JPS63295961A - 超音波もしくは電磁波による物体映像化方法 - 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〕 ０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方法、もしくは電磁
波を用いて地表面の状況を上空より遠隔操作で映像化す
ることのできる合成開口レーダによる物体映像化方法に
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、
映像化対象物体の像を点情報の集まりとして映像化２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
。

火力などのプラント配管溶接部等の構造材の健全性、余
寿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、必ずしも充分に対応し得
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５図及び第６図を用いて説明する。第５図
において、１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１から送波されたビー
ム拡がり角θ、を有する超音波ビーム、３は映像化対象
物体で、ここでは点物体としている。４は超音波送受信
子１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（ｌｉｉ）である。超音波送
受信子１からの送波超音波の中心周波数をｆ、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Ｏ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１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１は走査線５上を超音波を送
受しつつ走査し、その位置を（ｘ、ｏ）としている。第
６図は第５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）における超音波送受信子
１の超音波の受信信号の送信から受信までの時間ｔ　（
Ｘ）は、で与えられる。この（１）式で与えられる往復
伝播時間軌跡は第６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）ｎ０算することによって、第６図中
の双曲線上番こ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たる対応物点上に像再生
できるというものである。このことは第５図における走
査線５上の各走査点が超音波ビーム２の拡がり角θ、か
ら決まる長さＬ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、すなわち長さＬの開口を有する
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Ｌを合成開口長といい、この
ようにして映像化対象物体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δ工は超音波波長λとして、λ となるが、Ｌは超音波ビーム２の拡がり−と、映像化対
象物体３までの距離ｚ０で与えられ、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、 δ工＝、　　　　　　　　　　　　　　・・・−・・（
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１Ｉｌｚ０
に依存しないで、超音波送受信子１の開口ｄの程度で一
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５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７図を用いて説明する。第７図において合成開口長り
の範囲の全ての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りの中心線の画像化対象線分！
上の各点であり、この画像化対象線分！上の画像化対象
点ムを再生するのに必要な受信信号群は第７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Ｌ　ｋｉｘ　−ｚ平面で画像化しようとする
２軸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、双曲線が定義される範囲は超音波送
受信子１の超音波ビーム２の拡がりで決まり、第７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
口長りの長さの領域を画像化するためには、合成開口長
りの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。第７図中、Ｘ軸方向に幅りの
画像化領域ＡＲＩを画像化するの番こ必要な受信信号群
は２Ｌの長さの走査範囲ｓｃ１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２Ｌの長さの走査範囲ＳＣ２の全受信信号群が
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往復伝播
時間軌跡は２軸方向（走査方向のＸ軸と直交方向）に対
して異なる値を有する再生対象点に対してそれらの関数
の形が異なるため、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２軸方向の距離に対応する二次元の構成から成る
二次元メモリに取り込み、画像化対象点に対応した往復
伝播時間軌跡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拾い出し加算してゆく必要があ
る。この処理操作を全ての画像化対象点に対して繰り返
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方法は以
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＠信号群格納用の大容量のメモリと極
めて長い画家再生処理時間を要してしまい、また、画家
再生された結果は、超音波もしくは′電磁波の空間伝播
特性、すなわちビームの拡がり特性、伝播距離による減
衰等を受けたものになっており、何らかの補正を加えな
ければ対象物体の、例えば散乱係数といった物理情報を
適性に求めることはできない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消するためになされ
たもので、合成開口法による超音波もしくは（磁波によ
る物体映像化方法において、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
と共に、高品位の画像を得ることのできる超音波もしく
は電磁波による物体映像化方法を得ることを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

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
方法は、超音波もしくは電磁波ビームの対象物体からの
反射波を受信し、その受信信号の送信から受信までの往
復伝播時間から決まる走査方向に沿った往復伝播時間軌
跡を用いて対果物体の像を得る合成開口法に基づく物体
映像化方法において、各走査点での受信信号列をアナロ
グ／ディジタル変換した離散ディジタル値を１合成重口
範囲内のみの受信信号群を格納する波形メモリ部に順次
格納してゆく際、各往復伝播時間軌跡に対応した波形メ
モリ部のアドレス情報が格納されているフォーカステー
ブル部内のデータを１走査点分ずつ環状にラインシフト
し、常に最新の走査点を終端点とする合成開口範囲の中
心線の線画像用のデータを順次画像表示して２ゆき、対
象物体の画像化対象空間領域を超音波もしくは゛４磁波
送受信系を走査しつつ映像化してゆくものである。

