t) is approximated as follows.
【0097】[0097]
【数19】 さらに、標的物体がある1方位(d=d1)のみに局在
していると仮定するならば、式(30)及び(31)
は、式(32)及び(33)のように書くことができ
る。なお、標的物体が2方位に存在している場合の挙動
に関しては後述する。[Equation 19] Further, assuming that the target object is localized in only one direction (d = d 1 ), equations (30) and (31)
Can be written as in equations (32) and (33). The behavior when the target object exists in two directions will be described later.
【0098】[0098]
【数20】 したがって、最終的に求められる値は、上記の式(3
2)と式(33)の絶対値の積で与えられ、(Equation 20) Therefore, the value finally obtained is calculated by the above equation (3)
Given by the product of 2) and the absolute value of equation (33),
【数21】 と書くことができる。式(34)の右辺は、d1方位で
の方位信号包絡の振幅2乗値に対して|gad1(f0)・h
ad1(f0)|という重みをつけたものに相当する。したが
って、フィルタの設計に当たっては、この重みを、正面
の方位だけに大きな値を持ち、その他の方位では小さな
値を持つように設計すればよい。ここでは、|gad1(f
0)|および|had1(f0)|がそれぞれ低いサイドローブ
を持つ必要はなく、一方が大きな値を持つ場合には、他
方が小さくなるようにすればよい。このような相補性を
用いることにより、荷重係数設計の自由度を向上させる
ことができる。このような相補的設計が容易にできるこ
とは、前述にて述べた通りである。図9は、そのような
相補的な2つのフィルタの例を示すものである。g,h
はそれぞれのフィルタを示している。(Equation 21) Can be written. The right side of the equation (34) is | ga d1 (f 0 ) · h with respect to the amplitude square value of the azimuth signal envelope in the d 1 azimuth.
a d1 (f 0 ) |. Therefore, in designing the filter, the weight may be designed to have a large value only in the front direction and a small value in the other directions. Here, | ga d1 (f
0 ) | and | ha d1 (f 0 ) | need not have low sidelobes, and if one has a large value, the other may be small. By using such complementarity, the degree of freedom in designing the load coefficient can be improved. As described above, such complementary design can be easily performed. FIG. 9 shows an example of two such complementary filters. g, h
Indicates each filter.
【0099】なお、前記において説明したように、これ
らの処理は、例えば|gad1(f0)|と|had1(f0)|が
大きな値をとるようなd1,d2の2方位において同時に
反射物体が存在した場合、それらの積による成分が目的
の方位からの信号に混入し、統合結果の劣化を招く。し
かし、二つの方位における反射物体が、互いにセンサー
により異なる距離範囲に存在する場合には、それぞれの
波形上にて重なる部分が少なくなり、前記の積の値は減
少する。したがって、この場合の劣化は回避される。ま
た、仮に、二つの方位における反射物体が同距離に存在
する場合においても、|gad(f0)|と|had(f0)|が
過度に集中かつ大きな値にならないようにするならば、
平均的な抑圧効果が得られ、劣化を少なくすることがで
きる。As described above, these processes are performed in two directions d 1 and d 2 where | ga d1 (f 0 ) | and | ha d1 (f 0 ) | In the case where there is a reflecting object at the same time, a component due to the product is mixed into a signal from a target direction, which results in deterioration of the integration result. However, when the reflecting objects in the two directions are present in different distance ranges depending on the sensors, the overlapping portions on the respective waveforms are reduced, and the value of the product is reduced. Therefore, the deterioration in this case is avoided. Also, if | ga d (f 0 ) | and | ha d (f 0 ) | are not excessively concentrated and do not become large values even when the reflecting objects in the two directions exist at the same distance. If
An average suppression effect can be obtained, and deterioration can be reduced.
【0100】上記のように、理論上は、式(34)に示
す低サイドローブ出力を得ることができるが、実際の運
用においては、素子のばらつき誤差や回路上の誤差等に
より、指向特性gad1(f0)及びhad1(f0)はそれぞれ振
幅誤差及び位相誤差を生じる。As described above, theoretically, a low side lobe output represented by the equation (34) can be obtained. However, in actual operation, the directional characteristic ga is affected by an error in element variation and an error in a circuit. d1 (f 0) and ha d1 (f 0), respectively results in amplitude and phase errors.
