JPS62212563A - 超音波もしくは電磁波による物体映像化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば金属材中の欠陥を検出し、その欠陥
像を高解像度、実時間で表示することのできる超音波非
破壊検査装置等における物体映像化装置、もしくは電磁
波を用いて地表面の状況を上空の遠方より映像化するこ
とのできる合成開口レーダによる物体映像化装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来の超音波非破壊検査等で用いられている手法は超音
波ビームを絞って映像化対象物体の一点の空間情報をそ
の反射信号の送信から受信までの伝播時間より測定し、
超音波送受信子を電子的もしくは機械的に順次走査し、
映像化対象物体像を点情報の集まりとして映像化、表示
してゆくというものであった。

この方式による装置は、装置自身は簡易なものであるが
、走査方向の分解能すなわち方位分解能が超音波ビーム
の絞り込み、度合に依存しており、すなわち、超音波ビ
ームの拡がりそのものが方位分解能を与えるものであり
、超音波ビームの拡がりは物体までの距離に比例するこ
とから、方位分解能は物体までの距離に比例して劣化し
てゆくという欠点があった。このため、特に近年の原子
力、火力等プラント配管溶接部等構造材の健全性、余ノ
ｆ命を破壊力学手法によって評価するための材料中の欠
陥の形状の定量化の要求には必ずしも充分対応し得るも
のではないというのが現状である。

合成開口法を用いた超音波非破壊検査は上記パルスエコ
ー法の欠点を除去しようとするもので、方位分解能の向
上とあわせて映像化対象物体までの距離によらず一定の
方位分解能が得られるという特徴を有するものである。

このことを第１０図及び第１１図を用いて説明する。第
１０図において、ｌは開口ｄを有し超音波を送受波でき
る超音波送受信子、２は超音波送受信子ｌから送波され
たビーム拡がり角θωを有する超音波ビーム、３は映像
化対象物体で、ここでは煮物体としている。

４は超音波送受信子ｌと映像化対象物体３の間に介在す
る伝播媒質、５は超音波送受信子１の走査線（面）であ
る。超音波送受信子ｌからの送波超音波の中心周波数を
「、伝播媒質４中の音速をＣとし、また、超音波ビーム
２が映像化対象物体３を見込むことのできる超音波送受
信子１の走査範囲の長さをＬとしている。超音波送受信
子ｌの走査方向をＸ軸とし、Ｘ軸に直交する深さ方向を
２軸にとると映像化対象物体３はｘ−ｚ平面において（
Ｘｏ、　Ｚｏ）に位置し、超音波送受信子は走査線５上
を超音波を送信しつつ走査し、その位置を（ｘ、ｏ）と
している。第１１図は第１０図における各々の走査点（
送信点）における映像化対象物体物体３からの反射によ
る超音波送受信子１の受信信号を送信からの時間に対し
て図示したものである。ここで、走査点（ｘ、ｏ）にと
ける超音波送受信子ｌの超音波受信信号の送信から受信
までの時間をｔ（×）すなわち位相遅れは で与えられる。この（１）式で与えられる位相履歴は第
１１図中二点鎖線で示すように双曲線となる。

長さしの範囲内において受信された受信信号をコヒーレ
ント（同相）加算することによって第１１図中の双曲線
上に時空間的に分散されている物体反射による信号強度
を映像化対象物体３たる対応物点上に圧縮できるという
ものである。このことは第１Ｏ図における走査線５上の
各走査点が超音波ビーム２の拡がりθωから決まる長さ
しの開口を有する超音波送受信子の開口を順次占有形成
してゆく。すなわち、開口りの超音波送受信子で映像化
対象物体３を照射したのと物理的に等価である。この長
さしを合成開口長といい、このようにして映像化対物体
３の像を形成する方法を合成開口法という。

この時、方位分解能δＸは長音波波長λとしてλ δｘ　＝　−Ｚｏ　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（２）λ となるが、Ｌは超音波ビームの広がり□と、映像化対象
物体３までの距離Ｚｏで与えられλ Ｌ　＝　−Ｚｏ　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・（３）であるので、（３）式で決まるＬを（２）式に
代入して、結局方位分解能は δｘ＝ｄ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（４）となる。上記合成開口法による方位分解能
は（４）式から判るように映像化対象物体３までの距離
Ｚ。

に依存しないで、超音波送受信子１の開口ｄ程度で一定
となるというものである。

合成開口法による物体映像化方法を例えば第１０図にお
けるｘ−ｚ平面を対象に実施しようとする場合について
第１２図を用いて説明する。第１２図において合成開口
長しの範囲の全て走査点での受信信号群を用いて再生さ
れる領域はその合成開口長しの中心線の画像化対象線分
ｌ上の各点であり、この画像化対象線分β上の画像化対
象点ＩＫを再生するのに必要な受信信号群は図中の二点
鎖線で示した双曲線上の受信信号の値である。この時の
合成開口長りはｘ−ｚ平面で画像化しようとする２方向
の最も距離の大きい位置に対応して定義されたものであ
る。また、位相履歴の双曲線が定義される範囲は超音波
送受信子の超音波ビームの広がりで決まり、図中点線で
示している。すなわち、走査方向に対して合成開口長し
の長さの領域を画像化するためには、合成開口長の２倍
の２Ｌの走査範囲の全ての走査点の受信信号群が必要と
なるわけである。図中、Ｘ軸方向に幅りの画像化領域Ａ
ＰＩを画像化するのに必要な受信信号群は２Ｌの長さの
走査範囲ｓｃｉの全受信信号群が、同じく幅りの画像化
領域ＡＲ２を画像化するのに必要な受信信号群は２［２
の長さの走査範囲ＳＣ２の全骨（Ｓ１８号群が必要とな
ってゆくことになる。