〔作用〕

この発明における超音波もしくは′１磁波による物体映
像化方法は、各走査点での受信信号列をアナログ／ディ
ジタル値に変換した離散ディジタル値を波形メモリ部に
順次格納してゆく際、波形メモリ部の格納ラインは環状
に更新されてゆく。この時、１合成開口範囲の中心線を
像再生するため番こ各往復伝播時間軌跡に対応して波形
メモリ部からデータを読み出すためのアドレスデータが
格納されているフォーカステーブル部内で全アドレスデ
ータ群を環状に１走査点分ずつラインシフトし、波形メ
モリ部内の受信信号群に対して常に最新の走査点を終端
点とする１合成開口範囲の中心線が像再生することがで
きるように、波形メモリ部のデータとフォーカステーブ
ル部のデータとの各々のメモリラインが対応するように
させ、フォーカステーブル部のアドレスデータに従って
波形メモリ部から各往復伝播時間軌跡に対応した各デー
タ群を読み出し、各データ群毎に加算して、合成開口範
囲の中心線の線画像用のデータを順次画像表示してゆき
、対象物体の画像化対象空間領域を超音波もしくは電磁
波送受信系を走査しつつ映像化してゆく。

〔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、この発明の一実施例を理解し易くするためにこの
発明の一実施例の原理的なことについて説明する。１合
成重口範囲内の中心線の画像化対象線分！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往復伝播時間軌跡は
互いに異なっているものである。しかし、１合成開口範
囲におけるこれらの往復伝播時間軌跡の関数形は、他の
１合成開口範囲における往復伝播時間軌跡の形状に各々
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５図で２軸方向）の各映像化対象線分を画像
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
る各往復伝播時間軌跡は、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
の共通の往復伝播時間軌跡が画像データ処理用に利用さ
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）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４図を用いて説明する。

第４図において、合成開口範囲ＳＡＩ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第４図中に示したフォーカ
ステーブル部ＰＴの往復伝播時間軌跡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、フォーカステーブ
ル部ＰＴには画像化対象線分ｌの各画像化対象点を頂点
とした双曲線状の往復伝播時間軌跡ＰＬに関するアドレ
ス情報群が格納されている。合成開口範囲ＳＡ１に対す
る画像化対象線分を７１とし、この画像化対象線分ｌｌ
上の１つの画像化対象点をｌＩＫとする。このｌＩＫに
対応する画像化対象線分！上の画像化対象点をｈとし、
この点ムに対する往復伝播時間軌跡をＰＬＫとすると、
往復伝播時間軌跡ＰＬＫに関するアドレス情報がフォー
カステーブル部ＰＴから取出され、合成開口範囲ＳＡＩ
内の受信信号群の内でそのアドレス情報、すなわち往復
伝播時間軌跡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ＡＩＫに対応す
る１画素の補正前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ライン分の補正前のデータが得られる。次に
、合成開口範囲８Ａ１とは１走査分Ｐ′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ＳＡＩと金７戎１０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１２
の線画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、この共通範囲ＣＡに対する受信信号群は画
像化対象、線分１１の補正前の１画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ＳＡ１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
補正前の線画像用のデータを得ることができる。ここで
、画像化対１．ｗ分１２上の画像化対象点１２Ｋが画像
化対象線分ｌ上の画像化対象点ｌＫに対応していれば、
画像化対象点ｌＩＫと同じ往復伝播時間軌跡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、フォーカステーブル部ＰＴに格納されている往復
伝播時間軌跡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
次繰り返してその都度線画像用のデータを後述のように
補正してゆけば、線画像の集まりとして二次元画像が順
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８Ａ１と合成開口範囲ＳＡ２の受信信号群において
、第４図に示した合成開口範囲８Ａ１の左端の走査点５
ＣＰＩと合成開口範囲ＳＡ２の右端の走査点８ＣＰ２の
受信信号列が異なるのみで、共通範囲ＣＡの受信信号列
は全く同じものであること番こ着目する。すなわち、１
合成間口範囲のみの受信信号群を格納するだけの二次元
の格納用メモリ（以下、波形メモリ部という）を有し、
超音波送受信子を順次走査して、超音波を送受波し、受
信信号をアナログ／ディジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換
という）したのち、波形メモリ部に順次格納してゆく。