【0101】すなわち、第1実施形態での乗算処理は、
|gad1(f0)|と|had1(f0)|の一方を小さく、他方
を大きくすることによって、それらの相乗平均値として
のサイドローブを得るものであるが、特に振幅誤差は|
gad1(f0)|と|had1(f0)|の利得の小さい方に対し
て大きな影響を与えるので、そのような誤差が生じた場
合、|gad1(f0)・had1(f0)|の値を十分に小さくす
ることができなくなる。その結果、正面以外の成分、つ
まり偽像を多く含んだ信号を生成してしまい、撮像結果
に大きな劣化を及ぼす可能性がある。That is, the multiplication process in the first embodiment is as follows.
By reducing one of | ga d1 (f 0 ) | and | ha d1 (f 0 ) | and increasing the other, side lobes are obtained as their geometric mean values.
ga d1 (f 0 ) | and | ha d1 (f 0 ) | have a large effect on the smaller of the gains. Therefore, when such an error occurs, | ga d1 (f 0 ) · ha d1 ( f 0 ) | cannot be made sufficiently small. As a result, a signal other than the front component, that is, a signal containing many false images is generated, and there is a possibility that the imaging result will be significantly deteriorated.
【0102】そこで、第2実施形態では、この誤差によ
る劣化を回避するために、上記第1実施形態での乗算処
理を非線形のサイドローブキャンセラに拡張している。Therefore, in the second embodiment, in order to avoid the deterioration due to the error, the multiplication processing in the first embodiment is extended to a non-linear side lobe canceller.
【0103】図10には、第2実施形態の構成がブロッ
ク図で示されている。まず、その構成について説明す
る。結像処理手段50は、図1に示した複数(例えば2
つの)結像処理部22で構成される。各結像処理部22
は、各受信信号に対して重み付けを行う複数の係数乗算
器と、それらの出力信号に対して位相調整を行いながら
加算を行う加算器と、で構成される。すなわち、各結像
処理部22から各フィルタを利用した結像処理結果が出
力される。FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment. First, the configuration will be described. The imaging processing means 50 includes a plurality (for example, 2
(Imaging) processing unit 22. Each imaging processing unit 22
Is composed of a plurality of coefficient multipliers that weight each received signal and an adder that performs addition while performing phase adjustment on the output signals. That is, each image processing unit 22 outputs an image processing result using each filter.
【0104】統合処理部52は、図1に示したように各
結像処理結果を統合処理して偽像の低減を行うものであ
る。各結像処理結果は絶対値演算器53で絶対値演算さ
れ、それらの絶対値の和が和演算器54で演算される。
一方、それらの絶対値の差が差演算器56で演算され
る。それらの和と差に対しては非線形演算器58で非線
形演算が行われる。この非線形演算は、絶対値演算及び
α乗の指数演算を含むものである。非線形演算された和
と差の信号は差分演算器60に送られ、それらの差分が
演算される。この差分演算によってメインローブの信号
のみが取り出されることになる。差分演算器60の出力
は、レベル調整のために演算器62に送られる。この演
算器62は、差分演算結果の2/α乗に1/4を乗算す
る回路である。なお、実際の装置において、演算器62
は必ずしも設けなくてもよい。また、絶対値演算は場合
に応じて省略できる。αを可変設定できるように構成し
てもよい。As shown in FIG. 1, the integration processing section 52 integrates the results of the respective image forming processes to reduce false images. Each imaging result is subjected to an absolute value calculation by an absolute value calculator 53, and the sum of the absolute values is calculated by a sum calculator 54.
On the other hand, the difference between these absolute values is calculated by the difference calculator 56. Non-linear operation is performed on the sum and difference by the non-linear operation unit 58. This non-linear operation includes an absolute value operation and an exponentiation of the power of α. The sum and difference signals subjected to the non-linear operation are sent to the difference calculator 60, and the difference between them is calculated. By this difference operation, only the signal of the main lobe is extracted. The output of the difference calculator 60 is sent to a calculator 62 for level adjustment. The calculator 62 is a circuit that multiplies the 2 / α power of the difference calculation result by 1/4. In an actual device, the arithmetic unit 62
Need not necessarily be provided. Further, the calculation of the absolute value can be omitted depending on the case. α may be configured to be variably set.
【0105】この図10に示す処理は、以下のように書
くことができる。ここで、fα(t)は、非線形パラメー
タαを利用した最終出力(演算器62の出力)である。The processing shown in FIG. 10 can be written as follows. Here, fα (t) is the final output using the nonlinear parameter α (the output of the arithmetic unit 62).
【0106】[0106]
【数22】 ここでは、式(35)内の2つの絶対値α乗部分に関し
て、第1項が図10に示すPrimary信号に相当し、第2
項が図10に示すreference信号に相当する。また、全
体を2/α乗しているのは、メインローブでの最終出力
を信号の振幅2乗値とするためである。(Equation 22) Here, regarding the two absolute value α power parts in the equation (35), the first term corresponds to the Primary signal shown in FIG.
