JP6922429B2 - ノイズ抑圧装置、測定システム、ノイズ抑圧方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ノイズ抑圧装置、測定システム、ノイズ抑圧方法およびプログラムに関する。

受信信号には、受信対象の信号の他に、ノイズ信号が含まれる。受信信号からノイズ信号を除去する場合、例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタまたはバンドバスフィルタ等のフィルタが用いられる。受信対象の信号の周波数帯域とノイズ信号の周波数帯域とが異なる場合、フィルタを用いることにより、ノイズ信号を十分に低減することができる。

特開平７−１９８８２９号公報

ところで、受信対象の信号の周波数帯域とノイズ信号の周波数帯域とが近い場合、フィルタによりノイズ信号を除去することが難しい。また、受信対象の信号の周波数帯域の一部がノイズ信号の周波数帯域と重なる場合、ノイズ信号のみを除去することはさらに難しい。

例えば、測定対象物に電波を照射し、照射された電波に応じて測定対象物から放射される電磁誘導信号を受信し、受信された電磁誘導信号の強度に基づいて測定対象物を測定するＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）診断装置が知られている。このようなＭＲＩ診断装置では、例えば、測定対象物とＭＲＩ診断装置との間で電波の反射が生じ、測定対象物から放射される電磁誘導信号の周波数成分に近い周波数成分のノイズ信号が、電磁誘導信号に重畳される。そのため、このような装置では、フィルタを用いても受信信号からノイズ信号の成分を十分に除去することが難しかった。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧することができるノイズ抑圧装置、測定システム、ノイズ抑圧方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本願が開示するノイズ抑圧装置は、１つの態様において、周波数推定部と、位相推定部と、周期信号生成部と、振幅推定部と、振幅信号生成部と、レプリカ信号生成部と、抑圧部と、を備える。周波数推定部は、受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定する。位相推定部は、ノイズ信号の位相を推定する。周期信号生成部は、周波数および位相に基づき、ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成する。振幅推定部は、ノイズ信号の振幅の時間変化を推定する。振幅信号生成部は、振幅の時間変化に基づき、ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成する。レプリカ信号生成部は、周期信号と振幅信号とに基づき、ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成する。抑圧部は、受信信号とレプリカ信号とを合成することにより受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧する。

本願が開示するノイズ抑圧装置、測定システム、ノイズ抑圧方法およびプログラムの１つの態様によれば、受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧することができるという効果を奏する。

図１は、測定システムの一例を示すブロック図である。 図２は、送信信号の一例を示す図である。 図３は、受信信号の一例を示す図である。 図４は、ノイズ信号の一例を示す図である。 図５は、実施例１におけるノイズ抑圧装置の一例を示すブロック図である。 図６は、周期信号、振幅信号およびレプリカ信号の一例を示す図である。 図７は、周波数推定のために検出された頂点間の時間差の一例を示す図である。 図８は、位相推定のために検出された変曲点の時刻の一例を示す図である。 図９は、振幅変化推定のために検出された頂点間の強度差の一例を示す図である。 図１０は、実施例１におけるノイズ抑圧装置によって行われる処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、フィルタによってノイズが抑圧された後の信号波形の一例を示す図である。 図１２は、ノイズ抑圧装置によってノイズが抑圧された後の信号波形の一例を示す図である。 図１３は、実施例２におけるノイズ抑圧装置の一例を示すブロック図である。 図１４は、実施例２におけるノイズ抑圧装置によって行われる処理の一例を示すフローチャートである。 図１５は、ノイズ抑圧装置のハードウェアの一例を示す図である。

以下、本願が開示するノイズ抑圧装置、測定システム、ノイズ抑圧方法およびプログラムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示の技術が限定されるものではない。また、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［測定システム１０］
図１は、測定システム１０の一例を示すブロック図である。測定システム１０は、送信装置２１、受信装置２２、およびノイズ抑圧装置３０を有する。本実施形態における測定システム１０は、例えばＭＲＩ診断装置に適用される。測定システム１０は、ＭＲＩ診断装置に限らず、他の装置に適用されてもよい。

送信装置２１は、電波である送信信号を対象物１１に送信する。対象物１１は、送信信号を受けると、送信信号に応じて電磁誘導信号を放射する。受信装置２２は、対象物１１から放射された電磁誘導信号を、受信信号として受信する。

受信信号には、対象物１１から放射された電磁誘導信号の成分である対象信号と、ノイズ成分であるノイズ信号とが含まれる。ノイズ抑圧装置３０は、受信装置２２からノイズ信号を含む受信信号を受け取る。ノイズ抑圧装置３０は、受け取った受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧して、ノイズ信号が抑圧された後の受信信号を、対象物１１から放射された電磁誘導信号の成分に基づいて対象物１１を分析する分析装置へ出力する。

［送信信号、受信信号およびノイズ信号］
図２は、送信信号の一例を示す図である。送信装置２１は、例えば図２に示すような、第１時点ｔ_０において信号強度（例えば電波の強度）が第１値から第２値に変化する送信信号を対象物１１に送信する。第１値は、第２値より十分に強度が大きい値である。例えば、第１値は、第２値に対して１００倍から１０００倍程度の電波強度である。