この時、例えば走査開始後から１合成間口範囲内の全走
査点での受信信号で波形メモリ部が満たされると、次の
走査点での受信信号は最も古い走査点に対応した受信信
号が格納されていたラインに書き込まれ、上記格納方法
を繰り返えしてゆくという意味で波形メモリ部には環状
に各走査点での受信信号が格納されてゆく。一方、フォ
ーカステーブル部においては、波形メモリ部へ１走査点
の受信信号が格納されるたびごとに、全アドレスデータ
を１走査点分ずつ波形メモリ部での走査点に対応した受
信信号の格納順序と同一方向番こ環状にライ兵 ソシフトし、常に最新の走査点が終端臆なる合成開口範
囲の中心線を像再生できるように、フォーカステーブル
部内の往復伝播時間軌跡が波形メモリ部内の各走査点で
の受信信号群に追従してゆく形となっている。こうして
、ある走査点の受信信号が波形メモリ部に格納された時
、この走査点を終端点とする合成開口範囲の中心線の線
画像用のデータを再生し、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繰り返しでゆけばよいこと
がわかる。また、線画像を出力表示する前に超音波伝播
特性による補正を画像化対象線分ｌである線画像の各々
の画像化対象点に対して行うことにより、超音波伝播距
離、超音波ビームの拡がり等による影響を除去した再生
像を出力表示することができる。この時、再生画像の補
正は線画像上の各画像化対象点の線画像のデータとその
点に対する補正値を乗算することによって実施し得、さ
らにこの補正値は線画像上の各画像化対象点に対する補
正値をテーブル化しておけば、全ての線画像に対して共
通に用いることができるものである。なお、上記受信信
号群を処理する場合に、１合成開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
。ただし、フォーカステーブル部と波形メモリ部の走査
方向に対応したライン数は一致していなければならない
。

第１図はこの発明の一実施例を適用した装置を示すブロ
ック構成図である。同図において、１は開口ｄを有し角
度θ。の拡がりを有する超音波ビームを送波し、このエ
コーを受波できる超音波送受信子、６は被検材であり、
超音波送受信子１によって被検材６内部の画像化を行い
内部欠陥を映像化しようとするものである。７は超音波
送受信子１にスパイク状のパルス電圧を印加し、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器、
８は超音波送受信子１によって得られた超音波受信信号
を増幅するための受信増幅器、９はＡ／Ｄ変換器であり
、受信増幅器８で所定のレベルに増幅された受信信号を
Ａ　／　Ｄ変換し、ディジタル値を得て、連続信号をあ
る定められたサンプリング時間で離散化する。１０は送
受タイミング制御器であり、パルス発生器７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変換器９が受信信号をＡ／Ｄｉ換
する開始時間を制御するタイミング信号を発生する。１
１は送受タイミング制御器１ｏにタイミング信号を発生
するための制御信号を提供し、かつ超音波送受信子ｌを
被検材６表面を走査せしめるための制御信号を発生し、
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１の走査駆動部エンコーダ等を介して取
り込むタイミングを制御する測定系制御部、１２は測定
系制御部１１よりの走査制御信号により超音波送受信子
ｌを走査せしめるための走査駆動部である。

１３はＡ　／　ｎ変換器９によって離散ディジタル値に
変換された各走査点での受信信号列を順次環状に格納し
てゆくための波形メモリ部、１４は前述の合成開口範囲
内の受信信号群から画像′化対象線上の各々の点を画像
再生するためのフォーカステーブル部であり、フォーカ
ステーブル部１４は後述するように画像化対象線ｊ上の
各々の画像化対象点を画像再生するのに必要な各往復伝
播時間軌跡に従って、波形メモリ部１３から各走査点に
対応した受信信号列の中の対応値を読み出すためのアド
レス情報群が書き込まれたアドレステーブルでもある。

