JP6685520B2 - 検出装置、信号処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記インパルス信号を受信する複数の受信アンテナと、
選択する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせを切り替えながら、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力し、選択された受信アンテナで受信された受信信号を入力し、入力した受信信号に対する信号処理を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの所定の組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された複数の受信信号の信号波形におけるピークの時点に基づいて、信号波形の時間方向のずれを調整する時間調整部と、
前記時間調整部で調整された複数の受信信号であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせについて取得された複数の受信信号、または、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて取得された複数の受信信号の平均を示す検出波形パターンを生成する検出波形パターン生成部と、
前記検出波形パターンの生成に用いられた複数の受信信号を含み、より多数の受信信号の信号波形の平均を示す基準波形パターンを生成する基準波形パターン生成部と、
前記検出波形パターン生成部で生成された検出波形パターンと、前記基準波形パターン生成部で生成された基準波形パターンとの差分を示す差分波形パターンを生成する差分波形パターン生成部と、
前記差分波形パターン生成部で生成された差分波形パターンに基づいて、検出対象を検出する検出部と、
を備える。
前記検出波形パターン生成部は、
同一の前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせにおける複数の受信信号の信号波形を平均した組毎平均波形パターンを検出波形パターンとして生成し、
前記基準波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせでの前記組毎平均波形パターンを平均した同距離平均波形パターンを基準波形パターンとして生成する、
こととしてもよい。
前記検出波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせにおける受信信号の信号波形を平均した同距離平均波形パターンを検出波形パターンとして生成し、
前記基準波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの全ての組み合わせでの受信信号の信号波形を平均した全信号平均波形パターンを基準波形パターンとして生成する、
こととしてもよい。
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された信号の信号波形のオフセット及び振幅に基づいて、前記受信アンテナで受信された信号の振幅が同一レベルになるように信号波形の振幅レベルを調整するレベル調整部を備える、
こととしてもよい。
複数回入力されたデジタル受信信号の平均を前記所定ビット数より大きいビット数で表現する平均波形パターンを、その組み合わせの受信信号の信号波形の波形パターンとして取得する組毎平均波形パターン生成部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記複数回入力されたデジタル受信信号のうち、前記デジタル受信信号の最大振幅が正規分布の90%信頼区間外であるデジタル受信信号を除外して、前記平均波形パターンを生成する、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせにおける受信信号の信号波形の平均を示す同距離平均波形パターンを生成する、同距離平均波形パターン生成部を備え、
前記同距離平均波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの各組み合わせの受信信号の信号波形の波形パターンについて、正のピークに続いて正のピークが現れ、負のピークが現れない場合には、その組み合わせの受信信号の信号波形の波形パターンを計算対象から除外する、
こととしてもよい。
前記差分波形パターンに基づいて、前記インパルス信号を送信してから前記受信信号を受信するまでの伝搬時間を、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについてそれぞれ求め、
求められた伝搬時間に基づいて、前記相対距離が0であると仮定したときの伝搬時間に含まれるオフセットを推定し、
前記伝搬時間に含まれるオフセットを差し引かれた前記伝搬時間に基づいて、検出対象の位置を検出する、
こととしてもよい。
前記差分波形パターンの最初の正又は負のピーク位置に基づいて前記伝搬時間を求め、前記伝搬時間に含まれるオフセットを推定するとともに、
前記正のピーク位置に基づいて前記伝搬時間に含まれるオフセットを推定した場合には、前記差分波形パターンの正のピーク位置に基づいて、前記検出対象の位置を検出し、
前記負のピーク位置に基づいて前記オフセットを推定した場合には、前記差分波形パターンの負のピーク位置に基づいて、前記検出対象の位置を検出する、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記差分波形パターン生成部で生成された差分波形パターンから、低周波ノイズ及び高周波ノイズを除去する帯域フィルタを備える、
こととしてもよい。