このような送信信号を送信することにより、送信装置２１は、第１時点ｔ_０に達するまでの期間において、対象物１１に静磁場を生成することができる。さらに、送信装置２１は、第１時点ｔ_０において、対象物１１に生成された磁場を瞬時に遮断することができる。

対象物１１に生成された磁場が瞬時に遮断された場合、対象物１１は、電磁誘導信号を放射する。この電磁誘導信号は、対象物１１に含まれる材料に応じて減衰速度が異なる。従って、例えば分析装置は、対象物１１から放射された電磁誘導信号の減衰速度を分析することにより、対象物１１に含まれる材料を特定することができる。

図３は、受信信号の一例を示す図である。図２に示すような送信信号が対象物１１に送信された場合、受信装置２２は、例えば、図３に示すような、信号強度が第１時点ｔ_０から減少を開始して振動をしながら所定強度（例えば０）に漸近する受信信号を、対象物１１から受信する。

受信信号は、対象信号とノイズ信号とを含む。対象信号は、送信装置２１から対象物１１に直接送信された送信信号に応じて放射される本来の信号成分、すなわち、ノイズ信号を含まない信号成分である。対象信号の強度は、第１時点ｔ_０から減少を開始して所定の強度に漸近する。より詳しくは、対象信号の強度は、第１時点ｔ_０の直後に大きく減少し、その後、緩やかに減少する。すなわち、対象信号は、単調減少する信号であって、減少量が時間経過に従って小さくなる信号である。

図４は、ノイズ信号の一例を示す図である。ノイズ信号は、送信信号が測定システム１０と対象物１１との間で反射することにより受信信号に重畳される信号である。このため、ノイズ信号は、図４に示すように、第１時点ｔ_０において発生し、信号強度が振動する。また、ノイズ信号における周波数および位相は、時間変化する。また、ノイズ信号における振幅は、第１時点ｔ_０において０であり、第１時点ｔ_０から増加を開始し、一旦ピークとなった後に減少する。

［実施例１のノイズ抑圧装置３０］
図５は、実施例１におけるノイズ抑圧装置３０の一例を示すブロック図である。

ノイズ抑圧装置３０は、例えば図５に示すように、受信信号記憶部３１、内挿部３２、周波数推定部３３、位相推定部３４、周期信号生成部３５、振幅推定部３６、振幅信号生成部３７、レプリカ信号生成部３８、抑圧部３９、および抑圧後信号記憶部４０を有する。

受信信号記憶部３１は、受信装置２２から取得した受信信号を記憶する。例えば、受信信号記憶部３１は、所定のサンプリング周期でサンプリングされた時系列データである受信信号を記憶する。

内挿部３２は、所定のサンプリング周期でサンプリングされた時系列データである受信信号を補間する。そして、内挿部３２は、所定のサンプリング周期よりも短い第１サンプリング周期でサンプリングされた時系列データの受信信号を出力する。例えば、内挿部３２は、スプライン補間法により、受信信号を補間する。これにより、内挿部３２は、振動成分を含む受信信号を滑らかに補間することができる。なお、内挿部３２は、スプライン補間法以外の補間方法により受信信号を補間してもよい。内挿部３２は、補間後の受信信号を周波数推定部３３、位相推定部３４、振幅推定部３６および抑圧部３９へ出力する。

周波数推定部３３は、受信信号の時間波形を解析して、受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定する。ノイズ信号の周波数は、時間変化する。そのため、周波数推定部３３は、第１時点ｔ_０から、ノイズ信号の時刻毎の周波数ω（ｔ）を推定する。例えば、周波数推定部３３は、第１時点ｔ_０から、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に周波数を推定してもよい。また、周波数推定部３３は、第１時点ｔ_０から、所定時間間隔毎（区間毎）に周波数を推定してもよい。周波数推定部３３は、推定した時刻毎の周波数ω（ｔ）を周期信号生成部３５へ出力する。なお、周波数推定部３３による周波数推定方法の一例については、図７を参照して後述する。

位相推定部３４は、受信信号の時間波形を解析して、受信信号に含まれるノイズ信号の位相を推定する。ノイズ信号の位相は、時間変化する。そのため、位相推定部３４は、第１時点ｔ_０から、ノイズ信号の時刻毎の位相θ（ｔ）を推定する。例えば、位相推定部３４は、第１のサンプリング周期のサンプリングタイミング毎の位相を推定する。また、位相推定部３４は、それぞれの区間では、位相θ（ｔ）の時間変化が一定とみなし、区間毎に位相θ（ｔ）を推定してもよい。位相推定部３４は、推定された第１のサンプリング周期のサンプリングタイミング毎の位相θ（ｔ）を周期信号生成部３５へ出力する。なお、位相推定部３４による位相推定方法の一例については、図８を参照して後述する。

周期信号生成部３５は、周波数推定部３３によって推定された周波数および位相推定部３４によって推定された位相に基づき、ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成する。例えば、周期信号生成部３５は、第１サンプリング周期の時系列データである周期信号を生成する。周期信号生成部３５は、生成された周期信号をレプリカ信号生成部３８へ出力する。