The term corresponds to the reference signal shown in FIG. The reason why the whole is raised to the power of 2 / α is that the final output in the main lobe is used as the squared value of the signal amplitude.
【0107】以下、具体的に説明すると、各荷重係数ベ
クトルのサイドローブ|gad1(f0)|および|had1(f
0)|が相補的に形成されている場合、式(35)内の2
つの絶対値2乗部分は以下のように書くことができる。
まず、第1項(primary信号)は、More specifically, the side lobes | ga d1 (f 0 ) | and | ha d1 (f
0 ) | is formed complementarily, 2 in the equation (35)
The two magnitude squared parts can be written as:
First, the first term (primary signal) is
【数23】 となる。次に、第2項(reference信号)は、(Equation 23) Becomes Next, the second term (reference signal) is
【数24】 となる。式(36)を見ると、式(35)第1項部分(p
rimary信号)は、近似的にサイドローブ成分とメインロ
ーブ成分とを含んでいるものであることがわかる。一
方、式(37)を見ると、第(35)第2項(referenc
e信号)は、第1項におけるサイドローブ成分だけ抽出
し、メインローブ成分には死角を向けていることがわか
る。これらの関係を表したものを図11に示す。以上よ
り、式(35)にて表された処理は、近似的にサイドロ
ーブ成分とメインローブ成分とを含んでいる出力(prim
ary信号)より、そのサイドローブ成分のみ(reference
信号)を推定・減算していると解釈できる。つまり、こ
れは、非線形領域におけるサイドローブキャンセル処理
と言うことができる。(Equation 24) Becomes Looking at equation (36), the first term part (p
The primary signal (rimary signal) approximately includes a side lobe component and a main lobe component. On the other hand, looking at the equation (37), the (35) second term (referenc
It can be seen that the e signal) extracts only the side lobe component in the first term and directs a blind spot to the main lobe component. FIG. 11 shows these relationships. As described above, the processing expressed by the equation (35) approximately includes the output (prim) including the side lobe component and the main lobe component.
ary signal), only its side lobe component (reference
Signal) can be interpreted as being estimated / subtracted. That is, it can be said that this is a side lobe canceling process in the nonlinear region.
【0108】第1実施形態における乗算処理は、式(3
5)におけるα=2の場合に等価である。つまり、本実
施形態における式(35)は、ある条件下では、先の実
施形態での乗算処理に相当するものであるが、第2実施
形態においては、非線形パラメータαを小さくすること
により、メインローブでの出力を変えることなく、さら
にサイドローブの抑圧性能を向上させることが可能であ
る。これは、αとアレー出力fα(t)の間に式(38)
の性質が数学的に成立するからである。ここで、α1,
α2は任意の正の実数とする。The multiplication processing in the first embodiment is represented by the following equation (3)
This is equivalent to the case where α = 2 in 5). That is, under certain conditions, equation (35) in the present embodiment corresponds to the multiplication process in the previous embodiment, but in the second embodiment, by reducing the nonlinear parameter α, The side lobe suppression performance can be further improved without changing the output in the lobe. This is given by the equation (38) between α and the array output fα (t).
Is mathematically established. Where α 1 ,
α 2 is an arbitrary positive real number.
【0109】[0109]
【数25】 この式(38)は、パラメータαを小さくしていくこと
により、アレー出力をさらに小さくできることを示して
いる。これは、素子誤差等により多少指向特性上に誤差
が生じた場合においても、サイドローブを第1の実施形
態における乗算処理のアレー出力以下にできることを表
しており、素子誤差に対して優れた信号処理であるとい
える。ちなみに、メインローブにおける信号は、2つの
指向特性gad1(f0)及びhad1(f0)が等しく設計されて
いるので、|s(g)(t)|=|s(h )(t)|となり、これは
式(38)における右辺の等号成立時に相当する。した
がって、メインローブの信号はαの大小に影響されな
い。(Equation 25) This equation (38) indicates that the array output can be further reduced by decreasing the parameter α. This means that even if an error occurs in the directivity characteristic due to an element error or the like, the side lobe can be made equal to or less than the array output of the multiplication processing in the first embodiment. It can be said that it is processing. Incidentally, the signal in the main lobe is designed such that the two directional characteristics ga d1 (f 0 ) and ha d1 (f 0 ) are equal, so that | s (g) (t) | = | s (h ) (t ) |, Which corresponds to the case where the equal sign on the right side in Expression (38) is satisfied. Therefore, the signal of the main lobe is not affected by the magnitude of α.
