JP2693628B2 - Image playback method - Google Patents

Image playback method

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JP2693628B2
JP2693628B2 JP2191425A JP19142590A JP2693628B2 JP 2693628 B2 JP2693628 B2 JP 2693628B2 JP 2191425 A JP2191425 A JP 2191425A JP 19142590 A JP19142590 A JP 19142590A JP 2693628 B2 JP2693628 B2 JP 2693628B2
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拓朗 佐藤
清仁 徳田
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、音波等の信号波を用いて観測物の形状を推
定する画像再生方法、特に、高精度の画像再生が可能な
画像再生方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image reproducing method for estimating the shape of an observation object using a signal wave such as a sound wave, and particularly to an image reproducing method capable of highly accurate image reproduction. It is about.

(従来の技術) 従来、この種の分野の技術としては、 文献1;「沖研究開発」44[2](昭53−3)沖電気工
業株式会社、P.47−56、 文献2;「沖研究開発」50[1](昭58−6)沖電気工
業株式会社、P.57−62に記載されるものがあった。
(Prior Art) Conventionally, as a technology of this kind of field, Document 1; “Oki R & D” 44 [2] (Sho 53-3) Oki Electric Industry Co., Ltd., P. 47-56, Document 2; Oki R & D ”50 [1] (Sho 58-6) Oki Electric Industry Co., Ltd., P.57-62.

第2図は、従来の画像再生方法を実施するための上記
文献1に記載された超音波水中映像装置の構成例を示す
構成ブロック図である。
FIG. 2 is a configuration block diagram showing an example of the configuration of the ultrasonic underwater imaging apparatus described in Document 1 for implementing the conventional image reproducing method.

第2図において、まず、信号発生器11から送信用の正
弦波、パルス波等の信号が出力されると、この信号は、
送波器用整相器12に送られ、送波器アレイ14より出力さ
れる超音波等の信号の焦点が観測物体面上の一点に合う
ように、位相の制御が行われる。送波器13は、送波器用
整相器12から送られてきたディジタル信号をアナログ信
号に変換して、個々の送波器アレイ14へ送出する。送波
器13からのアナログ信号は、送波器アレイ14において、
音波に変換されて水中に出力される。送波器アレイ14よ
り出力された音波は水中を伝搬し、観測物体面で反射さ
れる。その反射波としての音波は、受波器アレイ15で受
波され、アナログ電気信号に変換される。続いて、この
アナログ信号は、受波器16において、ディジタル信号に
変換され、FFT信号処理器17は、そのディジタル信号に
対してFFT(Fast Fouier Transformation;高速フーリエ
変換)による空間処理を施す。空間処理されたディジタ
ル信号は、表示器18で再生画像として表示される。
In FIG. 2, first, when a signal such as a sine wave or a pulse wave for transmission is output from the signal generator 11, this signal becomes
The phase is controlled so that the signals of the ultrasonic waves and the like output from the wave transmitter array 14 and output from the wave transmitter array 14 are focused on a point on the observed object surface. The wave transmitter 13 converts the digital signal sent from the wave transmitter phase adjuster 12 into an analog signal, and sends the analog signal to each wave transmitter array 14. The analog signal from the transmitter 13 is, in the transmitter array 14,
It is converted into sound waves and output in water. The sound wave output from the transmitter array 14 propagates in water and is reflected by the observation object plane. The sound wave as the reflected wave is received by the wave receiver array 15 and converted into an analog electric signal. Subsequently, the analog signal is converted into a digital signal in the wave receiver 16, and the FFT signal processor 17 performs spatial processing by FFT (Fast Fouier Transformation) on the digital signal. The spatially processed digital signal is displayed on the display 18 as a reproduced image.

第3図は、従来の画像再生方法を実施するための上記
文献2に記載された他の超音波水中映像装置の構成例を
示す構成ブロック図である。
FIG. 3 is a configuration block diagram showing an example of the configuration of another ultrasonic underwater image device described in the above-mentioned Document 2 for implementing the conventional image reproducing method.

この超音波水中映像装置は、信号発生器21、送波器用
整相器22、送波器23、送波器アレイ24、受波器アレイ2
5、受波器26及び表示器28の構成が、第2図に示す信号
発生器11、送波器用整相器12、送波器13、送波器アレイ
14、受波器アレイ15、受波器16及び表示器18の構成とそ
れぞれ同一であり、受波器用整相器27のみが第2図と異
なる構成要素である。
This ultrasonic underwater image device includes a signal generator 21, a wave transmitter phaser 22, a wave transmitter 23, a wave transmitter array 24, and a wave receiver array 2.
5, the configuration of the wave receiver 26 and the display 28 is the signal generator 11, the wave transmitter phaser 12, the wave transmitter 13, and the wave transmitter array shown in FIG.
14, the wave receiver array 15, the wave receiver 16 and the display 18 are the same in configuration, and only the wave receiver phaser 27 is a different component from FIG.

