JP7059503B2 - 超音波伝搬映像の画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探傷による非破壊検査、詳しくはレーザ超音波を利用する被検体の欠陥の映像化に関し、さらに詳しくは欠陥の高精度検出、欠陥位置の特定を容易にする超音波伝搬映像の画像処理方法に関する。

超音波伝搬映像の画像処理方法として、本願発明者の高坪等が開発した特許文献１の発明が公開されている。

特許文献１の発明は、超音波が被検体表面を伝搬する挙動を動画映像として計測・表示する方法に関し、
機器の調整が容易で作業性もよく、また、非接触での高感度な測定が可能な製造や検査等の現場での利用に適した超音波伝搬の映像化方法および装置であって、
要約すると、
発振レーザによって、被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、これら複数の計測点で熱励起超音波を発生させ、この超音波を、被検体に装着し固定した受信用圧電センサで前記レーザ光のパルスと同期して検出し、この検出した信号をＡ／Ｄ変換器（デジタルオシロスコープ）により波形列データとしてパソコンに収録し、パソコンにより、収録した波形列データを各時刻における振幅値を輝度変調して画像化し、これらの画像を時系列的に連続表示することにより、映像化していた。

その原理は、
例えば、あるＡ点にレーザ光を照射して熱励起超音波を発生させ、この超音波をＢ点の圧電センサで検出した波は、逆に、Ｂ点にレーザ光を照射して熱励起超音波を発生させ、この超音波をＡ点で検出した波とほぼ同一になる。

この超音波伝搬の可逆性を利用すれば、発振レーザを走査させながら、その走査路に沿ってパルスレーザ光を複数の計測点で照射して熱励起超音波を発生させ、この超音波を固定圧電センサで検出した波形列（計測点の数に対応した波形の集合）は、逆に、圧電センサ位置にレーザ光を照射したときに発生する超音波を、圧電センサを走査させながら検出した波形列と同一だと見なすことができる。

そして、発振レーザを走査させたときの検出波形列の各時刻における振幅値を輝度変調して画像化し（等高線図を作り）、この画像化した画像を時系列的に連続表示させると、その映像は、受信点で発信した超音波の伝搬映像となる。

特許文献１の発明は、受信レーザや受信センサを走査させるのではなく、逆に、発振レーザを走査させて固定圧電素子で受信しているので、非接触で高感度な計測が可能となる。

よって、被検体が平坦であること、レーザ光を被検体に垂直に当てかつ一定の焦点距離を保たなければならないこと等、従来の受信レーザや受信センサを走査する場合に必要である事項が、本発明では厳格に要求されない。よって、本発明によれば、作業性が良く、精度においても従来技術に較べると改善される。

特許文献１の発明のより具体的な構成は、特許文献１の特許公報（４５９５１１７号）の特許請求の範囲に記載の通りで、下記に転載した。
（請求項１）
被検体の表面を走査してパルスレーザ光の走査路の複数の計測点に照射し、熱励起超音波を発生させる発振レーザと、前記被検体に装着して固定され、前記複数の計測点で発生した前記熱励起超音波を前記レーザ光のパルスと同期して検出する受信用圧電センサとを備えた、被検体上を伝搬する超音波の映像化装置。
（請求項２）
被検体の表面を走査してパルスレーザ光の走査路の複数の計測点に照射し、熱励起超音波を発生させる発振レーザと、前記被検体に装着して固定され、前記複数の計測点で発生した前記熱励起超音波を前記レーザ光のパルスと同期して検出する受信用圧電センサと、Ａ／Ｄ変換器と、パソコンとを備えた、被検体上を伝搬する超音波の映像化装置であって、
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記受信用圧電センサで検出した超音波に係る信号をＡ／Ｄ変換して波形列データを得て、
前記パソコンは、前記波形列データを収録し、該波形列データの、各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することを特徴とする、被検体上を伝搬する超音波の映像化装置。
（請求項３）
前記画像化して得た画像を時系列的に連続表示することを特徴とする、請求項２記載の被検体上を伝搬する超音波の映像化装置。
（請求項４）
発振レーザによって、被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、前記複数の計測点に熱励起超音波を発生させ、該超音波を、前記被検体に装着して固定した受信用圧電センサで前記レーザ光のパルスと同期して検出し、該検出した信号を波形列データとして、該波形列データの各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することを特徴とする、被検体上を伝搬する超音波の映像化方法。
（請求項５）
発振レーザによって、被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、前記複数の計測点に熱励起超音波を発生させ、該超音波を、被検体に装着し固定した受信用圧電センサで前記レーザ光のパルスと同期して検出し、該検出した信号をＡ／Ｄ変換器により波形列データとしてパソコンに収録し、該パソコンにより、前記収録した波形列データを各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することを特徴とする、被検体上を伝搬する超音波の映像化方法。
（請求項６）
前記画像化して得た画像を時系列的に連続表示することを特徴とする、請求項４又は５記載の被検体上を伝搬する超音波の映像化方法。とするものである。

