KR100497794B1 - 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 분해용 로우패스 필터 파형의 저주파와 분해용 하이패스 필터 파형의 고주파를 각각 물체에 입사하여 그 각각의 반사파를 수신하고, 수신된 저주파 반사파 및 고주파 반사파를 역 웨이브렛 변환하여 합성함으로써 초음파영상의 해상도를 향상한다.

Description

웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법 및 장치{ULTRASONIC INSPECTION METHOD AND APPARATUS USING WAVELET ULTRASONIC WAVE}

본 발명은 물체 내부를 검사하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법 및 장치에 관한 것이다.

교량 콘크리트 내부에 균열이 있는지를 알기 위한 경우, 생체조직 내부의 파열 기타 비정상적인 상태가 존재하는지를 알기 위한 경우 등 육안으로 내부를 관찰하기 힘든 물체의 내부를 조사해야 할 많은 상황이 있다. 이러한 경우에 상기 불투명한 물체의 내부를 가시화 함으로써 조사에 도움을 주는 방법과 장치들이 상용화되고 있다.

육안으로 내부를 관찰하기 힘든 물체의 내부에 관한 영상을 얻는 다양한 방법들 중에는, 의료용으로는 단층촬영법(Computerized Tomography; CT), 자기공명법(Magnetic Resonance Imaging; MRI), 그리고 초음파 반향이미지 방법 (ultrasonic pulse echo imaging; 이하 "초음파방법"이라고 한다) 등이 대표적이다. 상기 초음파방법은 의료용 외에도 일반적인 비파괴검사 방법으로서 널리 활용되고 있다.

상기 초음파방법은, 대상이 되는 물체에 초음파(ultrasonic wave)를 발사하여 물체의 내부에서 반사되어 오는 반사파(echo wave)를 관측함으로써 그 내부의 구성을 가시화 하는 방법으로서, 상기 초음파방법에 의해 물체의 내부를 가시화 하는 장치를 이하 "초음파장치"로 지칭한다.

도 1은 발사된 초음파가 물체(150) 내부에서 반사되어오는 과정을 도시한 도면이다.

상기 초음파방법에 탐침파(interrogating wave)로 사용되는 초음파는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같은 사인파패킷(sinusoidal wave packet)을 사용하는데, 상기 사인파패킷은 사인함수(sinusoidal function) 형태의 진동함수(oscillating function; 110)가 유한한 길이(△L)의 포락선(envelope; 120) 내에 존재하는 형태이다.

그런데, 관찰의 대상이 되는 물체는, 그 내부에 탐침파를 반사하는 지점이 반드시 한 곳에 한정되는 것은 아니며, 반사지점이 인접한 곳에서 복수개소 존재할 수 있다. (도 1의 P1 및 P2 참조)

이 때, 탐침파의 길이(△L)가 제1,2반사점(P1,P2) 사이의 거리(d)보다 충분히 작지 않은 경우에는, 제1반사점(P1)에서 반사된 제1반사파(W1)와 제2반사점(P2)에서 반사된 제2반사파(W2) 사이에는 파동의 겹침(overlap)이 발생하여 간섭 (interference)이 생기고, 그 결과 반사파들이 합성됨으로써 상대적으로 영상의 해상도(resolution)가 나빠지게 된다.

따라서 이렇게 나빠진 축 방향 해상도를 증가시키기 위한 다양한 후처리(post signal processing) 방법들이 연구되고 있다.

그런데, 이러한 파동의 겹침(overlap)이 발생하지 않는 탐침파를 사용하면 문제는 해결될 수 있음은 자명하다.

그러한 탐침파의 일예로, 첫째로, 델타함수(delta function)와 같은 이상적인(ideal) 임펄스파(impulse wave)를 들 수 있다.

이를 설명하기 위해, 매질의 내부영상을 취득하는 메커니즘을 간단히 설명한다.