【0110】ちなみに、αを非整数もしくは0.5以外
に設定する場合、非整数乗演算や2乗根以外の累乗根演
算が必要となり、数値演算において好ましくない。しか
し、乗算アレー処理以上のサイドローブ抑圧性能を得る
ためには、αを2以下にする必要がある。If α is set to a non-integer value or a value other than 0.5, a non-integer power operation or a power root operation other than the square root is required, which is not preferable in numerical calculations. However, in order to obtain the side lobe suppression performance higher than the multiplication array processing, α needs to be 2 or less.
【0111】この両者の関係を考慮し、以下では特にα
=1の場合を例として考えてみる。具体的な演算は以下
のようになる。Considering the relationship between the two, in the following, α
Consider the case of = 1 as an example. The specific calculation is as follows.
【0112】[0112]
【数26】 ここで、変数x,yを0以上の任意の値とし、min
[x,y]をx,yの小さい方をとる関数と定義する
と、(Equation 26) Here, the variables x and y are set to arbitrary values of 0 or more, and min
If [x, y] is defined as a function that takes the smaller of x and y,
【数27】 という関係が成立する。この関係を式(39)に代入す
ると以下の式が得られる。[Equation 27] Is established. By substituting this relationship into equation (39), the following equation is obtained.
【0113】[0113]
【数28】 この演算は、複数のアレー出力信号の2乗値を求め、そ
の大小関係により小さい方を選択することを意味してお
り、非常に簡単な信号処理が実現できるという利点があ
る。[Equation 28] This calculation means finding the square value of a plurality of array output signals and selecting the smaller one of the magnitude relations, and has the advantage that very simple signal processing can be realized.
【0114】図13には、それを実現するための統合処
理部52の構成例が示されている。結像処理部からの2
つの信号は2乗演算器64で2乗演算され、それらがm
in演算器66に入力される。min演算器66は、入
力される信号の内で小さい方を出力する回路である。な
お、2乗演算器64に代えて絶対値演算器を設けてもよ
く、この場合min演算後に2乗演算することにより信
号レベルの調整を行わなくてもよいという利点がある。FIG. 13 shows an example of the configuration of the integration processing unit 52 for realizing this. 2 from the imaging unit
The two signals are squared by a square calculator 64, and they are m
It is input to the in-operation unit 66. The min calculator 66 is a circuit that outputs the smaller of the input signals. Note that an absolute value calculator may be provided instead of the square calculator 64, and in this case, there is an advantage that the signal level does not need to be adjusted by performing the square calculation after the min calculation.
【0115】本実施形態のサイドローブ抑圧処理(図1
0参照)は、大きく分けて2つの構造に分割することが
できる。それは、アレー信号の直後に置かれた「相補的
な指向特性形成処理」とサイドローブとメインローブか
らサイドローブ成分のみを非線形領域で減算する「非線
形サイドローブキャンセル処理」である。ここで、非線
形な領域にてサイドローブキャンセル動作をさせるだけ
であれば、従来のサイドローブキャンセラ(線形領域の
サイドローブキャンセラ)を単純に非線形化することに
よっても実現できる。しかし、上記の「相補的な指向特
性形成処理」と「非線形サイドローブキャンセル処理」
を組み合わせた方式の方が素子誤差等による指向特性上
の誤差に対して安定である。The side lobe suppression processing of this embodiment (FIG. 1)
0) can be roughly divided into two structures. That is, a "complementary directivity forming process" immediately after the array signal and a "nonlinear sidelobe canceling process" in which only the side lobe component is subtracted in the non-linear region from the side lobe and the main lobe. Here, if only the side lobe cancel operation is performed in the non-linear region, it can be realized by simply making the conventional side lobe canceller (side lobe canceller in the linear region) nonlinear. However, the above-mentioned "complementary directional pattern formation processing" and "non-linear side lobe cancellation processing"
Is more stable against errors in directional characteristics due to element errors and the like.
【0116】以下に、この性質について比較例を用いて
説明を行う。In the following, this property will be described using a comparative example.
【0117】非線形サイドローブキャンセラ単体の具体
的な構成は図12(比較例)のように示すことができ
る。便宜上、非線形パラメータαは1とする。図12に
おいては、各結像処理部22Aの出力が2つの非線形演
算器58に入力され、それらの出力の差分が差分演算器
60で演算されている。なお、演算器62Aはレベル調
整のために差分演算器60の出力の2/α乗を演算する
回路である。The specific configuration of the nonlinear sidelobe canceller alone can be shown as in FIG. 12 (comparative example). For convenience, the nonlinear parameter α is set to 1. In FIG. 12, the output of each imaging processing unit 22A is input to two non-linear calculators 58, and the difference between the outputs is calculated by a difference calculator 60. The calculator 62A is a circuit that calculates the 2 / α power of the output of the difference calculator 60 for level adjustment.
