JPS6375582A - 比較照合方法 - 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） この発明は、超音波映像処理方法、特に超音波映像が低
画質の映像であっても、この超音波映像と対象物体のモ
デルとの照合を確実に行い得るようにした比較照合方法
に関する。

（従来の技術） コもの技術が提案され又開発されてきている。

、シ” １１、　従来通常行われている比較照合方法は、例えし
ている）、人力映像との相関関数（又は何等かの類似尺
度等）を計算し、その値が最大となる点を照合する方法
である。

第６図は従来の比較照合方法を説明するための公知の装
置の概略を示すブロック図である。同図において、１０
は超音波映像センサて対象物体からの超音波散乱信号（
人力信号）を受波して電気信号に変換して超音波映像デ
ータ形成手段１２に送る。この超音波映像データ形成手
段１２において信号のディジタル処理を行った後、得ら
れた超音波映像データを前処理手段１４に送り、ここで
雑音の除去、スペックルの平滑化等の画質改善処理を行
う。然る後、その画質改善処理済みの超音波映像データ
を二値化処理回路１６に送り、ここで例えば輪郭像（線
画像）或いは白黒パターンを抽出して比較照合手段１８
に供給する。この比較照合手段１８ｉ７゛　　この断面
線画像は次のようにして形成している。先ず、対象物体
が何であるか、どんな位置、姿勢、その他の状態にある
等の所要の情報を、例、えばキーボード、カメラ或いは
その他の適当な外±１部情報入力手段２０を用いて断面
像データ発生手段２２に人力させる。断面像データ発生
手段２２においては、これらの所要な情報に基づいて、
超音波映像データに対応した断面像データを形成し、こ
れを断面線画像形成手段２４に送る。この断面像データ
としては、例えば、断面線画像の形、位置、傾き、描画
範囲、その他のデータを利用出来る。この断面線画像形
成手段２４より断面線画像例えば断面の輪郭の全部又は
一部分の情報を対象物体の線画像情報として発生させて
比較照合手段１８に供給する。

この比較照合手段１８において前述したように、線画像
映像と、超音波映像の例えば線画像等として単純化され
たパターンとのマツチングを行って比較照合を行い、そ
の結果を適当な表示手段２６例えばＣＲＴその他のディ
スプレイ手段、プリントアウト手段等で表示させるか、
或いはこのような“゛イヒ処理回路１６、比較照合手段
１８、断面像データ発生手段２２及び断面線画像形成手
段２４の各処理の実行を、コンピュータ処理、専用シグ
ナルプロセッサ、或いはその他の任意好適な処理手段で
、行っている。

ところで、このような比較照合を行う場合の超音波映像
データは基本的には以下簡単に説明する原理に基づいて
形成されている。

これらの映像データは、測定の対象物体と、超音波映像
センサ１０のビーム特性とのたたみ込みによって形成さ
れる。今、測定の対象物体の位置を円筒座標系表示（ｒ
、θ）でｕ　（ｒ、θ）と表わし、この座標の原点に超
音波映像センサ１０を配設するとする。超音波映像セン
サ１０の受波特性であるビーム特性（一般には、パワー
感度特性）をＷ（ｒ、θ）とするとき、観測される映像
データである二次元映像ｖ（ｒ、θ）は次式（１）で与
えられることが知られている。

ゴ：□ 、−ここでｗ　（ｒ、θ）は一種の点広がり関数と考え
られる。

レーザレンジファインダ等の光学手段によってこの（１
）式で与えられる映像を得る場合には、広がり関数ｗ　
（ｒ、θ）はほとんどデルタ関数と５．ｌ −Ｗのモデルｕ　（ｒ、θ）に比較的近い映像が得られ
る。従って得られた映像ｖ　（ｒ、θ）と、対象物体の
モデルｕ　（ｒ、θ）との比較照合は比較的容易である
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、超音波の波長が光の波長よりも１０４倍
程度長く、又、通常は受波領域における超音波のビーム
幅が光のビーム幅よりも広いために、超音波を用いて上
述した（１）式に従って対象物体の映像を得ようとする
場合には、ビーム特性はｒ及びθに関してデルタ関数と
はならず広がりを持った関数となり、これがため、一般
的に二次元映像ｖ　（ｒ、θ）はボケ像となっていて、
モデルｕ　（ｒ、θ）とは異なった映像となる。従って
、超音波映像では得られた映像ｖ　（ｒ、θ）と、対象
物体モデルｕ　（ｒ、θ）との比較照合をｐｉ’ｅ’音
波信号の周波数帯域が狭いため、“　■スペックル雑音
が現われること、■対象物体の滑らかな部分が鏡面のよ
うに映ること という特色を有している。これがため、音響映像と光学
映像とでは、かなり映像の見え方に違いが生じ、従フて
、光学映像に対する比較照合技術をそのまま超音波映像
に対して適用しても、ＩＣ合のための相関処理における
相関値のピーク値が低いために、照合位置が十分な結反
で得られず、誤った位置に照合してしまうという問題点
があった。