この方式によって広範囲の画像化対象領域を画像化しよ
うとする場合、画像再生のための双曲線で示される位相
履歴線はＺ軸方向（走査方向と直交方向）に対して異な
る値を有する画像化対象点に対してそれらの関数の形が
異なるための、各走査点での受信信号列をいったんＡ／
Ｄ変換し、メモリ内に格納し、走査点毎の受信信号列を
全て一方向が走査点に対応し、一方向が時間つまりＺ軸
方向の距離に対応する２次元の構成から成る２次元メモ
リに取り込み、画像化対象点に対応した位相履歴線から
決まるそれぞれの各走査点での受信信号列の中の信号値
を順次袷い出し加算してゆく必要がある。この処理操作
を全ての再生対象点に対してくり返し実行してゆくこと
になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の超音波もしくは電磁波による物体映像化装置は以
上のように構成されているので、画像化領域が順次更新
され、広範囲の領域を画像化してゆかねばならない配管
部等の非破壊検査などの場合、走査点の受信信号列の格
納と、画像再生のための処理には相当の工夫が払われな
ければ、膨大な受信信号群格納用の大容量のメモリと極
めて長い画像再生処理時間を要してしまうなどの問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、合成開口法による超音波もしくは電磁波によ
る物体映像化装置において、メモリの容量の節約化と併
せて画像再生処理時間の高速化（実時間化）をなし得る
超音波もしくは電磁波による物体映像化装置を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決しようとするための手段〕この発明に係
る超音波もしくは電磁波による物体映像化装置は、超音
波もしくは電磁波ビームの対象物体への送信から受信ま
での受信信号の位相遅れから一義的に決まる走査方向に
沿った位相履歴線を用いて対象物体像を得る合成開口法
に基ずく物体映像化装置において、Ａ／Ｄ変喚手段によ
り受信信号をある定められたサンプリング時間で離散化
して得た離散デジタル値を１走査点における１ライン分
だけＡ／Ｄメそり手段に格納し、へ／Ｄメモリ手段に格
納されたデジタル値列を順次に格納にゆく波形メモリ手
段に格納されているデジタル値群を、ラッチゲート手段
により一走査ライン相当分順次ラインシフトし、あらか
じめ計算された位相履歴線による波形メモリ手段内の対
応のアドレス情報を格納した位相履歴線テーブル手段か
ら得られるアドレス情報Ｇこ従って１位相履歴線に対応
する波形メモリ手段内のデジタル値を加算手段により同
時に読出し°て加算し、この加算手段より得られる１画
素のデータを順次格納してゆき、合成開口範囲内の中心
線に対応した線画像のデータを画像メモリ手段に格納し
、画像メモリ内の線画像のデータをディジタル／アナロ
グ変換しながら逐次スクロールしながら表示するように
したものである。

〔作用〕

この発明による超音波もしくは電磁波による映像物体化
装置は、超音波もしくは電磁波をビームにして対象物体
に照射し、対象物体からのエコー信号を受信して＾／Ｄ
変換手段によりアナログ／デジタル変換（以下、＾／Ｄ
変換という）し、＾／Ｄ変換したデジタル信号を１走査
点毎にｂける１９４２分ずつ波形メモリ手段に順次に格
納し、この１走査点毎のデータの格納の際にラッチゲー
ト手段により波形メモリ手段に既に格納されていたデー
タを１ライン相当分全体的にシフトさせ、位相履歴線テ
ーブル手段から得られるアドレス情報Ｇこ従って１位相
履歴線に対応する波形メモリ手段内のデジタル値を加算
手段により同時に読出し加算して１画素のデータを得る
ことを順次に繰返して合成開口範囲内の中心線に対応し
た線画像のデータ得、各合成開口範囲毎に得られる線画
像のデータを順次にスクロールしながら表示して対象物
体を映像化する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

まず、この発明を理解し易くするためにこの発明の実施
例の原理的なことについて説明する。１合成量口範囲内
の中心線の画像化対象線分ρを画像化するために画像化
対象線分ｌの線像を構成する各画素のデータを出すため
の各画素に対応する位相履歴線は互いに異なっているも
のである。しかし、１合成量口範囲におけるこれらの位
相履歴線の関数形は、他の１合成量口範囲における位相
履歴線の関数形に各々対応して同じものである。

すなわち、走査点の直下方向（例えば第１Ｏ図で２方向
）の各画像対象線分を画像再生するための各合成開口範
囲内の各受信信号群に対する各位相履歴線は、その画像
再生しようとする各画像化対象線分に対応した各合成開
口範囲内の各受信信号群に対してはたとえ合成開口範囲
が異なった位置にあるとしても共通に用いられ得るとい
う点に着目しこの共通の位相履歴線が画像データ処理用
利用されるものである。ここでの合成開口範囲とは画像
再生しようとする走査点より最も距離が離れた位置に対
応したものとして定義している。このことを第９図を用
いて説明する。

