JPS6055281A - 開口合成映像化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電波または音波を用いて映像化対象領域の分解
能の高い映像を高速に、且つ簡易に得ることのできる開
口合成映像化装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

レーダ装置や超音波診断装置では、電波や超音波を映像
化対象領域に送信し、その反射波を受信して上記対象領
域の像を得ている。そして、この種の装置にあっては像
の分解能を高めるべく、開口合成の手法が取入れられて
いる。

ところでこの開口合成法は、例えば第１図に示すように
、Ｘ軸方向に走査される超音波振動子から映像化対象領
域に超音波を送波し、その反射波を受信したのち、受信
信号を位相検波することによって次のホログラムＲ，Ｍ
を得る。

Ｒｃｙ　（ｘ）　””　Ｒ（！　（Ｘ）　−Ｊ　Ｒｓ　
（ｘ）　・・・（１）但し、Ｘは振動子の位置でおる。

しかして上記反射波を生起する反射体が点反射体Ｐであ
る場合、前記ホログラムＲｃＭは ”ｅＭ（ｘ）　＝”ｐ（−ｊ（Ａｘ２＋Ｂ）、］となる
。但し、ＡおよびＢは、λを超音波の波長、２を点反射
体と振動子との距離として２π　４π２ Ａ＝−、Ｂ＝− λエ　λ として示される。またここでは、簡単化の為に反射係数
および超音波パルスのエンベロープをそれぞれ「１」と
している。

ここで、開口合成法に基づく前記点反射体ＰルＫ（Ｘ）
を Ｋ（ｘ）−ｅｘｐ（ｊＡｘ２） とし、このカーネルを用いて次のようにコンプリー−ジ
ョン演算を実行し、その結果の絶対値をとることによっ
て得られる。

Ｕ（ｘ）＝ｌｆ：（Ｒｃ（ｘ）−ＪＲ＋＋（ｘ））・ｅ
ｘｐ［ｊＡ（Ｘ−ｘ）２）ａｘｌここで前記カーネルＫ
（、ｘ）を Ｋ（ｘ）＝Ｋｃ（ｘ）＋ｊＫｓ（ｘ） として表わすと、削代は Ｕ　（ｘ）　＝　Ｉ、［：（Ｒ，（、）−Ｊ　Ｒｓ（ｘ
）　）・（Ｋｃ（ｘ−ｘ）＋ｊ　Ｋ８（Ｘ−Ｘ）　）ｔ
ｈ　Ｉとして表わすこ七ができ、次のように変形するこ
とができる。

しかして、現実にはホログラムはＸ方向にディジタル化
されていることから、上記積分処理は実際には加算処理
（Σ）によって行われ、として演算処理されることにな
る。この式に示されるように、開口合成法による再構成
像は、４種類の積和の計算によってめられる。

然し乍ら、上記積の計算は７”−１ジタル信号処理にお
いて、加減算処理に比して非常に長い時間を必要とし、
その処理回路も相当複雑である。

これ故、再構成像を高速に簡易に且つ得ることができな
かった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、開口合成法による映像化対象領
域の再構成像を高速に且つ簡易に得ることのできる開口
合成映像化装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ｎを整数として、その絶・対値が２のｎ乗ま
たは０で示される値、若しくはこれらの値をコード化し
てなるデータで示されるカーネルを用い、このカーネル
に応じてディジタル化されたホログラムの値をそのまま
にするかまたは極性符号反転、ビットシフト、或いは０
に置換することによってその積の計算結果をめるように
して、その演算を高速に、且つ簡易に実行可能ならしめ
たものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、例えば通常「−１」〜「１」
なる範囲の値をとるカーネルを「−１」と「１」とに２
値化することによってホログラムとの積計算をその極性
符号反転のみによって高速に、且つ簡易に行うことが可
能となる。しかもこのようにカーネルを２値化して開口
合成演算処理に用いても、これによる再構成像の劣化は
以下に説明するように殆んど生じない。つまり実用上十
分なる性能を得ることが可能となる。

即ち、カーネルを Ｋｎ　（Ｘ）＝　ｇｇｎ　（ｅｗ　Ｃｊ　Ａｘ２））と
して示し、ｅｘｐ　（Ｊ　ＡＸ’）がＯｔたは正なると
きにその値を「１」、負なるときに「−１１として表わ
すものとすると、ホログラムとの掛算処理は上記ホログ
ラムの極性符号を上記カーネルの値に応じてそのままに
するかまたは反転することによって達成される。そして
、このようにして計算された再構成像が実用に供し得る
十分な性能を有するか否かは、前述した従来のカーネル
と本発明に係る２値化されたカーネルとを用いてそれぞ
れ得られる結果を対比することによって明らかとなる。