しかしながら、従来の特許文献１の技術では、欠陥からの超音波反射波（後退波）である欠陥エコーが小さい場合には、超音波の前進波の映像の中に欠陥エコーが埋もれて、被検体の欠陥が見逃されることが起きていた。
また、欠陥エコーを抽出し或いは強調して映像化できたとしても、それが実際の被検体のどの場所から発生しているのか、位置を特定することが難しかった。

特開２００６－３００６３４号公報

そこで、本発明は、特許文献１の発明に新たな技術を付加することで、被検体にレーザを照射し、被検体の鮮明な超音波映像を取得して、被検体の欠陥の高精度検出、欠陥位置の特定を容易にする超音波伝搬映像の画像処理方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、
（１）
被検体の表面を走査するとともに、複数の計測点に照射され、熱励起の超音波を発生させるパルスレーザ光を生成するパルスレーザ発振器と、
前記被検体に装着して固定され前記複数の計測点で発生した前記熱励起の超音波を前記パルスレーザ光のパルスと同期して検出する受信センサを備える超音波伝搬映像装置によって取得された前記被検体上を伝搬する超音波伝搬映像において、
前記超音波伝搬映像を構成する前記計測点の波形の画像データの集合から、
前記超音波の前進波がＸ軸方向に進む場合、
Ｘ軸方向の複数の行から１つ行のＢスコープデータを抽出し、
前記Ｂスコープデータを二次元フーリエ変換して複素平面上に表し、
二次元フーリエ変換データ上の前記前進波成分をゼロ
すなわち、
前記前進波がＸ軸の正方向に進む場合には、第二象限及び第四象限の成分をゼロ、
前記前進波がＸ軸の正と逆の負方向に進む場合には、第一象限及び第三象限の成分をゼロ、
にしたうえで逆フーリエ変換し、
得られた行データについて前記Ｂスコープデータを抽出したもとの行位置に戻す第一前進波除去処理を行い、
さらに、残りの全ての行についても前記第一前進波除去処理を繰り返し行い、
または、
前記超音波の前進波がＹ軸方向に進む場合には、
Ｙ軸方向の複数の列から１つ列のＢスコープデータを抽出し、
前記Ｂスコープデータを二次元フーリエ変換して複素平面上に表し、
二次元フーリエ変換データ上の前記前進波成分をゼロ
すなわち、
前記前進波がＹ軸の正方向に進む場合には、第二象限及び第四象限の成分をゼロ、
前記前進波がＹ軸の正と逆の負方向に進む場合には、第一象限及び第三象限の成分をゼロ、
にしたうえで逆フーリエ変換し、
得られた列データについて前記Ｂスコープデータを抽出したもとの列位置に戻す第二前進波除去処理を行い、
さらに、残りの全ての列についても前記第二前進波除去処理を繰り返し行い、
前記第一又は第二前進波除去装置を行うことで、前記超音波伝搬映像から前記前進波が消去或いは低減し、
前記被検体の欠陥に由来する前記超音波の後退波である欠陥エコーを抽出或いは強調表示した鮮明超音波伝搬映像を得ることを特徴とする
超音波伝搬映像の画像処理方法。
（２）
前記被検体を撮影したデジタル形式のカメラ画像と、
（１）に記載の超音波伝搬映像の画像処理方法によって得られた前記鮮明超音波伝搬映像において走査枠で切り抜いたトリミング画像を、
前記カメラ画像のカメラ座標と前記トリミング画像の走査枠座標を対応させ、
前記カメラ画像における前記被検体の位置と前記鮮明超音波伝搬映像における被検体の位置を一致させて融合し、被検体上で超音波が伝搬するスーパーインポーズ映像を得ることを特徴とする
超音波伝搬映像の画像処理方法。
とした。

本発明は、超音波伝搬映像の中から前進波を消去し、欠陥エコー（後退波）を抽出、強調する画像処理方法であるので、鮮明な超音波伝搬映像での確認ができるため、被検体の欠陥の高精度検出を実現でき、被検体における小さな欠陥の見落としも少なくなる。また、欠陥エコーの最大振幅分布図（静止画）で欠陥の有無や欠陥位置を判定できるので、検査時間の短縮につながる。

また、本発明は、被検体写真（カメラ画像）に超音波伝搬動画映像を重ねて表示する方法であるので、被検体の上を超音波が伝搬しているようなリアリティのある映像で観察でき、被検体における欠陥エコー（欠陥）位置の特定を容易になり、さらに、欠陥の見落としも減り、検査時間の短縮にもつながる。