第９図において、合成開口範囲Ｓ＾１の中心線である画
像化対象線分１１を画像再生する場合は、合成開口範囲
ＳＡＩの受信信号群に対して図中に示した位相履歴線テ
ーブルＰＴの位相履歴線ＰＬのアドレス情報を用いて画
像化対象線分ｌｌ上の画像化対象点を順次再生してゆく
ことができる。

例えば、位相履歴線テーブル部ＰＴには画像化対象線分
βの各点を頂点とした双曲線状の位相履歴線ＰＬに関す
るアドレス情報が格納されている。合成開口範囲Ｓ＾１
に対する画像化対象線分をＮｌとし、この画像化対象線
分１１上の１つの画像化対象点をｌＩＫとする。このｌ
ｌｘに対応する画像化対象線分ｅ上の画像化対象点をｌ
Ｋとし、この点！８に対する位相履歴線をＰＬＫとする
と、位相履歴線ＰＬ、に関するアドレス情報が位相履歴
線テーブル部ＰＴから取出され、合成開口範囲Ｓ＾１内
の受信信号群の内でそのアドレス情報すなわち位相履歴
線ＰＬＫ上の受信信号が後述の波形メモリ部から取出さ
れて加算され、画像化対象点Ｚｌｘに対応する１画素の
データが生成される。このようなことを、画像化対象線
分１１の全ての画像化対象点について行なわれれば画像
化対象線分１１を画像化するための線画像用の１ライン
分のデータが得られる。

次に、合成開口範囲ＳＡＩとはｌ走査分Ｐ５だけずれた
合成開口範囲ＳＡ２に対する画像化対象線分１２を画像
化する場合、合成開口範囲ＡＳＩと合成開口範囲ＳＡ２
に共通な共通範囲ＣＡの受信信号群は画像化対象線分１
２の線像用のデータを演算するときにも共通に用いられ
る。従って、この範囲ＣＡに対する受信信号群は画像化
対象線分１１の線像用のデータを演算した後にも残して
おく。このような受信信号群に走査点５ＣＰ２で走査し
て得た受信信号列を加え、合成開口範囲ＳＡＩの時と同
じように合成開口範囲ＳＡ２に対する受信信号群を演算
処理して画像化対象線分１２に対する線画像用のデ−夕
を得ることができる。ここで、画像対象化線分７！２上
の画像化対象点Ｚ２Ｋが画像化対象線分β上の！、点に
対応していれば点１１にと同じ位相履歴線ＰＬＫに関す
るアドレス情報を共通に用いることができる。このよう
に、位相履歴線テーブル部ＰＴに格納されている位相履
歴線ＰＬに関するアドレス情報を各合成開口範囲の各受
信信号群に対して各線画像用のデータを得るために共通
に用いることができる。上述した処理操作を順次くり返
してゆけば線画像の集まりとして二次元画像が逐次再生
されてゆくことになる。この時、例えば合成開口範囲Ｓ
ＡＩと合成開口範囲ＳＡ２の受信信号群において、第９
図に示した合成開口範囲ＳＡＩの左端の走査点５ＣＰＩ
と合成開口範囲Ｓ＾２の右端の走査点５ＣＰ２の受信信
号列が異なるのみで共通範囲Ｃ＾の受信信号列は全く同
じものであることに着目する。

すなわら、■合成開口範囲のみの受信信号群を格納する
だけの２次元の格納用メモリ　（以下波形メモリ部とい
う）を有し、超音波送受信子を逐次走査して、超音波を
送受波し、受信信号をＡ／Ｄ変換したのち波形メモリ部
に格納する際、波形メモリ部内の受信信号群を全て１走
査分のみラインシフトし、現に格納しようとする走査点
の直前の走査点に対応した受信信号列がラインシフト前
に格納されていた列に、ラインシフト後にこの受信信号
列を格納する。次いで、位相履歴線テーブル部１’Ｔを
用いて線画像のデータを再生し、出力表示し、次の走査
点へ移行するという処理操作を順次くり返してゆけばよ
いことがわかる。なお、上記受信信号群を処理する場合
に、１合成量口範囲に対応する受信信号群を波形メモリ
部に格納するように説明したが、波形メモリ部はそれ以
上の容量をもつものであってもよい。

第１図は、この発明の一実施例による超音波もしくは電
磁波による物体映像化装置のブロック構成図である。同
図において、ｌは開口ｄを有し拡がり角θωの超音波ビ
ームを送信して工汀７受信する超音波送受信子、６は被
検材であり、超音波送受信子１によって被検材６の内部
の画像化を行ない、内部欠陥を映像化しようとするもの
である。

