JP2516461B2 - 超音波測定装置のエコ―受信ゲイン設定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超音波測定装置のエコー受信ゲイン設定
方式に関し、詳しくは、超音波探傷器のレシーバのゲイ
ンを適切なピーク値が得られるゲインに設定することが
容易にできるような超音波映像検査装置に関する。

［従来の技術］ 超音波映像検査装置は、焦点型のプローブをXYZ方向
に移動させることができる走査装置を制御して被検体内
部の所定の位置での縦断面映像や横断面映像を画面上に
観測映像として表示するが、この場合、希望の映像を得
るにはそれに応じた適切な測定条件を設定して超音波測
定を行わなければならない。その測定条件として、走査
装置の設定（走査ストロークやピッチ）、超音波探傷部
の送受信回路の設定（ゲインやゲート位置）、映像装置
の表示型式の設定（２値化表示、濃淡表示、カラー表
示）等がある。

各測定条件の設定に当たっては、従来、予備的な走査
測定によって内部状態を一通り映像化し、その上で調べ
たい範囲についてその映像が最も見易くなるように得た
映像から測定条件を割出している。例えば、調べたい範
囲の各辺（縦と横）の長さは、映像内に表示されたスケ
ールから読取ったり、画素数をカウントして求めること
ができる。これは、測定映像の画素ピッチが走査ピッチ
に等しくなるような関係で測定画像が表示されるからで
ある。そこで、調べたい範囲の全体映像における位置関
係についても、全体映像の中心位置からのずれ量を同様
にして求めることができ、それにより実際の測定位置を
特定することができる。

一方、映像の輝度や表示色を見易い状態にするために
は、ディスプレイの輝度を直接調整することでも多少可
能である。しかし、最適な測定データを得て、よりよい
表示映像を得るためには、超音波探傷器側の受信回路
（レシーバ）の増幅度（ゲイン）を調整する。明る過ぎ
る映像であればそのゲインを下げ、暗過ぎれば、そのゲ
インを適当に上げる。このゲインの調整は、測定データ
の採取条件に関係するので、従来、測定に精通している
オペレータが経験上から決定している。

［解決しようとする課題］ このように、従来、オペレータは、まず、一通りの映
像を求めた後、その映像内で視野、すなわち、位置と範
囲を選び、その値を走査機構の制御値として制御装置に
設定し、さらに、適切な測定画像を表示するために超音
波探傷器側のレシーバのゲインを設定する。この場合、
測定位置や範囲については、場所指定であるのでほとん
ど変動はないが、輝度は、そのまま被検体内部の状態に
関係するので新たな設定値で映像を求め直し、その映像
の輝度が期待した通りでなければ、同様の調整を満足ゆ
くまで繰り返すこになる。

そこで、このゲイン調整作業には手間がかかる欠点が
ある。また、測定に精通していないオペレータの場合に
は、なかなか適正な測定データに基づく映像が得られず
に何度も測定を繰り返すことになる。

この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解
決するものであって、超音波探傷器のレシーバのゲイン
を適切なピーク値が得られるゲインに簡単に設定するこ
とができる超音波映像検査装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するためのこの発明の超音波映
像検査装置の構成は、画像処理装置が表示データの輝度
値を外部からの制御に応じて増減設定する輝度値増減手
段と、この輝度値増減手段により設定された輝度値の増
減量に対応してレシーバのゲインを増減設定するゲイン
設定手段とを備えていて、輝度値増減手段により増減設
定された表示データに応じて表示される測定映像が最適
表示状態に選択されるものである。

［作用］ このように、輝度を調整して最適映像を得て、その最
適映像までの輝度の変化量に対応する測定データを得る
ゲインを輝度の変化量から求めてレシーバに設定するよ
うにしているので、新たに設定されたゲインにより得ら
れるピーク値についての測定データは、その測定値の分
布が適正な範囲に入り、ダイナミックレンジが広く採れ
る最適ゲインになる。

その結果、測定の繰り返しによるゲイン調整が不要に
なり、測定条件の設定作業性を向上させることができ
る。また、測定に精通していないオペレータであっても
容易に適正映像が得られる。さらに、輝度修正値がゲイ
ンにフィーバックされることから、単に輝度だけの調整
で映像を見易くした場合のようにゲインが過小となって
分解能が低下するようなことも防止できる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例について図面を用いて詳細
に説明する。