本発明の超音波伝搬映像の画像処理方法に適用する各情報を取得する機器概要図である。図１（Ａ）は全体模式図、図１（Ｂ）はだ光学系の拡大模式図である。 パルスレーザ光の走査方法、計測点、画像データの説明図である。 従来の超音波映像元映像を元に、本願発明の処理方法を適用して得られる映像についての概略図である。 パルスレーザ光の照射によって生じた超音波の前進波の消去方法についての説明図である。 被検体のカメラ画像に、本願発明で処理して得られた鮮明超音波伝搬映像をスーパーインポーズするための前処理の説明図Ａ、Ｂである。 被検体のカメラ画像に、本願発明で処理して得られた鮮明超音波伝搬映像をスーパーインポーズするための前処理の説明図Ｃ、Ｄである。 被検体のカメラ画像に、本願発明で処理して得られた鮮明超音波伝搬映像をスーパーインポーズするための前処理の説明図Ｅ、Ｆである。 被検体と、本願発明で処理して得られた超音波伝搬映像をスーパーインポーズして、欠陥エコーを強調する手法の説明図である。 本願発明の画像処理方法で処理して得られた実施例２（被検体：Ｔ字金属ブロック）の鮮明超音波伝搬映像の説明である。 本願発明の画像処理方法で処理して得られた実施例３（被検体：アングル）の鮮明超音波伝搬映像の説明である。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はそれら実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の超音波伝搬映像の画像処理方法に適用する各情報を取得し、被検体の欠陥を強調表示可能な鮮明超音波伝搬映像８ａを生成する超音波伝搬映像装置１の基本構成を示した。計測、映像化原理は、特許文献１に詳述されているので、ここでは、超音波伝搬映像装置１の概要を説明する。詳しくは、特許文献１を参照のこと。

超音波伝搬映像装置１は、図１（Ａ）に示すように、レーザ発振器２と、ミラー装置３と、被検体４に固定される受信センサ５と、増幅器６と、Ａ／Ｄ変換器７と、パソコン８と、カメラ９を備えている。

レーザ発振器２は、パソコン８からの制御信号８ｂで、被検体４に向けて１０Ｈｚ程度の周期でパルスレーザ光２ａを照射するためのもので、例えば、ＹＡＧレーザ発振器等が例示できる。

ミラー装置３は、回転する軸３ｂと軸３ｂに設けた回転するミラー３ａと、さらに、ダイクロイックミラー３ｃと、光源３ｄを含み、パソコン８からの制御信号８ｃで駆動が制御され、ミラー３ａを回転させることで、レーザ発振器２で生成されたパルスレーザ光２ａを被検体４の表面で走査路２ｂに沿って格子状に走査させる。回転するミラー３ａとして、例えば、ガルバノミラーなどが採用できる。

図１（Ｂ）に抽出した光学系に示すように、レーザ発振器２とミラー３ａの間に、ダイクロイックミラー３ｃの中心面が、パルスレーザ光２ａの進行方向に対して角度４５°になるよう配置する。レーザ発振器２から出射するパルスレーザ光２ａの波長は１０６４ｎｍであるので、ダイクロイックミラー３ｃの特性により、パルスレーザ光２ａはそのまま透過（直進）する。

また、レーザ発振器２のパルスレーザ光２ａの光路と直交（ダイクロイックミラー３ｃまで）するガイド光３ｅを照射する光源３ｄ（波長５３２ｎｍ）を備える。ガイド光３ｅは可視光で、ダイクロイックミラー３ｃに照射されると反射され、反射されたガイド光３ｅは、透過されたパルスレーザ光２ａと合流する。そして、ガイド光３ｅは、パルスレーザ光２ａとミラー３ａの同じ位置に照射するように調整される。ガイド光３ｅは可視光であるので、パルスレーザ光２ａが見えなくても、ガイド光３ｅによってパルスレーザ光２ａの位置を把握することができる。

計測点２ｃは、走査路２ｂ上に、任意の数、縦横各１００点、合計１０，０００点程度設定される。

パルスレーザ光２ａが被検体４に照射されると、被検体４の計測点２ｃは急激な熱膨張が生じ、それに伴い、熱励起の超音波が発生する。

受信センサ５は、パルスレーザ光２ａのパルスと同期して、各計測点２ｃで発生した熱励起の超音波を電気的に検出する。受信センサ５として、例えば、圧電素子センサ、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサなど採用できる。受信センサ５により検出された検出電気信号５ａは、増幅器６で増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器７（デジタルオシロスコープ）でデジタル信号７ａに変換され、波形７ｂの画像データ７ｃとしてパソコン８に送信、格納され、超音波伝搬映像８ａの元データとなる。

以上の構成により、特許文献１同様に、パソコン８に格納された波形７ｂの画像データ７ｃから、各時刻（同一時刻）における振幅値についてパルスレーザ光２ａを照射した計測点２ｃにおける超音波変位と見なして、輝度変調（前記段落０００６参照）した画像を作成する。なお、走査路２ｂはＸ方向にＮｘ点、Ｙ方向にＮｙ点、総計測点２ｃはＮｘ＊Ｎｙ個になる。各計測点２ｃの同じ時刻の振幅値は、一つのＮｘ＊Ｎｙ個の振幅画像になる。

このようにして得た画像を、時系列的に連続表示（連続描画）すれば、あたかも、受信センサ５の固定位置で超音波が発振したかのような映像（鮮明超音波伝搬映像８ａ、後述のスーパーインポーズ映像８ｄ）となる。