この受波器用整相器27において、受波された音波の位
相、振幅が制御されて、待ち受けビームが構成される。
その結果、両者のビームパターンの積が総合のビームパ
ターンとなり、この総合ビームを走査して、受波レベル
より像を再生する。
In the phase rectifier 27 for wave receiver, the phase and amplitude of the received sound wave are controlled to form a standby beam.
As a result, the product of both beam patterns becomes a total beam pattern, and this total beam is scanned to reproduce an image from the received wave level.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記構成の超音波水中映像装置におけ
る画像再生方法では、次のような課題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the image reproducing method in the ultrasonic underwater imaging apparatus having the above configuration has the following problems.

文献1の画像再生方法では、ディジタル信号に対して
空間処理を行う際、FFTを用いて処理を行っている。こ
のFFTは、方位の推定分解能が受波器の数に依存するた
め、解像度の高い画像を得るためには、受波器アレイ15
の数を増やさなければならないという問題があった。
In the image reproduction method of Reference 1, when spatial processing is performed on a digital signal, processing is performed using FFT. In this FFT, the estimated resolution of the azimuth depends on the number of receivers. Therefore, in order to obtain a high-resolution image, the receiver array 15
There was a problem that I had to increase the number of.

文献2の画像再生方法では、走査する分解能が直接分
解能となるため、高精度の像を得るには走査点が多くな
り、多大な時間を必要とする。さらに、送受信ビームの
指向性が十分狭くない場合は、誤った像が表示されると
いう問題があった。
In the image reproducing method of Document 2, since the scanning resolution is the direct resolution, there are many scanning points and a great amount of time is required to obtain a highly accurate image. Further, when the directivity of the transmission / reception beam is not sufficiently narrow, there is a problem that an erroneous image is displayed.

これらの点により、高精度の画像を得ることが困難で
あった。
Due to these points, it was difficult to obtain a highly accurate image.

本発明は前記従来技術の持っていた課題として、高精
度の画像を得ることが困難であるという点について解決
した画像再生方法を提供するものである。
The present invention provides an image reproducing method that solves the problem of the above-mentioned conventional technique that it is difficult to obtain a highly accurate image.

(課題を解決するための手段) 本発明は、前記課題を解決するために、画像再生方法
において、送波器アレイから観測物に向けて音波、電波
等の信号波を送波して該観測物からの反射波を受波器ア
レイで受波し、最大エントロピー法(以下、MEMとい
う)等の線形予測法によって前記反射波の任意の時刻の
空間周波数スペクトルを求め、該空間周波数スペクトル
の時間平均をとり、前記信号波の振幅及び位相を制御し
て前記送波器アレイの指向性を走査しながら、前記時間
平均された空間周波数スペクトルを重ね合わせて該空間
周波数スペクトルの強度を求め、前記強度を濃淡表示に
変換して前記観測物の画像を再生するようにしている。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an image reproducing method, in which a signal wave such as a sound wave or a radio wave is transmitted from a wave transmitter array toward an object to be observed. The reflected wave from the object is received by the receiver array, the spatial frequency spectrum of the reflected wave at any time is obtained by a linear prediction method such as the maximum entropy method (hereinafter referred to as MEM), and the time of the spatial frequency spectrum is calculated. Taking the average, while controlling the amplitude and phase of the signal wave and scanning the directivity of the transmitter array, the spatial frequency spectrums that have been time-averaged are superposed to obtain the intensity of the spatial frequency spectrum. The intensity is converted into a grayscale display so that the image of the observation object is reproduced.