第１図は、この発明の一実施例の超音波映像検査装置
のブロック図であり、第２図は、輝度とピーク値、ピー
ク値とゲインとの関係の説明図である。

第１図において、20は、超音波映像検査装置であっ
て、１は、XYZ移動機構を有するその走査機構である。
３は、焦点型のプローブであって、この走査機構１に取
付けられ、被検体16に対してＸ方向に主走査をし、Ｙ方
向またはＺ方向に副走査をする。

超音波映像検査装置20は、このXY走査,XZ走査により
それぞれの測定点でＡスコープ像を得て、これに基づい
てＢスコープ像の測定データやＣスコープ像の測定デー
タとそれらの表示データとを生成し、Ｂスコープ像やＣ
スコープ像を表示する機能を有している。なお、被検体
16には、表面からある深さ位置に検査対象となるよう
な、例えば、接合面等の境界面が存在しているものとす
る。

走査機構１は、スキャン制御装置２により制御され、
スキャン制御装置２は、インタフェース７を介して画像
処理装置10により制御される。

プローブ３は、超音波探傷器４に接続され、超音波探
傷器４は、パルサー・レシーバ等から構成され、画像処
理装置10からの制御信号に応じて送信端子からプローブ
３に所定の測定周期でパルス信号を送り、パルス信号の
発生に対応して得られるプローブ３からのエコー受信信
号を受信端子で受けてそれを増幅し、さらに検波してピ
ーク検出回路５に送出する。

ピーク検出回路５は、検波されたエコー受信信号から
所定の位置にゲートをかけて必要なエコー部分のピーク
値を検出する。それをA/D変換回路６に出力する。ゲー
ト位置は、インタフェース７を介して画像処理装置10か
ら設定信号として受ける。ピーク検出回路５は、この設
定信号に応じて、例えば、表面エコーを検出して時間カ
ウントをして所定幅のゲート信号を発生する。そのため
の回路がここに内蔵されている。

A/D変換回路６は、画像処理装置10からの制御信号に
応じて得られたピーク値のアナログ信号を、例えば、８
ビット256段階でデジタル値に変換し、画像処理装置10
のマイクロプロセッサ（MPU）８が処理できる入力デー
タ値にしてバス13に送出する。

その結果、被検体16をプローブ３でＸ方向に走査した
各測定点ごとにピーク検出回路５でピーク値が検出さ
れ、それがMPU8に渡される。MPU8は、これらピーク値の
データを各測定点対応に順次メモリ９に記憶していく。

バス13には、MPU8のほかに、操作パネル（図示せ
ず）、各種プログラムやデータを記憶したメモリ９、画
像メモリ11、ディスプレイ12等が接続されている。そし
て、ディスプレイ12には、タッチスクリーン14が画面に
装着されている。このタッチスクリーン14は、タッチス
クリーンインタフェース15を介してバス13に接続され、
そのタッチ位置が割込み処理によりMPU8に読込まれる。
また、メモリ９には測定条件領域9aと映像拡大プログラ
ム9b、表示データ値増減プログラム9c、ゲイン設定プロ
グラム9d、そして表示処理プログラム等が格納されてい
る。

さらに、ディスプレイ12上には輝度増加及び減少の
「明表示」，「暗表示」の作業項目（あるいはパター
ン）が表示され、タッチスクリーン14上においてその部
分をタッチすると、画像メモリ11に記憶された輝度表示
データの値が所定の率で増減する。この輝度表示データ
は、第２図（ａ）に示すように、ピーク値（測定データ
として）とは一次関数関係にある。したがって、この表
示データの増減は、ピーク値（測定データの値）の増減
に対応している。

ここで、ディスプレイ12の表示画面の画素を640×400
ドットとすると、画像メモリ11は、この各画素対応に表
示データ（８ビットで256階調の輝度データ）が記憶さ
れる記憶エリアを有していて、ディスプレイ12の画素と
測定位置とが対応する、いわゆるビットマップ型のディ
スプレイとなっている。このビットマップのうち、実際
に超音波の測定映像の表示データが記憶されるエリア
は、通常、それより狭いエリアであって、例えば、480
×320ドット程度に設定されていて、その外側には、ウ
ィンドウ処理で各種の作業項目が表示される。

測定条件領域9aには、測定を行うときに設定された各
種の測定条件を決定するパラメータやゲイン等の設定値
そのもの（以下、これらをパラメータ等という）が記憶
される。