【0118】ここで、荷重係数ベクトルw(1)=[w1
(1),・・・,wk (1)]及びw(2)=[w1 (2),・・・,
wk (2)]に関し、これらの荷重係数ベクトルは相補的で
はなく、w(1 )は目的方位に対してメインローブ(サイ
ドローブも含む)を形成し、w(2)はw(1)のサイドロー
ブのみを推定し、メインローブに関しては、利得を持た
ないように設計されているものとする。具体的には、以
下の式のように書くことができる。ここではw(1)のメ
インローブでの利得は正規化されているものとしてい
る。Here, the load coefficient vector w (1) = [w 1
(1), ···, w k (1)] and w (2) = [w 1 (2), ···,
w k (2) ], these weighting factor vectors are not complementary, w (1 ) forms the main lobe (including side lobes ) for the target orientation, and w (2) is w (1) It is assumed that only the side lobe is estimated and the main lobe is designed to have no gain. Specifically, it can be written as the following equation. Here, it is assumed that the gain in the main lobe of w (1) is normalized.
【0119】[0119]
【数29】 素子間のばらつきによって生じる誤差は、主に指向特性
の振幅特性と位相特性に影響を与える。この点に着目
し、この比較例と上記第2実施形態とを比較すると、以
下の相違点がわかる。(Equation 29) An error caused by variation between elements mainly affects amplitude characteristics and phase characteristics of directional characteristics. Focusing on this point, comparing this comparative example with the second embodiment, the following differences can be seen.
【0120】まず、指向特性上に振幅誤差が存在する場
合を考える。図12の非線形サイドローブキャンセラの
みの場合、2つの指向特性|w(1)ad1(f0)|及び|w
(2)ad1(f0)|において独立に振幅誤差が生じる可能性
がある。ここで、誤差分布を平均値0の無相関な分布と
仮定し、その分散をσ2とするならば、最終的なアレー
出力における誤差の分散は2σ2と見積もることができ
る。First, consider a case where an amplitude error exists in the directivity characteristics. In the case of only the nonlinear side lobe canceller in FIG. 12, two directional characteristics | w (1) a d1 (f 0 ) | and | w
(2) There is a possibility that an amplitude error occurs independently at a d1 (f 0 ) |. Here, assuming the error distribution and uncorrelated distribution with mean 0, if the dispersion and sigma 2, error variance in the final array output can be estimated to be 2 [sigma] 2.
【0121】一方、第2実施形態の指向特性形成法を前
段に用いた場合は、その出力が小さい方を選択したもの
に等しい(式(41)参照)ことにより最終的なアレー
出力における誤差の分散はσ2のままである。これは、
図12の場合よりも小さい。On the other hand, when the directional pattern forming method of the second embodiment is used in the preceding stage, the output of the directional pattern forming method is equal to that of the smaller output (see equation (41)), and the error in the final array output is obtained. The variance remains at σ 2 . this is,
It is smaller than the case of FIG.
【0122】次に、指向特性上に位相誤差が存在する場
合を考える。非線形サイドローブキャンセラのみの場
合、2つの指向特性において独立に位相誤差が生じる可
能性がある。ここで、お互いの位相差がπ/2程度ずれ
ると減算が成立しなくなり、サイドローブ抑圧量に大き
な影響を及ぼす。Next, consider a case where a phase error exists on the directional characteristics. In the case of using only the nonlinear side lobe canceller, there is a possibility that a phase error occurs independently in the two directional characteristics. Here, when the phase difference between them is shifted by about π / 2, the subtraction is not established, and this greatly affects the side lobe suppression amount.
【0123】一方、第2実施形態の指向特性形成法を用
いた場合は、式(36)および(37)の関係より、pr
imary信号に生じた位相誤差成分と同じものが近似的にr
eference信号にも生じることになる。したがって、それ
らを減算することによって、位相誤差成分は低減され、
サイドローブの上昇には至らない。On the other hand, when the directional pattern forming method of the second embodiment is used, pr is obtained from the relationship of equations (36) and (37).
The same phase error component generated in the imary signal is approximately r
This will also occur in the eference signal. Therefore, by subtracting them, the phase error component is reduced,
The side lobe does not rise.
