JP5241295B2 - Underwater image pickup device and underwater image pickup device for identification of buried object - Google Patents
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Description
本発明は、水中画像撮像装置に関し、特に水中で超音波を物体に照射し、その反射波により物体の画像を撮像する水中画像撮像装置に関する。 The present invention relates to an underwater image capturing apparatus, and more particularly, to an underwater image capturing apparatus that irradiates an object with ultrasonic waves in water and captures an image of the object using reflected waves.
水中において、超音波は可視光を含めた電磁波よりも一般に減衰が少なく、濁水中でも伝搬する。そこで、水中における物体の位置、寸法、および形状を認識するため、超音波による撮像が行われている。 In water, ultrasonic waves are generally less attenuated than electromagnetic waves including visible light, and propagate in muddy water. Therefore, in order to recognize the position, size, and shape of an object in water, imaging using ultrasonic waves is performed.
超音波により水中の物体の画像を撮像する装置としては、水中で超音波を物体に照射し、その反射波を受信して該物体の画像(音響画像)を撮像する水中音響カメラ、および水中で二つの異なる周波数の超音波(一次波)を同時に放射し、それらのパラメトリック効果によって生成した二次波によって主に海底に埋没した物体の探知や画像による識別を行う埋没物体識別用水中音響カメラがある。 As an apparatus that captures an image of an object in water using ultrasonic waves, an underwater acoustic camera that irradiates an object with ultrasonic waves in water and receives the reflected wave to capture an image (acoustic image) of the object, and underwater An underwater acoustic camera for identifying buried objects that emits ultrasonic waves (primary waves) of two different frequencies at the same time, detects objects buried mainly on the sea floor using secondary waves generated by their parametric effects, and identifies them by images. is there.
このパラメトリック効果による二次波を堆積層に埋没した物体に照射し、その反射波を用いて対象の探知および像を得る方法について述べているものとしては、特許文献1が挙げられる。特許文献1では、二次波の周波数△f =|f1-f2|を変えながら同じ物体表面を繰り返し走査すると、異なる周波数の超音波に対する物体の反射率の違いなどから、より正確に物体の特定が行えることが開示されている。また、特許文献1では、一次波f1とf2を送信する際、ビーム方位を定める方法については、機械的に送波器を目標方向に向ける方式と、各送波圧電素子への信号に時間遅延を設けることで方向を変更する方式とが示されている。
また、特許文献2には、パラメトリック効果による二次波を海底のヘドロ層に照射し、ヘドロ層を透過して硬い海底で反射される二次波エコーと、ヘドロ層上面で反射される一次波エコーとを観測し、両者の検出時間差からヘドロ層の厚みを測定する方法について示されている。
Further,
また、特許文献3には、パラメトリック超音波送波器においてθ方向にビームを送信するとき、一次波f1をθ+βの方向に送信し、f2をθ-βの方向に送信することなどにより、二次波主極のビーム幅を狭め、かつ副極の発生レベルを抑制する方法について述べられている。
Further, in
水中の物体を周波数掃引方式により撮像する場合、水中音響カメラの音響レンズにより受波面上の一点で焦点を結ぶ超音波は、その焦点位置に対応するアジマス方位θ、すなわち超音波の周波数faと一意に関連付けられる。そのため理想的には、水中音響カメラの圧電素子上の焦点では、その点の位置に対応する周波数faの超音波しか検出されないはずである。 When an underwater object is imaged by the frequency sweep method, the ultrasonic wave focused at one point on the receiving surface by the acoustic lens of the underwater acoustic camera is unique to the azimuth direction θ corresponding to the focal position, that is, the ultrasonic frequency fa. Associated with Therefore, ideally, only the ultrasonic wave having the frequency fa corresponding to the position of the point should be detected at the focal point on the piezoelectric element of the underwater acoustic camera.
しかしながら実際のところ、装置の周囲環境からランダムに入射する音波や、受波面上の他のチャンネル上の点から反射した異なる周波数の超音波が装置内残響として水中音響カメラの圧電素子上の焦点においても観測され、撮像した像の特に上下方向にゴーストが現れる原因となっていた。 However, in reality, sound waves randomly incident from the surrounding environment of the device and ultrasonic waves of different frequencies reflected from points on other channels on the receiving surface are reflected in the device at the focal point on the piezoelectric element of the underwater acoustic camera. Was observed, which was the cause of ghosts appearing especially in the vertical direction of the captured image.
また、パラメトリック超音波送信により埋没物体の撮像を行う装置においては、一次波用として異なる二つの周波数の信号を生成する回路、および一次波のビーム方位を変更するための遅延回路あるいは機械的に送波器の方位を制御するための機構などが必要となり、回路規模や装置規模が大型化するという問題がある。 In addition, in an apparatus that images a buried object by parametric ultrasonic transmission, a circuit that generates signals of two different frequencies for the primary wave and a delay circuit for changing the beam direction of the primary wave or mechanical transmission A mechanism for controlling the orientation of the waver is required, and there is a problem that the circuit scale and the apparatus scale increase.
本願発明は、上記課題を解決するためになされたもので、音響画像のノイズやゴーストを軽減し、より明瞭な物体の像を得ることができる周波数掃引方式に基づいた超音波式水中画像撮像装置を提供することを目的とする。
また、簡便な回路でビーム送信方向を制御することができ、装置の小型軽量化に寄与することができる埋没物に対するパラメトリック超音波式水中画像撮像装置を提供することを目的とする。
さらに、音響画像のノイズやゴーストを軽減し、より明瞭な物体像を得ることができる埋没物に対するパラメトリック超音波式水中画像撮像装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an ultrasonic underwater image pickup device based on a frequency sweep method that can reduce noise and ghost of an acoustic image and obtain a clearer object image. The purpose is to provide.
It is another object of the present invention to provide a parametric ultrasonic underwater imaging device for buried objects that can control the beam transmission direction with a simple circuit and contribute to the reduction in size and weight of the device.
It is another object of the present invention to provide a parametric ultrasonic underwater image capturing apparatus for an embedded object that can reduce noise and ghost of an acoustic image and obtain a clearer object image.
上記の課題を解決するために、本願発明においては、受波用圧電素子上の各焦点位置における圧電素子の共振周波数が、その焦点に収束する目的超音波の周波数に合致するよう、受波用圧電素子の厚さを連続的または段階的に変えるようにした。
または、各受波用圧電素子に対して直列に、受波用圧電素子のキャパシタンス成分と共振するようなインダクタンスを接続し、かつ該共振周波数を、その受波用圧電素子上の焦点位置に収束する目的超音波の周波数にそれぞれあわせるようにした。
または、各受波用圧電素子の出力したアナログ電気信号をデジタル信号に変換したあと、該デジタル信号中に含まれる複数の周波数成分のうち、その受波用圧電素子上の焦点位置に収束する目的超音波の周波数成分を透過させるデジタル信号処理を行うようにした。
または、周波数掃引方式を適用し、送波用の圧電素子に一次波に対応する二周波数f1、f2を含む信号を入力することで、これらのパラメトリック効果による二次波を発生させ、二次波の送信方位は周波数f1とf2の値を変更することで制御するようにした。
または、周波数掃引方式を適用し、各受波用圧電素子に対して直列に、受波用圧電素子のキャパシタンス成分と共振するようなインダクタンスを接続し、かつ該各共振周波数を、その受波用圧電素子上の焦点位置に収束する目的超音波の周波数にあわせるようにした。
または、周波数掃引方式を適用した上で、各受波用圧電素子の出力したアナログ電気信号をデジタル信号に変換したあと、該デジタル信号中に含まれる複数の周波数成分のうち、その受波用圧電素子上の焦点位置に収束する目的超音波の周波数成分を透過させるデジタル信号処理を行うようにした。
In order to solve the above-described problems, in the present invention, for receiving waves, the resonance frequency of the piezoelectric element at each focal position on the receiving piezoelectric element matches the frequency of the target ultrasonic wave that converges to the focal point. The thickness of the piezoelectric element was changed continuously or stepwise.