映像拡大プログラム9bは、指定された拡大率に応じて
２つの表示データの間にその間の値を採る補完データを
生成して挿入し、表示データを増加させた拡大表示デー
タを発生して、それを画像メモリ11の所定のアドレスに
記憶して拡大表示をさせる処理をする。

なお、パラメータ等とは、超音波深傷器４に対する設
定ゲイン値やプローブ３に対する印加電圧のほか、超音
波探傷に関していは、ゲート発生タイミングやゲート幅
である。また、走査については、走査測定時の映像中心
位置のX,Y,Z各座標値、XY平面走査であればXY平面走査
の各ストローク及び測定ピッチなどである。そして、表
示情報については、映像表示色や輝度変換パラメータで
ある。これらに加えて、その他の各装置の各構成要素に
ついての測定時の設定値などもある。

表示データ値増減プログラム9cは、タッチスクリーン
インタフェース15を介して得られるタッチスクリーン14
から入力割込みにより実行される。MPU8は、このプログ
ラムの実行によりタッチスクリーン14からの座標入力信
号を受けて、それが「明表示」項目指示か、「暗表示」
の項目指示かの判定する。そして、「明表示」項目指示
の場合は、画像メモリ11の各表示データの輝度値を、例
えば、それがタッチされつづけていれば、その間、一定
時間間隔で数％〜10％程度づつ増加させる。また、「暗
表示」項目指示の場合は、画像メモリ11の各表示データ
の輝度値を、例えば、同様にそれがタッチされている
間、一定時間間隔で数％〜10％程度の割合で減少させ
る。その結果、ディスプレイ12の画面上の輝度は、それ
に応じて増減する。

オペレータは、最適な輝度表示になったときにこの輝
度増減操作を終了させる。このときには、画像メモリ11
の表示データの各輝度値は、最適なピーク値を得る状態
の輝度値に対応している。

このような輝度操作が終了したとき（タッチスクリー
ン14からの入力割込み信号がなくなったとき）に、この
プログラム処理により前記増減量に基づき測定条件領域
9aに書込まれたゲイン値をその増減分に対応した分だけ
増減させたものに書換える。第２図（ｂ）に示されるよ
うに、ピーク値と超音波探傷器４のレシーバのゲインと
の関係は、リニアアンプを用いた場合には、一次関数関
係にできる。そこで、ゲインは輝度の増減量からピーク
値の増減量に対応する量として単純に求めることができ
る。そこで、前記のゲイン値を第２図（ｂ）の関数に従
って増減した方向の値に書換えることにより最適輝度状
態に対応するピーク値を得るゲインを設定することがで
きる。なお、前記のゲインの書換えの後、このプログラ
ムは、次にゲイン設定プログラム9dを起動する。

ゲイン設定プログラム9dは、表示データ値増減プログ
ラム9cにより起動されて測定条件領域9aに書込まれた、
書換えられたゲインに基づき超音波探傷器４のレシーバ
をそのゲインに設定する制御値を発生させて超音波探傷
器４に加える。

次に、ゲインを含めて測定条件設定の全体的な動作に
ついて説明すると、まず、最初に適当なゲインの下で被
検体についての超音波測定を行う。このとき、エコー受
信信号のピーク値を検出して得た測定データは、その値
に応じて256階調の表示データに展開され、それが画像
メモリ11の各測定点に対応するアドレスに格納される。
なお、このときのディスプレイ12の輝度は、あらかじめ
設定された標準輝度状態に設定されている。そこで、こ
の輝度状態において測定されたピーク値に対応した測定
映像がディスプレイ12上に映し出される。

なお、このときにはウィンドウ処理で測定映像ととも
に作業メニューが測定映像の横に表示される。この作業
メニューの中には、「輝度」という項目がある。このと
き、測定映像の各画素の座標と各測定点の走査装置にお
ける位置座標とは対応していて、これに対応するゲイン
を含めた測定条件については測定条件領域9aに記憶され
る。また、作業項目の表示座標位置も画素に対応して得
ることができる。

そこで、この表示状態でについて輝度を変更しもよい
が、通常、最初の測定映像は、表示範囲が広く、縮小さ
れた映像となっていて観測したい部分を示していない。
また、超音波測定では、ゲインのほかに他の測定条件も
同時に設定する必要がある。そこで、作業選択メニュー
の中から、「拡大」という項目をタッチして選択する。