【0124】このように非線形サイドローブキャンセラ
のみの場合よりも、相補的な指向特性形成法と組み合わ
せて使用する方が、素子のばらつきにより生じる指向特
性上の振幅・位相誤差の両方に対してロバストであるこ
とがわかる。As described above, when used in combination with the complementary directional pattern forming method, robustness against both the amplitude and phase errors in the directional pattern caused by the variation in the elements is more effective than when only the nonlinear side lobe canceller is used. It can be seen that it is.
【0125】以上説明したように、相補的な指向特性を
持つような2つの荷重係数ベクトルの出力に非線形のサ
イドローブキャンセラ処理を行えば、不要な方位からの
偽像成分を抑圧することができるだけでなく、素子の誤
差などにも影響されにくい撮像装置を構成することがで
きる。なお、上記説明では、便宜上2つの結像出力のみ
を取り扱ったが、実際には3つ以上の荷重係数ベクトル
群を用いる場合においても本統合手法は全く同様に適用
できる。As described above, if non-linear side lobe canceller processing is performed on the outputs of two weight coefficient vectors having complementary directional characteristics, it is possible to suppress false image components from unnecessary directions. In addition, it is possible to configure an imaging device that is not easily affected by errors of the elements. In the above description, only two imaging outputs are dealt with for the sake of convenience. However, the present integration method can be applied in exactly the same way when actually using three or more weight coefficient vector groups.
【0126】図14は、図1に示した2重構造配置を有
する超音波計測装置によって、空中に実在する等身大の
上半身のみからなる人間模型を撮影したものである。標
的はアレー正面より約2m先に置いている。結像処理部
における荷重係数ベクトルの指向性は、図9に示したも
のを用いた。またそれらの結果から偽像を判定する機構
としては、非線形サイドローブキャンセラ(式(3
5))においてパラメータαを0.5、0.7及び1と
したものを用いた。また比較として、乗算処理による統
合を行った場合の撮像結果も併記した。これは、非線形
サイドローブキャンセラ(式(35))においてパラメ
ータαを2としたものに対応する。FIG. 14 is a photograph of a human model consisting of only a real-sized upper body actually existing in the air by the ultrasonic measuring apparatus having the double structure arrangement shown in FIG. The target is located about 2 m from the front of the array. As the directivity of the load coefficient vector in the image forming processing unit, the one shown in FIG. 9 was used. As a mechanism for determining a false image from the results, a nonlinear sidelobe canceller (Equation (3)
5)), the parameter α was set to 0.5, 0.7 and 1. For comparison, an imaging result in the case of performing integration by multiplication processing is also shown. This corresponds to the case where the parameter α is set to 2 in the nonlinear sidelobe canceller (Equation (35)).
【0127】単なる乗算処理(α=2の時:図14右
下、参照)と第2実施形態の方法(α=0.5、0.
7、1の時:図14左上、右上及び左下、参照)とを比
較すると、単純な乗算による結像処理では、真の標的に
対応する像の周りに偽の像が複数生じているのに対し
て、本出願結像方法を有する超音波計測装置では、真の
標的に対応する像のみが結像されていることがわかる。The simple multiplication (when α = 2: see the lower right of FIG. 14) and the method of the second embodiment (α = 0.5, 0.
7, 1: upper left, upper right and lower left, see FIG. 14). In the image forming process by the simple multiplication, a plurality of false images are generated around the image corresponding to the true target. On the other hand, in the ultrasonic measurement device having the imaging method of the present application, it can be seen that only the image corresponding to the true target is formed.
【0128】[0128]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波計測装置によれば、あたかも異なる開口を持つ送受波
アレイを複数個構成したのと同じ効果を計算機上にて仮
想的に得ることができるので、性能向上のため送受波ア
レイの素子数・装置規模を実際に大きくする必要がな
い。また、複数の結像処理結果より偽像を判定し、その
部分のみを抑圧することができるので、偽像が出現しや
すい少数の素子を疎に配置した送受波アレイでも、比較
的偽像の少ない精度の高い三次元画像を得ることができ
る。これにより、特殊な素子を大量に用いることなく、
通常使用される比較的大口径の素子を使用した超音波計
測装置を構成することができるので、送信出力及び受信
感度の低下を防ぎ、高い方位分解能を維持したまま、装
置規模を縮小することができる。また、本発明によれ
ば、素子のばらつきや回路上の誤差に影響され難い装置
を構成できる。As described above, according to the ultrasonic measuring apparatus of the present invention, it is possible to virtually obtain the same effect on a computer as if a plurality of transmitting / receiving arrays having different apertures were configured. Therefore, it is not necessary to actually increase the number of elements of the transmission / reception array and the scale of the apparatus in order to improve the performance. Further, since a false image can be determined from a plurality of imaging processing results and only that part can be suppressed, even in a transmission / reception array in which a small number of elements in which a false image is likely to appear are sparsely arranged, a relatively false image can be obtained. It is possible to obtain a three-dimensional image with little accuracy. As a result, without using a large amount of special elements,
Since it is possible to configure an ultrasonic measurement device using a relatively large-diameter element that is usually used, it is possible to prevent a decrease in transmission output and reception sensitivity and reduce the device scale while maintaining high azimuth resolution. it can. Further, according to the present invention, it is possible to configure a device which is hardly affected by variations in elements and errors in circuits.