１５は画像化対象線上の各々の点に対応した再生画像を
補正するための補正値テーブル部であり、後述するよう
にこの補正値は画像化対象線の各々の点の第３図におけ
る２座標値のみによって決定される補正値があらかじめ
計算され格納されている。１６は画像再生制御部であり
、Ａ／Ｄ変換器９によって得られる離散ディジタル値を
波形メモリ部１３内に書き込むためのＴアドレス、フォ
ーカステーブル部１４のアドレス情報に従って波形メモ
リ部１３から値を読み出すための（ｉ　、Ｊ）アドレス
、往復伝播時間軌跡に沿って波形メモリ部１３内の値を
順次もしくは並列的に読み出し、その読み出された値の
加算もしくは累算結果が画像化対象線！上の第何番目の
画像化対象点に対応するかの情報であるにアドレス、再
生画像値である加算結果に対する画像補正を行うために
、上記にアドレスと同期して補正値テーブル部１５から
補正値を読み出すための信号を制御発生する。１７は画
像再生制御部１６からの（１゜Ｊ）アドレスの信号に従
って波形メモリ部１３から読み出されてくる値を加算も
しくは累算するための累算器、１８は乗算器であり、画
像再生制御部１６からの画像化対象点情報であるにアド
レスの信号に従って補正値テーブル部１５から読み出さ
れた再生画像を補正するための補正値と累算器１７の出
力である累算結果とを乗算する。１９は画像再生制御部
１６からのにアドレスの信号−こ従りて乗算器１８の出
力である補正画像再生値が順次書き込まれ、画像化対象
）線の再生画像が格納される画像メモリ部、２０は画像
表示部であり、画像メモリ部１９の再生画像値を順次ラ
インシフト（スクロール）しながら表示することによっ
て連続的に画像領域が更新されてゆく形で平面画像を表
示する。

第２図乃至第４図は第１図に示した波形メモリ部１３と
フォーカステーブル部１４と補正値テーブル部１５につ
いて、被検材６が円配管形状の場合におけるその構成を
説明するためのものである。

ここで、第１図に示した波形メモリ部１３とフォーカス
テーブル部１４について、以下被検材６が円配管形状の
場合におけるその構成を第２図を用いて説明する。同図
において、配管中心０から配管外壁ＴＯ迄の配管外半径
をＲｏ、配管中心０から配萱内壁Ｔｌ迄の配管内半径を
Ｒｉとし、第１図に示した超音波送受信子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子１の開口をｄ、配管材中の音速
をＣ１送波されている超音波の中心周波数をｆ、配管内
壁Ｔ１面上の１点を超音波ビームが見込み得る配管外壁
７０面上の合成開口長をＬｌこの合成開口長りを見込む
配管中心Ｏでの角度をα、超音波送受信子１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、 λ＝−・・・・・・（５） となり、超音波ビームの拡がり角輻は、となる。合成開
口長りは角度αを用いて、Ｌ諧Ｒ０・α　　　　　　　
　　　　　・・・・・・（７）となり、この時、αは、 ・・・・・・（８） で与えられる。次に画像化対象線分！より配管中心角度
θ（例えばＱｉ）に対応した配管外壁７０面上の走査点
Ｑ（例えばＱｌ）を考える。第２図中の画像化対象線分
Ｅ上の深さＺｏ（変数Ｋを１つの値に特定した場合＊　
ｚＯＫは画像対象点ム迄の２０の１つの値）の位置を、
この走査点Ｑ（例えばＱｉ　）より見込む距離を２（変
数Ｋを１つの値に特定した場合、ｚＫは走査点Ｑｉとし
、画像化対象点をムとした場合の２の１つの値）とする
と、 で与えられ、深さｚｏなる点を超音波ビームが見込み得
る最も遠方に位置する走査点が配管中心Ｏにおいて画像
化対象線分！を基準線としてなす角度つ θｚ８は超音波ビーム４拡がり角θ。で制限され次式で
与えられる。