カメラ９は、被検体４の欠陥位置の特定を容易にするため、本願発明の鮮明超音波伝搬映像８ａと被検体４のカメラ画像９ｂを融合（スーパーインポーズ）し、スーパーインポーズ映像８ｄに利用するために被検体４の画像を取得し、有線、無線でパソコン８に送る。

鮮明超音波伝搬映像８ａは、２軸のミラー装置３によるパルスレーザ光２ａの走査で計測されるので、パルスレーザ光２ａの走査可能範囲（レーザ視野２ｄ）と、カメラ９の撮影範囲（カメラ視野９ａ）が、概ね一致するよう、カメラ９をミラー３ａの軸３ｂの中心に近い位置３ｆに取り付けて、被検体４を撮影すればよい。

そうすることで、鮮明超音波伝搬映像８ａと被検体の写真（カメラ画像）はほぼ同視野で取得したような画像になる。ただし、鮮明超音波伝搬映像８ａと被検体の写真の画像サイズや空間分解能（縦横の解像度）、Ｚ軸強度（超音波強度と写真色相・明暗）は異なる。カメラ９としては、Ｗｅｂカメラなどが採用できる。

ミラー装置３による視野（レーザ視野２ｄ）の角度は５０°程度あるので、その視野角内にある被検体４の写真（カメラ画像）を撮れるような視野角を有するカメラ９を、パルスレーザ光２ａの走査路Ｘ方向とカメラ９のモニターの枠の横方向が平行になるようにミラー装置３に取り付ける。走査路Ｘ方向とカメラ９のモニターの枠の横方向が平行でないと、レーザ視野２ｄとカメラ視野９ａとの対応関係がもっと複雑になり、カメラ画像をトリミングする時にそれを補正しなければならなくなり、煩雑となる。

図２は、パルスレーザ光の走査方法、計測点、画像データの説明図である。黒点が、計測点２ｃで、計測点２ｃごとに、波形７ｂのデータが生成され、パソコン８に送られる。ここでは、縦（Ｙ軸方向）にＮｙ行、横（Ｘ軸方向）にＮｘ列のデータが、パルスレーザ光２ａの走査路２ｂに沿って取得される。ここでは、点（Ｉｘ，Ｉｙ）の波形７ｂイメージを示した。

図３Ａは、従来の超音波伝搬映像１０であり、被検体４の欠陥に起因する欠陥エコー１０ｂが、前進波１０ａに埋もれ、明瞭でない。
図３Ｂは、Ａに、本願発明の処理方法を適用して得られる、鮮明超音波伝搬映像８ａである。前進波１０ａが消去、低減することで欠陥エコー８ｅが明瞭に視認できる。
図３Ｃは、Ｂの鮮明超音波伝搬映像８ａと被検体４が撮影されたカメラ画像９ｂと融合して、スーパーインポーズ映像８ｄとしたものである。欠陥エコー８ｅが被検体４のどの位置であるかも、容易に把握できる。左右点線は、視野幅が一致していることを示している（以下同様）。

図４は、パルスレーザ光２ａの照射によって生じた超音波の前進波１０ａの消去方法についての説明図である。

図４Ａは、従来の超音波伝搬映像１０で、欠陥エコー１０ｂが前進波１０ａに埋もれ、不明瞭である。そこで、欠陥エコー１０ｂを明瞭化するため、計測点行ごとに、Ｂスコープを抽出し、二次元フーリエ変換、そのデータを加工して、逆フーリエ変換操作などする。以下、欠陥エコー１０ｂの明瞭化（抽出）をより詳細に説明する。

図４Ａの前進波１０ａが右から左にＸ軸において負方向に進む場合について説明する。先ず、各行（図２に示すＮｙ）において、Ｂスコープを抽出する。図４Ｂが、図４Ａに示す行位置ＩｙのＢスコープ画像である。前進波１１ａは画像中において左上から右下に向かう縞模様であり、欠陥エコー１１ｂは前進波１１ａから右上に向け視認できる縞模様である。

次に、図４Ｂを二次元フーリエ変換処理する。図４Ｃが、その二次元フーリエ変換データ１２である。第一象限１２ａ、第三象限１２ｃに前進波１１ａの成分（前進波成分１２ｅ）が存在し、第二象限１２ｂ、第四象限１２ｄに欠陥エコー１１ｂの成分が存在する。したがって、第一象限１２ａ、第三象限１２ｃの前進波成分１２ｅをゼロにしたうえで逆フーリエ変換する。

得られた行データ（図４Ｄの前進波を消去したＢスコープ１１ｃ）についてＢスコープデータを抽出した元のＩｙ行に戻す（第一前進波除去処理）。その後、残りの全ての行についても第一前進波除去処理を繰り返し（ここでは、Ｎｙ回）行う。

一方、超音波の前進波が図４ＡのＸ軸において、図４Ａとは逆の正方向に進む場合には、第二象限１２ｂ、第四象限１２ｄに前進波成分が存在することになるので、その成分をゼロにしたうえで逆フーリエ変換し、上記同様の処理を行う。