第２図（、Ｌ）　（ｂ）は、超音波の周波数が３．５　
ＭＨｚ　、その音速が１５４０　ｍ／ｓｅｃ　、反射体
までの距離が７５Ｗ１この反射体位置における超音波ビ
ームの幅が１５ｍである条件下で、２値化されないカー
ネルを用いて計算された再構成像（ａ）と２値化された
カーネルを用いて計算された再構成像（ｂ）とを対比し
て示したものである。この図に示されるように、カーネ
ルを２値化しない場合のサイドロープレベルが約−１３
，５ｄＢ、そしてその分解能が２．２ｍであるのに対し
カーネルを２値化した場合にはそのサイドロープレベル
が約−１３，８ｄＢ、分解能は２．３貌とな９、殆んど
差が生じない。

さて、以上は通常−１〜１なる値をとるカーネルを（−
１）および（１）なる２つの値に量子化した例について
説明したものであるが、これを例えば（−１）（０）（
１）なる３つの値に量子化することも可能である。即ち
、ｍを２以上の整数としたとき、上記カーネルをｍ個の
値に量子化すること、つまりｍ次の量子化を行うことが
可能である。このようにして量子化精度を高めることに
よって、その量子化されたカーネルデータは、元の値に
近付くことになるので、前述した２次の量子化時よりも
、その性能が高まることになる。然しその反面、量子化
数が増えるに従って、掛算処理の実行が複雑化する。こ
のことを考慮した場合、実用的には上記量子化数を５次
程度に抑えた方が、比較的簡単に処理できる。

例えばカーネルを（−１）、（０）、（１）からなる３
つの値に量子化した場合には、前述した開口合成演算を
、先ずカーネルの値が（−１）または（１）のとき、ホ
ログラムデータの極性符号をその値に応じて非反転また
は反転して行えばよく、上記カーネルの値が（０）のと
きには、ホログラムの値に拘らず、その演算結果を（０
）としてめるようにすればよい。

またカーネルを（−１）　、　（−０，５）、（０，５
）。

（１）からなる４つの値に量子化した場合、カーネルの
値が（−１）、（１）のときには前述した処理と同様に
してホログラムデータの極性符号を非反転または反転す
るようにすればよい。

またカーネルの値が（−０，５）のと゛きにはホログラ
ムデータを１ビツト右シフトすることによってその値を
１倍し、その極性符号を反転させる。そして、カーネル
の値が（０，５）の場合にはホログラムデータを右に１
ビツトシフトするようにすれば、その演算処理を簡易に
実行することが可能となる。

更にはカーネルを（−１）　、　（−０，５）　。

（０）、（０，５）、（１）なる５つの値に量子化した
場合には、上述した処理を組合せることによシ、その掛
算結果を簡易に得ることが可能となる。

またカーネルを次のように量子化することも可能である
。即ち、カーネルを±２″ｋ（ｋ＝０゜１．２．３・・
・）またはこれに０を加えた値として量子化すればよい
。この場合、量子化されたカーネルの各値は、例えば として表わすことができるから、ホログラムとの掛算処
理を、ｋビットの右シフトと、極性符号の反転とによっ
て行うことが可能となる。捷た量子化されたカーネルの
値が −４，−２，−１，０，１，２，４ 等として与えられる場合には、ホログラムデータのにビ
ットの左シフトと、極性符号反転とによって開口合成演
算を実行することが可能となる。更には量子化されたカ
ーネルの値が、１　１ −４．−２．−−．０．−．２．４ ２ の如く与えられるような場合には、ホログラムデータの
右ビットシフトと左ビツトシフトとを適宜行うようにす
ればよい。

このようにして表わされるカーネルを用いることによっ
て、複雑な開口合成演算処理を、ｒイジタル化されたホ
ログラムデータのビットシフトと、その極性符号反転と
によって簡易に実行することができ、その処理所要時間
の大幅な短縮化を図ることが可能となる。尚、カーネル
の値としては、上記量子化された値そのものを用いる必
要はなく、その量子化された値をそれぞれコード化した
ものとして用いるようにしてもよい。

の劣化を殆んど招くことなしに、その演算を高速に実行
することが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第３図のものは、この発明を超音波ｊ−ノし、１１」ニ
ーｉど（゛ 診断装置に適用した実施例を示している。