Alternatively, an inductance that resonates with the capacitance component of the receiving piezoelectric element is connected in series to each receiving piezoelectric element, and the resonance frequency is converged to the focal position on the receiving piezoelectric element. The target ultrasonic frequency was adjusted to each.
Alternatively, after the analog electrical signal output from each receiving piezoelectric element is converted into a digital signal, the frequency component included in the digital signal is converged to the focal position on the receiving piezoelectric element. Digital signal processing for transmitting ultrasonic frequency components is performed.
Alternatively, by applying a frequency sweep method and inputting a signal containing two frequencies f1 and f2 corresponding to the primary wave to the piezoelectric element for transmission, a secondary wave due to these parametric effects is generated and the secondary wave is generated. The transmission direction is controlled by changing the values of the frequencies f1 and f2.
Alternatively, by applying a frequency sweep method, an inductance that resonates with the capacitance component of the receiving piezoelectric element is connected in series with each receiving piezoelectric element, and each resonance frequency is used for receiving the wave. The frequency of the target ultrasonic wave that converges at the focal position on the piezoelectric element is adjusted.
Alternatively, after applying the frequency sweep method, the analog electric signal output from each receiving piezoelectric element is converted into a digital signal, and then the receiving piezoelectric element among a plurality of frequency components included in the digital signal. Digital signal processing for transmitting the frequency component of the target ultrasonic wave that converges at the focal position on the element is performed.
本願発明によれば、音響画像のノイズやゴーストを軽減し、より明瞭な物体の像を得ることができる。また、従来よりも簡便な回路でビーム送信方向を制御することができ、装置の小型軽量化に寄与することができる。さらに、簡便な回路でビーム送信方向を制御することができ、装置の小型軽量化に寄与することができる。さらに、音響画像のノイズやゴーストを軽減し、より明瞭な物体像を得ることができる。 According to the present invention, noise and ghost of an acoustic image can be reduced and a clearer object image can be obtained. Further, the beam transmission direction can be controlled with a simpler circuit than before, which can contribute to the reduction in size and weight of the apparatus. Furthermore, the beam transmission direction can be controlled with a simple circuit, which can contribute to the reduction in size and weight of the apparatus. Furthermore, noise and ghost of the acoustic image can be reduced, and a clearer object image can be obtained.
以下、本願発明の実施の形態を説明するが、本願発明の特徴を明確にするために、まず一般的な水中画像撮像装置の構成および撮像の仕組みについて図1ないし図7を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In order to clarify the features of the present invention, first, a configuration of a general underwater image capturing apparatus and an imaging mechanism will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
図1は、一般的な水中画像撮像装置を含む水中画像撮像システム全体の構成を示す図である。
水中画像撮像装置である水中音響カメラを含む水中画像撮像システムは、図1に示すように、水中音響カメラ101を船102などから水中に吊下し、水中の対象物体103を撮像する。船102などは水面上に静止しているか、あるいは測定に影響の出ない程度の速度で航行している。水中音響カメラ101は、水中音響カメラ101から見て水平方向(アジマス方向)にθ傾けた方向に、送波器104から送信波105を放射する。この送信波105の周波数は数百k〜数MHz程度である。送信波105はアジマス方向には狭いビーム幅であり、高い指向性を持つ。その一方で、カメラ101から見て垂直方向(レンジ方向)にはビームが広がっており、送信波105は扇形のビームとして水中を伝搬する。送信波105の一部は対象物体103の表面において反射され、反射波106が生じる。水中音響カメラは、この反射波106を、水中音響カメラ101の音響レンズ107により、図示しない受波面上の一点に収束させ、電気信号に変換することで対象物体の画像を得る。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an entire underwater image capturing system including a general underwater image capturing apparatus.
As shown in FIG. 1, an underwater image capturing system including an underwater acoustic camera that is an underwater image capturing device hangs an underwater
次に、送信器の構成および動作について図2および図3を用いて説明する。
図2は周波数掃引方式の水中音響カメラの送波器の構造を模式的に示す図である。
まず、周波数掃引方式について説明する。送信時に、アジマス方向の任意の方向θにビームを傾け、かつ高指向性を得る方法として、一般的には、送波器中に並ぶ各圧電素子に入力する電気信号に対し、送信方位および焦点距離に依存した遅延時間をそれぞれ与える方法がよく採用される。これに対して、入力信号の周波数を変えるだけで送信方位が変化し、したがって信号の遅延回路を要さず、かつ高い指向性が得られる方式を、周波数掃引方式と呼ぶ。以下、図2において簡単に説明する。
Next, the configuration and operation of the transmitter will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the transmitter of the frequency sweep type underwater acoustic camera.
First, the frequency sweep method will be described. As a method of inclining a beam in an arbitrary direction θ in the azimuth direction and obtaining high directivity at the time of transmission, in general, the transmission azimuth and focus are applied to the electric signals input to the piezoelectric elements arranged in the transmitter. A method of giving a delay time depending on the distance is often adopted. On the other hand, a method in which the transmission direction changes only by changing the frequency of the input signal, and thus a signal delay circuit is not required, and a high directivity can be obtained is called a frequency sweep method. A brief description will be given below with reference to FIG.
図2に示すように、周波数掃引方式の水中音響カメラの送波器は、圧電素子201を一列に並べて構成される。圧電素子201には一般にPZT(チタン酸ジルコン酸鉛、Pb(Zr-Ti)O3)などの圧電セラミクスが用いられ、隣り合う圧電素子の分極方向(矢印202)が交互に入れ替えて配置されている。また圧電素子201の上面に電極203をそれぞれ蒸着し、下面には共通の電極204を蒸着して電源205に接続する。これらの圧電素子201に例えば周波数faの交流電気信号を入力すると、該周波数faに依存した方向θaに指向性を持った合成波206が圧電素子201の配列の両端付近から左右対称に送信される。合成波の方位は周波数を変えることで変更することができ、例えばfb( > fa)のように周波数を高くすると、送波器の音響放射面に対してより垂直に近いビーム207(方位 θb < θa)が出力される。なお、圧電素子201には複数の周波数成分を含む信号波形を入力しても良い。その場合は、各周波数成分に対応した送信波が各対応方位へ同時に送信される。この周波数掃引方式では、一般的な遅延回路による方式に比べて回路規模が小さくて済むという利点がある。
As shown in FIG. 2, the transmitter of the frequency sweep type underwater acoustic camera is configured by arranging the
次に、周波数掃引方式を適用した水中音響カメラの構成および動作について図3ないし図5を用いて説明する。なお、以下に説明する内容は一例であり、周波数掃引方式を用いた水中カメラの構成や動作は以下に限られることを示すものではない。 Next, the configuration and operation of the underwater acoustic camera to which the frequency sweep method is applied will be described with reference to FIGS. The content described below is an example, and the configuration and operation of the underwater camera using the frequency sweep method are not limited to the following.