従って、深さｚｏなる点を超音波ビームが見込み得る走
査点の配管中心Ｏにおける画像化対象線分ｌを基準線と
した角度θ２゜のとり得る範囲は、１θ　１≦θ２゜　
　　　　　　　　　　　・・・・・・ＵＩＪｚ（１ で与えられる。画像化対象線分ｌで配管内壁Ｔ１面上の
点を超音波ビームが見込み得る走査点、すなわち第２図
中りで示した合成開口長りの配管外壁７０面上の両端の
走査点上配管内壁ＴＩ面上のその点との距離ｚｍ：ｘ、
Ｒ０−Ｒ１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、第２図中の画像化対象線分ｌの全ての点
が画像再生されないこ従って、第１図の波形メモリ部】
３の容ｆｆｉ（Ｍライン×Ｎフレームメモリ構成）に関
し、行数Ｍは超音波送受信子１の走査ピッチの配管中心
０での角度ピッチに対応したものΔθを用いて、ガウス
記号 で与えられ、列数Ｎは、超音波の受信信号のＡ／Ｄｉ換
時のサンプリング時間をΔｔＢとして、で与えられる。

ただし、〔〕ガウス記号とは、〔〕内を整数化するとい
う演算子を示すものである。ここで、画像化対象線分！
上の深さＺｏＫなるに番目の画像化対象点ＪＫを画像化
再生する場合、以下の様に第１０の波形メモリ部１３の
超音波の受信信号群から（ｉ、Ｊ）アドレスの波高値を
読み出し加算してゆき、Ｋ番目の補正前の再生画像値と
して得られることになる。第１図の波形メモリ部１３の
ｉ行目の受信信号列に対応したｌアドレスの求め方を述
べればここでは充分である。画像化対象線分！上のに番
目の画像化対象点！にの深さｚｏｌｃは、 で与えられ、１行目の受信信号列に対応する走査点Ｑｉ
の画像化対象線分ｌとなる角度である第２図における角
度θｉは、第１図における波形メモリ部１３の（１３１
式で決まる行数Ｍを用いて、となる。この走査点Ｑｉと
画、像化対象点１１にとの距離ＺＫはＱ９式、ｕｅ式の
２゜Ｋ、θｉを用いて次式で与えられる。

上記距離Ｚｘに対する波形メモリ部１３の１行目の受信
信号列から読み出すべき値のｌアドレス（列）は、 ガウス記号 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１３において定義され得る走査点Ｑｉ
の範囲、すなわちｌアドレス（行）の範囲は１１式、Ｑ
１式、四穴、　ｕｅ式より次式で決まる１７〜１「の値
をとり得るものとして規定される。

この時、画像化対象点ＩＫの順番を示すにアドレスのと
り得る最大値Ｋ　は次式で与えられる。

ガウス記号 上記の方法によって決まる（Ｋ、ｌ、Ｊ）アドレスの組
み合わせをあらかじめ計算しておき、第１図に示したフ
ォーカステーブル部１４ζこ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２図において、第１図の超音波送受信子１は配
管外壁ＴＯ上を周方向に走査され、第２図にＬで示され
ている１合成−口長を走査して得た受信信号群を後述の
ように画像信号処理した時点で、第２図の画像化対象線
分ｌの補正前の線画像用のデータが得られ、さらに超音
波送受信子１の走査点と合成開口範囲とは、１走食ピッ
チ分ずつ周方向に移り、この走査点の移動毎による超音
波の送受波毎に画像化対象線分ｌも第２囚の位置から１
走査ピッチ分ずつ周方向に移り、その画像化対象線分ｌ
に対する線画像用の補正前のデータが同様にして得られ
る。