【図1】 本発明に係る超音波計測装置の実施形態を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an ultrasonic measuring device according to the present invention.
【図2】 結像フィルタを設計するための特性を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing characteristics for designing an imaging filter.
【図3】 結像フィルタを設計するための特性を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing characteristics for designing an imaging filter.
【図4】 結像処理部の第1の実施形態を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a first embodiment of an imaging processing unit.
【図5】 結像処理部の第2の実施形態を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram illustrating a second embodiment of the image forming processing unit.
【図6】 本実施形態の装置の計測結果を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of the device of the present embodiment.
【図7】 従来装置の計測結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing measurement results of a conventional device.
【図8】 結像処理における一次元モデルを示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a one-dimensional model in an image forming process.
【図9】 結像処理部における相互的に設定された2つ
の指向特性(フィルタ特性)を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing two directional characteristics (filter characteristics) set mutually in the image processing unit.
【図10】 第2実施形態における結像処理部及び統合
化処理の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging processing unit and an integration process according to a second embodiment.
【図11】 図9に示す2つのフィルタを利用した場合
におけるプライマリ信号とリファレンス信号を示す図で
ある。11 is a diagram showing a primary signal and a reference signal when the two filters shown in FIG. 9 are used.
【図12】 非線形サイドローブキャンセラ構造のみを
導入した比較例の構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a comparative example in which only a non-linear side lobe canceller structure is introduced.
【図13】 min演算を利用した統合処理部の構成例
を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an integration processing unit using a min operation.
【図14】 人間模型の撮像結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an imaging result of a human model.
10 超音波送受波器、12 送信素子アレイ、14
受信素子アレイ、16送信素子駆動部、18 受信信号
増幅・変換部、20 結像処理手段、22結像処理部、
24 統合処理部、26 映像化部。Reference Signs List 10 ultrasonic transducer, 12 transmitting element array, 14
Receiving element array, 16 transmitting element driving section, 18 received signal amplifying / converting section, 20 imaging processing means, 22 imaging processing section,
24 integrated processing unit, 26 imaging unit.
Claims (12)
し、反射波を複数の受信素子で受波することにより、各
受信素子に対応する受信信号群を出力する超音波送受波
器と、 前記受信信号群に互いに異なるフィルタ特性をもった複
数のフィルタを作用させつつ、複数の結像処理結果を得
る結像処理手段と、 前記複数の結像処理結果に対し統合処理を行う統合処理
手段と、 を含むことを特徴とする超音波計測装置。An ultrasonic transducer for transmitting ultrasonic waves from one or a plurality of transmitting elements and receiving reflected waves by a plurality of receiving elements to output a received signal group corresponding to each of the receiving elements. An image processing means for obtaining a plurality of image processing results while applying a plurality of filters having different filter characteristics to the received signal group; and An ultrasonic measurement device, comprising: processing means.
互いに方位利得パターンが異なるように設定され、 前記各結像処理結果において互いに偽像発生パターンを
異ならせたことを特徴とする超音波計測装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein each of the filter characteristics is set so that the azimuth gain patterns are different from each other in an azimuth range other than the main azimuth, and the false image generation patterns are mutually different in each of the imaging processing results. An ultrasonic measuring device characterized by being different.
換手段と、 前記周波数軸上の各受信信号に対し複数のフィルタを作
用させるフィルタ処理手段と、 前記フィルタ処理後の各結像処理結果を周波数軸上から
時間軸上へ変換する逆変換手段と、 を含むことを特徴とする超音波計測装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the imaging processing unit includes: a converting unit configured to convert each of the received signals from a time axis to a frequency axis; On the other hand, an ultrasonic measurement apparatus comprising: a filter processing unit for applying a plurality of filters; and an inverse conversion unit for converting each imaging processing result after the filtering from a frequency axis to a time axis.
複数のフィルタを作用させることを特徴とする超音波計
測装置。4. The ultrasonic measuring apparatus according to claim 1, wherein said imaging processing means applies a plurality of filters on said received signal on a time axis.