図3は周波数掃引方式を水中音響カメラに適用する場合の、送波器構造の一例を示した図である。
送波器301は図2で示した圧電素子配列201を二本並べて構成される。左右の圧電素子配列302、303の音響放射面は撮像方向304に対して20〜30°ほど斜めに傾けられており、それぞれの配列の両端から発生する送信波305a、305b、305c、305d、305e、305f、305g、および305hのうち、内側の端からの送信波305c、305d、305e、および305fだけが視野範囲306へ向かい、対象物体307の撮像に寄与する。その他の送信波305a、305b、305gおよび305hは、視野範囲306から離れた方向へ向かい、撮像には寄与しない。図中、右側の圧電素子配列303は視野範囲306内の中央から左側を照射し、左側の圧電素子配列302は視野範囲306内の中央から右側を照射する。そして対象物体307へ向かった送信波のうち、高い周波数の超音波305d、305eは視野内の中央付近を照射し、低い周波数の送信波305c、305fは外側を照射することになる。したがって視野中心付近の方が送信ビーム幅が狭く、空間分解能が高い。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a transmitter structure when the frequency sweep method is applied to an underwater acoustic camera.
The transmitter 301 is configured by arranging two
図4は送波器から発せられた送信波が対象物体の表面で反射されるまでの過程を立体的に示した図である。
送波器401の圧電素子アレイの一端から、対象物体402に向けて発せられる送信波403のアジマス方位θは、周波数掃引方式に基づき、送信波403の周波数に依存して定まり、送波器の正面方向404に近づくほど周波数が高い。また送信波403はアジマス方向に狭く、レンジ方向に広がった扇形となって水中を伝搬する。扇形ビームが対象402の表面に到達したとき、物体の表面の細かな凹凸などで乱反射されると、超音波はその位置から図示しない球面波として反射される。405は物体からの反射波を測定する受信系である。次に受信系405の働きについて説明する。
FIG. 4 is a diagram three-dimensionally showing the process until the transmission wave emitted from the transmitter is reflected by the surface of the target object.
The azimuth azimuth θ of the
図5は、物体からの反射波を水中音響カメラの受波系405が受信する過程を立体的に示した図である。
受波系405は音響レンズ501と受波器502を含む。音響レンズ501は平面波を一点に収束させるように設計されており、図では一枚のレンズとして描いているが、実際には収差の解消や焦点位置調整のために2、3枚の音響レンズを組み合わせて構成されることがある。また音響レンズ501はアクリル樹脂やポリメチルペンテンなどの材料で作製される。受波器502はレンジ方向についてチャンネル分割された圧電素子503の一次元配列になっている。一方、アジマス方向については受波器はチャンネル分割されておらず、個々の圧電素子503はアジマス方向に細長いものになっている。
物体からの反射波504が音響レンズ501の近傍に到達したとき、物体と水中音響カメラとの距離は十分に離れているため、反射波504は平面波として考えることができる。このため該反射波504は音響レンズ501により受波器502表面上の一点505に収束され、対応する圧電素子により電気信号に変換される。
FIG. 5 is a diagram three-dimensionally illustrating a process in which the
The
When the reflected
次に、レンジ方向の空間分解能を得る方法について図6を用いて説明する。
図6は、レンジ方向の空間分解能を得る方法について説明する図である。
図6では、装置正面から到来した反射波601(実線)と例えば装置下方(レンジ方位φ)から到来した反射波602(点線)について、受波の過程を受波系の横側から(アジマス方向から)見た場合を示している。受波器603は、レンジ方向にチャンネル1、2、・・・、Nの圧電素子に分割されており、焦点の位置(像面湾曲)に合わせて湾曲して配置されている。604は一つの圧電素子である。605は音響レンズであり、図では一枚の両凹レンズで代表させている。なお、反射波601、602の周波数はそれぞれ任意である。
装置正面から入射した反射波601は、音響レンズ605によって受波器の中央で焦点606を結び、対応する圧電素子(チャンネルi)で電気信号607に変換される。なお電気信号の横軸は時刻(送信波の出力開始を原点とする)、縦軸は電圧である。一方、装置下方から入射した反射波は受波器の上部やや前方で焦点608を結び、同様に対応する圧電素子(チャンネルj)で電気信号609に変換される。このように、レンジ方向については信号を受信したチャンネルを区別することによって、反射波の方向を知ることができる。
Next, a method for obtaining the spatial resolution in the range direction will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for obtaining the spatial resolution in the range direction.
In FIG. 6, for the reflected wave 601 (solid line) arriving from the front of the apparatus and the reflected wave 602 (dotted line) arriving from the lower side of the apparatus (range azimuth φ), the receiving process is performed from the side of the receiving system (azimuth direction (From) shows the case. The
The reflected wave 601 incident from the front of the apparatus is connected to the
次に、図7によりアジマス方向の空間分解能を得る方法について説明する。
図7は、装置正面から到来した反射波701(実線)と、例えば装置右方(アジマス方位θ)から到来した反射波702(点線)について、受波の過程を受波系の上側から(レンジ方向から)見たものである。受波器は、アジマス方向にはチャンネルとして分割されておらず、図7にはある任意の圧電素子703一つのみを示す。704は音響レンズであり、図6と同様に両凹レンズとする(音軸に対して軸対称である)。また、正面から到来した反射波701の周波数をfb、装置右方から到来した反射波702の周波数をfa(fb>fa)とする。周波数掃引方式では、反射波701、702の周波数fb、faはそれぞれの超音波のアジマス送信方位に関連づけられる。
反射波701および702は双方とも同一の圧電素子703によって電気信号705に変換されるので、該電気信号705は、二つの反射波701、702の両周波数成分を含む。そこでこれをフーリエ変換したスペクトル706にて反射波701、702の各周波数に対応するピーク707、708を検出し、該周波数とアジマス送信方向を対応づけることで反射波の方向を知ることができる。
以上により、レンジ方向およびアジマス方向における反射波の方位、すなわち物体の方位を解析し、水中物体の像を得る。
Next, a method for obtaining the spatial resolution in the azimuth direction will be described with reference to FIG.
FIG. 7 shows the process of receiving a reflected wave 701 (solid line) coming from the front of the apparatus and a reflected wave 702 (dotted line) coming from the right side of the apparatus (azimuth azimuth θ) from the upper side of the receiving system (range From the direction). The receiver is not divided as a channel in the azimuth direction, and only one arbitrary
Since the reflected
As described above, the direction of the reflected wave in the range direction and the azimuth direction, that is, the direction of the object is analyzed, and an image of the underwater object is obtained.