これによりMPU8は、タッチスクリーン14からの入力割
込みを受けて、映像拡大プログラム9bを起動してそれを
実行する。

次に、オペレータが注目したい映像部分の上をタッチ
スクリーン14上からタッチすると、タッチスクリーン14
の真下にある画素の座標がタッチスクリーンインターフ
ェイス15を経て、MPU8に入力される。このとき、映像拡
大プログラム9bの実行によりMPU8は、入力された画素座
標の画素データ、すなわち表示データが映像中心になる
よう座標変換を行うとともに、測定映像表示領域のドッ
トの範囲で測定した原データから生成した表示データを
当初の映像の行と列に対してそれぞれ２倍の間隔で配置
して画像メモリ11に記憶する。さらに、２倍に配置した
表示データに対してその画素間の間に置く表示データと
して、例えば、隣合う２点のデータの値からその間を埋
める２点のデータを直線近似で（あるいは２点の平均値
で２点補って）生成してそれらを補間データとして挿入
する。その結果として４倍の拡大映像の表示データ生成
される。それが画像メモリ11にさらに記憶される。これ
によりディスプレイ12には指定した部分を中心に４倍の
部分測定映像が表示される。なお、拡大率は、ここでは
演算の簡単化を図るため、4,9,16…倍のうち１つを選択
できるようになっている。

さて、先の拡大表示状態では、拡大された各画素の座
標と走査装置における位置座標との対応を採ることによ
り走査装置に対する新しい測定ピッチと測定範囲とを得
ることができる。そこで、前記の中心座標と拡大映像に
おける表示映像の範囲から測定ピッチと測定範囲とを算
出して測定条件記憶領域9aに記憶された対応データを書
換える。

このようにすることで、次の測定に当たっては、この
拡大映像が通常の測定映像として得られる測定を行うこ
とができる。すなわち、これにより測定範囲や測定ピッ
チが設定されたことになる。

以上によって拡大映像の中心位置となる走査装置の位
置座標や映像表示範囲及び表示ピッチが定まる。この状
態で、次に輝度調整に入る。

これは、表示された画像の外枠に表示された作業選択
メニューの中から「輝度」という項目を選択することで
開始される。これが選択されると、作業メニューとして
「明表示」，「暗表示」の項目が表示される。なお、
「明表示」，「暗表示」の項目は、キーパターンで欄外
に表示されてもよい。

このとき、MPU8は、表示データ値増減プログラム9cを
起動して実行する。そこで、オペレータは、「明表示」
または「暗表示」のパターンあるいは作業メニューのこ
れら項目を適宜、操作して、表示データの輝度値を増減
して、表示された映像の輝度を上げ、あるいは下げる。

このようにしてディスプレイ12上の測定映像の輝度が
最適値に設定されると、それに応じて表示データの輝度
の増減変化量に対応して新しいゲインがゲイン設定プロ
グラム9dにより算出され、それが測定条件記憶領域9aに
書込まれる。そして、超音波探傷器４のレシーバにその
ゲインが設定される。

なお、以上の場合に最適輝度の映像を得るために、多
階調の表示データに対して、階調対応にカラーを割当て
てカラー表示の測定映像を表示し、カラー表示状態を変
化させて最適な状態を選択するようにしてもよい。

このように、一回の走査測定を行い、測定映像を表示
した画面との対話処理により視野調整と輝度調整を行う
だけで、ゲインを含めての最適な測定条件の設定をする
ことができる。言い換えれば、オペレータは、任意に設
定した測定条件によって得られた測定映像から超音波映
像測定において求めるべき最終結果としての測定映像を
得る測定条件をマンマシーンインタフェースで設定する
ことができる。しかも、短時間で調整ができ、かつ、調
整の終了時が最終的な測定条件の設定時点となる。