(作用) 本発明は、以上のように画像再生方法を構成したの
で、送波器アレイから送波した信号波が観測物に反射し
て反射波が到来すると、この反射波が受波器アレイで受
波される。受波された反射波から、線形予測法によって
任意の時刻における空間周波数スペクトルが求められ、
該反射波の位相の違いによるスペクトル変動を抑えるた
めに、該スペクトルの時間平均がとられ、反射波の到来
方向が求められる。次に、送波器アレイの指向性を走査
しながら、時間平均された空間周波数スペクトルが重ね
合わされて該スペクトルの強度が求められ、この強度が
濃淡表示に変換されて観測物の形状が推定される。
(Operation) Since the present invention configures the image reproducing method as described above, when the signal wave transmitted from the wave transmitter array is reflected by the observation object and the reflected wave arrives, the reflected wave is received by the wave receiver array. Is received by. From the received reflected wave, the spatial frequency spectrum at any time is obtained by the linear prediction method,
In order to suppress the spectrum variation due to the phase difference of the reflected wave, the time average of the spectrum is taken and the arrival direction of the reflected wave is obtained. Next, while scanning the directivity of the transmitter array, the time-averaged spatial frequency spectra are overlapped to obtain the intensity of the spectra, and this intensity is converted into a grayscale display to estimate the shape of the observation object. It

(実施例) 第1図は、本発明の実施例を示す画像再生方法を実施
するための超音波水中映像装置の構成ブロック図であ
る。
(Embodiment) FIG. 1 is a configuration block diagram of an ultrasonic underwater image device for carrying out an image reproducing method according to an embodiment of the present invention.

この超音波水中映像装置は、送信部50及び受信部60を
備えている。送信部50は、信号発生器51、送波器用整相
器52、ディジタル/アナログ変換器(以下、D/A変換器
という)53、送信周波数変換器54及び送波器アレイ55で
構成され、これらが順次接続されている。
This ultrasonic underwater imaging device includes a transmitter 50 and a receiver 60. The transmission unit 50 includes a signal generator 51, a wave transmitter phaser 52, a digital / analog converter (hereinafter, referred to as a D / A converter) 53, a transmission frequency converter 54, and a wave transmitter array 55. These are sequentially connected.

信号発生器51は、観測物に送波する正弦波、パルス
波、チャウプ信号等の信号を発生させる機能を有し、送
波器用整相器52は、送波器アレイ55から出力される信号
波の振幅及び位相を制御する機能を有している。D/A変
換器53は、送波器用整相器52の出力であるディジタル信
号をアナログ信号に変換する回路である。送信周波数変
換器54は、D/A変換器53の出力を高い周波数に変換させ
る機能を有し、第4図に示すように、角周波数ωの搬
送波信号を発生させる搬送波信号発生器54aと、乗算器5
4bと、バンドパスフィルタ54cとで構成されている。送
波器アレイ55は、送信周波数変換器54から送られてきた
電気信号を各々のアレイが持つスピーカーにより信号波
である音波に変換し、水中に出力する機能を有してい
る。
The signal generator 51 has a function of generating a signal such as a sine wave, a pulse wave, or a chop signal to be transmitted to the observation object, and the wave transmitter phaser 52 is a signal output from the wave transmitter array 55. It has the function of controlling the amplitude and phase of waves. The D / A converter 53 is a circuit that converts the digital signal output from the wave transmitter phaser 52 into an analog signal. The transmission frequency converter 54 has a function of converting the output of the D / A converter 53 into a high frequency, and as shown in FIG. 4, a carrier signal generator 54a for generating a carrier signal of an angular frequency ω C and , Multiplier 5
4b and a bandpass filter 54c. The wave transmitter array 55 has a function of converting an electric signal sent from the transmission frequency converter 54 into a sound wave which is a signal wave by a speaker of each array and outputting the sound wave into water.

受信部60は、受波器アレイ61、受信周波数変換器62、
アナログ/ディジタル変換器(以下、A/D変換器とい
う)63、空間信号処理器64、及び表示器65で構成され、
これらが順次接続されている。
The receiver 60 includes a receiver array 61, a reception frequency converter 62,
An analog / digital converter (hereinafter referred to as A / D converter) 63, a spatial signal processor 64, and a display 65,
These are sequentially connected.