次に、海底ケーブルなど、海底の堆積層に埋没した物体に対して超音波による画像撮像を行う場合の従来技術について述べる。水中物体については、高い空間分解能を得るために数百k〜数MHz程度の高周波を用いるが、海底の堆積層に対してこのような周波数を用いると、大部分が海底表面で反射され、また透過した波も殆ど伝搬することなく減衰してしまい、埋没物体からの有効な反射波を得ることができない。そこで堆積層中の埋没物体に対する撮像には、堆積層中でより伝搬しやすい、数k〜10kHz程度の低い周波数の超音波を用いることが必要となる。 Next, a description will be given of a conventional technique in the case where an image is picked up by ultrasonic waves on an object buried in a seabed sediment layer such as a seabed cable. For underwater objects, high frequencies on the order of hundreds of k to several MHz are used to obtain high spatial resolution, but when such frequencies are used for the sediment layer on the seabed, most of them are reflected on the seafloor surface. The transmitted wave is attenuated with almost no propagation, and an effective reflected wave from the buried object cannot be obtained. Therefore, it is necessary to use an ultrasonic wave having a low frequency of several k to 10 kHz, which is more easily propagated in the deposition layer, for imaging the buried object in the deposition layer.
一方、送波ビームの径d、超音波の波長λ、および送波器の開口長(アレイの長さ)Lの間には、d = λ/ L の関係がある。よって超音波の周波数を下げ波長λを長くすると、同一の開口長Lではビーム径dが大きくなり、指向性の高いビームが得られず、空間分解能が低下してしまう。開口長Lを大きくすればdが小さくなり、指向性の高いビームとなるが、実際の装置に搭載可能な送波器の寸法および重量には限界があり、これを越えて空間分解能を高くすることができない。
そこで、海底の堆積層中に埋没した物体を超音波により撮像する用途においては、媒質中でのパラメトリック効果により生成した二次波を利用する。パラメトリック効果とは、異なった二つの周波数f1、f2の強い超音波(一次波)を、互いが空間内で重なるように送信すると、二波の相互作用により、二次波(f1とf2の和の周波数f1+f2と、差の周波数|f1-f2|の波)が励起される現象である。二次波のビーム幅(主極の幅)は一次波のそれに準じるほか、副極の発生レベルも小さくなるため、良好な指向性を得ることができる。
したがって一次波の周波数f1とf2を、目標とする空間分解能を得るのに十分な程度に高くしておき、かつf1とf2の差△f = |f1-f2|が堆積層中の伝搬に適した値になるように設定すれば、差周波数△f =|f1-f2|の二次波は高い指向性を持ちながら堆積層中を伝搬することができ、埋没物からの反射を観測することができる。一方、周波数f1、f2、および和周波数f1+f2の波は堆積層中で速やかに減衰する。
On the other hand, there is a relationship of d = λ / L between the diameter d of the transmission beam, the wavelength λ of the ultrasonic wave, and the aperture length (array length) L of the transmitter. Therefore, if the frequency of the ultrasonic wave is lowered and the wavelength λ is made longer, the beam diameter d increases with the same aperture length L, and a beam with high directivity cannot be obtained, resulting in a reduction in spatial resolution. If the aperture length L is increased, d becomes smaller and the beam becomes highly directional. However, there is a limit to the size and weight of a transmitter that can be mounted on an actual device, and the spatial resolution is increased beyond this. I can't.
Therefore, in an application for imaging an object buried in a sediment layer on the seabed by using an ultrasonic wave, a secondary wave generated by a parametric effect in the medium is used. The parametric effect is that when strong ultrasonic waves (primary waves) of two different frequencies f1 and f2 are transmitted so that they overlap each other in space, the secondary wave (the sum of f1 and f2) is generated by the interaction of the two waves. The frequency f1 + f2 and the difference frequency | f1-f2 |) are excited. The beam width of the secondary wave (the width of the main pole) conforms to that of the primary wave, and the generation level of the sub pole is also reduced, so that good directivity can be obtained.
Therefore, the primary wave frequencies f1 and f2 are set high enough to obtain the target spatial resolution, and the difference between f1 and f2 Δf = | f1-f2 | is suitable for propagation in the deposition layer. The secondary wave of the difference frequency △ f = | f1-f2 | can propagate through the sedimentary layer with high directivity and observe reflection from the buried object. Can do. On the other hand, the waves having the frequencies f1, f2 and the sum frequency f1 + f2 are quickly attenuated in the deposited layer.
上記の周波数掃引方式を用いて水中の物体を音響カメラにより撮像する場合の課題について、図8を参照して説明する。
図8は、図7と同様に、装置右方(アジマス方位θ)から到来した反射波801(点線)を受波する過程について、受波系の上側から(レンジ方向から)見たものである。反射波801は、音響レンズ802により、圧電素子803上の一点804で収束する。周波数掃引方式では、このように音響レンズにより受波面上の一点で焦点を結ぶ超音波は、その焦点位置に対応するアジマス方位θ、すなわち超音波の周波数faと一意に関連付けられる。したがって理想的には、圧電素子803上の焦点804では、その点の位置に対応する周波数faの超音波801しか検出されないはずである。
しかしながら実際のところ、装置の周囲環境からランダムに入射する音波805や、受波面上の他のチャンネル上の点から反射した異なる周波数の超音波806が装置内残響として点804においても観測されるため、撮像した像の特に上下方向にゴーストが現れる原因となっていた。
A problem when an underwater object is imaged by an acoustic camera using the above-described frequency sweep method will be described with reference to FIG.
FIG. 8 shows the process of receiving the reflected wave 801 (dotted line) coming from the right side of the device (azimuth direction θ) as seen from the upper side of the receiving system (from the range direction), as in FIG. . The reflected
However, in reality, a sound wave 805 randomly incident from the surrounding environment of the apparatus or an
また、パラメトリック超音波送信により埋没物体の撮像を行う装置においては、一次波用として異なる二つの周波数の信号を生成する回路、および一次波のビーム方位を変更するための遅延回路あるいは機械的に送波器の方位を制御するための機構などが必要となり、回路規模や装置規模が大型化するという問題がある。 In addition, in an apparatus that images a buried object by parametric ultrasonic transmission, a circuit that generates signals of two different frequencies for the primary wave and a delay circuit for changing the beam direction of the primary wave or mechanical transmission A mechanism for controlling the orientation of the waver is required, and there is a problem that the circuit scale and the apparatus scale increase.
以下、これらの課題を解決する本願発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention that solve these problems will be described below.
図9は本願発明の一実施例において適用する受波器構造を説明する図である。
この図は、図7、図8と同様に受波過程を装置の上側から見たものである。
図9において、反射波901(実線、周波数fb)は装置の正面から入射し、図示しない音響レンズによって受波用圧電素子903上の点904で収束する。反射波902(点線、周波数fa、fa < fb)は装置右側から斜めに入射し、受波用圧電素子903上の点905で収束する。
受波用圧電素子903は、例えば図9のように連続して、あるいは段階的に厚みが変化しており、各点における厚みに対応して共振条件(共振フィルターの厚みが半波長の整数倍に等しい)を満たす周波数が存在する。即ち、例えば図9において、正面から入射した反射波901(周波数fb)の超音波が収束する点904においては、周波数fbの圧電素子903中での半波長λb/2に相当する厚さに圧電素子903を設定しておけば、周波数fbが共振周波数となり、効率よく電気信号に変換することができる。一方、他周波数の超音波の多くは共振条件を満たさないために減衰する。同様に装置右方から斜めに入射した反射波902(周波数fa)に対しても、焦点905における圧電素子903の厚みが周波数faの超音波と共振するように設定されており、周波数faの波のみ効率よく電気信号に変換される。変換された電気信号は出力線906によって取り出される。
FIG. 9 is a diagram for explaining a receiver structure applied in an embodiment of the present invention.