以上説明してきたが、実施例では、表示画面上の輝度
の増減調整を表示データの輝度値の増減で行うようにし
ているが、最初に得られた測定映像に対して表示データ
を修正せずに、ディスプレイ上の輝度を調整し、所望の
映像とすることにより標準輝度あるいは最初に設定され
ている輝度から調整した輝度分の変化量を得てもよい。
この場合には、それをゲインに転換して超音波探傷器の
レシーバのゲンイに戻し、ゲインを輝度調整分に対応さ
せて増減させることにより、標準輝度状態あるいは最初
の輝度状態で適正な測定映像が得られる。これは、例え
ば、輝度調整つまみ等でディスプレイの画面上の輝度を
調整する場合に、その輝度調整用の電圧値を変更するこ
とで可能である。このような場合には、輝度とゲインと
の調整を比で算出することができ、輝度の変化量をゲイ
ンに換算することで、最適ピーク値を得るゲインの設定
が可能である。なお、前記比には、輝度調整系とゲイン
系との対応を採るために補正定数等をかけてゲインを求
めることが必要になる場合もある。さらに、表示データ
の輝度値の増減に代えて直接測定データを増減させても
よい。

［発明の効果］ 以上の説明から理解できるように、この発明にあって
は、輝度を調整して最適映像を得ることで最適映像を得
る輝度の変化量を得て、それにより最初の測定ピーク値
に対して最適なピーク値を得る増減量を求めることがで
きるので、それをレシーバのゲインに換算して設定すれ
ば、ピーク値として得られる測定データの分布が適正な
範囲になり、ダイナミックレンジが広く採れるので最適
ゲインが設定されたことになる。

その結果、測定の繰り返しによるゲイン調整が不要に
なり、測定条件の設定作業性を向上させることができ
る。また、測定に精通していないオペレータであっても
容易に適正映像が得られる。さらに、輝度修正値がゲイ
ンにフィードバックされることから、単に輝度だけの調
整で映像を見易くした場合のようにゲインが過小となっ
て分解能が低下するようなことも防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の超音波映像検査装置の
ブロック図であり、第２図は、輝度とピーク値、ピーク
値とゲインとの関係の説明図である。 １……走査機構、２……スキャン制御装置、３……プロ
ーブ、４……超音波探傷器、５……エコー幅検出回路、
６……時間計測回路、７……インタフェース、８……マ
イクロプロセッサ（MPU）、９……メモリ、9a……測定
条件領域、9b……映像拡大プログラム、9c……表示デー
タ値増減プログラム、9d……ゲイン設定プログラム、10
……画像処理装置、11……画像メモリ、12……ディスプ
レイ、13……バス、14……タッチスクリーン、15……タ
ッチスクリーンインタフェース、16……被検体、20……
超音波測定装置。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波エコー受信信号を受けてこれを増幅
   あるいは減衰させるレシーバと、このレシーバからの出
   力を受ける前記エコー受信信号におけるピーク値を検出
   するピーク値検出回路と、このピーク値検出回路で検出
   されたピーク値に応じた輝度値の表示データを生成して
   測定映像をディスプレイの画面上に表示する画像処理装
   置とを有する超音波測定装置において、前記画像処理装
   置は、前記表示データの輝度値を外部からの制御に応じ
   て増減設定する輝度値増減手段と、この輝度値増減手段
   により設定された輝度値の増減量に対応して前記レシー
   バのゲインを増減設定するゲイン設定手段とを備え、前
   記輝度値増減手段により増減設定された表示データに応
   じて表示される前記測定映像が最適表示状態に選択され
   ることを特徴とする超音波測定装置のエコー受信ゲイン
   設定方式。
2. 【請求項２】輝度値増減手段は、表示データの輝度値を
   増減設定することに代えて、ディスプレイの表示輝度を
   直接増減設定するものであり、その増減設定に応じてゲ
   インの増減設定が行われることを特徴とする請求項１記
   載の超音波測定装置のエコー受信ゲイン設定方式。
3. 【請求項３】超音波エコー受信信号を受けてこれを増幅
   あるいは減衰させるレシーバと、このレシーバからの出
   力から前記エコー受信信号におけるピーク値を検出する
   ピーク値検出回路と、このピーク値検出回路で検出され
   たピーク値を測定データとして順次採取し、この測定デ
   ータの値に応じた輝度値の表示データを生成して測定映
   像をディスプレイの画面上に表示する画像処理装置とを
   有する超音波測定装置において、前記画像処理装置は、
   前記測定データの値を外部からの制御に応じて増減設定
   する測定値増減手段と、この測定値増減手段により設定
   された測定データの値の増減量に対応して前記レシーバ
   のゲインを増減設定するゲイン設定手段とを備え、前記
   測定値増減手段により増減制定された測定データの値に
   応じて表示される前記測定映像が最適表示状態に選択さ
   れることを特徴とする超音波測定装置のエコー受信ゲイ
   ン設定方式。