입력신호 Sig(t) 가 매질에서 반사된 반사파 echo(t) 는 입력신호와 매질영향(f(t) )의 중첩적분(convolution; 흔히 "승적", "대합"이라고도 하며, 신호처리에서는 이를 "필터링"이라 표현한다)으로 표현될 수 있고, 따라서, 아래 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.

단 여기서 는 의 켤레복소(complex conjugate)함수를 말한다.

즉, 위와 같은 관계로부터, 및 를 이용하여 를 계산하고, 계산된 매질영향 로부터 매질 내부의 영상을 합성하게 되는 것이다.

만약 입력신호 가 델타함수인 경우에는 입력신호, 반사파, 및 매질 사이의 관계는 아래[수학식 2]와 같이 계산된다.

즉, 반사된 반사파(보다 구체적으로는 그 켤레복소함수) 자체가 매질영향을 표시하는 것으로서 매질의 구성을 명확히 파악할 수 있게 되는 것이다. 이러한 의미에서, 매질영향 는 매질의 임펄스반응(impulse response)(이하 "매질함수"라 한다)으로 통칭한다.

이러한 매질의 임펄스반응(즉, 매질함수)으로부터 매질내부영상을 합성(즉, 복원)하게 되는 것이다.

종래에는, 매질함수를 복원하는 대신에, 펄스의 진동성분을 무시하고 진폭성분에 대응하는 영상신호를 표현하기 위해 통상적으로 포락선을 얻어 화면상의 화소에 그 크기에 비례하는 밝기로 표시하고 이를 흔히 "B-mode scan 초음파 영상법"이라고 칭한다.

그런데, 매질함수(즉, 매질의 임펄스반응)에는 음향학적 임피던스(acoustic impedance)가 큰 내부경계면을 알 수 있을 뿐만 아니라, 주파수에 의존하는 매질의 특성도 가시화 할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 이러한 다양한 매질특성을 가시화하는 방법으로 매질함수를 사용하는 것이 바람직하다는 것이 널리 알려지고 있고, 다양한 구체적인 방법들이 구현되고 있다. 이와 같이 매질함수를 이용해 물체내부영상을 얻는 방법은 조직 특성화 영상법(Tissue Characterizing Imaging)이라고 칭한다.

그런데, 이상적인 임펄스파를 발생시키는 것은 변환기(transducer)의 매우 큰 부하를 요구하는 것이고, 따라서 이상적인 임펄스파를 탐침파로 사용하는 것이 현실적으로 상용화되는 것을 기대하기는 힘들다.

따라서 현재까지는, 합성함으로써 이상적인 임펄스파를 형성할 수 있는, 유한한 길이의 복수개의 펄스(pulse)를 이용하여, 상기 복수개의 펄스에 의한 반사파를 검출하고 이를 합성하는 방법(coded excitation method)이 연구되고 있다. 그러나, 이러한 펄스 또한 불연속적인 함수(즉 디지털 값)로서, 즉, 변환기 출력압의 최고 최저치를 불연속적으로 반복해야 함으로써, 정밀한 펄스를 구현하기 위해서는 변환기(transducer)의 큰 부하를 요구하게 된다.

따라서, 본 발명은 초음파방법에 의한 물체 내부 영상을 얻는 방법과 장치를 개선하기 위한 것으로서, 보다 구체적인 본 발명의 목적은, 장치적인 부하를 줄이면서도 편리하게 매질함수를 얻을 수 있고, 따라서 초음파 영상의 축방향 해상도를 향상시킬 수 있는 보다 바람직한 탐침파를 이용하여 물체 내부 영상을 얻는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 초음파 검사 방법과 장치는, 탐침파로서 이차직교 웨이브렛(biorthogonal wavelet) 함수의 이산필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 필터 파형의 초음파를 이용한다.