従来の超音波伝搬映像１０では超音波伝搬映像装置１の原理により、前進波１０ａが受信センサ５から放射状に進んでいく。受信センサ５を、パルスレーザ光２ａの走査範囲の真横右側に設定した場合には、前進波１０ａが、概ね図４ＡのＸ軸において右から左へ進むとみなすことができる。逆に、受信センサ５を、パルスレーザ光２ａの走査範囲の真横左側に設定した場合には、前進波１０ａがおおむね図４ＡのＸ軸において左から右へ進むとみなすことができる。

即ち、前進波１０ａの進む方向が受信センサ５の位置により決められる。また、従来の超音波伝搬映像１０からも判断できる。したがって、前進波１０ａの進行方向、二次元フーリエ変換データにおける前進波成分１２ｅの存在象限は、自動で判定することができる。もちろん、目視により判定し、手動で選定してもよい。

他方、超音波の前進波がＹ軸方向に進む場合には、Ｘ軸方向に進んだ場合の行同様に全ての列において、Ｂスコープデータの抽出、二次元フーリエ変換、前進波成分が存在する対角象限（Ｙ軸の負方向へ進行する場合（下から上へ）には第一象限１２ａと第三象限１２ｃをゼロ、他方、Ｙ軸の正方向へ進行する合（上から下へ）には第二象限１２ｂと第四象限１２ｄ）の成分をゼロにしたうえで逆フーリエ変換、Ｂスコープデータを抽出したもとの列位置に戻す（第二前進波除去処理）。

前進波の進む方向は従来の超音波伝搬映像１０を再生により、マニュアルで判断する。前進波消去の計算する時に入力パラメーターとする。このパラメーターは四つ（Ｘ正方向、Ｘ負方向、Ｙ正方向、Ｙ負方向の選択肢にすることができる。

前進波の進む方向が前記四つでない方向の場合に、前記四つの中の一番近い進行方向を選択して消去処理をする。もし受信センサ５がパルスレーザ光２ａの走査範囲の中にあるときに、前進波は受信センサ５から放射状に周囲へ進んでいく。この場合に前記四つの中の一番近い進行方向を選択する。

そうすることで、従来の超音波伝搬映像１０から前進波１０ａが消去或いは低減し、被検体４の欠陥に由来する超音波の後退波である欠陥エコー１０ｂを抽出或いは強調表示した図４Ｅの前進波１０ａを消去した伝搬映像である鮮明超音波伝搬映像８ａを得ることができる。

時間領域の信号波形の遅延差分をとって特定の伝搬速度で進む波を消去する方法はこれまでにもあったが、周波数領域のＢ－スコープスペクトルを利用して、特定方向に進む前進波を一度に全て消去する方法は知られていない。

各計測点２ｃで検出した画像データ７ｃは、超音波信号波形列であり、パソコン８のハードディスクから記憶部に３次元配列Ｚ（Ｘ，Ｙ，ｔ）として読み込まれる。ＸＹは空間位置、ｔは波形７ｂの伝搬時間に対応する。

図５－７は、被検体４のカメラ画像９ｂに、本願発明で処理して得られた鮮明超音波伝搬映像８ａをスーパーインポーズするための前処理の説明図Ａ～Ｆである。

図５Ａは、レーザ走査可能範囲とレーザ走査枠の関係の説明図である。符号９ｃ’はレーザ走査枠である、外側の枠は、レーザ走査可能な最大範囲を示す最大走査枠９ｋ、符号９ｇはレーザ走査枠９ｃ‘の中心である。図５Ａの座標の数字はレーザ走査分解能縦横の最大値（１６ビット）であり、記号Ｍ’はミラー座標２ｆの中心である。

図５Ｂは、カメラ９で撮影した被検体４を含むカメラ画像９ｂである。図５Ｂの外側の枠は、カメラ視野９ａの最大範囲を示し、座標の数字はカメラ画像９ｂの分解能縦横の最大値である。記号Ｏはカメラ画像９ｂの中心である。

被検体４のカメラ画像９ｂを撮るときに、レーザ走査枠９ｃ’とレーザ走査枠９ｃ’の中心９ｇにガイド光３ｅで照射しておくと、レーザ走査枠９ｃ’とレーザ走査枠９ｃ‘の中心９ｇをカメラ画像９ｂに写し込むことができる。

パルスレーザ光２ａを照射しないで、ガイド光３ｅだけを照射して、それからミラー３ａを動かしてレーザ走査枠９ｃ’→レーザ走査枠９ｃ‘の中心９ｇ→レーザ走査枠９ｃ’の順番で繰り返し照射しながら写真（カメラ画像９ｂ）を撮る。
カメラで撮影すると、図５Ｂ上の写り込んだガイド光３ｅ（パルスレーザ光２ａ）のレーザ走査枠９ｃ（破線線）になる、符号９ｆはレーザ走査枠９ｃの中心である。記号Ｍは仮にミラー３ａが図５Ａのミラー座標中心Ｍ‘に位置する時に図５Ｂ上の写り込んだガイド光３ｅの位置である。