In this figure, the wave receiving process is viewed from the upper side of the apparatus as in FIGS.
In FIG. 9, a reflected wave 901 (solid line, frequency fb) is incident from the front of the apparatus and converges at a
For example, as shown in FIG. 9, the thickness of the receiving
図10に、本願発明の別の実施例を示す。上記の説明では、受波用圧電素子はアジマス方向に連続した細長いものとした。しかし、そのような細長い圧電素子の実装、あるいは材料の手配などが困難な場合には、図10のようにアジマス方向に圧電素子をM個に分割して実装しても良い。分割した各圧電素子1001からの電気信号がそれぞれ出力される信号線1002は、共通の信号線1003に接続されているため、各圧電素子からの周波数成分を含む電気信号が周波数解析によるアジマス方向分解に供される。
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. In the above description, the receiving piezoelectric element is assumed to be elongated in the azimuth direction. However, when it is difficult to mount such elongated piezoelectric elements or to arrange materials, the piezoelectric elements may be divided into M pieces in the azimuth direction as shown in FIG. Since the
分割された各圧電素子1001は、対応する焦点位置に収束する目的超音波の周波数で共振するよう、それぞれの厚みが調整されている。これにより、各圧電素子は目的超音波のみを効率よく電気信号に変換し、その他の不要な超音波を除去する機械的なフィルターとして働く。 The thickness of each of the divided piezoelectric elements 1001 is adjusted so as to resonate at the frequency of the target ultrasonic wave that converges to the corresponding focal position. Thereby, each piezoelectric element functions as a mechanical filter that efficiently converts only the target ultrasonic wave into an electric signal and removes other unnecessary ultrasonic waves.
次に図11により、本願発明の別の実施例において適用する受波器構造の例を説明する。受波用圧電素子はアジマス方向についてM個に分割されており、分割された圧電素子1101はいずれも同じ寸法(厚さ、表面積)を有する。
図11において、各圧電素子1101の電気端から圧電素子側のインピーダンスを測定したとき、そのリアクタンス成分は容量性であり、それぞれCi (i = 1、2、・・・、M)とおく。今、圧電素子1101の寸法が同じであるので、各キャパシタンスCiの値はほぼ等しい。一方、各圧電素子1101から電気信号が出力される信号出力線1102は、それぞれに直列なインダクタンスLi (i = 1、2、・・・、M)1103を介して、共通信号線1104に接続される(圧電素子からのグランド線は図示していない)。インダクタンスの値にはそれぞれ任意の値を選定できる。
そこで、例えば圧電素子aの位置に収束することが既知である目的超音波1105の周波数faに対し、よく知られた共振条件fa= 1 / {2π√(La Ca)} を満たすようにインダクタンスLaの値を設定すれば、該目的超音波の成分のみを効率よく電気信号に変換し、電気回路に取り出せることになる。該共振条件を満たさない不要超音波は減衰し、取り除かれる。
Next, an example of the receiver structure applied in another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The piezoelectric element for receiving waves is divided into M pieces in the azimuth direction, and all of the divided piezoelectric elements 1101 have the same dimensions (thickness, surface area).
In FIG. 11, when the impedance from the electrical end of each piezoelectric element 1101 to the piezoelectric element side is measured, the reactance component is capacitive and is set to Ci (i = 1, 2,..., M), respectively. Now, since the dimensions of the piezoelectric element 1101 are the same, the values of the capacitances Ci are substantially equal. On the other hand, signal output lines 1102 from which electric signals are output from the respective piezoelectric elements 1101 are connected to a
Therefore, for example, the inductance La is set so as to satisfy the well-known resonance condition fa = 1 / {2π√ (La Ca)} with respect to the frequency fa of the target
本実施例では、各圧電素子1101からの信号線1102が共通の信号線1104に接続されているため、最終的な出力信号には、各圧電素子1101からの異なる周波数成分が重畳している。よって各周波数成分を分離、検出するために、最終的な出力信号に対して周波数解析を行う必要がある。しかし、各圧電素子からの信号線を共通線にまとめず、個別に増幅、A/D変換したのち、計算機や専用ハードウェアで信号処理する構成も考えられる。その場合、周波数解析は不要となるが、回路規模が大きくなる。
In this embodiment, since the signal line 1102 from each piezoelectric element 1101 is connected to the
次に、図12を用いて別の実施例における受波器構造の例を説明する。
図12においては、受波用圧電素子はアジマス方向についてM個に分割されている。各圧電素子1201からの信号出力線1202は、図11のように共通線に纏められてはおらず、個別に増幅器1203、A/D変換器(ADC)1204、デジタルバンドパスフィルター(BPF)1205に接続されている。デジタルBPF1205は、入力デジタル信号に含まれる各周波数成分のうち、指定した周波数帯域のみ等価させるデジタル信号処理装置である。該透過周波数は任意に設定可能である。
そこで例えば、圧電素子aの位置に収束することが既知である目的超音波1206の周波数(faとする)成分のみが透過するよう、圧電素子aに接続されたデジタルBPF aを設定すれば、該目的の超音波のみをデジタル信号中に取り出せ、その他の不要超音波を取り除くことができる。
Next, the example of the receiver structure in another Example is demonstrated using FIG.
In FIG. 12, the receiving piezoelectric element is divided into M pieces in the azimuth direction. The signal output lines 1202 from each piezoelectric element 1201 are not combined into a common line as shown in FIG. 11, and are individually connected to an amplifier 1203, an A / D converter (ADC) 1204, and a digital bandpass filter (BPF) 1205. It is connected. The digital BPF 1205 is a digital signal processing device that equalizes only a designated frequency band among frequency components included in an input digital signal. The transmission frequency can be arbitrarily set.
Therefore, for example, if the digital BPF a connected to the piezoelectric element a is set so that only the frequency (fa) component of the target
以下においては、埋没物体識別用水中音響カメラにおける実施例を説明する。
図13は本願発明の一実施例における送波用圧電素子配列の構造例を示したものである。
図13において、 送波用圧電素子配列1301の構造は図2で説明したものと同じであり、圧電素子1302を分極方向(矢印1303)を互いに入れ替えながら一列に並べたものである。簡単のため、電極や電源は図示していない。パラメトリック効果を得るため、各圧電素子に対して、一次波に対応する二つの周波数f1およびf2の成分を持つ信号を合成して入力する。これにより、周波数f1の成分に対応する一次波1304がアジマス方位θ1に送信され、周波数f2に対応する一次波1305がアジマス方位θ2に同時に送信される。両者の波が重なった方向に対して、パラメトリック効果による二次波1306が発生する。
Below, the Example in the underwater acoustic camera for buried object identification is described.
FIG. 13 shows an example of the structure of the piezoelectric element array for transmitting in one embodiment of the present invention.