図において１は超音波グローブであシ、アレー形振動子
によって構成されている。個々の振動子からは、ある広
が９をもって超音波が対象とする生体に向けて発射され
る。生体内各部からの反射波は送波と同じ振動子によっ
て受波され電気信号に変換される。

振動子の共振周波数は通常２〜１０　ＭＨｚのものが用
いられる。

・母ルサ２はグローブ１とともに超音波の発射手段を構
成し、グローブ１内の各振動子を駆動するもので、スキ
ャンコントローラ３　カラノｚｆルスに同期しかつスキ
ャンコントローラ３によシ指定された振動子に駆動パル
スを送る。このようにして各振動子は、一定の周期で順
次切り換えて駆動されることにより、スキャニングが行
なわれる。

グローブ１およびレシーバ４は反射波の受信手段を構成
するもので、グローブ１で受信された信号は、レシーバ
４において必要なレベルまで増幅される。この増幅度は
入力される信号のレベルに応じて必要な値に設定される
。

位相検波器５は位相検波手段を構成し、レシーバ４から
の信号にスキャンコントローラ３から供給される二つの
正弦波をそれぞれ掛４けることによって位相検波を行な
う。これらの正弦波の周波数は振動子の共振周波数に一
致している。

位相検波の結果は、ｃｏｓホログラム信号、１ＩＩｎホ
ログラム信号として次段のＣ−Ａ／Ｄ変換器６およびＳ
−Ｃ／Ｄ変換器７にそれぞれ入力される。

Ｃ−Ａ／Ｄ変換器６およびＳ　−Ａ、／Ｄ変換器７はそ
れぞれｅ０８ホログラム信号およびｓｉｎホログラム信
号のサンプリングと、ディジタル化を行なう。サンプリ
ンクピッチは、反射体１からの反射信号の継続時間を考
慮して決められる。例えば、それが２μ８ｅｃｆｚら、
サンプリングピッチはその５分（１）　１の４００ｎ□
□□程度が適当である。このサンプリンクピッチを決め
るのはスキャンコントローラ３から送られてくるサンプ
リンクピッチであυ、サンプリングおよび、ＭＤ変換は
これに同期して行なわれる。各信号はいずれも８ビツト
にディジタル化される。

ディジタル化されたｅｏｓホログラム信号とｓｉｎホロ
グラム信号はそれぞれＣＯ３−々ラフアメモリ８とＳＩ
Ｎバッファメモリ９に記憶される。これらのバッファメ
モリ８および９へのデータの書込みは、スキャンコント
ローラ３からＣ−ノ変換器６およびｓ　−Ａ／Ｄ変換器
７にも供給されているサンプリングクロックに同期して
行なわれる。

すなわち、サンプリング化されたホログラム信号はサン
プリングクロックに同期して次々にＣＯＳバッファメモ
リ８およびＳＩＮノ々ツファメモリ９に書込まれて行く
。これらのノ々ツファメモリ８および９は１個の超音波
・やルスの発射で得られる一連の反射信号を記憶するの
に必要な容量をもっている。記憶されたデータはすべて
書込み完了後コンピュータ１０によって読出される。

画像メモリ１１は２画像分のデータを記憶することがで
きるものである。これはＣＯ３ノぐラフアメモリ８およ
びＳＩＮパ、７アメモリ９から読出されたｅｏｓホログ
ラムデータおよびｓｉｎホログラムデータをそれぞれ記
憶するためのものである。

それぞれの構成は第４図に示すようなものとなっている
。ＸおよびＹアドレスの取シ得る値はいずれもＯ〜５１
１であり、それぞれ走査方向の深さ方向に対応ずけられ
ている。各アドレスには８ビツトのデータを記憶するこ
とができる。

出力バッファメモリ１２はコンピュータ１０における演
算の結果得られた構成像の画像データを記憶するための
ものである。その構成は画像メモリ１１と同じで、デー
タはタイミングコントローラ１３からのクロックに同期
して常時読出されている。この読出しはテレビモニタ１
４における走査に合せて行なわれる。

タイミングコントローラ１３は出力バッファメモリ１２
に記憶されている画像データをテレビモニタ１４に表示
するためのデータ読出しコントロールとテレビ同期信号
の発生を行なっている。

Ｄ／Ａ変換器１５において出力バッファメモリから画像
データはＤ／Ａ変換される。タイミングコントローラ１
３からの同期信号はここで画像信号に混合される。この
コンデジットビデオ信号はテレビモニタ１４に入力され
、再構成像が表示される。