次に、第１図における累算器１７の出力である上記方法
によって得られた画像化対象線分！に対応する補正前の
線画像用のデータを超音波伝播特性、主として超音仮ビ
ームの広がりと距離による補正を実施するための補正値
テーブル部１５について、第３図を用いて説明する。第
３図は、超音波送受信子１より空間的に拡がりを有する
超音波ビーム２が送波され、被検材６中の物点からの反
射波を超音波送受信子１が受信、している様子を図示し
たものである。同図において、物点２１．物点２２の走
査線（面）５との距離はそれぞれｒｌ　ｅ　ｒｆｉであ
り、それぞれの超音波反射特性は同一で、超音波入射角
依存性はないとし、かつ超音波反射は等方向に行われる
としている。超音波送受信子ｌより送波さｎる超音波ビ
ーム２が球面伝播の時には走査線（面）５との距＃ｒ（
図示しない）における音圧Ｐｒは、基準音圧（距離ｒ、
　（図示しない）での音圧）Ｐ３とすると、 で与えられる。また、第３図における紙面と直交方向、
すなわち走査線５に沿った走査方向と直交方向には超音
波ビーム２は絞られているとすると、同じく距離ｒにお
ける音圧Ｐ、は、 となるＣ距ｌＩ！Ｉ！ｒにある物点にて上記音圧Ｐｒが
入射し１等方向に反射され超音波送受信子１に受信され
るのであるから、物点から超音波送受信子ｌへは球面伝
播となり、結局、超音波送受信子１での受信音圧Ｐｒ−
ｒはの式で与えられる物点での入射音圧に対しては、 であり、脅式に対するものとしては、 となる。物点への入射音圧Ｐｒは基本的に次式で与えら
れるものであり、次式の指数ａは超音波送受信子ｌより
送波される超音波ビーム２の空間的拡がり形状で一義的
に決定される。

従って、被検材６中の物点より反射された超音波を超音
波送受信子１が受信する音圧Ｐｒ−、は次式で与えられ
ることになる。

ところが、この発明による合成開口法に基づく画像再生
においては超音波ビーム２の拡がり範囲内にある走査点
での被検材６中の物点からの反射信号を加算することに
よっていることから、加算データ数は距離ｒに比例して
増加していることになる。従って、（２７）式による受
信音圧から画像再生された結果、第１図における累算器
１７の出力でちる再生結果の距離ｒに対するものＦＴは
、Ｆｒ−（−）　　・Ｐ３　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・（至）ｒ となっており、未だ距離ｒの依存項が存在することがわ
かる。このことは第１図の累算器１７の出力である線画
像用のデータは反射強度が同一の物点であるにもかかわ
らず、その物点の距離ｒに依存した再生強度となってい
ることになる。第３図において物点２１．物点２２を再
生した場合、物点２１が物点２２に比べてユだけ強調さ
れているということである。すなわち、ここでの再生画
像の捕虫としては（ハ）式に於ける距Ｉａｒの依存項を
消去する形で実施すればよいことになり、結果的に次式
で決まる補正値Ｃｒを距離ｒの線画像用のデータに乗算
すればよいことがわかる。

Ｃｙ　ｓｗ　ｒ’　　　　　　　　　　　　　　　　　
”　（２１従って、＠式で距離ｒは第２図における深さ
ＺＯＫ（α９式参照）に対応しているので、上述のｒを
ＺＯＫに置換して第１図における補正値テーブル部１５
には四穴に従ってあらかじめ計算された（　Ｋ　＊　Ｃ
ｚｏｘ　）を畜き込み格納し、Ｋアドレスに同期して累
算器１７の出力が補正値テーブル部１５から読み出され
た補正値Ｃ２゜えと乗算器１８で乗算され、この乗算結
果が画像メモリ部１９のにアドレスの位置に画像データ
として格納されればよいことになる。

上記説明では補正値Ｃ２゜Ｋ（但し、Ｃ２゜えはにアド
レスの値Ｋに対応して変化する補正値）に超音波ビーム
２の音圧指向性、物点での反射強度の入射角依存性等は
考慮しなかったが、これらの物性値が既知であればこれ
らを含めて補正値Ｃ２゜えを・休出しておけばよいこと
は明らかである。