In FIG. 13, the structure of the piezoelectric element array 1301 for transmission is the same as that described with reference to FIG. 2, and the piezoelectric elements 1302 are arranged in a line with their polarization directions (arrows 1303) interchanged. For simplicity, electrodes and power supply are not shown. In order to obtain a parametric effect, a signal having components of two frequencies f1 and f2 corresponding to the primary wave is synthesized and input to each piezoelectric element. Thereby, the
なお、超音波は図13のように圧電素子配列1301の両端から左右対称に放射されるので、図3のように圧電素子配列を装置の向く方向に対して斜めに配置し、片方の端から放射された二次波のみ撮像に供するようにする構成が考えられる。また二次波の送信方位を変えるときは、周波数f1とf2の値を変更する。このとき差周波数△fが一定であると、二次波の反射波を受信する際、周波数解析によるアジマス方向分解ができないので、差周波数△fが送信方位に一意に対応して変わるようにf1とf2を変更する。 Since the ultrasonic waves are radiated symmetrically from both ends of the piezoelectric element array 1301 as shown in FIG. 13, the piezoelectric element array is arranged obliquely with respect to the direction facing the apparatus as shown in FIG. A configuration in which only the emitted secondary wave is used for imaging can be considered. When changing the transmission direction of the secondary wave, the values of the frequencies f1 and f2 are changed. At this time, if the difference frequency Δf is constant, when receiving the reflected wave of the secondary wave, the azimuth direction decomposition cannot be performed by frequency analysis, so that the difference frequency Δf changes corresponding to the transmission direction uniquely. And change f2.
上記、図13で説明した実施例に対し、前記図9および図10を用いて説明した実施例を適用することは現実的でない。なぜならば、パラメトリック効果によって生成した二次波は、堆積層中の伝搬に適するように低周波(数k〜10kHz程度)に設定されるため、これと共振する受波用圧電素子が厚くなりすぎるからである。
そこで、図13で説明する実施例に対して、図11、図12で説明した実施例を適用する構成が考えられる。それぞれについて以下に説明する。
It is not practical to apply the embodiment described with reference to FIGS. 9 and 10 to the embodiment described with reference to FIG. This is because the secondary wave generated by the parametric effect is set at a low frequency (several k to 10 kHz) so as to be suitable for propagation in the deposited layer, so that the receiving piezoelectric element that resonates with it is too thick. Because.
Therefore, a configuration in which the embodiment described in FIGS. 11 and 12 is applied to the embodiment described in FIG. Each will be described below.
まず、図13の実施例に図11の実施例を適用した場合について説明する。本実施例では、埋没物体に照射する送信波は周波数掃引方式によるパラメトリック二次波とし、また受波器には図11の受波器と同様な電気的アナログフィルターを各圧電素子に直列接続することで、不要な信号成分を除去し、画像中のノイズ、ゴーストの低減を図るとともに回路規模の小型化を図る。 First, the case where the embodiment of FIG. 11 is applied to the embodiment of FIG. 13 will be described. In this embodiment, the transmission wave applied to the buried object is a parametric secondary wave by a frequency sweep method, and the receiver is connected in series with an electric analog filter similar to the receiver of FIG. 11 to each piezoelectric element. Thus, unnecessary signal components are removed, noise and ghost in the image are reduced, and the circuit scale is reduced.
次に、図13の実施例に図12の実施例を適用した場合について説明する。本実施例では、埋没物体に照射する送信波は周波数掃引方式によるパラメトリック二次波とし、また受波器には図12の受波器と同様なデジタルバンドパスフィルターを各圧電素子に直列接続することで、不要な信号成分を除去し、画像中のノイズ、ゴーストの低減を図るとともに回路規模の小型化を図る。 Next, the case where the embodiment of FIG. 12 is applied to the embodiment of FIG. 13 will be described. In this embodiment, the transmission wave applied to the buried object is a parametric secondary wave by a frequency sweep method, and a digital bandpass filter similar to the receiver of FIG. 12 is connected in series to each piezoelectric element. Thus, unnecessary signal components are removed, noise and ghost in the image are reduced, and the circuit scale is reduced.
図14は図11、図12、および図13に図11を適用した場合の実施例における装置ブロック図である。送信制御装置1401は、波形発生器1402に対し送信信号の周波数、パルス時間幅などの設定を行うとともに、出力タイミングを指示する。また、送信制御装置1401はスイッチ1403を制御し、増幅器(AMP)1404、1405のどちらに信号入力するかも指示する。波形発生器1402は設定に基づいて単一周波数の信号波形、あるいは複数周波数成分を有する信号波形を生成し、スイッチ1403を経由して接続された増幅器1404または1405に入力する。増幅器1404は例えば左側の圧電素子配列1406に接続されており、増幅器1405は右側の圧電素子配列1407に接続されている。増幅器1404または1405は入力された信号を増幅して、それぞれに接続された圧電素子配列1406または1407に送信する。圧電素子配列1406および1407に含まれる各送波用圧電素子は図2で説明したように隣り合う素子間で分極方向が入れ替わっており、したがって入力波形中の周波数成分に依存した方位に送信波が出力される。
FIG. 14 is an apparatus block diagram in an embodiment in which FIG. 11 is applied to FIG. 11, FIG. 12, and FIG. The transmission control device 1401 sets the frequency, pulse time width, etc. of the transmission signal to the
受波器は図6で説明したようにレンジ方向にチャンネルとして分割されたN個の受波用圧電素子(1、2、・・・、N番)1408で構成されており、図9および図10の実施例では、各受波用圧電素子の厚さはそれぞれ目的とする周波数で共振するよう設定される。図11の実施例および図13に図11を適用した実施例では、各受波用圧電素子の厚さは同一とするが、それぞれに図示しないインダクタンスを直列接続する。反射波は受波用圧電素子1408で電気信号に変換され、それぞれの発明におけるフィルター作用により不要信号が除去される。さらに電気信号は各チャンネルの増幅器(AMP)1409で増幅されたのち、A/D変換器(ADC)1410でデジタル信号にそれぞれ変換される。該デジタル信号は計算機1411中のメモリ1412に蓄えられ、該計算機中の演算処理装置1413において周波数解析による物体のアジマス方位解析、チャンネル分解によるレンジ方位解析、送波・受波時間差による装置-物体間距離の解析などを行い、画像を生成する。なお、周波数解析は別途、図示しない専用ハードウェア上において実施しても良い。最後に生成した画像を表示装置1414に出力する。操作盤1415は使用者とのインターフェースを提供するものであり、キーボード、マウスなどから構成される。使用者は操作盤1415を介して、送信制御装置1401、計算機1411に対し送波信号の諸元や解析条件、画像表示条件などを設定する。