１１は超音波送受信子ｌにスパイク状のパルス電圧を印
加し超音波送受信子１より超音波信号を被検材６中へ送
波せしめるためのパルス発生部、１２は超音波送受信子
１より得られた受信信号を増幅するための受信増幅部、
１３は受信増幅部１２で所定のレベルに増幅された受信
信号をＡ／Ｄ変換してデジタル値を得、連続信号（アナ
ログ信号）をある定められたサンプリング時間で離散化
するためのＡ／Ｄ変換部である。１４はパルス発生部１
１より超音波送受信子１ヘパルス電圧を印加するタイミ
ング信号を発生し、かつ、Ａ／Ｄ変換部１３が受信信号
を＾／Ｄ変換をする開始タイミングを各々制御する送受
タイミング制御部である。１５は測定系を包括的に制御
する例えはマイクロコンピュータなどからなる測定系制
御部であり、送受タイミング制御部１４に上記タイミン
グ信号を発生するための制御信号を提供し、がっ、超音
波送受信子ｌを被検材６の表面を走査せしめるべく制御
信号を発生し、さらに、超音波送受信子１の超音波送受
信時の位置情報を超音波送受信子ｌの後述する走査駆動
部１６のエンコーダ等（図示せず）を介して取込むタイ
ミングを各々制御する。１６は測定系制御部１５よりの
上記走査制御信号により超音波送受信子１を走査せしめ
るための走査駆動部、１７はＡ／Ｄ変換部１３によって
得られた離散順次画像再生処理する、波形メモリなどか
ら成る画像再生処理部である。１８は前記、合成開口範
囲内の受信信号群から画像化対象線上の各々点を画像再
生するため用いる位相履歴線テーブル部であり、後述す
るように、画像再生処理部１７で画像化対象線上の各々
の点を画像再生するのに必要な各位相履歴線に従って、
各走査点に対応した受信信号列の中の対応値を続出する
ためのアドレス情報が書き込まれたアドレステーブルで
もあり、上記、画像再生処理部１７に上記アドレス情報
を提供している。１９は画像表示部であり、画像再生処
理部１７で得られた１９４７分の再生画像値をデジタル
アナログ変換して、逐次、ラインシフトしｔＪがら表示
することによって連続的に画像領域を更新してゆく形で
平面画像を表示する。

第２図上記画像再生処理部１７の詳細なブロック構成図
である。同図において、２１は上記Ａ／Ｄ変換部１３で
得られる離散デジタル値列を順次格納するＡ／Ｄメモリ
部であり、Ａ／Ｄ変換部１３と連携されて（図示せず）
ｌ走査点における１ラインデータ列（すなわちあるサン
プリング同期で離散化されたデジタル値）が一時格納さ
れる。２２はＡ／Ｄメモリ部２１から転送されてくる１
ラインデータ列を順に格納する波形メモリ部で、図中に
示す行中の１行が１個のラインメモリを示しており、こ
れが行の数分（Ｍ個）のラインメモリで構成されており
、各々のラインメモリのアドレスとチップセレクト信号
は後述するアドレス切換部２６より各々独立に供給され
、リード／ライト信号（以下、Ｒ／Ｗ信号という）は各
ラインメモリに共通に各々後述べする画像再生制御部２
７より供給されている。すなわち、波形メモリ部２２は
行ラインメモリ全てが同時に各々独立のアドレスでアク
セスされることになる。２３は波形メモリ部２２のライ
ンシフトと同時にＡ／Ｄメそり部２１のデータ列を上記
波形メモリ部２２の図中最上部の行のラインメモリに格
納する１際に動作するランチ・ゲート部で図中波形メモ
リ部２２のｉ行番目のデータがラッチされゲートを介し
て波形メモリ部２２のｉ＋１番目のメモリωに入力され
るように接続されている。すなわち、ラッチゲート部２
３は波形メモリ２２の各行の１つのｊ列のデータをラン
チし、１行分だけ下方にずらして波形メモリ２２の同じ
ｊ列内に各行に格納するように構成され、かつ、Ａ／Ｄ
メモリ部２１から受取ったｊ列のデータをラッチし波形
メモリ部２２の最上部の行のｊ列に格納するように構成
されている。データ群を同時に並列加算する加算部、２
５は上記加算された一画素データを順次にアドレスで示
されるアドレスに格納してゆき１９４７分の画像データ
を格納して形成する画像メモリ部である。２６はアドレ
ス切換部であり、位相履歴線テーブル部１８より各々独
立に供給されるラインメモリのチップセレクト信号とア
ドレス情報Ｊと後述する画像再生制御部２７より供給さ
れるラインメモリのチップセレクト信号を含むメモリシ
フトアドレスバスを介したメモリアドレス信号Ｓｓとを
切換信号Ｓ八により選択して波形メモリ部２２の各々ラ
インメモリに独立にアドレスとチップセレクト信号を供
給している。２７は以上の画像画生処理系を包括的に制
御する画像再生制御部であり、位相履歴線テーブル部１
８にあらかじめ計算して格納されているアドレス情報、
すなわち、波形メモリ部２２内のラインメモリの行のチ
ップセレクト信号と列アドレスデータＪを各々格納した
波形メモリ部２２と同様な構成メモリ群を同時続出しコ
ントロールするＴアドレスと、波形メモリ部２２のライ
ンシフト及び波形メモリ部２２へのデータ列の入力時に
指定するメモリシフトアドレスと、アドレス切換部２６
のアドレス切換信号ＳＡと、波形メモリ２２の貸出、書
込みを制御するＲ／Ｗ信号と、上記ラインシフト時に動
作するラッチ・ゲート部２３のランチ信号Ｓ、ｌ及びゲ
ート信号Ｓ６　と、画像メモリ部２５へ１画素のデータ
を書き込む際、その位置を指定するにアドレスとＲ／Ｗ
信号を各々制御する。