웨이브렛 변환(wavelet transform)은 웨이브렛 함수를 사용한 시간-주파수 분석방법 및 신호처리 방법에서 널리 사용되고 있으며, 따라서 웨이브렛 함수, 웨이브렛의 이차직교성 등 기본적인 수학적 정의들은 당업자에게 자명하므로 더욱 상세한 기재를 생략한다.

이차직교 웨이브렛을 사용한 웨이브렛 변환은, 도 4에 도시된 바와 같은 필터뱅크(filter bank)로 구현된다.

도 4에서, "X[n]"은 분석대상인 신호를, "h0[n]"은 분해용 로우패스 필터(decomposition low-pass filter)를, "g0[n]"은 분해용 하이패스 필터(decomposition high-pass filter)를 각각 의미하고, "n"은 이산화된 신호처리(dispersed signal processing)에서의 시간 변수를 나타내는 정수이다.

도 4에 도시된 바와 같이 이차직교 웨이브렛을 사용한 웨이브렛 변환은 필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 필터들에 의해 계산된다. 도 4에서는 "X[n]"의 우측으로 가면서 그 단계가 깊어지는 것을 도시하고 있다. 즉, "X[n]"의 우측에 처음 나타나는 로우패스/하이패스 필터의 조합은 제1단계 트리까지 구현된 분해용 필터뱅크를 도시하며, 제1단계 트리로부터 그 우측으로 제2단계, 제3단계, 그리고 그 이상 단계 트리까지 구현된 분해용 필터뱅크를 얻을 수 있다.

즉, 분석대상 신호 "X[n]"을, 이와 같이 설정단계 트리까지 구현된 필터들과 필터링(즉, 승적)함으로써 그 웨이브렛 변환을 얻을 수 있게 되는 것이다.

웨이브렛 변환과 마찬가지로, 역 웨이브렛 변환 또한 필터뱅크로 구현되는데, 이는 도 5에 도시되어 있다.

도 5에서, "Xr[n]"은 재구성된 신호를, "0[n]"은 재구성용 로우패스 필터(reconstruction low-pass filter)를, "0[n]"은 재구성용 하이패스 필터(reconstruction high-pass filter)를 각각 의미하고, "n"은 이산화된 신호처리(dispersed signal processing)에서의 시간 변수를 나타내는 정수이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이차직교 웨이브렛에 관한 역 웨이브렛 변환(inverse wavelet transform)은 필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 필터들에 의해 계산된다. 도 5에서는 "Xr[n]"의 좌측으로 가면서 그 단계가 깊어지는 것을 도시하고 있다. 즉, "X[n]"의 좌측에 처음 나타나는 로우패스/하이패스 필터의 조합은 제1단계 트리까지 구현된 재구성용 필터뱅크를 도시하며, 제1단계 트리로부터 그 우측으로 제2단계, 제3단계, 그리고 그 이상 단계 트리까지 구현된 재구성용 필터뱅크를 얻을 수 있다.

즉, 특정한 신호를 도 5에 도시된 바와 같이 설정단계 트리까지 구현된 필터들과 필터링(즉, 승적)함으로써 그 역 웨이브렛 변환을 얻을 수 있게 되는 것이다.

특정한 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 설정단계의 트리까지 구현된 분해용 및 재구성용 필터뱅크는 유일하게(uniquely) 존재하고, 따라서, 도 4에 도시된 바와 같은 분해용 필터뱅크에 의해 "X[n]"의 웨이브렛 변환된 신호를, 상기 분해용 필터뱅크의 켤레로서 도 5에 도시된 바와 같은 재구성용 필터뱅크에 의해 역 웨이브렛 변환하게 되면, 그 결과 얻어지는 신호 "Xr[n]"는 원래의 신호 "X[n]"와 시간지연만 있을 뿐 동일하게 된다.

이하, 탐침파로서 이차직교 웨이브렛(biorthogonal wavelet) 함수의 이산필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 필터 파형의 초음파를 이용함으로써 매질함수를 얻을 수 있는 원리를, 제1단계 트리까지의 필터뱅크를 일예로 설명한다.