受波器アレイ61は、受波した音波(反射波)を各アレ
イの持つマイクロフォンにより、電気信号に変換して受
信周波数変換器62へ送る機能を有している。受信周波数
変換器62は、受波器アレイ61の出力を低い周波数に変換
する機能を有し、第5図に示すように、角周波数ω
搬送波余弦信号を発生させる搬送波信号発生器62a、乗
算器62b,62e、ローパスフィルタ62c,62f、及び移相器62
dで構成されている。A/D変換器63は、受信周波数変換器
62から出力されたアナログ信号をサンプリング周波数の
1/2以下のカットオフ周波数を持つローパスフィルタに
通した後、ディジタル信号に変換する機能を有してい
る。空間信号処理器64は、そのディジタル信号に対して
空間処理を施す機能を有している。表示器65は、観測者
に見せるための2次元の画像を表示する機能を有してい
る。さらに、この空間信号処理器64は、第6図に示すよ
うに、MEMを用いてA/D変換器63の出力の空間周波数スペ
クトルを求めるMEM分析部64aと、その空間周波数スペク
トルの時間平均値を求める時間平均部64bと、時間平均
されたスペクトルを重ね合わせる空間合成部64cと、空
間合成部64の処理結果により得られたスペクトルの強度
を濃淡表示に変換する濃淡変換部64dと、濃淡表示され
た画像に対してエッジ抽出、フィルタリング等の画像処
理を施す画像処理部64eとで、構成されている。
The wave receiver array 61 has a function of converting the received sound wave (reflected wave) into an electric signal by the microphone of each array and sending the electric signal to the reception frequency converter 62. The reception frequency converter 62 has a function of converting the output of the receiver array 61 into a low frequency, and as shown in FIG. 5, a carrier signal generator 62a for generating a carrier cosine signal of an angular frequency ω C , Multipliers 62b and 62e, low-pass filters 62c and 62f, and phase shifter 62
It consists of d. A / D converter 63 is a reception frequency converter
The analog signal output from the 62
It has the function of converting to a digital signal after passing through a low-pass filter with a cutoff frequency of 1/2 or less. The spatial signal processor 64 has a function of performing spatial processing on the digital signal. The display device 65 has a function of displaying a two-dimensional image for the observer to see. Further, the spatial signal processor 64, as shown in FIG. 6, uses a MEM to obtain a spatial frequency spectrum of the output of the A / D converter 63, and a MEM analysis unit 64a and a time average value of the spatial frequency spectrum. A time averaging unit 64b, a spatial synthesizing unit 64c that superimposes temporally averaged spectra, a grayscale converting unit 64d that transforms the intensity of the spectrum obtained by the processing result of the spatial synthesizing unit 64 into a grayscale display, and a grayscale display The image processing unit 64e that performs image processing such as edge extraction and filtering on the generated image.

以上のように構成される超音波水中映像装置を用い
て、本発明の画像再生方法について説明する。
An image reproducing method of the present invention will be described using the ultrasonic underwater imaging device configured as described above.

まず、信号発生器51において、観測物に送波するため
の音波信号を発生させ、その音波信号を送波器用整相器
52へ送出する。送波器用整相器52は、観察すべき観測物
の表面上の一点において、音波の振幅、位相が合うよう
に、各送波器アレイ55から出力される送波信号の振幅及
び位相を制御する。例えば、送波信号の焦点を位置ベク
トルPに合わせるとすれば、位置ベクトルSiにあるi番
目の送波器アレイ55に加える振幅、位相値wiを wi=|p−si|・exp(jω|p−si|/v) 但し、v ;音波の速度 ω;音波の角周波数 ……(1) とすれば、i番目の送波器アレイ55より送波した音波を
位置ベクトルpにおいて受信した信号ri(p)は、 ri(p)= wi・(a/|p−si|・exp(jω(t −|p−si|/v)) =a・exp(jωt+b) 但し、a;送波信号の振幅 b;送波信号の初期位相 ……(2) となり、送波器アレイ55の位置によって変化しない値と
なる。つまり、送波器用整相器52では、各送波器アレイ
55において、上記(1)式に示される値と信号発生器51
から送られてきた信号との積をとる信号処理を行う。
First, in the signal generator 51, an acoustic wave signal for transmitting to the observation object is generated, and the acoustic wave signal is transmitted to the wave transmitter phaser.
Send to 52. The wave transmitter phaser 52 controls the amplitude and phase of the wave transmission signal output from each wave transmitter array 55 so that the amplitude and phase of the sound wave match at one point on the surface of the observation object to be observed. To do. For example, if the focus of the transmitted signal is set on the position vector P, the amplitude and phase value wi applied to the i-th transmitter array 55 at the position vector Si is wi = | p-si | exp (jω | p−si | / v) where v is the speed of the sound wave, ω is the angular frequency of the sound wave (1), and the sound wave transmitted from the i-th transmitter array 55 is received at the position vector p. ri (p) is ri (p) = wi * (a / | p-si | * exp (j [omega] (t- | p-si | / v)) = a * exp (j [omega] t + b) where a; The amplitude of the signal b; the initial phase of the transmitted signal becomes (2) and has a value that does not change depending on the position of the transmitter array 55. In other words, in the wave form device 52 for the wave transmitter, each wave transmitter array is used.
In 55, the value shown in the above equation (1) and the signal generator 51
Performs signal processing that takes the product of the signals sent from.