この発明は、このような従来の問題点の解決を図るため
になされたものであり、従って、この発明の目的は、音
響映像のように低解像度で不鮮明な映像、スペックル雑
音や鏡面効果によって画質が劣化している映像の場合で
も、この映像と対象物体モデルとの比較照合を確実かつ
精度高く行える比較照合方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれ゛　断面線
画像に対し、この像に適切な参照映像生７成用の音響映
像化フィルタを用いて、空間フィル１に として用いて、超音波映像との比較照合又は超音波映像
を画像処理して得た映像との比較照合を行う。この音響
映像化フィルタは超音波映像生成過程を模擬する空間フ
ィルタであって、物体を超音波で見た場合に、どのよう
に見えるかを近似的に断面線画像から作り出す役割を持
っている。

この発明の実施に当り、このフィルタは、好ましくは一
例として、断面線画像に対し超音波映像センサのビーム
方位特性による広がり効果及び距離方向の微分特性効果
を近似して与えるようなフィルタ特性をもたせるのが好
適である。そして、このフィルタは予め多数形成して読
み出し可能なメモリ内に格納しておいても良いし、或い
はその都度形成して用意しても良い。

さらに、この発明の一実施例において、好ましくけ、前
述した超音波映像としてＢモード距離断面像を用い及び
前述した参照映像をＢモート距離断面像から生成するの
が好適である。

さらに、この発明の他の実施例においては、超音波映像
としてＣモード正断面像を用い、Ｂモード距離断面像の
参照映像を複数枚使用してこのＣ早−ド正断面像に対応
した参照映像を生成するの原好適である。

さらに、この発明の他の実施例においては、超音波映像
としてＢモード距離断面像及びＣモード正断面像を用い
、これらＢ及びＣモードの断面像に対応する参照映像を
組み合せて比較照合を行うのが好適である。

（作用） このように、この発明の比較照合方法によれば、音響映
像生成過程を模擬する音響映像化フイルタを用いて対象
物体の輪郭情報を表わしている断面線画像に対ｌノ空間
フィルタリング処理を行って、音響映像としての参照映
像を生成し、この参照映像を超音波映像と比較照合する
。

従って、照合の際、類似度のピーク値が高くなって、不
鮮明な映像或いは画質の劣化した映像であっても、参照
映像と超音波映像とを安定かつ正確に位置照合すること
が出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の比較照合方法の実施例
につき説明する。

尚、以下に説明する実施例は乍なる好適実施例であり、
この発明は以下説明する実施例にのみ限１定されるもの
ではないことを理解されたい。

ｊ　第１図はこの発明の比較照合方法の一実施例の！説
明に供する超音波映像比較照合装置の一構成例を示すブ
ロック図である。尚、この図において、第６図に示した
従来装置の構成成分と同一の機能を有する構成成分につ
いては同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略
する。第１図において、３０は断面線画像形成手段２４
と比較照合手段１８との間に設けられた参照映像形成１
段であり、この参照映像形成手段３０には一例として空
間フィルタ作成手段３２、空間フィルタリング手段３４
、図示はしていないがメモリ等の所要な下段を設け、こ
れら手段の各処理もコンピュータ、専用シグナルプロセ
ッサ或いはその他の任意好適な処理手段によって実行す
ることが出来る。

一方、この発明の実施例においては、超音波映像データ
形成手段１２において得られた超音波映像データを前処
理下一段１４に送り、画質改善処理済みの超音波映像デ
ータを比較照合手段１８に供給するか、或いは図示して
いないが、超音波映像データ形成手段１２から超音波映
像データを比較照合手段１８に直接供給するように構成
しである。

先ず、この発明の一実施例の動作につき説明する。

この発明によれば、断面線画像形成手段２４から参照映
像形成下１段３０に断面線画像の情報を供給する。この
情報は、従来と同様な、例えば断面の輪郭の全部又は一
部分の情報に関する輪郭情報てあｊする。

、この参照映像形成手段３０において、この輪郭情旨軸
に対し、この情報に適切な音響映像生成過程を、＝１１ 模擬する音響映像化フィルタすなわち空間フィルタを用
いて、空間フィルタリング処理を行う。この空間フィル
タリング処理によって参照映像を生成し、この参照映像
を比較照合手段１８へと出力させる。