매질에 초음파를 입사하여 얻는 반사파는, 종래기술의 설명에서도 언급한 바와 같이, 매질함수(즉, 매질의 임펄스 응답)와 입사된 초음파의 승적(convolution) 즉, 필터링으로 이해할 수 있다.

따라서, 아래 [수학식 3]의 관계가 성립한다.

여기서, 는 반사파를, 는 매질함수를, 는 입사파를 각각 의미하고 기호""는 승적(convolution)을 의미한다.

웨이브렛 변환을 수행하는 필터뱅크의 필터 파형의 초음파를 순차적으로 매질에 입사하는 것은, 첫 번째 입사파 와 두 번째 입사파 를 [수학식 4]와 같이 두는 것을 의미한다.

여기서, 는 D/A(digital-to analog) 변환으로 연속시간에서 구현된 h0[n]을, 그리고 는 D/A(digital-to analog) 변환으로 연속시간에서 구현된 g0[n]을 각각 나타낸다.

따라서, 두 개의 입사파들에 의해 매질 내에서의 반사된 반사파들은, [수학식 5]에서 알 수 있는 바와 같이 매질함수(즉, 매질의 임펄스 응답)을 웨이브렛 변환한 결과가 된다.

따라서, 상기 두 개의 반사파들을, 해당되는 재구성용 필터뱅크 필터링 처리를 거쳐 합산하게 되면, [수학식 6]에서 알 수 있는 바와 같이, 매질함수(즉, 매질의 임펄스 응답)을 산출할 수 있게 된다.

이상의 설명에서는 제1단계 트리까지 구현된 필터 파형에 관하여 설명하였으나, 그 이상의 트리까지의 확장해석은 당업자에게 자명하다.

따라서 이와 같은 원리에 의하여, 보다 바람직한 탐침파로서 웨이브렛을 이용한 형태의 초음파를 사용할 수 있는 것이다.

따라서, 이러한 원리를 이용한 본 발명의 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법은, 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 분해용 로우패스 필터 파형의 하나 이상의 저주파를 물체에 입사하는 저주파 입사단계; 상기 물체에서의 상기 저주파의 반사파를 수신하는 저주파 반사파 수신단계; 상기 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 상기 설정단계 트리까지 구현된 분해용 하이패스 필터 파형의 하나 이상의 고주파를 상기 물체에 입사하는 고주파 입사단계; 상기 물체에서의 상기 고주파의 반사파를 수신하는 고주파 반사파 수신단계; 및 상기 반사파들에 대해 역 웨이브렛 변환을 계산함으로써 매질함수를 산출하는 매질함수 연산단계;를 포함하여 구성된다.

상기 반사파들에 대한 역 웨이브렛 변환의 계산은, 재구성용 로우패스 필터와 상기 저주파 반사파를 승적하고, 재구성용 하이패스 필터와 상기 고주파 반사파를 승적하여 합성하는 것이 바람직하다.

상기 설정단계는 제1단계로 하여, 제1단계 트리까지만 구현된 분해용/재구성용 하이패스/로우패스 필터만으로 신호처리를 함으로써 신호처리에 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 상기 설정단계는 "N>1"인 제N단계로 하고; 상기 저주파 입사단계는, 상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 로우패스 필터 각각에 대하여 그 파형의 저주파를 각각 입사하고; 상기 고주파 입사단계는, 상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 하이패스 필터 각각에 대하여 그 파형의 고주파를 각각 입사하는 것으로 함으로써 개별 변환기의 부하를 더욱 줄일 수 있다.

상기 이차직교 웨이브렛 함수는, 임의의 이차직교 웨이브렛 함수로 할 수 있으나, 통상적으로 널리 알려지고, 수치값을 제공하는 수치툴(numerical tool)이 잘 알려진, 더비쉬(Daubechies) 웨이브렛, 심렛(Symlets), 코이플렛(coiflets), B-Spline 웨이브렛, 및 CDF 웨이브렛 함수 중 어느 하나로 할 수 있다.