送波器用整相器52の出力であるディジタル信号は、D/
A変換器53に入力され、アナログ信号に変換され、ロー
パスフィルタを通過する。送信周波数変換器54は、乗算
器54bにおいてD/A変換器53の出力と搬送波信号発生器54
aからの搬送波信号(正弦波)との積をとり、その結果
をバンドパスフィルタ54cを通すことにより、高い周波
数に変換し、各送波器アレイ55へパラレルに送る。即
ち、D/A変換器53の出力α・cos(jωt−β)と搬送波
信号発生器54aから出力される角周波数ωの搬送波信
号との積の信号a(t)は、 a(t)=α・cos(ωt−β)・cos(ωct−γ) α/2・(cos((ω−ω)t+β−γ) +cos((ω+ω)t−β−γ) ……(3) となる。
The digital signal which is the output of the phase adjuster 52 for the transmitter is D /
It is input to the A converter 53, converted into an analog signal, and passed through a low-pass filter. The transmission frequency converter 54 includes an output of the D / A converter 53 and a carrier signal generator 54 in the multiplier 54b.
The product of the carrier signal (a sine wave) from a is taken, and the result is passed through a bandpass filter 54c to be converted into a high frequency and sent in parallel to each transmitter array 55. That is, the product signal a (t) of the output α · cos (jωt−β) of the D / A converter 53 and the carrier signal of the angular frequency ω c output from the carrier signal generator 54a is a (t) = α · cos (ωt-β ) · cos (ω c t-γ) α / 2 · (cos ((ω c -ω) t + β-γ) + cos ((ω c + ω) t-β-γ) ...... (3)

バンドパスフィルタ54cの中心角周波数をω+ωに
とれば、上記(3)式の第1項は除去されるので、出力
信号は、 b(t)=α/2・cos((ω+ω)t−β−γ) ……(4) となり、周波数変換される。
If the central angular frequency of the bandpass filter 54c is ω c + ω, the first term of the above equation (3) is removed, so that the output signal is b (t) = α / 2 · cos ((ω c + ω ) T-β-γ) (4) and the frequency is converted.

この送信周波数変換器54により周波数変換された電気
信号は、送波器アレイ55に入力されて、音波に変換さ
れ、水中に出力される。
The electric signal frequency-converted by the transmission frequency converter 54 is input to the wave transmitter array 55, converted into a sound wave, and output in water.

送波器アレイ55により送波された音波は水中を伝搬
し、観測物体面で反射される。その反射波としての音波
は、受波器アレイ61で受波され、アナログ電気信号に変
換される。そのアナログ電気信号は、受信周波数変換器
62へ送出され、低い周波数に変換される。即ち、乗算器
62bにより受波器アレイ61の出力αcos((ω+ω)t
−β)と搬送波信号発生器62aで発生された角周波数ω
の搬送波余弦信号との積をとり、その結果をc(t)
とする。同時に、乗算器62dにより出力αcos((ω
ω)t−β)と移相器62dで(−π/2)移相することに
より得られた余弦信号との積をとり、その結果をd
(t)とする。これらc(t),d(t)は、 c(n)=αcos((ω+ω)t−β) ・cos(ωct−γ) =α/2・(sin((2ω+ω)t−β−γ) +cos(ωt−β+γ)) ……(5) d(t)=αcos((ω+ω)t−β) ・sin(ωct−γ) =α/2・(cos((2ω+ω)t−β−γ) +sin(ωt−β+γ)) ……(6) となる。
The sound wave transmitted by the wave transmitter array 55 propagates in water and is reflected by the observation object plane. The sound wave as the reflected wave is received by the wave receiver array 61 and converted into an analog electric signal. The analog electrical signal is received frequency converter
It is sent to 62 and converted to a lower frequency. That is, the multiplier
The output αcos ((ω c + ω) t of the receiver array 61 by 62b
-Β) and the angular frequency ω generated by the carrier signal generator 62a
The product of c and the carrier cosine signal is taken, and the result is c (t)
And At the same time, the output from the multiplier 62d is α cos ((ω c +
ω) t−β) and the cosine signal obtained by (−π / 2) phase shift by the phase shifter 62d, and the result is d
(T). These c (t), d (t ) is, c (n) = αcos ( (ω c + ω) t-β) · cos (ω c t-γ) = α / 2 · (sin ((2ω c + ω) t-β-γ) + cos (ωt-β + γ)) ...... (5) d (t) = αcos ((ω c + ω) t-β) · sin (ω c t-γ) = α / 2 · (cos to become ((2ω c + ω) t -β-γ) + sin (ωt-β + γ)) ...... (6).