周期信号は、例えば図６の実線Ａに示すような、推定された周波数および位相を有するサイン関数波形であってよい。図６は、周期信号、振幅信号およびレプリカ信号の一例を示す図である。この場合、周期信号生成部３５は、推定された周波数ω（ｔ）および位相θ（ｔ）に基づき、サイン関数波形である周期関数ｓｉｎ（ω（ｔ）ｔ＋θ（ｔ））を生成する。そして、周期信号生成部３５は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に、生成された周期関数に時刻を代入して、周期信号のサンプリングデータを生成する。

また、区間毎に周波数ω（ｔ）および位相θ（ｔ）が推定された場合、周期信号生成部３５は、第１時点ｔ_０から区間毎に、推定された周波数ω（ｔ）および位相θ（ｔ）の周期波形を表す周期関数（例えばサイン関数）を生成する。そして、周期信号生成部３５は、区間毎に生成した周期関数に基づき、周期信号を生成する。

振幅推定部３６は、受信信号の波形を解析して、受信信号に含まれるノイズ信号の振幅の時間変化を推定する。例えば、振幅推定部３６は、ノイズ信号の振幅の時間変化を表すデータ列に対して、ノイズ信号の振幅特性を表す予め定められた関数を最小二乗法等によりフィッティングして、ノイズ信号の振幅波形を表す振幅関数Ａ（ｔ）を生成する。そして、振幅推定部３６は、生成された振幅関数Ａ（ｔ）を振幅信号生成部３７へ出力する。

振幅信号は、例えば図６の破線Ｂに示すように、０から上昇してピークとなり、その後減少する。従って、ノイズ信号の振幅特性を表す関数は、このような振幅信号の波形を出力することができる関数であることが好ましい。

振幅推定部３６は、例えば、３次関数ａｔ^３＋ｂｔ^２＋ｃｔ＋ｄを予め定められた関数として用いてよい。この場合、振幅推定部３６は、ノイズ信号の振幅の時間変化を表すデータ列に対して３次関数を最小二乗法によりフィッティングし、３次関数の係数ａ、ｂ、ｃ、およびｄをそれぞれ決定する。また、振幅推定部３６は、第１時点ｔ_０における振幅が０となるように、３次関数の各係数を決定する。

そして、振幅推定部３６は、決定された係数ａ、ｂ、ｃ、およびｄを有する３次関数を振幅関数Ａ（ｔ）として生成する。振幅推定部３６は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に、生成された振幅関数Ａ（ｔ）に時刻を代入して、振幅信号のサンプリングデータを生成する。なお、振幅推定部３６は、振幅信号の波形を表す部分を有する関数であれば、３次関数に限らず、５次関数等の他の関数を用いて振幅関数Ａ（ｔ）を生成してもよい。なお、振幅推定部３６による振幅変化の推定方法の一例については、図９を参照してさらに後述する。

振幅信号生成部３７は、振幅推定部３６によって推定された振幅関数Ａ（ｔ）に所定の倍率αを乗算することにより、ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号αＡ（ｔ）を生成する。所定の倍率αは、例えば測定システム１０の管理者等により予め設定される。例えば、振幅信号生成部３７は、第１サンプリング周期の時系列データである振幅信号αＡ（ｔ）を生成する。振幅信号生成部３７は、生成された振幅信号αＡ（ｔ）をレプリカ信号生成部３８へ出力する。

レプリカ信号生成部３８は、周期信号生成部３５により生成された周期信号と、振幅信号生成部３７により生成された振幅信号とに基づき、ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成する。例えば、レプリカ信号生成部３８は、周期信号と振幅信号とを乗算することによりレプリカ信号を生成する。例えば、レプリカ信号生成部３８は、第１サンプリング周期の時系列データであるレプリカ信号を生成する。

例えば、周期信号が図６の実線Ａに示す波形、振幅信号が図６の破線Ｂに示す波形である場合、レプリカ信号は、図６の太線Ｃに示すような波形となる。レプリカ信号生成部３８は、同一時刻における周期信号のサンプリングデータと振幅信号のサンプリングデータとを乗算することにより、レプリカ信号を生成する。レプリカ信号生成部３８は、生成されたレプリカ信号を抑圧部３９へ出力する。

抑圧部３９は、内挿部３２から出力された受信信号と、レプリカ信号生成部３８から出力されたレプリカ信号とを合成することにより受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧する。例えば、抑圧部３９は、受信信号からレプリカ信号を減算することにより受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧する。

例えば、抑圧部３９は、内挿部３２から出力された受信信号のサンプリングデータから、同一時刻におけるレプリカ信号のサンプリングデータを減算することにより受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧する。そして、抑圧部３９は、ノイズ信号が抑圧された受信信号を抑圧後信号記憶部４０へ出力する。

抑圧後信号記憶部４０は、抑圧部３９から出力された、ノイズ信号が抑圧された受信信号を記憶する。抑圧後信号記憶部４０は、例えば外部装置からの要求に応じて、ノイズ信号が抑圧された受信信号を出力する。