上記位相履歴線テーブル部１８へのＴアドレスと画像メ
モリ部２５へのアドレスには同様のものであり、いずれ
も１から画像メモリ部２５のアドレス分だけ毎回順次固
定アドレッシングされる。

ここで第２図に示した波形メモリ部２２と位相履歴線テ
ーブル部１８について以下被検材６が円配管形状の場合
について、その構成を第３図を用いて説明する。同図に
おいて、配管中心Ｏから配管外壁ＴＯ迄の配管半径をＲ
Ｑ、配管中心Ｏから配管内径ＴＩ迄の配管内半径をＲｉ
とし、第１図に示した超音波送受信号ｌは配管外壁７０
面上を周方向へ走査されているものとする。走査されて
いる超音波送受信号１の開口をｄ、配管材中の音速をＣ
１送波されている超音波の中心周波数をｆ、配管内壁７
１面上の１点を超音波ビームが見込み得る配管外壁ＴＯ
上の合成開口長をし、この合成開口、［１、を見込む配
管中心０での角度をα、超音波送受信号の超音波ビーム
の拡がり角をθωとすると、超音波波長λは Ｃ λ＝−・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（５）となり、超音波ビームの拡がり角θ４はλ θ　＝−・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（６）ω となる。合成開口長しは角度αを用いてＬ＝Ｒｏ−α　
　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（７）となり、この時αは で与えられる。次に画像化対象線分ｌより配管中心角度
θ（例えばθｉ）に対応した配管外壁面上の走査点Ｐ（
例えばＰｉ）を考える。図中画像化対象線分ｌ上の深さ
Ｚｏ（変数Ｋを１つの値に特定した場合、ＺＯＫは画像
対象点ｌＫ迄のＺＯの１つの値の位置をこの走査点Ｐ（
例えばＰｉ）より見込む距＾■をＺ（変数Ｋを１つの値
に特定した場合、Ｚｋは走査点Ｐｉとし、画像化対象点
を６とした場合のＺの１つの値）とすると で与えられ、配管中心点０がこの距離ＺＯなる等距拡が
り角θ４で制限され次式で与えられる。

従って、深さＺＯの等距離線に対してその等距離線を超
音波ビームが見込み得る配管中心Ｏにおける画像化対象
線分ｌを基準線とした角度θｚ０のとり得る範囲は １θＺｏｌ≦θｚ０　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（１１）で与えられる。画像化対象線分β
で配管内壁ＴＩ面上の点を超音波ビームが見込み得る走
査点、すなわち図中して示した合成開口長しの配管外壁
１０面上の両端の走査点と配管内壁ＴＩ面上のその点と
の距離Ｚｚｏ、＊ｏ−ａｔを伝播してくる超音波信号ま
でを受信信号列としなければ図中の画像化対象線分ｉの
全てが画像再生されないことになる。ＺＺｏｓＲｏ−１
１４は次式で与えられる。

・・・・・・・・・・・・（１２） 従って、第２図の波形メモリ部２２の容！（ＭｘＮフレ
ームメモリ構成）に関し、行数Ｍは超音波送受信号ｌの
走査ピッチの配管中心０での角度ピッチに対応したちの
Δθを用いて、 で与えられ、列数Ｎは、超音波受信信号のＡ／Ｄ変換時
のサンプリング時間をΔｔＲとしてで与えられる。ここ
で、画像化対象線分β上の深さＺ。Ｋなるに番目の点！
、を画像化再生する場合、以下の様に第２図の波形メモ
リ部２２の超音波受信信号群から（ｉ、Ｊ）アドレスの
波高値を読み出し加算してゆき、同じく第２図の画像メ
モリ部１８のにアドレスに古き込まれることになる。波
形メモリ部２２のｉ行目（行アドレスｉ）の受信信号列
に対応した列アドレスＪの求め方を述べればここでは充
分である。画像化対象線分β上の■く番目の画像化対象
点ｌＫの深さＺ。ＫはＺｏｘ＝　　　　（Ｋ　　１）　
Ｃ・ΔｔＲ−（１５）で与えられ、ｉ行目の受信信号列
に対応する走査点Ｐｉの画像化対象線分ｌとなす角度す
なわち第３図における角度θｉは（１３）式で決まる波
形メモリ部２２の行数Ｍを用いて となる。この走査点Ｐｉと画像化対象点れとの距離ＺＫ
は（１５）式、　（１６）弐のＺ。８．θｉを用いて（
９）式と同様に次式で与えられる。

上記距離ＺＫに対する波形メモリ部２２のｉ行目の受信
信号列から読み出すべき値の列アドレスＪは で与えられる。ただし、ここで画像化対象点ｌＫに対し
て、波形メモリ部２２において定義され得る走査点Ｐｉ
のＪ・ｎ囲すなわち行アドレスｉの範囲は（１０）式、
（１１）式、　（１５）式、　（１６）式より次式で決
まる１Ｋ−ｉｘ　　Ｏ値をとり得るものとして規定され
る。