この信号をバンドパスフィルタ62c,62fを通せば、
(5)式,(6)式の第1項は除去され、出力信号は、 e(t)=α/2・cos(ωt−β+γ) ……(7) f(t)=α/2・sin(ωt−β+γ) ……(8) となり、低い周波数に変換される。
If this signal is passed through bandpass filters 62c and 62f,
The first terms of equations (5) and (6) are removed, and the output signal is e (t) = α / 2 · cos (ωt−β + γ) (7) f (t) = α / 2 · sin (ωt−β + γ) (8), which is converted to a low frequency.

その後、受信周波数変換器62から出力された低い周波
数のアナログ信号は、A/D変換器63によりディジタル信
号に変換される。
After that, the low frequency analog signal output from the reception frequency converter 62 is converted into a digital signal by the A / D converter 63.

空間信号処理器64は、そのディジタル信号に対して空
間処理を施す。まず、MEM分析部64aにより、任意の時刻
における空間周波数スペクトルを求める。次に、時間平
均部64dで、受波信号の位相の違いによるスペクトル変
動を抑えるため、スペクトルの時間平均をとる。さら
に、送波器アレイ55のビームを走査しながら、時間平均
されたスペクトルを、走査角度による到来角度の補正を
行って空間合成部64cで重ね合わせる。
The spatial signal processor 64 performs spatial processing on the digital signal. First, the MEM analysis unit 64a obtains a spatial frequency spectrum at an arbitrary time. Next, the time averaging unit 64d calculates the time average of the spectrum in order to suppress the spectrum fluctuation due to the phase difference of the received signal. Further, while scanning the beam of the transmitter array 55, the time-averaged spectra are corrected in the arrival angle by the scanning angle and overlapped by the space synthesis unit 64c.

続いて、得られたスペクトルの強度を濃淡変換部64d
において、濃淡表示に変換し、濃淡表示された画像に対
して画像処理部64eで画像処理を施した後、表示器65へ
送る。表示器65は、観測者にみせるため、再生された2
次元の画像を表示する。
Then, the intensity of the obtained spectrum is converted into the intensity conversion unit 64d.
At, the image is converted into a grayscale display, the grayscale-displayed image is subjected to image processing by the image processing unit 64e, and then sent to the display unit 65. The display 65 was regenerated to show it to the observer.
Display a three-dimensional image.

本実施例の利点を示すため、従来技術である文献1に
示された画像再生方法と本実施例に開示された画像再生
方法とを用いた場合の特性比較の結果を以下に記す。
In order to show the advantages of the present embodiment, the results of characteristic comparison between the image reproducing method disclosed in Document 1 which is a conventional technique and the image reproducing method disclosed in the present embodiment will be described below.

第7図は、特性評価のためのアレイと観測物の位置関
係を示す特性評価試験の設置条件図である。
FIG. 7 is an installation condition diagram of a characteristic evaluation test showing a positional relationship between an array for characteristic evaluation and an observed object.

第7図において、アレイは、送信受信兼用及び無指向
性であり、5.4mm間隔で64個、直線上に設置されてい
る。送信信号の周波数は384KHzの正弦波であり、観測物
Q1,Q2は幅が19.5mmで、アレイの中心から距離2mの位置
に200mmの幅で2個、アレイと平行に配置されている。
In FIG. 7, the array has both transmission and reception and is omnidirectional, and 64 arrays are arranged on a straight line at 5.4 mm intervals. The frequency of the transmitted signal is a 384 KHz sine wave,
Q1 and Q2 have a width of 19.5 mm, and two of them with a width of 200 mm are arranged in parallel with the array at a distance of 2 m from the center of the array.

以上の設置条件で特性評価を行うと、従来の文献1の
方法による結果は、第8図に示すようになり、本実施例
の方法による結果は、第9図に示すようになる。第9図
は第6図中の空間合成部64cの出力を示す図であり、第
8図は、従来の文献1において、同等の信号の出力を示
す図である。なお、図中に引かれた線分q1,q2及び線分q
3,q4の各範囲に観測物が存在している。
When the characteristics are evaluated under the above-mentioned installation conditions, the result of the conventional method of Document 1 is as shown in FIG. 8, and the result of the method of the present embodiment is as shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing an output of the space synthesis unit 64c in FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram showing an output of an equivalent signal in the conventional document 1. The line segments q1 and q2 and the line segment q drawn in the figure
Observed objects exist in each range of 3, q4.