そして、レーザ走査枠９ｃの枠内画像を切り出して、図７に示すトリミング画像９ｅとする。

しかし、計測毎にカメラ画像に写り込んだレーザ走査枠９ｃを確認してトリミングすることは不便であるので、レーザ走査枠９ｃ’から図５Ｂ上のレーザ走査枠９ｃへの対応関係を正確に求めることで、後でレーザ走査枠９ｃ’が変更されでもカメラ画像９ｂから正確なレーザ走査枠９ｃを計算でき、そしてレーザ走査枠９ｃ内の画像を自動で抜き取ることができる。以下はその対応関係の求める方法を説明する。

図１に示すように、カメラ視野９ａとレーザ視野２ｄとは完全に重なっていない。二つの視野の中心位置にズレがあり（図５Ｂ上に記号Ｍと記号Ｏで示すように）、視野の範囲と分解能も（図５Ａ、図５Ｂ）違う。

まず、カメラ視野９ａとレーザ視野２ｄの中心位置のズレ、同じ横視野に対してカメラ画像９ｂの横画素範囲とミラー３ａの横走査範囲との比率ｊ及び同じ縦視野に対してカメラ画像９ｂの縦画素範囲とミラー３ａの縦走査範囲との比率ｋをそれぞれある値に仮定して、レーザ走査枠９ｃ’に対して下記の変換式でカメラ画像９ｂ上の予測走査枠９ｈ（図６Ｃに示す）を計算する。符号９ｉは予測走査枠９ｈの中心である。

Ｘｃ＝Ｍｘ＋ｊ＊Ｘｍ
Ｙｃ＝Ｍｙ＋ｋ＊Ｙｍ
Ｍｘ＝Ｏｘ＋Δｘ
Ｍｙ＝Ｏｙ＋Δｙ

（Ｘｍ、Ｙｍ）はミラー座標２ｆ上にある位置（レーザ走査枠９ｃ’のコーナー位置、ミラー座標中心Ｍ‘点等）の座標である。
（Ｘｃ、Ｙｃ）はカメラ画像９ｂ上にある位置（レーザ走査枠９ｃのコーナー位置、レーザ走査枠９ｃの中心９ｆ点等）の座標である。
（Ｍｘ、Ｍｙ）はカメラ画像９ｂ上のＭ点の座標である。
（Ｏｘ、Ｏｙ）はカメラ画像９ｂ上のＯ点（カメラ画像９ｂの中心位置）の座標である。
（Δｘ、Δｙ）はカメラ画像９ｂ上に二つ視野のズレである。

上記では（Ｏｘ、Ｏｙ）は既知であるので、ズレ（Δｘ、Δｙ）と比率ｊと比率ｋでレーザ走査枠９ｃ‘から予測走査枠９ｈが決められる。

レーザ走査枠９ｃと予測走査枠９ｈを重ねてパソコン８に表示する。カメラ視野９ａとレーザ視野２ｄの中心位置間のズレ（Δｘ、Δｙ）が正しく設定してない時に図６Ｃに示すようにレーザ走査枠９ｃと予測走査枠９ｈ重ならない。カメラ画像９ｂ上のレーザ走査枠９ｃの中心９ｆにマウスを指してクリックしたら、レーザ走査枠９ｃの中心９ｆのカメラ画像９ｂの画素位置をソフトに入力することができる。その画素位置を使ってズレ（Δｘ、Δｙ）を正確に計算でき、そして新しいズレ（Δｘ、Δｙ）で再計算した予測走査枠９ｈの中心９ｉがレーザ走査枠９ｃの中心９ｆと重なるようになる。

図６Ｄはズレを適切に設定され、比率ｊと比率ｋが未だ適切に設定されていない時のレーザ走査枠９ｃと予測走査枠９ｈである。

もし比率ｊが適切に設定されていないと図６Ｄに示すように予測走査枠９ｈと実際のレーザ走査枠９ｃの横長さに違いが生じる。比率ｊをソフト上で手入力修正できるので、予測走査枠９ｈの横長さがレーザ走査枠９ｃより長い時は現在のｊ数値より小さい数値を入力し、逆に短い時は大きい数値を入力することで予測走査枠９ｈとレーザ走査枠９ｃの横長さを同じぐらいに調整できる。

図７Ｅはズレと比率ｊを適切に設定され、比率ｋが未だ適切に設定されていない時のレーザ走査枠９ｃと予測走査枠９ｈである。

他方、もし比率ｋが適切に設定されていないと図７Ｅに示すように予測走査枠９ｈと実際のレーザ走査枠９ｃの縦長さに違いが生じる。比率ｋをソフト上で手入力修正できるので、予測走査枠９ｈの縦長さがレーザ走査枠９ｃより長い時は現在のｋ数値より小さい数値を入力し、逆に短い時は大きい数値を入力することで予測走査枠９ｈとレーザ走査枠９ｃの縦長さを同じぐらいに調整できる。