また、この時のにアドレスのとり得る最大値には次式で
与えられる。

上記の方法によって決まるに、ｉ、Ｊアドレスの組み合
わせの求め方を処理フローとして示したのが第４図であ
る。第４図で示した処理フ！］−に従って、あらかじめ
（Ｋ、ｉ、Ｊ）の組み合わせを計算し、第２図における
位相履歴線テーブル部１８にアドレステーブルとして書
き込み格納しておけばよいことになる。

なお、第３図において、第１図の超音波送受信号ｌは配
管外壁ＴＯ上を周方向に走査され、図にして示されてい
る１合成量口長を走査して得た受信信号群を後述のよう
に信号処理した時点で、図の画像対象線分ｅの線画像用
のデータが得られ、さらに超音波送受信号１の走査点と
合成開口範囲とは、１走査ピンチ分づつ周方向に移り、
この走査点の移動毎による超音波の送受波毎に画像対象
線分ｌも図の位置から１走査ピンチ分づつ周方向に移り
、その画像対象線分に対する線画像用のデータが同様に
して得られる。

第５図及び第６図は以上の様にあらかじめ演算された状
態フォーマットの一例を示す図である。

第５図は位相履歴線テーブル部１８内の配列フォーマッ
トを示しており、この発明の一実施例による装置の波形
メモリ部２２が１ラインメモリ単位（１行単位）で各々
独立に同時にアクセスできる構成であるため、位相履歴
線テーブル部１８も波形メモリ部２２の各行を独立に同
時にアクセスできる様に行毎の位相履歴線テーブルが集
合した構成となっている。例えばＴアドレス（Ｋアドレ
ス）の１つは画像化対象線分ｌ上の１つの画像化対象点
に対応しており、この対象点に関する位相履歴線上の波
形メモリ部２２内の全てのデータをアクセスするための
アドレス情報が波形メモリ部２２内の各行に対して位相
履歴線テーブル部１８から同時に出力される構成となっ
ている。第５図で最下部の１，２．・・・、ｎの数字は
Ｔアドレス（Ｋアドレス）を示し、例えばＴ＝１のアド
レスが指定され＼ば、図の矢印で示したように波形メモ
リ部２２の各行に対応する各行の１位相履歴線に関する
全アドレス情報であるビット情報が各々独立に同時的に
出力される。但し、ＭＳＢビット部に示される“１″、
“０″の論理値は波形メモリ部２２の各々のラインメモ
リのデータ出力をオン又はオフするチップセレクト信号
である。従って、アドレス情報であるビット情報（列ア
ドレスＪ）はＭＳＢの次のビットからＬＳＢ迄のビット
で表わされる。第６図では、１画素演算用に代表的に１
つの列アドレスＪすなわちＴアドレスが１つの値に対し
て１つのＭＳＢ　（チップセレクト信号）と１つの列ア
ドレスしか示していないが、実際には１画素演算用に波
形メモリ部２２の行数骨のＭＳＢと列アドレスとが必要
とされ、位相履歴線テーブル部１８から出力される構成
となっている。各Ｔアドレスは各画素演算用のアドレス
情報を位相履歴線テーブル部１８から出力させるための
もので、Ｔアドレスがｎ個であることはｎ画素の演算を
可能とし、１つの画素化対象線分Ｅはｎ個の画素から構
成されていることになる。

上述の説明でにアドレスをＴアドレスに等しく説明した
のは、ＫアドレスとＴアドレス発生用のカウンタを１つ
の共通のカウンタで用いた場合である。

第７図は、この発明の一実施例による装置のタイミング
チャートである。（ａ）は超音波の送信を、（ｂ）は波
形メモリ部２２のクリアを、（ｃ）はＡ／Ｄ変換を、（
ｄ）は波形メモリ部２２へのデータの入力及びシフトを
、（ｅ）は画像再生処理を、（ｆ）は画像データ転送を
各々示すものであり、斜線部が動作状態を示している。

次に、この発明の一実施例による装置の動作について第
１図、第２図、第３図、第５図、第６図及び第７図を参
照して説明する。まず、測定開始前に波形メモリ部２２
の全域をクリアすべく、画像再生制御部２７からのゲー
ト信号ＳＣによりラッチ・ゲート部２３を閉じて波形メ
モリ部２２の列アドレスすなわちメモリアドレスを１か
ら順に更新しながら列の数分（Ｎ）だけ画像再生制御部
２７からのＲ／Ｗ信号によるクリア動作を行う。