前記差分波形パターンを、前記インパルス信号が伝搬する媒体の損失式で補償する補償器を備える、
こととしてもよい。
マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、前記インパルス信号を受信する複数の受信アンテナとの組み合わせを切り替えながら、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力し、選択された受信アンテナで受信された受信信号を入力し、入力した受信信号に対する信号処理を行う信号処理方法であって、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの所定の組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された複数の受信信号の信号波形におけるピークの時点に基づいて、信号波形の時間方向のずれを調整する時間調整ステップと、
前記時間調整ステップで調整された複数の受信信号であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせについて取得された複数の受信信号、または、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて取得された複数の受信信号の平均を示す検出波形パターンを生成する検出波形パターン生成ステップと、
前記検出波形パターンの生成に用いられた複数の受信信号を含み、より多数の受信信号の信号波形の平均を示す基準波形パターンを生成する基準波形パターン生成ステップと、
前記検出波形パターンステップで生成された検出波形パターンと、前記基準波形パターン生成ステップで生成された基準波形パターンとの差分を示す差分波形パターンを生成する差分波形パターン生成ステップと、
前記差分波形パターン生成ステップで生成された差分波形パターンに基づいて、検出対象を検出する検出ステップと、
を含む。
コンピュータを、
マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、前記インパルス信号を受信する複数の受信アンテナとの組み合わせを切り替えながら、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力し、選択された受信アンテナで受信された受信信号を入力し、入力した受信信号に対する信号処理を行う制御部、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの所定の組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された複数の受信信号の信号波形におけるピークの時点に基づいて、信号波形の時間方向のずれを調整する時間調整部、
前記時間調整部で調整された複数の受信信号であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせについて取得された複数の受信信号、または、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて取得された複数の受信信号の平均を示す検出波形パターンを生成する検出波形パターン生成部、
前記検出波形パターンの生成に用いられた複数の受信信号を含み、より多数の受信信号の信号波形の平均を示す基準波形パターンを生成する基準波形パターン生成部、
前記検出波形パターン生成部で生成された検出波形パターンと、前記基準波形パターン生成部で生成された基準波形パターンとの差分を示す差分波形パターンを生成する差分波形パターン生成部、
前記差分波形パターン生成部で生成された差分波形パターンに基づいて、検出対象を検出する検出部、
として機能させる。
図1に示すように、異常組織検出装置1は、制御部10と、送信部11と、送信アンプ12と、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)スイッチ13と、配線部14と、アンテナアレイ15と、配線部16と、CMOSスイッチ17と、受信アンプ18と、受信部19と、選択部20と、を備える。
続いて、実施形態2に係る検出装置、信号処理方法及びプログラムについて説明する。本実施形態では、検出対象の検出精度を向上させるため、制御部10が、ピーク値のばらつきの大きい受信信号を除外して組毎平均波形パターンを算出する点、及び差分波形パターンに帯域フィルタ、補償演算等を適用する点で、上記実施形態1と異なる。また、検出波形パターンとして組毎平均波形パターンを、基準波形パターンとして同距離波形パターンを用いる点で、上記実施形態1と異なる。その他の構成は上記実施形態1の構成(図1)と同様であるので、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
10 制御部
11 送信部
12 送信アンプ
13 CMOSスイッチ
14 配線部
15 アンテナアレイ
16 配線部
17 CMOSスイッチ
18 受信アンプ
19 受信部
20 選択部
21A、21B NAND回路
21C、21D NOR回路
22A〜22D 遅延回路
23A、23C OR回路
23B、23D AND回路
24A、24C ダウンパルスジェネレータ
24B、24D アップパルスジェネレータ
25A、25B バッファ回路
30 信号送受信制御部
31 組毎平均波形パターン生成部
32A 時間調整部
32B レベル調整部
32C 同距離平均波形パターン生成部
33A 全信号平均波形パターン生成部
33B 差分波形パターン生成部
34 検出部
40 記憶部
41 生波形データ
42 組毎平均波形パターン
43 同距離平均波形パターン
44 全信号平均波形パターン(基準波形パターン)
45、45’ 差分波形パターン
46 検出画像データ
CA 異常組織