いずれの方法においても、観測物が存在する方角のス
ペクトルが強くなっている。しかし、第9図に示す本実
施例の方が、観測物の存在を示す線分q1,q2,q3,q4の箇
所のスペクトルの高さと他の方角との差が大きい。その
ため、この出力を濃淡変換部64dで処理した後の出力
は、本実施例による再生画像の方が明らかに鮮明にな
る。
In both methods, the spectrum in the direction in which the observed object is present is strong. However, in the present embodiment shown in FIG. 9, the difference between the height of the spectrum of the line segments q1, q2, q3, q4 indicating the existence of the observed object and the other directions is larger. Therefore, the output after processing this output by the grayscale conversion unit 64d is clearly clearer in the reproduced image according to the present embodiment.

また、上記実施例では、MEMを用いて、受信音波の空
間周波数スペクトルを算出するようにしたので、スペク
トル推定において高い分解能が得られる。
Further, in the above-described embodiment, since the MEM is used to calculate the spatial frequency spectrum of the received sound wave, high resolution can be obtained in spectrum estimation.

なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の
変形が可能である。例えば、その変形例として次のよう
なものがある。
Note that the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications are possible. For example, there are the following modifications.

(イ)上記実施例では、D/A変換器53を設けたが、信号
発生器51及び送波器整相器52においてアナログ信号処理
を行った場合は省略してもよい。
(A) In the above embodiment, the D / A converter 53 is provided, but it may be omitted if analog signal processing is performed in the signal generator 51 and the wave transmitter phaser 52.

(ロ)上記実施例では、送信周波数変換器54中にバンド
パスフィルタ54cを設けたが、D/A変換器53の出力が複素
信号の場合は省略してもよい。
(B) In the above embodiment, the bandpass filter 54c is provided in the transmission frequency converter 54, but it may be omitted if the output of the D / A converter 53 is a complex signal.

(ハ)上記実施例の信号波を音波としたが、例えば電波
等でもよい。
(C) Although the signal wave in the above embodiment is a sound wave, it may be a radio wave, for example.

(ニ)上記実施例では、信号波を水中に送波したが、空
中に送波してもよい。
(D) In the above embodiment, the signal wave is transmitted in water, but it may be transmitted in the air.

(ホ)上記実施例では、受波器アレイ61の出力側に順
次、受信周波数変換器62及びA/D変換器63を設けたが、
受信音波の周波数がA/D変換器63が正常に動作する範囲
であれば、受信周波数変換器62及びA/D変換器63の設置
する順序を入れ換えてもよい。
(E) In the above embodiment, the reception frequency converter 62 and the A / D converter 63 are sequentially provided on the output side of the wave receiver array 61,
As long as the frequency of the received sound wave is within the range in which the A / D converter 63 operates normally, the installation order of the reception frequency converter 62 and the A / D converter 63 may be exchanged.