［周波数、位相および振幅変化の推定］
図７は、周波数推定のために検出された頂点間の時間差の一例を示す図である。例えば、周波数推定部３３は、受信信号の時間波形における隣接する頂点の時刻の時間差に基づき、ノイズ信号における周波数を推定する。

まず、周波数推定部３３は、受信信号の時間波形における各頂点の時刻を検出する。例えば、周波数推定部３３は、受信信号の時間波形を微分した微分波形を生成し、微分値が０となる時刻（または微分値の正負が反転する時刻）を頂点の時刻として検出する。続いて、周波数推定部３３は、隣接する２つの頂点間の時間差（Δｔ_１，Δｔ_２，Δｔ_３，…）を算出する。そして、周波数推定部３３は、算出した時間差の逆数（１／Δｔ_１，１／Δｔ_２，１／Δｔ_３，…）に基づき、時刻毎のノイズ信号の周波数を推定する。

なお、周波数推定部３３は、第１時点ｔ_０から区間毎に周波数を推定してもよい。すなわち、周波数推定部３３は、同一の区間内では周波数が一定であると推定してもよい。例えば、周波数推定部３３は、第１時点ｔ_０から最初に時間差が得られる頂点（すなわち、２番目の頂点）までの時刻を１つの区間とし、以後、頂点毎に区間の境界を設定してもよい。これにより、各区間には、少なくとも２つの頂点が含まれることになる。なお、少なくとも１つの区間内において２以上の頂点が含まれれば、周波数推定部３３は、どのような区間を設定してもよい。例えば、１つの区間内に３以上の頂点が含まれる場合には、周波数推定部３３は、頂点間の時間差の平均値に基づき、周波数を推定してもよい。

図８は、位相推定のために検出された変曲点の時刻の一例を示す図である。例えば、位相推定部３４は、受信信号の時間波形における変曲点の時刻に基づき、ノイズ信号における前記位相を推定する。

まず、位相推定部３４は、受信信号の時間波形における変曲点の時刻を検出する。例えば、位相推定部３４は、受信信号の時間波形を２次微分した２次微分波形を生成し、２次微分値が０となる時刻（または２次微分値の正負が反転する時刻）を変曲点の時刻（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…）として検出する。そして、位相推定部３４は、検出された変曲点の時刻（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…）に基づき、第１のサンプリング周期のサンプリングタイミング毎のノイズ信号の位相を推定する。位相推定部３４は、例えば、変曲点の各時刻（ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，…）における位相をπの整数倍として、位相の時間変化を直線または曲線により近似する。

なお、位相推定部３４は、第１時点ｔ_０から区間毎に位相の変化を直線近似してもよい。すなわち、位相推定部３４は、同一の区間内では位相が一定の傾きで変化すると推定してもよい。例えば、位相推定部３４は、第１時点ｔ_０から最初に得られる変曲点（すなわち、１番目の変曲点）までの時刻を１つの区間とし、以後、変曲点毎に区間の境界を設定し、それぞれの区間において各時刻の位相を推定する。この場合、第１時点ｔ_０における位相は、例えばπ／２と仮定してもよい。なお、少なくとも１つの区間内において１以上の変曲点が含まれれば、位相推定部３４は、どのような区間を設定してもよい。例えば、１つの区間内に２以上の変曲点が含まれる場合には、位相推定部３４は、区間内に含まれる変曲点において位相がπの整数倍となるような直線または曲線で位相の時間変化を近似してもよい。

また、周波数推定部３３による周波数推定のための区間と、位相推定部３４による位相推定のための区間とは一致していてもよい。この場合、周期信号生成部３５は、第１時点ｔ_０から区間毎に、推定された周波数および位相の時間波形を表す周期関数を生成し、生成された周期関数に基づき周期信号を生成する。これにより、周期信号生成部３５は、区間毎に滑らかな波形の周期信号を生成することができる。

図９は、振幅変化推定のために検出された頂点間の強度差の一例を示す図である。振幅推定部３６は、受信信号の時間波形における隣接する頂点の強度差に基づき、ノイズ信号における振幅の時間変化を推定する。

まず、振幅推定部３６は、受信信号の時間波形における頂点の時刻を検出する。例えば、振幅推定部３６は、受信信号の時間波形を微分した微分波形を生成し、微分値が０となる時刻（または微分値の正負が反転する時刻）を頂点の時刻として検出する。続いて、振幅推定部３６は、隣接する２つの頂点間の強度差（Δｇ_１，Δｇ_２，Δｇ_３，…）を算出する。そして、振幅推定部３６は、算出した頂点の時刻毎の強度差を表すデータ列に、予め定められた関数（例えば３次関数）をフィッティングして、振幅信号の波形を表す振幅関数Ａ（ｔ）を生成する。

［実施例１の測定システム１０の処理］
図１０は、実施例１におけるノイズ抑圧装置３０によって行われる処理の一例を示すフローチャートである。測定システム１０は、例えば対象物１１を分析する際に、図１０のフローチャートに示す処理を実行する。