The receiver is composed of N receiving piezoelectric elements (No. 1, 2,..., N) 1408 divided as channels in the range direction as described with reference to FIG. In the tenth embodiment, the thickness of each receiving piezoelectric element is set to resonate at a target frequency. In the embodiment of FIG. 11 and the embodiment in which FIG. 11 is applied to FIG. 13, the thickness of each receiving piezoelectric element is the same, but an inductance (not shown) is connected in series with each other. The reflected wave is converted into an electric signal by the receiving
図15は、図12および図13に図12を適用した実施例における装置ブロック図である。受波器レンジ方向にNチャンネル分、アジマス方向にMチャンネル分の計N×M個の受波用圧電素子1408から成る。反射波は各受波用圧電素子で電気信号に変換されたあと、各チャンネルごとに増幅、A/D変換される。図12および図13に図12を適用した実施例では、A/D変換後のデジタル信号それぞれについて、デジタルバンドパスフィルター(BPF)1501により目的とする周波数成分のみを取り出し、ノイズ成分を除去する。そして各デジタル信号は計算機1411中のメモリ1412に蓄えられ、該計算機中の演算処理装置1413においてチャンネル分解によるレンジ方位、アジマス方位解析、送波・受波時間差による装置-物体間距離の解析などを行い、画像を生成する。その他の構成要素については、図14と同様である。
FIG. 15 is an apparatus block diagram in an embodiment in which FIG. 12 is applied to FIGS. It consists of a total of N × M receiving
101 水中音響カメラ
102 船など
103 対象物体
104 送波器
105 送信波
106 反射波
107 音響レンズ
201 圧電素子
202 圧電素子の分極方向
203 電極
204 共通電極
205 電源
206 周波数faの送信波
207 周波数fbの送信波
301 送波器
302 左側の送波用圧電素子配列
303 右側の送波用圧電素子配列
304 撮像方向
305a〜305h 送信波
306 視野範囲
307 対象物体
401 送波器
402 対象物体
403 送信波
404 撮像方向
405 受信系
501 音響レンズ
502 受波器
503 受波用圧電素子
504 反射波
505 焦点
601 装置正面から入射した反射波
602 装置下方(レンジ方位φ)から入射した反射波
603 受波器
604 受波用圧電素子
605 音響レンズ
606 装置正面から入射した反射波の焦点
607 チャンネルiからの電気信号
608 装置下方(レンジ方位φ)から入射した反射波の焦点
609 チャンネルjからの電気信号
701 装置正面から入射した反射波
702 装置右方(アジマス方位θ)から入射した反射波
703 受波用圧電素子
704 音響レンズ
705 受波用圧電素子で変換された電気信号
706 電気信号をフーリエ変換したスペクトル
707 周波数faの反射波に対応するピーク
708 周波数fbの反射波に対応するピーク
801 アジマス方位θから入射した反射波
802 音響レンズ
803 受波用圧電素子
804 焦点
805 装置周囲環境から到来するノイズ
806 他チャンネルの受波圧電素子から反射した波
901 装置正面から入射する周波数fbの波
902 斜めから入射する周波数faの波
903 受波用圧電素子
904 正面から入射する波の焦点
905 斜めから入射する波の焦点
906 信号出力線
1001 分割した圧電素子
1002 信号線
1003 共通信号線
1101 分割した圧電素子
1102 信号線
1103 インダクタンス
1104 共通信号線
1105 目的超音波
1201 受波用圧電素子
1202 信号線
1203 増幅器
1204 A/D変換器
1205 デジタルバンドパスフィルター
1206 目的超音波
1301 送波用圧電素子配列
1302 送波用圧電素子
1303 分極方向
1304 周波数f1に対応する送信一次波
1305 周波数f2に対応する送信一次波
1306 周波数f1とf2の送信波のパラメトリック効果による二次波
1401 送信波制御装置
1402 波形発生器
1403 スイッチ
1404、1405 増幅器
1406、1407 送波用圧電素子配列
1408 受波器
1409 受信波用増幅器
1410 A/D変換器
1411 計算機
1412 メモリ
1413 演算処理装置
1414 表示装置
1415 操作盤
1501 デジタルバンドパスフィルター
DESCRIPTION OF
Claims (6)
送波用圧電素子に入力する電気信号の周波数を変更することによって送信波の方位を制御することのできる周波数掃引方式を適用した送波器と、
前記物体からの反射波を収束させる音響レンズと、
前記音響レンズによって収束された反射波を受信して電気信号に変換する受波器とを有し、
前記受波器は、受波用圧電素子を有し、前記受波用圧電素子上の各点に到来する異なる周波数の超音波のうち、該受波用圧電素子上の各点の位置によって関連付けられる目的の周波数成分を透過させるフィルターを設け、前記フィルターを透過した周波数成分を電気信号に変換することを特徴とした水中画像撮像装置。 An underwater imaging device that irradiates an object with ultrasonic waves in water and images the object by reflected waves from the object,
A transmitter applying a frequency sweeping method capable of controlling the direction of a transmission wave by changing the frequency of an electric signal input to the piezoelectric element for transmission ;
An acoustic lens for converging the reflected wave from the object;
Receiving a reflected wave converged by the acoustic lens and converting it into an electrical signal;
The wave receiver includes a wave receiving piezoelectric element, and the ultrasonic waves having different frequencies arriving at the points on the wave receiving piezoelectric element are related by the positions of the points on the wave receiving piezoelectric element. An underwater image capturing apparatus comprising: a filter that transmits a target frequency component to be transmitted; and the frequency component transmitted through the filter is converted into an electrical signal.
送波用圧電素子に入力する電気信号の周波数を変更することによって送信波の方位を制御することのできる周波数掃引方式を適用した送波器と、
前記物体からの反射波を収束させる音響レンズと、
前記音響レンズによって収束された反射波を受信して電気信号に変換する受波器とを有し、
前記受波器は、受波用圧電素子を有し、該受波用圧電素子の厚さを連続的あるいは段階的に変化させることにより、該受波用圧電素子の各位置における共振周波数を変更し、該受波用圧電素子上の各点における共振周波数を、予め前記各点ごとに定めておいた目的の周波数に合致するように設定し、該目的の周波数の超音波を電気信号に変換することを特徴とした水中画像撮像装置。 An underwater imaging device that irradiates an object with ultrasonic waves in water and images the object by reflected waves from the object,
A transmitter applying a frequency sweeping method capable of controlling the direction of a transmission wave by changing the frequency of an electric signal input to the piezoelectric element for transmission ;
An acoustic lens for converging the reflected wave from the object;
Receiving a reflected wave converged by the acoustic lens and converting it into an electrical signal;
The wave receiver has a piezoelectric element for reception, by continuously or stepwise changing the thickness of the piezoelectric element for the reception, change the resonant frequency at each position of the piezoelectric element for receiving waves and, a resonance frequency at each point on the piezoelectric element for receiving waves, set to match the frequency of advance before Symbol object that has been determined for each point, into an electrical signal ultrasonic frequencies that purpose conversion to Rukoto underwater imaging apparatus characterized.