Ck 信号
CLK、CLOCK、/CLOCK クロック信号
CS1、CS2 制御信号
DATA、/DATA、DATA2 データ信号
RS1、RS2 受信信号
Rx1、Rx2、…、Rx8 受信アンテナ
MW 送信信号(インパルス信号)
OP、OM 出力信号
RW 反射信号
Tx1、Tx2、…、Tx8 送信アンテナ
SS1、SS2 送信信号
Claims (15)
- マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記インパルス信号を受信する複数の受信アンテナと、
選択する送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせを切り替えながら、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力し、選択された受信アンテナで受信された受信信号を入力し、入力した受信信号に対する信号処理を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの所定の組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された複数の受信信号の信号波形におけるピークの時点に基づいて、信号波形の時間方向のずれを調整する時間調整部と、
前記時間調整部で調整された複数の受信信号であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせについて取得された複数の受信信号、または、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて取得された複数の受信信号の平均を示す検出波形パターンを生成する検出波形パターン生成部と、
前記検出波形パターンの生成に用いられた複数の受信信号を含み、より多数の受信信号の信号波形の平均を示す基準波形パターンを生成する基準波形パターン生成部と、
前記検出波形パターン生成部で生成された検出波形パターンと、前記基準波形パターン生成部で生成された基準波形パターンとの差分を示す差分波形パターンを生成する差分波形パターン生成部と、
前記差分波形パターン生成部で生成された差分波形パターンに基づいて、検出対象を検出する検出部と、
を備える検出装置。 - 前記時間調整部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせを所定の組み合わせとして信号波形の時間方向のずれを調整し、
前記検出波形パターン生成部は、
同一の前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせにおける複数の受信信号の信号波形を平均した組毎平均波形パターンを検出波形パターンとして生成し、
前記基準波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせでの前記組毎平均波形パターンを平均した同距離平均波形パターンを基準波形パターンとして生成する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記時間調整部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせを所定の組み合わせとして信号波形の時間方向のずれを調整し、
前記検出波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせにおける受信信号の信号波形を平均した同距離平均波形パターンを検出波形パターンとして生成し、
前記基準波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの全ての組み合わせでの受信信号の信号波形を平均した全信号平均波形パターンを基準波形パターンとして生成する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記制御部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された信号の信号波形のオフセット及び振幅に基づいて、前記受信アンテナで受信された信号の振幅が同一レベルになるように信号波形の振幅レベルを調整するレベル調整部を備える、
請求項1から3のいずれか一項に記載の検出装置。 - 前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同じ組み合わせについて、複数回、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力して選択された受信アンテナから出力された所定ビット数のデジタル受信信号を入力する信号送受信制御部と、
複数回入力されたデジタル受信信号の平均を前記所定ビット数より大きいビット数で表現する平均波形パターンを、その組み合わせの受信信号の信号波形の波形パターンとして取得する組毎平均波形パターン生成部と、
を備える、
請求項1から4のいずれか一項に記載の検出装置。 - 前記組毎平均波形パターン生成部は、
前記複数回入力されたデジタル受信信号のうち、前記デジタル受信信号の最大振幅が正規分布の90%信頼区間外であるデジタル受信信号を除外して、前記平均波形パターンを生成する、
請求項5に記載の検出装置。 - 前記インパルス信号は、ガウシアンモノサイクルパルスである、
請求項1から6のいずれか一項に記載の検出装置。 - 前記制御部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせにおける受信信号の信号波形の平均を示す同距離平均波形パターンを生成する、同距離平均波形パターン生成部を備え、