まず、送信装置２１は、送信信号を対象物１１に送信する（Ｓ１０１）。送信信号は、第１時点ｔ_０において信号強度が第１値から第２値に変化する。対象物１１は、送信信号を受けると、送信信号に応じて電磁誘導信号を放射する。

次に、受信装置２２は、対象物１１から放射された電磁誘導信号を、受信信号として受信する（Ｓ１０２）。受信信号には、対象物１１から放射された電磁誘導信号の成分である対象信号と、ノイズ成分であるノイズ信号とが含まれる。受信装置２２は、対象物１１から受信した受信信号をノイズ抑圧装置３０へ出力する。受信装置２２から出力された受信信号は、ノイズ抑圧装置３０の受信信号記憶部３１に記憶される。

次に、ノイズ抑圧装置３０の内挿部３２は、受信信号記憶部３１に記憶された受信信号を補間し、例えば第１サンプリング周期でサンプリングされた時系列データの受信信号を生成する（Ｓ１０３）。内挿部３２は、例えば、スプライン補間法等により受信信号を補間する。

次に、周波数推定部３３は、受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定する（Ｓ１０４）。例えば、周波数推定部３３は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に周波数を推定してもよいし、区間毎に周波数を推定してもよい。

次に、位相推定部３４は、受信信号に含まれるノイズ信号の位相を推定する（Ｓ１０５）。例えば、周波数推定部３３は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に位相を推定してもよいし、区間毎に位相を推定してもよい。

次に、周期信号生成部３５は、推定された周波数および推定された位相に基づき、ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成する（Ｓ１０６）。例えば、周期信号生成部３５は、推定された周波数および位相に基づき、サイン関数である周期関数を生成する。そして、周期信号生成部３５は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に、生成した周期関数に時刻を代入して、周期信号のサンプリングデータを生成する。

次に、振幅推定部３６は、受信信号に含まれるノイズ信号の振幅の時間変化を表す振幅関数Ａ（ｔ）を推定する（Ｓ１０７）。例えば、振幅推定部３６は、受信信号の振幅の時間変化を表すデータ列に対して、予め定められた関数（例えば３次関数）をフィッティングして、ノイズ信号の振幅波形を表す振幅関数Ａ（ｔ）を推定する。

次に、振幅信号生成部３７は、推定された振幅関数Ａ（ｔ）に基づき、ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成する（Ｓ１０８）。例えば、振幅信号生成部３７は、ノイズ信号の振幅の時間変化を表す振幅関数Ａ（ｔ）に対して、予め定められた倍率αを乗算することにより、振幅信号αＡ（ｔ）を生成する。そして、振幅信号生成部３７は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に、生成した振幅信号αＡ（ｔ）に時刻を代入して、振幅信号のサンプリングデータを生成する。

次に、レプリカ信号生成部３８は、生成された周期信号と、生成された振幅信号とに基づき、ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成する（Ｓ１０９）。例えば、レプリカ信号生成部３８は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に、周期信号のサンプリングデータと振幅信号のサンプリングデータとを乗算することにより、レプリカ信号のサンプリングデータを生成する。

次に、抑圧部３９は、補間された受信信号から、レプリカ信号を減算する（Ｓ１１０）。これにより、抑圧部３９は、受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧することができる。例えば、抑圧部３９は、第１サンプリング周期のサンプリングタイミング毎に、受信信号のサンプリングデータと、レプリカ信号のサンプリングデータを反転させたデータとを合成することにより、受信信号からレプリカ信号を減算する。そして、抑圧部３９は、受信信号からレプリカ信号を減算することによりノイズ信号が抑圧された受信信号を、抑圧後信号記憶部４０に記憶させる。抑圧後信号記憶部４０に記憶された、レプリカ信号が合成された後の受信信号の波形は、例えばノイズ抑圧装置３０に接続された分析装置によって取得される。Ｓ１１０の処理が終了すると、測定システム１０は、本フローチャートに示した動作を終了する。

［ノイズ抑圧後の波形］
図１１は、フィルタによってノイズ信号が抑圧された後の信号波形の一例を示す図である。図１２は、ノイズ抑圧装置３０によってノイズが抑圧された後の信号波形の一例を示す図である。

例えばＭＲＩ診断装置では、測定対象物とＭＲＩ診断装置との間で電波の反射が生じ、測定対象物から放射される電磁誘導信号の周波数成分に近い周波数成分のノイズ信号が、電磁誘導信号に重畳される。従って、ＭＲＩ診断装置が受信した受信信号に対してフィルタによりノイズ信号が抑圧された場合、例えば図１１の実線に示すように、ノイズ信号のみを精度良く抑圧することは難しく、測定対象物から放射される電磁誘導信号の成分の品質も劣化する。

これに対して、実施例１のノイズ抑圧装置３０では、ノイズ信号の周波数、位相および振幅の時間変化が推定され、推定された周波数、位相および振幅の時間変化に基づきレプリカ信号が生成される。そして、実施例１のノイズ抑圧装置３０では、受信信号とレプリカ信号とが合成される。これにより、実施例１のノイズ抑圧装置３０では、例えば図１２の実線に示すように、受信信号に含まれるノイズ信号が精度良く抑圧され、測定対象物から放射される電磁誘導信号の成分が高い品質で抽出される。