送波用圧電素子に入力する電気信号の周波数を変更することによって送信波の方位を制御することのできる周波数掃引方式を適用した送波器と、
前記物体からの反射波を収束させる音響レンズと、
前記音響レンズによって収束された反射波を受信して電気信号に変換する受波器とを有し、
前記受波器は、複数個に分割された受波用圧電素子を有し、前記各受波用圧電素子に対し直列にインダクタンスを接続し、該インダクタンスの値を変えることで、該受波用圧電素子それぞれの共振周波数を変更し、該受波用圧電素子上のそれぞれにおける共振周波数が、該受波用圧電素子に到来する目的の周波数に合致するように設定して取り出した超音波を電気信号に変換することを特徴とした水中画像撮像装置。 An underwater imaging device that irradiates an object with ultrasonic waves in water and images the object by reflected waves from the object,
A transmitter applying a frequency sweeping method capable of controlling the direction of a transmission wave by changing the frequency of an electric signal input to the piezoelectric element for transmission ;
An acoustic lens for converging the reflected wave from the object;
Receiving a reflected wave converged by the acoustic lens and converting it into an electrical signal;
The receiver has a plurality of receiving piezoelectric elements divided into a plurality, and an inductance is connected in series to each of the receiving piezoelectric elements, and the value of the inductance is changed, whereby the receiving change the resonance frequencies of the piezoelectric element, the resonance frequency of each of the piezoelectric elements for the wave reception is ultrasound extracted set to meet the purpose of the frequency coming to the piezoelectric element for receiving waves An underwater imaging device characterized by converting into an electrical signal.
送波用圧電素子に入力する電気信号の周波数を変更することによって送信波の方位を制御することのできる周波数掃引方式を適用した送波器と、
前記物体からの反射波を収束させる音響レンズと、
前記音響レンズによって収束された反射波を受信して電気信号に変換する受波器とを有し、
前記受波器は、送信波の反射波を受信する各受波用圧電素子と、該各受波用圧電素子から出力されるアナログ信号波形をそれぞれデジタル信号波形に変換する手段と、該各デジタル信号波形に含まれる周波数成分のうち特定の周波数帯域の成分を透過させるデジタル信号処理手段と、該透過周波数をそれぞれ任意に設定する手段と有し、該受波用圧電素子それぞれに設定された透過周波数が、該受波用圧電素子に到来する目的の周波数に合致するように設定し、該設定した周波数の超音波をデジタル信号として透過することを特徴とした水中画像撮像装置。 An underwater imaging device that irradiates an object with ultrasonic waves in water and images the object by reflected waves from the object,
A transmitter applying a frequency sweeping method capable of controlling the direction of a transmission wave by changing the frequency of an electric signal input to the piezoelectric element for transmission ;
An acoustic lens for converging the reflected wave from the object;
Receiving a reflected wave converged by the acoustic lens and converting it into an electrical signal;
The wave receiver is provided with the reception piezoelectric element that will receive the reflected wave of the transmission wave, and means for converting the analog signal waveform into digital signal waveform outputted from the piezoelectric element for respective reception, respective a digital signal processing means for transmitting the component of a specific frequency band Chi sac frequency component included in a digital signal waveform, and means for setting a translucent over-frequency in each optionally set for each piezoelectric element for the reception permeate frequency is set to match the purpose of the frequency coming to the piezoelectric element for receiving waves, it you transmitting underwater imaging apparatus wherein an ultrasonic wave of a frequency the set as a digital signal .
送信方法に周波数掃引方式を採用し、送信用圧電素子に二つの異なる周波数成分f1、f2を含む電気信号を入力することで、その差周波数△f=|f1−f2|のパラメトリック二次波を発生させ、かつ該パラメトリック二次波の送信方位を該入力周波数成分f1、f2の値を変更することで制御する送波器と、
前記物体からの反射波を収束させる音響レンズと、
前記音響レンズによって収束された反射波を受信して電気信号に変換する受波器を有し、
該受波器は、複数個に分割された受波用圧電素子と、該各受波用圧電素子に対し直列に接続されたインダクタンスを有し、該インダクタンスの値を変えることで、該受波用圧電素子それぞれの共振周波数を変更し、該受波用圧電素子上のそれぞれにおける共振周波数を、該受波用圧電素子に到来する目的の周波数に合致するように設定し、該設定した周波数の超音波を電気信号に変換することを特徴としたパラメトリック超音波式埋没物用水中画像撮像装置。 Simultaneously transmitting ultrasonic waves of two different frequencies in water, meet their parametric equation buried object identification for underwater imaging device for imaging buried objects deposited layer in water using a secondary wave generated by parametric effect And
A frequency sweep method is adopted as a transmission method, and an electric signal including two different frequency components f1 and f2 is input to a transmission piezoelectric element, whereby a parametric secondary wave having a difference frequency Δf = | f1−f2 | a wave transmitter which is generated and controlled by the transmission direction of the parametric secondary wave to change the value of the input frequency components f1, f2,
An acoustic lens for converging the reflected wave from the object;
Receiving a reflected wave converged by the acoustic lens and converting it into an electrical signal ;
Receiving duplexer has possess a piezoelectric element for reception, which is divided into a plurality, the inductance connected in series with the piezoelectric element for the respective reception, by changing the value of the inductance, receiving waves use piezoelectric elements to change the respective resonant frequencies, the resonant frequency of each of the piezoelectric elements for the reception, and set to match the frequency of interest coming to the piezoelectric element for receiving waves, and the set frequency ultrasound underwater imaging apparatus for parametric ultrasonic implant which was characterized by conversion to Rukoto into an electric signal.
送信方法に周波数掃引方式を採用し、送信用圧電素子に二つの異なる周波数成分f1、f2を含む電気信号を入力することで、その差周波数△f=|f1−f2|のパラメトリック二次波を発生させ、かつ該パラメトリック二次波の送信方位を該入力周波数成分f1、f2の値を変更することで制御する送波器と、
前記物体からの反射波を収束させる音響レンズと、
前記音響レンズによって収束された反射波を受信して電気信号に変換する受波器を有し、
該受波器は、複数個に分割された受波用圧電素子と、該各受波用圧電素子から出力されるアナログ信号波形をそれぞれデジタル信号波形に変換する手段と、該各デジタル信号波形に含まれる周波数成分のうち、特定の周波数帯域の成分を透過させるデジタル信号処理手段と、該透過周波数をそれぞれ任意に設定する手段と有し、該受波用圧電素子それぞれに設定された透過周波数がを該受波用圧電素子に到来する目的の周波数に合致するように設定し、該設定した周波数の超音波をデジタル信号として取り出すことを特徴としたパラメトリック超音波式埋没物用水中画像撮像装置。 Simultaneously transmitting ultrasonic waves of two different frequencies in water, meet their parametric equation buried object identification for underwater imaging device for imaging buried objects deposited layer in water using a secondary wave generated by parametric effect And
A frequency sweep method is adopted as a transmission method, and an electric signal including two different frequency components f1 and f2 is input to a transmission piezoelectric element, whereby a parametric secondary wave having a difference frequency Δf = | f1−f2 | a wave transmitter which is generated and controlled by the transmission direction of the parametric secondary wave to change the value of the input frequency components f1, f2,
An acoustic lens for converging the reflected wave from the object;
Receiving a reflected wave converged by the acoustic lens and converting it into an electrical signal ;
Receiving duplexer includes a piezoelectric element for reception, which is divided into a plurality, and means for converting the analog signal waveform into digital signal waveform outputted from the piezoelectric element for the respective reception, the respective digital signal waveform Among the included frequency components, there are digital signal processing means for transmitting a component in a specific frequency band , and means for arbitrarily setting the transmission frequency, and the transmission frequency set for each of the receiving piezoelectric elements is the set to match the frequency of the object coming to the piezoelectric element for receiving waves, a parametric ultrasonic implant for underwater imaging apparatus, wherein the retrieving the ultrasound with a frequency the set as a digital signal .
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