(ヘ)上記実施例では、線形予測方としてMEMを用いた
が、これに限定されず、例えば、自己相関法等を用いて
も、上記実施例と同様の効果が期待できる。
(F) In the above embodiment, MEM was used as the linear prediction method, but the present invention is not limited to this, and the same effect as in the above embodiment can be expected by using the autocorrelation method or the like.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、送波器
アレイより観測物に向けて信号波を送波して該観測物か
らの反射波を受波器アレイで受波し、該反射波の空間周
波数スペクトルを線形予測法により求め、該空間周波数
スペクトルの時間平均をとるようにしたので、反射波の
到来方向を正確に求めることができる。その後、時間平
均された空間周波数スペクトルを重ね合わせて該スペク
トルの強度を求め、この強度を濃淡表示に変換して観測
物の画像を再生しているので、少ない受波器アレイ数
で、かつ短時間に、任意の観測物の位置、数、形状等を
推定でき、高精度な画像再生が可能になる。しかも、信
号波の振幅及び位相を制御して送波器アレイの指向性を
走査しているので、少ない送波器アレイ数で、任意の指
向性を実現でき、装置構成をより簡単化できる。
(Effect of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, a signal wave is transmitted from a wave transmitter array toward an observation object, and a reflected wave from the observation object is received by a wave receiver array. Since the spatial frequency spectrum of the reflected wave is obtained by the linear prediction method and the time average of the spatial frequency spectrum is obtained, the arrival direction of the reflected wave can be accurately obtained. After that, the temporally averaged spatial frequency spectra are overlapped to obtain the intensities of the spectra, and the intensities are converted into a grayscale display to reproduce the image of the observation object. The position, number, shape, etc. of an arbitrary observation object can be estimated in time, and high-accuracy image reproduction becomes possible. In addition, since the directivity of the transmitter array is scanned by controlling the amplitude and phase of the signal wave, any directivity can be realized with a small number of transmitter arrays, and the device configuration can be further simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例を示す超音波水中映像装置の構
成ブロック図、第2図は従来の超音波水中映像装置の構
成ブロック図、第3図は従来の他の超音波水中映像装置
の構成ブロック図、第4図は第1図中の送信周波数変換
器54の内部構成ブロック図、第5図は第1図中の受信周
波数変換器62の内部構成ブロック図、第6図は第1図中
の空間信号処理器64の内部構成ブロック図、第7図は特
性評価のためのアレイと観測物の位置関係を示す特性評
価試験の設置条件図、第8図は文献1による特性評価結
果を示す図、第9図は本発明の実施例の特性評価結果を
示す図である。 51……信号発生器、52……送波器用整相器、54……送信
周波数変換器、55……送波器アレイ、61……受波器アレ
イ、62……受信周波数変換器、63……A/D変換器、64…
…空間信号処理器、64a……MEM分析部、64b……時間平
均部、64c……空間合成部。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic underwater imager according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a conventional ultrasonic underwater imager, and FIG. 3 is another conventional ultrasonic underwater imager. 4 is an internal configuration block diagram of the transmission frequency converter 54 in FIG. 1, FIG. 5 is an internal configuration block diagram of the reception frequency converter 62 in FIG. 1, and FIG. 1 is a block diagram of the internal configuration of the spatial signal processor 64 in FIG. 1, FIG. 7 is a diagram of installation conditions of a characteristic evaluation test showing a positional relationship between an array for characteristic evaluation and an observation object, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing the results, and FIG. 9 is a diagram showing the characteristic evaluation results of the examples of the present invention. 51 …… Signal generator, 52 …… Transponder phaser, 54 …… Transmission frequency converter, 55 …… Transmitter array, 61 …… Receiver array, 62 …… Reception frequency converter, 63 …… A / D converter, 64…
... Spatial signal processor, 64a ... MEM analysis section, 64b ... Time averaging section, 64c ... Spatial synthesis section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 敦司 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−187606(JP,A) 特開 昭60−501874(JP,A) 特開 昭63−19133(JP,A) 特開 平2−500464(JP,A) 実開 昭63−90178(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Atsushi Fukasawa 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Denki Kogyo Co., Ltd. (56) Reference JP-A-61-187606 (JP, A) JP JP-A-60-501874 (JP, A) JP-A-63-19133 (JP, A) JP-A-2-500464 (JP, A) Practical application Sho-63-90178 (JP, U)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】送波器アレイから観測物に向けて信号波を
送波して該観測物からの反射波を受波器アレイで受波
し、 線形予測法によって前記反射波の任意の時刻の空間周波
数スペクトルを求め、該空間周波数スペクトルの時間平
均をとり、 前記信号波の振幅及び位相を制御して前記送波器アレイ
の指向性を走査しながら、前記時間平均された空間周波
数スペクトルを重ね合わせて該空間周波数スペクトルの
強度を求め、 前記強度を濃淡表示に変換して前記観測物の画像を再生
することを特徴とする画像再生方法。
1. A signal wave is transmitted from a wave transmitter array to an observed object, a reflected wave from the observed object is received by a wave receiver array, and an arbitrary time of the reflected wave is obtained by a linear prediction method. Of the spatial frequency spectrum, the time average of the spatial frequency spectrum is obtained, the amplitude and the phase of the signal wave are controlled, and the directivity of the transmitter array is scanned to obtain the spatial averaged frequency spectrum. An image reproducing method comprising: superimposing the spatial frequency spectrum to obtain an intensity, converting the intensity into a grayscale display, and reproducing an image of the observation object.
【請求項2】請求項1記載の画像再生方法において、前
記信号波を、音波または電波とし、前記線形予測法を、
最大エントロピー法とした画像再生方法。
2. The image reproducing method according to claim 1, wherein the signal wave is a sound wave or a radio wave, and the linear prediction method is
Image reproduction method with maximum entropy method.
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