次に、この参照映像形成手段の動作の一例にっき第２図
〜第４図を参照して説明する。

先ず、この音響映像化フィルタの形成の一実施例につき
説明する。

この音響映像化フィルタを形成するに当って、超音波映
像センサー０のビーム特性による広がり効果及び距離方
向に関する微分効果を実現すること−・：ン考える。今
、受波センサの素を数ｎをｎ−６４とし、素子間のピッ
チ間隔ｄをｄ　＝　５．４ｍｍとし、超′“音波の送波
周波数ｆをｆ　＝　３８４ＫＩ＋７．と仮定する。音速
Ｃをｃ　＝　１５００ｍ／ｓとすると、シェーディング
が無ｂ”ａ　合、この超音波映像センサ１０のビームの
パワー感度分布くパワー感度方位特性）ｗ（ｒ。

θ〉は周知のように次式（２）で与えられる。

尚、この式（２）のパワー感度分布ｗ　（ｒ、θ）は円
筒座標系の距離ｒに関してパワー感度分布が一定と仮定
した近似式Ｗ（θ）で与えられる。

Ｗ（θ）＝ この式（２）から、超音波映像センサ】０から例えば距
９７．６８ｍだけ離れた位置において、この式（２）で
与えられるパワー感度分布において、パワー感度が半減
している（ピーク値の部分の−の値となる）位置ての全
幅を長さに換算すると約９．４ｃｍである。従って、例
えば、一画素３ｃｍの映像とすると、画素の広がり効果
を３×３の空間フィルタで模擬すれば、断面線画像に広
がり効果及び距離方向の微分特性を近似的に取り込むこ
とが出来る。

次に、パワー感度分布が式（２）で与えられるような場
合に、この音響映像化（空間）フィルタを構成する手順
の一般例につき説明する。

第２図はこの発明の詳細な説明に供する動作の流れ図で
ある。尚、第２図において処理ステップをＳで示す。第
３図（Ａ）及び（Ｂ）はこの発明の実施例の空間フィル
タ作成の説明に供する説−明図で、横軸にθの換算距離
を及び縦軸にパワーぬる（Ｓｌ）。このパワー感度分布
はこの実施例では第１図に示す外部情報人力手段２０か
らの超音波映像センサ１０に関する前述した情報ｎ、、
ｄ。

ｃ、ｆ、θから求める。

次に、パワー感度ピーク値Ｈの１／Ｋまでが映像の広が
りとして影響をＩｊえるとすれば、パワー感度ピーク値
Ｈの１７に以上の値をとる全幅を求める（Ｓ２）。

次に、この全幅をＮ個のセグメントに等分割する（ＳＳ
）。

次に、各セグメント毎に、零レベルからの平均高さすな
わちＮ個のセグメントパワー感度Ｐ、〜ＰＮをそれぞれ
求める（Ｓ４）。こわらセグメントパワー感度Ｐ、〜Ｐ
ＮはＵいに全部又は一部分が離散値となっている。

これらセグメントパワー感度Ｐ１〜ＰＮの値からこ第１
らの適当なパワー感度比を演算し、広がり、１ 効果及び微分効果の重み係数Ｗ１〜ＷＮを求める（ＳＳ
）。この場合、この重み係数を前述の比の蟲に適当な係
数を乗算して求めても良いし或いは比の値そのものを重
み係数としても良い。

次に、これら得られた重み係数Ｗ１〜ＷＮを７トリツク
ス配列処理を行って音響映像化フィルタを形成する（Ｓ
６）。

次に、例えば、上述したように画素の広がり効果を３×
３の空間フィルタで模擬する場合には、上述したステッ
プＳ１でパワー感度分布く第３図（Ｂ））を求めた後、
ステップＳ２において半減全幅を求める。このため、例
えばパワー感度ピーク値Ｈ及びその部分の−の値（１／
２）Ｈを演算し、続いてこの値（１／２）Ｈ以上の値を
とる全幅を演算する。

次に、ステップＳ３において、この全幅を３個のセグメ
ントに等分し、次に、ステップＳ４において、各セグメ
ント毎に、セグメントパワー感度Ｐ＋　、Ｒ２、Ｒ３を
それぞれ演算する。