おいて、 前記統合処理手段は、前記複数の結像処理結果を互いに
乗算して偽像を抑圧することを特徴とする超音波計測装
置。5. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1, wherein the integration processing unit suppresses a false image by multiplying the plurality of imaging processing results by each other. apparatus.
おいて、 前記統合処理手段は、前記複数の結像処理結果の差分に
基づいて偽像を抑圧することを特徴とする超音波計測装
置。6. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1, wherein the integration processing unit suppresses a false image based on a difference between the plurality of imaging processing results. apparatus.
おいて、 前記統合処理手段は、前記複数の結像処理結果の比に基
づいて偽像を抑圧することを特徴とする超音波計測装
置。7. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1, wherein the integration processing unit suppresses a false image based on a ratio of the plurality of imaging processing results. apparatus.
し、反射波を複数の受信素子で受波することにより、各
受信素子に対応する受信信号群を出力する超音波送受波
器と、 前記受信信号群に対し、主方位以外の方位範囲において
互いに方位利得パターンが相補関係にある複数のフィル
タを作用させ、複数の結像処理結果を得る結像処理手段
と、 前記複数の結像処理結果に対し偽像抑圧のための統合処
理を行う統合処理手段と、 を含むことを特徴とする超音波計測装置。8. An ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves from one or a plurality of transmission elements and receives reflected waves by a plurality of reception elements, thereby outputting a reception signal group corresponding to each reception element. Image processing means for applying a plurality of filters having azimuth gain patterns complementary to each other in an azimuth range other than the main azimuth to the received signal group to obtain a plurality of imaging processing results; and An integrated processing means for performing an integrated process for suppressing a false image on an image processing result.
段と、 前記和と差についての差分を演算する差分演算手段と、 を含むことを特徴とする超音波計測装置。9. The apparatus according to claim 8, wherein the integration processing means includes: a sum and difference calculation means for calculating a sum and a difference of the plurality of imaging processing results; and a difference for calculating a difference between the sum and the difference. An ultrasonic measuring device, comprising: a calculating means.
段と、 前記和と差をそれぞれα(ただし0<α)乗する指数演
算手段と、 前記α乗された和と差の差分を演算する差分演算手段
と、 を含むことを特徴とする超音波計測装置。10. The apparatus according to claim 8, wherein the integration processing means includes: a sum and difference calculation means for calculating a sum and a difference of the plurality of imaging processing results; An ultrasonic measurement apparatus comprising: (a) an exponent calculating means for raising the power; and a difference calculating means for calculating a difference between the sum raised and the difference raised to the power of the α power.
手段と、 前記複数の結像処理結果の絶対値を各計測点ごとに逐次
比較し最小のものを選択することによって偽像を抑圧す
る最小値選択手段と、 を含むことを特徴とする超音波計測装置。11. The apparatus according to claim 8, wherein the integration processing means calculates absolute values of the plurality of imaging processing results, and calculates absolute values of the plurality of imaging processing results. An ultrasonic measurement apparatus, comprising: a minimum value selecting unit that suppresses a false image by successively comparing each measurement point and selecting a minimum one.
置において、 前記統合処理の結果に基づいて観測物体の三次元画像を
構成する映像化手段を有することを特徴とする超音波計
測装置。12. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1, further comprising: an imaging unit configured to form a three-dimensional image of the observed object based on a result of the integration processing. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9237958A JPH10142334A (en) | 1996-09-12 | 1997-09-03 | Ultrasonic measuring device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8-241530 | 1996-09-12 | ||
JP24153096 | 1996-09-12 | ||
JP9237958A JPH10142334A (en) | 1996-09-12 | 1997-09-03 | Ultrasonic measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10142334A true JPH10142334A (en) | 1998-05-29 |
Family
ID=26533456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9237958A Pending JPH10142334A (en) | 1996-09-12 | 1997-09-03 | Ultrasonic measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10142334A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2007007414A1 (en) * | 2005-07-14 | 2009-01-29 | リオン株式会社 | Delay and sum sensor array device |
JP2016179313A (en) * | 2009-11-09 | 2016-10-13 | フジフィルム・ソノサイト・インコーポレイテッドFujifilm Sonosite, Inc. | Beam forming method of ultrasonic system and ultrasonic imaging system |
-
1997
- 1997-09-03 JP JP9237958A patent/JPH10142334A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2007007414A1 (en) * | 2005-07-14 | 2009-01-29 | リオン株式会社 | Delay and sum sensor array device |
JP2016179313A (en) * | 2009-11-09 | 2016-10-13 | フジフィルム・ソノサイト・インコーポレイテッドFujifilm Sonosite, Inc. | Beam forming method of ultrasonic system and ultrasonic imaging system |
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