ズレ、比率ｊと比率ｋを全て適切に設定されていったら、レーザ走査枠９ｃと予測走査枠９ｈが図７Ｆに示すように重なる。

カメラ９とミラー３ａ及びレーザ発振器２の位置関係は固定されているので、上記の二つ視野のズレと比率ｊ、ｋは一度調整しておけばよい。

予測走査枠９ｈの枠内画像を切り出して、図７に示すトリミング画像９ｅとする。

そして、図７に示すように、カメラ画像９ｂから切り出されたトリミング画像９ｅと、鮮明超音波画像８ａを融合（＋）することにより、図７Ｃのスーパーインポーズ映像８ｄになる。欠陥エコーが明瞭に視認できる。

トリミング画像９ｅは、カラーのＲＧＢ色相データであるが、これを既知の方法でＲＧＢ色相データをＹＵＶデータに変換しその輝度信号だけを抜き出す。
具体的には、Ｙ＝０．２９９＊Ｒ＋０．５８７＊Ｇ＋０．１１４＊Ｂで求められる。ここで、「Ｙ」はトリミング画像９ｅの各ピクセル位置の輝度、「Ｒ」、「Ｇ」，「Ｂ」はトリミング画像９ｅの各ピクセル位置のＲＧＢ色相データである。

一方、鮮明超音波伝搬映像８ａは、レーザ走査分割数に対応した配列数の強度グラフになるので、前記カメラ画像９ｂのデータを強度グラフの配列次元に合わせて再配列し、適切な係数を掛けて（１フレームずつ）重ね合わせれば、カメラ画像９ｂの上で超音波が伝搬して行く動画映像を得ることができる。

前記適切な係数とはカメラ画像９ｂと鮮明超音波伝搬映像８ａの両方が適切に表示される係数のことで、カメラ画像９ｂのデータには係数０．０５を掛ける。

スーパーインポーズは新規な技術ではないが、被検体４のカメラ画像９ｂの上で超音波が伝搬する様子を動画映像として観察できるようにすることは知られていない。

図８は、本願発明の画像処理方法で処理して得られた実施例２（被検体：Ｔ字金属ブロック）の鮮明超音波伝搬映像の説明である。

図８Ａが、被検体であるＴ字金属ブロック１４のカメラ画像１４ａで、受信センサ５が手前の上側の面に取り付けられている。白枠で囲まれた範囲がレーザ走査枠２ｅである。図８Ｂは、時刻ｔ＝９．３４μｓのときの従来の超音波伝搬映像１４ｂで、欠陥（白抜き矢印）に起因する欠陥位置１４ｅから生じる欠陥エコー１０ｂは、前進波１０ａに埋もれて不明瞭である。

図８Ｃでは、本願発明の処理で、前進波１０ａを消去、低減させ、時刻ｔ＝９．３４μｓのときの鮮明超音波伝搬映像１４ｃを作成した。欠陥位置１４ｅが特定しやすくなっている。そして、図８Ｃでは、カメラ画像１４ａからレーザ走査枠２ｅで切り取ったトリミング画像と鮮明超音波伝搬映像１４ｃを融合して、時刻ｔ＝９．３４μｓのときのスーパーインポーズ映像１４ｄとした。その結果、Ｔ字金属ブロック１４の駆け上がり部の欠陥位置１４ｅも、明瞭に確認できている。

図９は、本願発明の画像処理方法で処理して得られた実施例３（被検体：アングル）の鮮明超音波伝搬映像の説明である。

図９Ａが、被検体であるアングル１５のカメラ画像１５ａで、受信センサ５が手前の中央表面に取り付けられている。白枠で囲まれた範囲がレーザ走査枠２ｅである。図９Ｂは、時刻ｔ＝５７．７１μｓのときの従来の超音波伝搬映像１５ｂで、欠陥（白抜き矢印）に起因する欠陥位置１５ｅから生じる欠陥エコー１０ｂは、前進波１０ａに埋もれて不明瞭である。また。明瞭に見えるタイミングも異なる。

図９Ｃでは、本願発明の処理で、前進波１０ａを消去、低減させ、時刻ｔ＝５７．７１μｓのときの鮮明超音波伝搬映像１５ｃを作成した。欠陥位置１５ｅが特定しやすくなっている。そして、図９Ｃでは、カメラ画像１５ａからレーザ走査枠２ｅで切り取ったトリミング画像と鮮明超音波伝搬映像１５ｃを融合して、時刻ｔ＝５７．７１μｓのときのスーパーインポーズ映像１５ｄとした。その結果、アングル１５の屈曲部の欠陥位置１５ｅも、明瞭に確認できている。