次に、ステップＳ５でこれらセグメントパワー感度Ｐ＋
　、Ｒ２、Ｒ３のパワー比のイメを演算し、これらの値
から、超音波映像センサ１０のビーム特性の広がり効果
を表わす重み係数、すなわち、空間フィルタの横方向の
重み係数Ｗ＋　、Ｗ２　、Ｗ３を演算し、続いて、距離
方向の微分効果を表わすフィルタ縦方向の重み係数Ｒ＋
　、Ｒ２、Ｒ３を演算して求める。この実施例ではＷ、
：Ｗ２　：Ｗ、＝１：２：１とし、また、Ｒ１：　Ｒ２
：Ｒ３＝−１：２ニー１とするが、何等これらの値に限
定されるものではない。

そして、ステップＳ６において、この重み係数を３×３
マトリックス配列して空間フィルタを構成する。

このようにして構成された音響映像化フィルタの構成例
を第４図に示す。第４図において、フィルタの列（横）
方向は方位方向で広がりを示し、行（縦）方向は距離方
向で微分特性を示している。この空間フィルタの作成手
段３２には、上述したような各演算処理手段及び、例え
ばメモリのような、その他の所要な手段を具えている。

また、このような空間フィルタ作成手段３２を組み込ん
でその都度空間フィルタを作成する構成の代わりに、予
め多数形成して読み出しり能なメモリ内に格納しておき
、このメモリを用い、外部情報に応じて適切な空間フィ
ルタを呼び出し出来るように構成しても良い。

次に、空間フィルタリング手段３４において、このよう
にして得られた音響映像化フィルタを、断面線画像形成
手段２４から送られてくる断面線画像に対し画像領域で
たたみ込みを行って、参照映像を形成し出力させる。尚
、このたたみ込み処理は従来技術を用いて実施すること
か出来る。

次に、比較照合手段１８においては、この参照映像を用
いて、超音波映像との位置の比較照合を行う。この比較
照合は、参照映像から対象物体の特徴を十分表現してい
る部分を切り出してテンプ従来の方法で照合することが
出来る。

上述した実施例において、超音波映像のモートについて
特に説明しなかったが、周知のように、Ｂモード及びＣ
モード断面像がある。

このＢモードは、第５図（Ａ）に概略的に示すように、
超音波映像センサから対象物体４０に対し水平面内で扇
状に超音波ビームを送波して得られる距離断面像（水平
断面像）４４であり、この扇状ビームを送波ファンビー
ムという。尚、図示例では、対象物体を円柱状として示
しであるが、この形状は、他の任意好適な形状であって
も良い。

Ｃモードは、第５図（Ｂ）に示すように、この送波ファ
ンビームを上下に多数分割して振らせたとき得られる中
心から等距離△Ｃ（△は時間、Ｃは音速）だけ離れた等
距離面Ｅでの断面像である。従って、この発明の一実施
例では、超音波映像をＢモード距離断面像とし、前述し
た参照映像をこのＢモード距離断面像から形成するのが
好適である。このＢモードでの比較照合によれば、距離
断面上での物体の方向と位置（例えば水平面内を形成す
るのが好適である。このＣモード映像に対する参照映像
を生成するためには、例えば送波ファンビームの振りの
角度δ（第５図（Ｂ））毎に対応したＢモード断面線画
像に対応して生成された（Ｂモードの）参照映像（第５
図（Ｃ）に４６で代表して示す）を適当なメモリにスト
アしておき、これら（Ｂモードの）参照映像４６を３次
元的に配置し、等距離面で切断した断面像をＣモードの
参照映像とする。このＣモードでの比較照合によれば、
距離を固定した面内での位置（例えば、左右どの方向に
上下どれだけの位置にあるか）が分る。

或いは又、超音波映像としてＢモード距離断面像及びＣ
モード正断面像を用い、これらＢ及びＣモードの断面像
に対応する参照映像を組み合せて比較照合に用いるのが
好適である。前述したように、ＢモードとＣモードの断
面像に対応する参照昧像か求められているとき（すなわ
ち、照合のた脇のモデル映像が得られているとき）、Ｂ
モード；１．・′ 、のみや、Ｃモードのみの映像だけを用いて照合を行う
よりも両方のモードの参照映像を同時に用いて、或いは
時間順次に交互に用いて比較照合することによって精度
の高い照合が期待出来る。同時に用いる場合には、例え
ば、比較照合の際にＢモードとＣモードの場合の類似度
をＲ１及びＲｃとするとき、αを０〈α〈１となる実数
とし、Ｒ＝αＲｂ＋（１−α）Ｒｃ なる新たな類似度を定義する。この値が最大となるＢモ
ード映像及びＣモード映像の位置が対処物体の位置を示
すこととなる。既に説明したように、Ｂモードはビーム
の上Ｆを固定したときの２次元映像、及びＣモードは距
離を固定したときの２次元映像であるので、両者を用い
ることによフて、対象物体の種々の特徴を組み合せた安
定度の高い照合を行い得る。又、物体の３次元位置も照
合可能である。