次に、第１図に示すこの発明の一実施例の動作について
説明する。超音波送受信子１は次の被検材６上の走査点
条こ移動される。超音波送受信子１から超音波が被検材
６内に送波され、そのエコーは超音波送受信子１によっ
て受信される。この受信信号はＡ　／　ｏ変換器９によ
りて次々とＡ　／　Ｄ変換されて離散ディジタル値とさ
れ、波形メモリ部１３へ順次に環状に格納されてゆくわ
けであるが、この時に、Ａ／Ｄ変換器９により変換され
たディジタル値は画像再生制御部１６からのリングカウ
ントアドレスであるＴアドレスの指定による波形メモリ
部１３の最新のデータを格納する行に順次に格納される
。このようにして現走査点における１９４７分のディジ
タル値を波形メモリ部１３内に格納するのと同時に、フ
ォーカステーブル部１４は画像再生制御部１６よりのリ
ングカウントアドレス信号であるＲアドレスに従って、
１ライン分全アドレスデータがラインシフトされる。こ
のことによって、フォーカステーブル部】４内の往復伝
播時間軌跡に対応したアドレスデータは、現に波形メモ
リ部１３へ格納しようとする最新の走査点を終端点とす
る１合成−口範囲の中心線を像再生するのに必要な波形
メモリ部１３内の各走査点の受信信号を読み出せる状態
となっている。画像再生制御部１６はフォーカステーブ
ル部１４からにアドレスに従りて取出した上述の（ｉ、
Ｊ）アドレスを波形メモリ部１３に送出する。こ９時の
（１，Ｊ）アドレスの出力方法は、１つのにアト、レス
に対して１つの画素データ演算用の１つの往復伝播時間
軌跡に対応したアドレス情報が出力され、このことが各
往復伝播時間軌跡に対応して順次に繰り返される。１つ
の往復伝播時間軌跡に対応したアドレス情報（ｉ、Ｊ）
が順次に波形メモリ部１３ζこ出力されると、波形メモ
リ部１３からそのアドレスに格納されていたディジタル
値のデータが累算器１７へ出力されて累算され、補正前
の１画素のデータとされる。このようにして、ノ畝次に
１ライン分の補正前の各画素のデータが累算器１７によ
り順次に累算され、この累算結果は順次に乗算器１８に
出力さ几る。一方、この累算器１７の出力に同期して、
画像再生制御部１６により累算結果の画素のデータに対
応するにアドレスに従って補正値テーブル部１５から補
正値Ｃｚｏｘが取出されて乗算器１８に与えられる。従
って、累算器１７の累算結果である補正前の線画像用の
画素データは乗算器１８で補正値ＣＺＯＫと乗算されて
補正される。このように順次に補正され、順次に乗算器
１８から出力される補正済みの線画り徴用のデータは画
像再生制御部１６から出力されるにアドレスに従って画
像メモリ部１９内に順次に格納される。これによって、
現走査点を終端点とする合成開口範囲の中心線である画
像化対果線分ｌの線画像用のデータが画像メモリ部１９
に格納される。この線画像用のデータは画像メモ’Ｊ　
”、！５１９から画像表示部２０に転送されて１つの線
画像とされる。以下、超音波送受信子１が被検材６上の
走査方向に次々と移動され、上述の動作が繰りべされる
ことにより、１面ｌ！！表示部２０に二次元的画像が被
検材６の断面として表示される。なお、上記動作例では
累算としたが、この累算は加算の場合も含むものとする
。

なり１この発明では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変調を与
えられた信号（いわゆるチャープ信号）であっても、第
１図のパルス発生器７の代わりにチャープ信号発生器を
用い、受信増幅器８とＡ　／　Ｄ変換器９との間にチャ
ープ信号発生器７からのチャープ信号を参照波とし、受
信増幅器８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、この発明と全く同様の効果が期
待される。

また、この発明では超音波送受信子ｌが機械的に走査さ
れる場合について説明したが、アレイ構成から成る４音
彼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１１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よい。また、第１図の波形メモリ部
１３をＭＸＮのフレームメモリ構成としたが、この発明
に基づく装置において波形メモリ部１３８ＭＸＮという
容量のフレームメモリ構成に必ずしも拘泥する必要がな
いことは明らかである。