［実施例１の効果］
以上、実施例１について説明した。本実施例のノイズ抑圧装置３０は、周波数推定部３３と、位相推定部３４と、周期信号生成部３５と、振幅推定部３６と、振幅信号生成部３７と、レプリカ信号生成部３８と、抑圧部３９と、を有する。周波数推定部３３は、受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定する。位相推定部３４は、ノイズ信号の位相を推定する。周期信号生成部３５は、周波数および位相に基づき、ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成する。振幅推定部３６は、ノイズ信号の振幅の時間変化を推定する。振幅信号生成部３７は、振幅の時間変化に基づき、ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成する。レプリカ信号生成部３８は、周期信号と振幅信号とに基づき、ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成する。抑圧部３９は、受信信号とレプリカ信号とを合成することにより受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧する。これにより、本実施例のノイズ抑圧装置３０は、受信信号に含まれるノイズ信号を精度よく抑圧することができる。

また、上記した実施例において、受信信号は、対象信号と、ノイズ信号とを含む。対象信号の強度は、第１時点ｔ_０から減少を開始して所定強度に漸近する。ノイズ信号における周波数および位相は、時間変化する。ノイズ信号における振幅は、第１時点ｔ_０において０であり、第１時点ｔ_０から増加を開始し、ピークとなった後に減少する。そして、周波数推定部３３は、受信信号の時間波形における隣接する頂点の時刻の時間差に基づき、ノイズ信号における周波数を推定する。これにより、周波数推定部３３は、精度良くノイズ信号の周波数を推定することができる。従って、本実施例のノイズ抑圧装置３０は、周波数が時間変化するノイズ信号を精度よく抑圧することができる。

また、上記実施例において、位相推定部３４は、受信信号の時間波形における変曲点の時刻に基づき、ノイズ信号における位相を推定する。これにより、位相推定部３４は、精度良くノイズ信号の位相を推定することができる。従って、本実施例のノイズ抑圧装置３０は、位相が時間変化するノイズ信号を精度よく抑圧することができる。

また、上記実施例において、周波数推定部３３は、第１時点ｔ_０から区間毎に周波数を推定する。位相推定部３４は、第１時点ｔ_０から区間毎に位相を推定する。周期信号生成部３５は、第１時点ｔ_０から区間毎に、推定された周波数および位相の周期波形を表す周期関数を生成し、生成した周期関数に基づき周期信号を生成する。これにより、周期信号生成部３５は、周波数および位相が時間変化するノイズ信号の周期成分を表す波形を容易に生成することができる。従って、本実施例のノイズ抑圧装置３０は、周波数および位相が時間変化するノイズ信号を容易に抑圧することができる。

また、上記実施例において、振幅推定部３６は、受信信号における隣接する頂点の強度差に基づき、ノイズ信号における振幅の時間変化を推定する。振幅信号生成部３７は、振幅の時間変化を表す時系列データに対して、予め定められた種類の関数をフィッティングして振幅の時間変化を表す振幅関数を生成し、生成した振幅関数に基づき振幅信号を生成する。これにより、振幅推定部３６は、精度良くノイズ信号の振幅を推定することができる。また、振幅信号生成部３７は、振幅が時間変化するノイズ信号の振幅成分を表す波形を精度良く生成することができる。従って、本実施例のノイズ抑圧装置３０は、振幅が時間変化するノイズ信号を精度良く抑圧することができる。

前述の実施例１のノイズ抑圧装置３０では、振幅信号生成部３７によって振幅関数Ａ（ｔ）に乗算される倍率αの値が予め設定された固定値であった。これに対して、本実施例のノイズ抑圧装置３０では、測定システム１０の操作者等によって、倍率αの値が変更可能である点が、実施例１のノイズ抑圧装置３０と異なる。本実施例では、例えば、レプリカ信号が合成された後の受信信号の波形を評価する操作者等が、レプリカ信号が合成された後の受信信号が滑らかになるように、倍率αの値を調整する。以下、実施例１と異なる点を中心に説明する。実施例２における測定システム１０の構成は、図１を用いて説明した実施例１の測定システム１０と同様であるため、詳細な説明を省略する。また、実施例２におけるノイズ抑圧装置３０の構成は、図５を用いて説明した実施例１のノイズ抑圧装置３０と同様であるため、以下に説明する点を除き、略同一の機能の要素には同一の符号を付け、詳細な説明を省略する。

［実施例２のノイズ抑圧装置３０］
図１３は、実施例２におけるノイズ抑圧装置３０の一例を示すブロック図である。実施例２のノイズ抑圧装置３０は、操作受付部５１および制御部５２をさらに有する。