次いで、超音波送受信子１の走査点での超音波の送受信
が開始され、受信信号はＡ／Ｄ変換部１３でアナログ値
からディジタル値に変換されてＡ／Ｄメモリ部２１に格
納される。この格納されたデータは画像再生制御部２７
からメモリシフトアドレスバスを介して与えられる信号
Ｓ、により波形メモリ部２２の最上行に、最新の１ライ
ン分の画像データとして入力されると共に、波形メモリ
部２２の各行に格納されている既存の各々のラインデー
タは１行づつ第２図中下部方向に１ライン分シフト（１
走査分シフト）される。すなわち画像再生制御部２７か
らメモリシフトアドレスバスとアドレス切換部２６を介
して得られたメモリシフトアドレス信号Ｓ、でアクセス
された波形メモリ部２２の各行のｊ列目のデータは画像
再生制御部２７からのラッチ信号ＳＲによりラッチゲー
ト部２３でラッチされ、ランチ・ゲート部２３から波形
メモリ部２２に再び格納される時には次の行のｊ列目の
データとしてゲート（不図示）を介して次の行に１行分
シフトされる形で人力され格納される。又、この時同じ
く上述のメモリシフトアドレス信号ＳＳでアクセスされ
たＡ／Ｄメモリ部２１のデータは新しい入力データとし
てラッチ・ゲート部２３を介して波形メモリ部２２の最
上行の入力部から入力され、画像再生制御部２７からの
Ｒ／Ｗ信号により最上行のｊ列目の新データの書込みと
共にラッチ・ゲート部２３にラッチされていたデータの
ｊ列目への書込みが同時に終了する。以上の一連の動作
を順次列回数分繰り返すことによりＡ／Ｄメモリ部２部
内１内ライン分の新データの波形メモリ２２への入力と
波形メモリ２２内のデータの１行分の全体的シフトが完
了する。

次に、位相履歴線テーブル部１８に格納されているチッ
プセレクト信号であるＭＳＢと列アドレス情報Ｊが画像
再生制御部２７によって制御されるＴアドレス信号でア
クセスされると、画像再生制御部２７からの切換信号Ｓ
Ａにより切換えられたアドレス切換部２６を介して波形
メモリ部２２の各行に同時にＪアドレス信号とＭＳＢの
チップセレクト信号が供給され、波形メモリ部２２の各
行から一連のデータ群が同時に加算部２４に出力される
。上記データ群はある１つの位相履歴線に沿ったデータ
であり、この総和は一画素値すなわち画線メモリ部２５
に格納される１ライン分の画像再生に必要な１画素の演
算値であり、更に上記データ群は全行同時並列的に出力
され、加算部２４により一括同時加算されるので、１画
素の値の演算時間が大幅に短縮される。すなわち、画像
再生制御部２７が位相履歴線テーブル部１８を１回アク
セスすると、１画素値の演算が終了し、位相履歴線テー
ブル部１８をアクセスするＴアドレスで１ラインの画像
を形成する画素数ｎ判１−を茫；榊に対応して順次に更
新してゆくことによって１ライン分の画素のデータを格
納する画像メモリ部２５のデータ格納が終了することに
なる。

なお、画像メモリ部２５へのデータの書込みは画像再生
制御部２７から与えられるＴアドレスと同じにアドレス
とＲ／Ｗ信号とにより行なわれる。

以上のようにして得られた１ライン分の線画像用のデー
タが次段の画像表示部１９に転送され、第１回目の超音
波の送受信に係わる１ライン分の線画像用のデータの再
生処理は完了する。以後、第２回目以降の超音波の送受
信は、超音波送受信子ｌが対応する被検材６上の走査点
に移動されて超音波を送受信し、波形メモリ部２２をク
リアせずに上述と同様の処理動作で行なわれ、超音波の
送受信を順次続行することにより無限領域の像再生が実
現できる。

なお、この発明の一実施例による装置を送波超音波が超
音波パルス波の場合について説明したが、送波超音波が
、線型周波数表？Ａ（いわゆるチャープ信号）を与えた
信号であっても第１図のパルス発生部１１の代わりにチ
ャープ信号発生器を用い、受信増幅部１２とＡ／Ｄ変換
部１３との間にチャープ発生部１１からのチャープ信号
を参照波とし、受信増幅部１２の出力信号との相互相関
を算出するための相関器を追設するのみで上記実施例と
同様の効果を奏する。

また、この発明になる装置を超音波送受信子が機械的に
走査される場合について説明したが、プレイ構成からな
る超音波送受信子を電子的に走査する場合についても第
１図の超音波送受信子１の後に電子リレ一部を追設し、
併せて測定系制御部１５に上記電子リレ一部のリレー切
換制御機能を付加すれば良い。又、第２図の波形メモリ
部２２の構成をＭＸＮのフレームメモリ構成として説明
したが、この発明による装置においては、波形メモリ部
２２をＭＸＮという容量のフレームメモリに必ずしも拘
泥する必要はな（、当該装置の適応対象の必要最大メモ
リ容量構成とし、画像再生の際に使用する波形メモリ部
２２の対象領域が左上詰めＭＸＮ領域であればよいこと
は明らかである。

て゛。

て、第１図と同符号の部分は同様のも論メリ、３０は地
表面、３１は航空機または衛星等に搭載され電磁波ビー
ムを送受波するアンテナ、３２はアンテナ３１の対地表
面３０に対する角度、アンテナ部のピッチ、ロー、ヨー
等の位置制御情報を取込む位置検出部である。測定系制
御部３３、パルス発生部３４、受信増幅器３５及び送受
タイミング制御部３６は第１図で述べた測定系制御部１
５、パルス発生部１１、受信増幅器１２及び送受タイミ
ング制御部１４と同様の機能を果すものであり、この部
分は周知であるのでこれ以上説明しない。