１ 超音波伝搬映像装置
２ レーザ発振器
２ａ パルスレーザ光
２ｂ 走査路
２ｃ 計測点
２ｄ レーザ視野
２ｅ レーザ走査枠
２ｆ ミラー座標
３ ミラー装置
３ａ ミラー
３ｂ 軸
３ｃ ダイクロイックミラー
３ｄ 光源
３ｅ ガイド光
３ｆ 位置
４ 被検体
５ 受信センサ
５ａ 検出電気信号
５ｂ 受信センサ位置
６ 増幅器
７ Ａ／Ｄ変換器
７ａ デジタル信号
７ｂ 波形
７ｃ 画像データ
８ パソコン
８ａ 鮮明超音波伝搬映像
８ｂ 制御信号
８ｃ 制御信号
８ｄ スーパーインポーズ映像
８ｅ 欠陥エコー
９ カメラ
９ａ カメラ視野
９ｂ カメラ画像
９ｃ レーザ走査枠
９ｃ‘ レーザ走査枠
９ｄ カメラ座標
９ｅ トリミング画像
９ｆ 中心
９ｇ 中心
９ｈ 予測走査枠
９ｉ 中心
９ｋ 最大走査枠
９ｍ 形状
９ｎ 形状
１０ 従来の超音波伝搬映像
１０ａ 前進波
１０ｂ 欠陥エコー
１１ Ｂスコープ
１１ａ 前進波
１１ｂ 欠陥エコー
１１ｃ 前進波を消去したＢスコープ
１２ 二次元フーリエ変換データ
１２ａ 第一象限
１２ｂ 第二象限
１２ｃ 第三象限
１２ｄ 第四象限
１２ｅ 前進波成分
１４ Ｔ字金属ブロック
１４ａ カメラ画像
１４ｂ 従来の超音波伝搬映像
１４ｃ 鮮明超音波伝搬映像
１４ｄ スーパーインポーズ映像
１４ｅ 欠陥位置
１５ アングル
１５ａ カメラ画像
１５ｂ 従来の超音波伝搬映像
１５ｃ 鮮明超音波伝搬映像
１５ｄ スーパーインポーズ映像
１５ｅ 欠陥位置

Claims (2)

1. 被検体の表面を走査するとともに、複数の計測点に照射され、熱励起の超音波を発生させるパルスレーザ光を生成するパルスレーザ発振器と、
   前記被検体に装着して固定され前記複数の計測点で発生した前記熱励起の超音波を前記パルスレーザ光のパルスと同期して検出する受信センサを備える超音波伝搬映像装置によって取得された前記被検体上を伝搬する超音波伝搬映像において、
   前記超音波伝搬映像を構成する前記計測点の波形の画像データの集合から、
   前記超音波の前進波がＸ軸方向に進む場合、
   Ｘ軸方向の複数の行から１つ行のＢスコープデータを抽出し、
   前記Ｂスコープデータを二次元フーリエ変換して複素平面上に表し、
   二次元フーリエ変換データ上の前記前進波成分をゼロ
   すなわち、
   前記前進波がＸ軸の正方向に進む場合には、第二象限及び第四象限の成分をゼロ、
   前記前進波がＸ軸の正と逆の負方向に進む場合には、第一象限及び第三象限の成分をゼロ、
   にしたうえで逆フーリエ変換し、
   得られた行データについて前記Ｂスコープデータを抽出したもとの行位置に戻す第一前進波除去処理を行い、
   さらに、残りの全ての行についても前記第一前進波除去処理を繰り返し行い、
   または、
   前記超音波の前進波がＹ軸方向に進む場合には、
   Ｙ軸方向の複数の列から１つ列のＢスコープデータを抽出し、
   前記Ｂスコープデータを二次元フーリエ変換して複素平面上に表し、
   二次元フーリエ変換データ上の前記前進波成分をゼロ
   すなわち、
   前記前進波がＹ軸の正方向に進む場合には、第二象限及び第四象限の成分をゼロ、
   前記前進波がＹ軸の正と逆の負方向に進む場合には、第一象限及び第三象限の成分をゼロ、
   にしたうえで逆フーリエ変換し、
   得られた列データについて前記Ｂスコープデータを抽出したもとの列位置に戻す第二前進波除去処理を行い、
   さらに、残りの全ての列についても前記第二前進波除去処理を繰り返し行い、
   前記第一又は第二前進波除去装置を行うことで、前記超音波伝搬映像から前記前進波が消去或いは低減し、
   前記被検体の欠陥に由来する前記超音波の後退波である欠陥エコーを抽出或いは強調表示した鮮明超音波伝搬映像を得ることを特徴とする
   超音波伝搬映像の画像処理方法。
2. 前記被検体を撮影したデジタル形式のカメラ画像と、
   請求項１に記載の超音波伝搬映像の画像処理方法によって得られた前記鮮明超音波伝搬映像において走査枠で切り抜いたトリミング画像を、
   前記カメラ画像のカメラ座標と前記トリミング画像の走査枠座標を対応させ、
   前記カメラ画像における前記被検体の位置と前記鮮明超音波伝搬映像における被検体の位置を一致させて融合し、被検体上で超音波が伝搬するスーパーインポーズ映像を得ることを特徴とする
   超音波伝搬映像の画像処理方法。

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