前記同距離平均波形パターン生成部は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの各組み合わせの受信信号の信号波形の波形パターンについて、正のピークに続いて正のピークが現れ、負のピークが現れない場合には、その組み合わせの受信信号の信号波形の波形パターンを計算対象から除外する、
請求項7に記載の検出装置。 - 前記検出部は、
前記差分波形パターンに基づいて、前記インパルス信号を送信してから前記受信信号を受信するまでの伝搬時間を、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについてそれぞれ求め、
求められた伝搬時間に基づいて、前記相対距離が0であると仮定したときの伝搬時間に含まれるオフセットを推定し、
前記伝搬時間に含まれるオフセットを差し引かれた前記伝搬時間に基づいて、検出対象の位置を検出する、
請求項1から8のいずれか一項に記載の検出装置。 - 前記検出部は、
前記差分波形パターンの最初の正又は負のピーク位置に基づいて前記伝搬時間を求め、前記伝搬時間に含まれるオフセットを推定するとともに、
前記正のピーク位置に基づいて前記伝搬時間に含まれるオフセットを推定した場合には、前記差分波形パターンの正のピーク位置に基づいて、前記検出対象の位置を検出し、
前記負のピーク位置に基づいて前記オフセットを推定した場合には、前記差分波形パターンの負のピーク位置に基づいて、前記検出対象の位置を検出する、
請求項9に記載の検出装置。 - クロック信号を入力する論理回路、遅延回路及び半導体スイッチング素子の組み合わせ回路を有し、その組み合わせ回路を用いて複数の送信アンテナに送信するインパルス信号を生成する送信信号生成部を備える、
請求項1から10のいずれか一項に記載の検出装置。 - 前記制御部は、
前記差分波形パターン生成部で生成された差分波形パターンから、低周波ノイズ及び高周波ノイズを除去する帯域フィルタを備える、
請求項1から11のいずれか一項に記載の検出装置。 - 前記制御部は、
前記差分波形パターンを、前記インパルス信号が伝搬する媒体の損失式で補償する補償器を備える、
請求項1から12のいずれか一項に記載の検出装置。 - マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、前記インパルス信号を受信する複数の受信アンテナとの組み合わせを切り替えながら、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力し、選択された受信アンテナで受信された受信信号を入力し、入力した受信信号に対する信号処理を行う信号処理方法であって、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの所定の組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された複数の受信信号の信号波形におけるピークの時点に基づいて、信号波形の時間方向のずれを調整する時間調整ステップと、
前記時間調整ステップで調整された複数の受信信号であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせについて取得された複数の受信信号、または、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて取得された複数の受信信号の平均を示す検出波形パターンを生成する検出波形パターン生成ステップと、
前記検出波形パターンの生成に用いられた複数の受信信号を含み、より多数の受信信号の信号波形の平均を示す基準波形パターンを生成する基準波形パターン生成ステップと、
前記検出波形パターンステップで生成された検出波形パターンと、前記基準波形パターン生成ステップで生成された基準波形パターンとの差分を示す差分波形パターンを生成する差分波形パターン生成ステップと、
前記差分波形パターン生成ステップで生成された差分波形パターンに基づいて、検出対象を検出する検出ステップと、
を含む信号処理方法。 - コンピュータを、
マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、前記インパルス信号を受信する複数の受信アンテナとの組み合わせを切り替えながら、インパルス信号を選択された送信アンテナに出力し、選択された受信アンテナで受信された受信信号を入力し、入力した受信信号に対する信号処理を行う制御部、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの所定の組み合わせについて、前記受信アンテナで受信された複数の受信信号の信号波形におけるピークの時点に基づいて、信号波形の時間方向のずれを調整する時間調整部、
前記時間調整部で調整された複数の受信信号であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの同一の組み合わせについて取得された複数の受信信号、または、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの相対距離が同じ組み合わせについて取得された複数の受信信号の平均を示す検出波形パターンを生成する検出波形パターン生成部、
前記検出波形パターンの生成に用いられた複数の受信信号を含み、より多数の受信信号の信号波形の平均を示す基準波形パターンを生成する基準波形パターン生成部、
前記検出波形パターン生成部で生成された検出波形パターンと、前記基準波形パターン生成部で生成された基準波形パターンとの差分を示す差分波形パターンを生成する差分波形パターン生成部、
前記差分波形パターン生成部で生成された差分波形パターンに基づいて、検出対象を検出する検出部、
として機能させるプログラム。
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