なお、この実施例の動作は第１の実施例から明白である
ので動作について説明を省く。この第２の実施例も第１
の実施例と同様な効果を奏するものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば方位分解能のすぐれた
合成開口法に基づく超音波もしくは電磁波による物体映
像化方法を利用し、送受信子により走査点で得られた受
信信号をＡ／Ｄ変換したデジタル値を波形メモリ部に格
納し、この格納の際、既に波形メモリ部に格納されてい
る１合成量口範囲分の全データを全て１行ピッチ分シフ
トし、予め計算された位相履歴線による波形メモリ部内
の対応のアドレス情報を格納している位相履歴線テーブ
ル部から得られるアドレス情報に従って位相履歴線テー
ブル部の１位相履歴線に対応する波形メモリ部内のデジ
タル値を同時に読出し加算して１画素のデータを得、こ
のようにして得る画素のデータを順次に格納してゆき、
合成開口範囲内の中心線に対応した線画像のデータを得
、この線画像のデータをＤ／Ａ変換しながら逐次スクロ
ールしながら表示し、上述の動作を各走査点で、繰返す
ように構成したので、必要メモリの節約と限られたメモ
リ領域の有効活用ができ、併せて画像再生処理時間の高
速化（実時間化）を実現することができるものが得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の物体映像化装置の一実施例の概要を
示す図、第２図は第１図内で示した画像再生処理部の詳
細なブロック構成図、第３図は第２図内で示した波形メ
モリ部と位相履歴線テーブル部とを説明するための図、
第４図は位相履歴線テーブル部を具体的に求めるための
演算処理フロー図、第５図及び第６図は位相履歴線テー
ブル部の上記第４図で求められたアドレス情報が格納さ
れている配列フォーマントを示す説明図、第７図はこの
発明の一実施例の動作の手順を示す概略タイミングチャ
ート、第８図はこの発明による物体映像化装置の他の一
実施例を示すブロック構成図、第９図はこの発明による
物体映像化装置の物体映像化方法の原理について説明す
るための図、第１０図は従来の合成開口法に基づく物体
像再生方法を説明するための図、第１１図は第１０図に
おける超音波送受信子が映像化対象物体によって反射せ
られた超音波受信号を走査線（面）に沿って受信する時
の受信信号の送信から受信までの位相履歴を示す図、第
１２図は合成開口法に基づく物体映像化方法における画
像化領域（画像化対象ＶＡ）と画像再生のために必要な
超音波受信信号群と、その受信信号群を得るために必要
な超音波送受信子の必要な走査範囲を説明するための図
である。 図について、１は超音波送受信子、１１はパルス発生部
、１２は受信増幅部、１３はＡ／Ｄ変換部、１４は送受
タイミング制御部、１５は測定系制御部、１６は走査駆
動部、１７は画像再生処理部、１８は位相履歴テーブル
部、１９は画像表示部、２１はＡ／Ｄメモリ部、２２は
波形メモリ部、２３はラッチ・ゲート部、２４は加算部
、２５は画像メモリ部、２７は画像再生制御部、３１は
アンテナ、３２は位置検出部、３３は測定系制御部、３
４はパルス発生部、３５は受信増幅部、３６は送受タイ
ミング制御部。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 （外２名） 第３図 第５図 Ｍ２Ｓ　　　　　　　　ＬテＢ 【 （ｆＣａイ讐にナー７草江 第９図 第１０図 １Ｘｏ、Ｚ口） 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波もしくは電磁波を用いて対象物体の像を映像化す
   る際に、超音波もしくは電磁波送受信系を機械的もしく
   は電子的に走査しつつ、上記対象物体に空間的に広がっ
   た超音波もしくは電磁波ビームを照射しつつ、上記対象
   物体からの反射波を受信し、この受信信号の送信から受
   信までの受信信号の位相遅れから一義的に決まる走査方
   向に沿った位相履歴線を用いて対象物体像を得る合成開
   口法に基ずく超音波もしくは電磁波による物体映像化装
   置において、上記受信信号をある定められたサンプリン
   グ時間で離散化してデジタル値を得るＡ／Ｄ変換手段と
   、上記Ａ／Ｄ変換手段からの離散デジタル値を１走査点
   における１ライン分格納するＡ／Ｄメモリ手段と、上記
   Ａ／Ｄメモリ手段に格納されたデジタル値列を順次に格
   納してゆく波形メモリ手段と、上記波形メモリ手段に格
   納されているデジタル値群を、一走査ライン相当分、順
   次ラインシフトするべく構成されたラッチ・ゲート手段
   と、あらかじめ計算された位相履歴線による上記波形メ
   モリ手段内の対応のアドレス情報を格納した位相履歴線
   テーブル手段と、上記位相履歴線テーブル手段から得ら
   れるアドレス情報に従って上記位相履歴線テーブル手段
   の１位相履歴線に対応する上記波形メモリ手段内のデジ
   タル値を同時に読出し加算する加算手段と、上記加算手
   段より得られる１画素のデータを順次格納してゆき、合
   成開口範囲内の中心線に対応した線画像のデータを格納
   する画像メモリ手段と、上記画像メモリ手段から転送さ
   れる線画像のデータをディジタル／アナログ変換しなが
   ら逐次スクロールしながら表示する画像表示手段とを備
   えたことを特徴とする超音波もしくは電磁波による物体
   映像化装置。