さらに、この発明では第１図における乗算器１８を画像
メモリ部１９と画像表示部２ｏとの間との置してもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、この発明では超音波による物体映像化方法につい
て説明したが、電磁波の場合、すなわちパルスレーダに
よる物体（もしくは物表面）の映像化方法としても全く
同様の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優れた合
成開口法に基づく物体映像化方法において、映像化対象
物体に超音波もしくは電磁波ビームを照射し、映像化対
象物体からの反射波を受信し、１合成開口範囲の受信信
号群を波形メモリ部に格納し、各往復伝播時間軌跡に対
応した波形メモリ部内の各データ群を用いて各データ群
毎にデータを累算もしくは加算して合成開口範囲の中心
線の線画像用のデータを順次画像表示してゆき、対象物
体の画像化対象空間領域を超音波もしくは電磁波送受信
系を走査しつつ映像化してゆくようにしたので、必要な
メモリの容量の節約と限られたメモリ領域の有効活用を
計ることができ、併せて画像再生処理時間の高速化（実
時間化）を実現でき、さらに距離に依らない高品位の画
像再生を実現化できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超音波もしくは電磁波による物体映
像化方法の一実施例を適用した装置を示すブロック（Ｎ
成因、第２図は第１図に示した波形メモリ部とフォーカ
ステーブル部を説明するための１、第３図は第１図に示
した補正値テーブル部を説明するための１図、第４図は
この発明による超音波もしくは１磁波による物体映像化
方法を説明するための１、瀉５図は従来の合成開口法に
基づく物体映像化方法を説明するための図、第６図は第
５図に示す超音波送受信子が映像化対象物体によって反
射された超音波の受信信号を走査ａ（面）に沿って受Ｉ
Ｊする時の受信信号の送信から受信までの往復伝播時間
軌跡を説明するための図、第７図は第５図に示す合成開
口法に基づく物体映像化方法における画像化領域（画像
化対象線）と、画像再生のために必要な超音波の受信信
号群と、その受信１言号群を得るの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。 図において、ｌはｉ４音波送受信子、２は超音波ビーム
、５は走査線（面）、６は被検材、７はパルス発生器、
８は受信増幅器、９はＡ　／　Ｄ変換器、１０は送受タ
イミング制御器、１１は測定系制御部、１２は走査運動
部、１３は波形メモリ部、】４はフォーカステーブル部
、１５は補正値テーブル部、１６は画像再生制御部、１
７は累算器、１８は乗算器、１９は画像メモリ部、２０
は画像表示部である。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、前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、前記対
   象物体からの反射波を受信し、その受信信号の送信から
   受信までの往復伝播時間から決まる走査方向に沿った往
   復伝播時間軌跡を用いて対象物体の像を得る合成開口法
   に基づく超音波もしくは電磁波による物体映像化方法に
   おいて、前記超音波もしくは電磁波送受信系を走査しつ
   つ、各走査点での受信信号列をアナログ／ディジタル変
   換した離散ディジタル値を１合成開口範囲内のみの走査
   点に対応した二次元フレームメモリ構成から成る波形メ
   モリ部に順次格納してゆく際、リングカウントアドレス
   により環状に各走査点の受信信号を格納してゆくと同時
   に、１合成開口範囲の中心線を像再生するのに必要な複
   数の往復伝播時間軌跡に対応した前記波形メモリ部内の
   対応アドレスデータがテーブル化されたフォーカステー
   ブル部内の全アドレスデータを１走査点分ずつリングカ
   ウントによって環状にラインシフトし、常に最新の走査
   点を終端点とする１合成開口範囲の中心線を像再生する
   ように、前記波形メモリ部内の受信信号データ並びと前
   記フォーカステーブル部内のアドレスデータ並びが対応
   させられたフォーカステーブル部内の各アドレス情報群
   により読み出した前記波形メモリ部内の各データ群を用
   いて前記各データ群毎にデータを累算し、前記最新の走
   査点を終端点とする合成開口範囲の中心線の線画像用の
   データを順次画像表示してゆき、前記対象物体の画像化
   対象空間領域を前記超音波もしくは電磁波送受信系を走
   査しつつ映像化してゆく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方法。
2. （２）前記線画像用のデータに前記超音波もしくは電磁
   波送受信系の走査線又は走査面からの直下距離によって
   決まる画像補正値を乗算して補正し、前記合成開口範囲
   の中心線の補正済みの線画像用のデータを順次画像表示
   してゆくことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   超音波もしくは電磁波による物体映像化方法。
3. （３）前記走査線又は前記走査面から前記合成開口範囲
   の中心線上の各画像化対象点に対応した直下距離によっ
   て決まる前記画像補正値をあらかじめ計算してテーブル
   化し、一次元構成のラインメモリに格納し、前記各画像
   化対象点に対応して前記ラインメモリから前記各画像補
   正値を読み出して各々乗算することを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の超音波もしくは電磁波による物体
   映像化方法。