抑圧後信号記憶部４０に記憶された、レプリカ信号が合成された後の受信信号の波形は、例えばノイズ抑圧装置３０に接続された分析装置の表示部に表示される。レプリカ信号が合成された後の受信信号の波形を評価する操作者等は、表示部に表示された受信信号が滑らかか否かを判定する。そして、受信信号が滑らかでないと判定した場合、操作者等は、ノイズ抑圧装置３０に対して倍率αの値を調整する操作を行う。操作受付部５１は、操作者等から操作を受け付ける。そして、操作受付部５１は、受け付けた操作を示す操作情報を制御部５２へ出力する。

制御部５２は、操作受付部５１から出力された操作情報に応じて、倍率αの値を変更する。振幅信号生成部３７は、変更後の倍率αを用いて、振幅信号αＡ（ｔ）を生成する。

［実施例２の測定システム１０の処理］
図１４は、実施例２におけるノイズ抑圧装置３０によって行われる処理の一例を示すフローチャートである。測定システム１０は、所定のタイミング毎に、図１４のフローチャートに示す処理を実行する。なお、図１４において、図１０と同一の符号が付された処理は、図１０のフローチャートにおいて説明された処理と同様であるため、説明を省略する。

まず、Ｓ１０１からＳ１１０に示した処理が実行される。次に、操作受付部５１は、操作者等から倍率αの値を調整する操作を受け付けたか否かを判定する（Ｓ１１１）。倍率αの値を調整する操作を受け付けていない場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、操作受付部５１は、再びステップＳ１１１に示した処理を実行する。一方、倍率αの値を調整する操作を受け付けた場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、操作受付部５１は、操作情報を制御部５２へ出力する。操作情報は、終了操作、増加操作、または減少操作のいずれかを示す。

次に、制御部５２は、操作情報が終了操作を示すか否かを判定する（Ｓ１１２）。操作情報が終了操作を示す場合（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、ノイズ抑圧装置３０は、本フローチャートに示した処理を終了する。一方、操作情報が終了操作を示していない場合（Ｓ１１２：Ｎｏ）、制御部５２は、操作情報が増加操作を示すか否かを判定する（Ｓ１１３）。操作情報が増加操作を示す場合（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、制御部５２は、倍率αの値を所定量増加させる（Ｓ１１４）。そして、再びステップＳ１０１に示した処理が実行される。一方、操作情報が増加操作を示していない場合（Ｓ１１３：Ｎｏ）、即ち、操作情報が減少操作を示す場合、制御部５２は、倍率αの値を所定量減少させる（Ｓ１１５）。そして、再びステップＳ１０１に示した処理が実行される。

［実施例２の効果］
以上、実施例２について説明した。本実施例のノイズ抑圧装置３０は、操作者等から受け付けた操作に応じて倍率αの値を変更する。これにより、本実施例のノイズ抑圧装置３０は、受信信号に含まれるノイズ信号をより精度よく抑圧することができる。

［ハードウェア］
図１５は、ノイズ抑圧装置３０のハードウェアの一例を示す図である。ノイズ抑圧装置３０は、例えば図１５に示すように、メモリ２００、プロセッサ２０１、およびインターフェイス回路２０２を有する。

インターフェイス回路２０２は、所定の通信規格に従って、受信装置２２から受信信号を取得する。メモリ２００には、ノイズ抑圧装置３０の機能を実現するためのプログラムやデータ等が格納されている。プロセッサ２０１は、メモリ２００から読み出したプログラムを実行し、インターフェイス回路２０２等と協働することにより、ノイズ抑圧装置３０の各機能を実現する。具体的には、プロセッサ２０１は、例えば、内挿部３２、周波数推定部３３、位相推定部３４、周期信号生成部３５、振幅推定部３６、振幅信号生成部３７、レプリカ信号生成部３８、抑圧部３９、操作受付部５１、および制御部５２等の各機能を実現する。

［その他］
なお、開示の技術は、上記した実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記した各実施例において、ノイズ抑圧装置３０は、受信装置２２とは別個の装置として設けられているが、開示の技術はこれに限られない。ノイズ抑圧装置３０は、例えば、受信装置２２の内部に設けられていてもよい。

また、上記した各実施例において、ノイズ抑圧装置３０が有する処理ブロックは、実施例におけるノイズ抑圧装置３０の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて機能別に区分したものである。そのため、処理ブロックの区分方法やその名称によって、開示の技術が制限されることはない。また、上記した実施例におけるノイズ抑圧装置３０が有する各処理ブロックは、処理内容に応じてさらに多くの処理ブロックに細分化することもできるし、複数の処理ブロックを１つの処理ブロックに統合することもできる。また、それぞれの処理ブロックによって実行される処理は、ソフトウェアによる処理として実現されてもよく、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用のハードウェアにより実現されてもよい。

１０ 測定システム
１１ 対象物
２１ 送信装置
２２ 受信装置
３０ ノイズ抑圧装置
３１ 受信信号記憶部
３２ 内挿部
３３ 周波数推定部
３４ 位相推定部
３５ 周期信号生成部
３６ 振幅推定部
３７ 振幅信号生成部
３８ レプリカ信号生成部
３９ 抑圧部
４０ 抑圧後信号記憶部
５１ 操作受付部
５２ 制御部
２００ メモリ
２０１ プロセッサ
２０２ インターフェイス回路