コンピュータ１０において行なわれる機能は次の３つで
ある。

（１）　スキャンコントローラ’３（Ｄ制御（２）　ホ
ログラムデータの転送 （３）像の再構成処理 この中、（３）が二値化したカーネルを用いてコンゴリ
ーーションをとる手段に相当する。

次にこれらの３つの機能について順次説明する。コンヒ
ーータ１０はスキャンコントローラ３に対し、超音波発
射の指示と駆動振動子の指定を行なう。スキャンコント
ローラ３はコンピュータ１０から超音波発射の指示があ
ると、ただちにｉ４ルサ２を制御して、指定された振動
子の駆動を行なう。超音波発射の指示はＣＯＳパ。

ファメモリ８とＳＩＮバッファメモリ９からのデータの
読出しが完了した時点で行なう。

１個の超音波の発射で得られるｃｏ１１ホログラムデー
タおよびｓｉｎホログラムデータは、上記のように一旦
ＣＯＳバッファメモリ８とＳＩＮバッファメモリ９とに
記憶される。コンピュータ１０はこれらのデータを順次
ＣＯｓバッファメモリ８およびＳＩＮバッファメモリ９
から読出し、これらを画像メモリ１ノの振動子の位置と
深さによって決まるアドレスに順次書込んで行く。

像の再構生処理は、全部の振動子が順次駆動されホログ
ラムが全て画像メモリ１１に記憶された後開始する。こ
の処理は、第３図に示した画像メモリ１ノにおいて左か
ら右へ、浅い部分から深い部分へという順序で行なわれ
る。したがってコンヒーータ１ｏに取込まれるデータは
（０，０）を先頭とする一行分のデータである。

画像メモリ１１から読出されたこの一行分のｃｏｇおよ
びｓｉｎホログラムデータは（１）式のように複素数化
される。

このホログラムデータに対応するカーネルデータは本発
明にもとづき二値化されてコンピュータ１０内のＲＯＭ
に予め一蓄積されている。コンピュータ１０はこのＲＯ
Ｍに予め蓄積されている二値化されたカーネルデータを
読出し、ホログラムデータとの積和の計算が行なわれる
。ただし、その際実行すべき掛算はカーネルの値にもト
ラいてホログラムデータの符号の反転または非反転のみ
によって行なう。つまり、カーネルの値が１のときは対
応するホログラムデータはそのままとし、一方、−１の
ときは符号を反転させる。計算結果はさらに絶対値がと
られ。その後出力バッファメモリに蓄積される。以上の
処理はＹアドレスが５１１に達するまで繰り返して行な
われる。さらに、この蓄積された信号は読出されてテレ
ビモニタ１４上に表示される。

かくしてこの発明の処理装置によれば、画像を高速にし
かも容易に得ることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
要旨を変更しない範囲において種々変形して実施するこ
とができる。

以上の記載では超音波を用いた音響イメージング装置を
対象とする場合について主として述べたが、この発明は
これに限定されず開口合成レーダや周波数の低い音波に
よるイメージング装置等の場合にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は開口合成法による映像化処理の基本概念を示す
図、第２図（ａ）　（ｂ）は本発明の効果を示す図、第
３図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第４図は画
像メモリの構成を示す図である。 １・・・超音波ゾロープ、６・・・位相検波器、８．９
・・・バッファメモリ（ホログラムン、１０・・・コン
ピュータ、１１・・・画像メモリ、１２・・・バッファ
メモリ（再構成像）。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 （ａ） （ｂ） Ｘ　［ｍｍｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）映像化対象領域に電波または音波を送信し、その
   反射波を受信する手段と、上記映像化対象領域に対する
   前記電波または音波の送信位置、および前記反射波の受
   信位置をそれぞれ制御する手段と、前記手段により受信
   された信号の直交成分をホログラムとして取出し、この
   ホログラムをディジタル化する手段と、このディジタル
   化されたホログラムとカーネルとを用いて開口合成法に
   よる信号処理を施して前記映像化対象領域の再構成像を
   得る手段とを具備し、上記カーネルは、ｎを整数として
   その絶対値が２のｎ乗またはＯで示される値、或いはこ
   れらの値をコード化したデータからなり、前記開口合成
   法による信号処理は上記カーネルの値に応じて前記ディ
   ジタル化されたホログラムの値をそのままにするかまた
   は極性符号反転、ビットシフト或いは０への置換を行っ
   て前記ポログラムとカーネルとの積和演算結果をめてな
   ることを特徴とする開口合成映像化装置。