これら参照映像作成のためのモードは外部情報人力手段
２０によって設定し、断面像データ発生手段２２から対
応するＢモード距離断面像を発生させる。Ｃモートを用
いる場合、又はＢモード及びＣモードを用いる場合には
、断面像データ発生手段２２においてＢモードの断面像
を同時に多数枚処理することが出来るようにすると共に
、参照映像形成手段３０で並列処理出来るように構成す
ることも出来る。この場合、勿論、断面像データ発生手
段２２及び参照映像形成手段３０においてＢ及びＣモー
ドの断面像を一枚ずつ処理し、処理されて得られたそれ
ぞれの参照映像をメモリに一旦格納し、その後同時にメ
モリから読み出して比較照合手段１８へ送るように構成
することも出来る。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、多くの変形及び変更を成し得ること明らかである。

例えば、空間フィルタ作成手段を上述した方法以外の任
意好適な手順でも作成することが出来る。また、空間フ
ィルタとして３×３マトリツクスフイルタを説明したが
、これに限定されるものではなく、必要ならば一般にＮ
行Ｍ列（Ｎ＝Ｍを含む）のマトリックスフィルタとして
も形成することが出来る。

（発明の効果） 」二連した説明からも明らかなように、この発明の比較
照合方法によれば、音響映像モデルとして音響映像化フ
ィルタを用いて得た参照映像を用いて、超音波映像との
比較照合を行うのであるから、光学映像と見え方の異な
る超音波映像、不鮮明な超音波映像、画質の劣化してい
る超音波映像に対しても正確に比較照合を行うことが出
来る。

、８」 ・ｊ、４な超音波画像処理装置′−″適用５″好適１あ
る・

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の比較照合方法の一実施例の説明に供
する超音波映像比較照合装置の−・構成例を示すブロッ
ク図、 第２図はこの発明の詳細な説明に供する動作の流れ図、 第３図はこの発明の実施例の空間フィルタ作成の説明に
供する説明図、 第４図はこの発明の比較照合方法に用いる音響映像化フ
ィルタの一例を示す図、 第５図はこの発明の説明に供する超音波映像モートの説
明図、 第６図は従来の比較照合方法の説明に供する装置の構成
例を示すブロック図である。 １０・・・Ｍ音波映像センサ １２・・・超音波映像データ形成手段 １４・・・前処理手段、　　　１６・・・二値化処理回
路］　８−・・比較照合手段、　　２０・・・外部情報
人力手段２２・・・断面像データ発生手段 ２４・・・断面線画像形成手段 ２６・・・表示手段、　　　　３０・・・参照映像形成
手段３２・・・空間フィルタ作成手段 ３４・・・空間フィルタリング手段 ４０・・・対象物体、　　　　　４２・・・送波ファン
ビーム４４−・・水平断面像 ４６・・・（Ｂモードの）参照映像。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物体からの超音波散乱信号を超音波映像セン
   サで受波して得られた超音波映像データと、この対象物
   体に関する位置、姿勢データ等から得られた断面線画像
   とに基づいて、超音波映像と対象物体との位置の比較照
   合を行うに当り、 前記断面線画像に対し、超音波映像生成過程を模擬する
   音響映像化フィルタによって、空間フィルタリング処理
   を行って参照映像を生成し、前記超音波映像と前記参照
   映像との比較照合又は前記超音波映像を画像処理して得
   た映像と前記参照映像との比較照合を行うこと を特徴とする比較照合方法。
2. （２）前記音響映像化フィルタは、前記断面線画像に対
   し前記超音波映像センサのビーム方位特性による広がり
   効果及び距離方向の微分特性効果を近似して与えるよう
   なフィルタ特性を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の比較照合方法。
3. （３）前記超音波映像としてＢモード距離断面像を用い
   及び前記参照映像を前記Ｂモード距離断面線画像から生
   成することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の比較照合方法。
4. （４）前記超音波映像としてＣモード正断面像を用い、
   Ｂモード距離断面像の参照映像を複数枚使用して前記Ｃ
   モード正断面像に対応した参照映像を生成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の比較
   照合方法。
5. （５）前記超音波映像としてＢモード距離断面像及びＣ
   モード正断面像を用い、これらＢ及びＣモードの断面像
   に対応する参照映像を組み合せて比較照合を行うことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の比
   較照合方法。