Claims (9)

1. 受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定する周波数推定部と、
   前記ノイズ信号の位相を推定する位相推定部と、
   前記周波数および前記位相に基づき、前記ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成する周期信号生成部と、
   前記ノイズ信号の振幅の時間変化を推定する振幅推定部と、
   前記振幅の時間変化に基づき、前記ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成する振幅信号生成部と、
   前記周期信号と前記振幅信号とに基づき、前記ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
   前記受信信号と前記レプリカ信号とを合成することにより前記受信信号に含まれる前記ノイズ信号を抑圧する抑圧部と、
   を備え、
   前記周波数推定部は、前記受信信号の時間波形における隣接する頂点の時刻の時間差に基づき、前記ノイズ信号における前記周波数を推定することを特徴とするノイズ抑圧装置。
2. 前記受信信号は、対象信号と、前記ノイズ信号とを含み、
   前記対象信号の強度は、第１時点から減少を開始して所定強度に漸近し、
   前記ノイズ信号における前記周波数および前記位相は、時間変化し、
   前記ノイズ信号における前記振幅は、前記第１時点において０であり、前記第１時点から増加を開始し、ピークとなった後に減少する
   ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑圧装置。
3. 前記位相推定部は、前記受信信号の時間波形における変曲点の時刻に基づき、前記ノイズ信号における前記位相を推定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のノイズ抑圧装置。
4. 前記周波数推定部は、前記第１時点から区間毎に前記周波数を推定し、
   前記位相推定部は、前記第１時点から前記区間毎に前記位相を推定し、
   前記周期信号生成部は、前記第１時点から前記区間毎に、推定された前記周波数および前記位相の周期波形を表す周期関数を生成し、生成した前記周期関数に基づき前記周期信号を生成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のノイズ抑圧装置。
5. 前記振幅推定部は、前記受信信号の時間波形における隣接する頂点の強度差に基づき、前記ノイズ信号における前記振幅の時間変化を推定する
   ことを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のノイズ抑圧装置。
6. 前記振幅推定部は、前記振幅の時間変化を表す時系列データに対して、予め定められた種類の関数をフィッティングして前記振幅の時間変化を表す振幅関数を生成する
   ことを特徴とする請求項５に記載のノイズ抑圧装置。
7. 第１時点において強度が第１値から第２値に変化する送信信号を対象物に送信する送信装置と、
   前記送信信号に応じて前記対象物から放射された受信信号を受信する受信装置と、
   前記受信装置により受信された前記受信信号に含まれるノイズ信号を抑圧するノイズ抑圧装置と、
   を備え、
   前記ノイズ抑圧装置は、
   前記ノイズ信号の周波数を推定する周波数推定部と、
   前記ノイズ信号の位相を推定する位相推定部と、
   前記周波数および前記位相に基づき、前記ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成する周期信号生成部と、
   前記ノイズ信号の振幅の時間変化を推定する振幅推定部と、
   前記振幅の時間変化に基づき、前記ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成する振幅信号生成部と、
   前記周期信号と前記振幅信号とに基づき、前記ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
   前記受信信号と前記レプリカ信号とを合成することにより前記受信信号に含まれる前記ノイズ信号を抑圧する抑圧部と、
   を有し、
   前記周波数推定部は、前記受信信号の時間波形における隣接する頂点の時刻の時間差に基づき、前記ノイズ信号における前記周波数を推定することを特徴とする測定システム。
8. ノイズ抑圧装置が、
   受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定し、
   前記ノイズ信号の位相を推定し、
   前記周波数および前記位相に基づき、前記ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成し、
   前記ノイズ信号の振幅の時間変化を推定し、
   前記振幅の時間変化に基づき、前記ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成し、
   前記周期信号と前記振幅信号とに基づき、前記ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成し、
   前記受信信号と前記レプリカ信号とを合成することにより前記受信信号に含まれる前記ノイズ信号を抑圧する
   処理を実行し、
   前記周波数を推定する処理は、前記受信信号の時間波形における隣接する頂点の時刻の時間差に基づき、前記ノイズ信号における前記周波数を推定することを特徴とするノイズ抑圧方法。
9. コンピュータに、
   受信信号に含まれるノイズ信号の周波数を推定し、
   前記ノイズ信号の位相を推定し、
   前記周波数および前記位相に基づき、前記ノイズ信号の周期成分を表す周期信号を生成し、
   前記ノイズ信号の振幅の時間変化を推定し、
   前記振幅の時間変化に基づき、前記ノイズ信号の振幅成分を表す振幅信号を生成し、
   前記周期信号と前記振幅信号とに基づき、前記ノイズ信号を表すレプリカ信号を生成し、
   前記受信信号と前記レプリカ信号とを合成することにより前記受信信号に含まれる前記ノイズ信号を抑圧する
   処理を実行させ、
   前記周波数を推定する処理は、前記受信信号の時間波形における隣接する頂点の時刻の時間差に基づき、前記ノイズ信号における前記周波数を推定することを特徴とするプログラム。

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