이러한 본 발명의 초음파 검사방법에서, 상기 매질함수를 기초로 상기 물체 내부 영상신호를 합성하는 단계; 및 상기 합성된 영상신호를 표시하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치는, 지정된 파형의 초음파신호를 발생하여 발사하는 초음파 발생기; 물체에서 반사된 초음파 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 수신기; 상기 초음파 발생기에 발생될 초음파의 파형을 지정하여 입력하고, 상기 초음파 수신기로부터 수신된 초음파 신호를 처리하는 제어유닛을 포함한다.

상기 제어유닛은, 상기 초음파 발생기에서 발생될 초음파의 파형으로서, 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 분해용 로우패스 필터 파형을 지정하고, 그에 따라 발생되는 저주파의 상기 물체에서의 반사파를 수신하고; 또한 상기 초음파 발생기에서 발생될 초음파의 파형으로서, 상기 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 상기 설정단계 트리까지 구현된 분해용 하이패스 필터 파형을 지정하고, 그에 따라 발생되는 고주파의 상기 물체에서의 반사파를 수신하여; 상기 반사파들에 대해 역 웨이브렛 변환을 계산함으로써 매질함수를 산출한다.

상기 반사파들에 대한 역 웨이브렛 변환의 계산은, 재구성용 로우패스 필터와 상기 저주파 반사파를 승적하고, 재구성용 하이패스 필터와 상기 고주파 반사파를 승적하여 합성하는 것이 바람직하다.

상기 설정단계는 제1단계로 하여, 제1단계 트리까지만 구현된 분해용/재구성용 하이패스/로우패스 필터만으로 신호처리를 함으로써 신호처리에 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 상기 설정단계는 "N>1"인 제N단계로 하고; 상기 제어유닛은, (1) 상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 로우패스 필터 각각의 파형에 대한 저주파를 각각 입사하고, 또한 (2) 상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 하이패스 필터 각각의 파형에 대한 고주파를 각각 입사하는 것으로 함으로써 개별 변환기의 부하를 더욱 줄일 수 있다.

상기 이차직교 웨이브렛 함수는, 임의의 이차직교 웨이브렛 함수로 할 수 있으나, 통상적으로 널리 알려지고, 수치값을 제공하는 수치툴(numerical tool)이 잘 알려진, 더비쉬(Daubechies) 웨이브렛, 심렛(Symlets), 코이플렛(coiflets), B-Spline 웨이브렛, 및 CDF 웨이브렛 함수 중 어느 하나로 할 수 있다.

이러한 본 발명의 초음파 검사장치에서, 영상신호를 가시적으로 표시하는 표시장치를 더 포함하는 것이 바람직하고, 이 때 상기 제어유닛은, 연산된 매질함수를 기초로 상기 물체 내부 영상신호를 합성하여, 상기 합성된 영상신호를 상기 표시장치에 표시하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치의 블록구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치는,

지정된 파형의 초음파신호를 발생하여 발사하는 초음파 발생기(ultrasonic wave generator; 210),

상기 초음파 발생기(210)에서 발사되어 물체에서 반사된 초음파신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 수신기(ultrasonic wave receiver; 220), 및

상기 초음파 발생기(210)에 파형신호를 입력하고, 상기 수신기로부터 수신된 초음파신호를 처리하는 제어유닛(processing unit; 250)을 포함한다.

상기 제어유닛(250)은 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 또는 복수의 마이크로프로세서에 의해 구현될 수 있으며, 상기 프로그램은 후술할 본 발명의 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법 중 제어유닛(250)에서 수행하기 위한 일련의 명령으로 할 수 있다. 상기 제어유닛(250)에서 수행하기 위한 일련의 명령은 후술하는 본 발명의 실시예의 초음파 검사방법 설명을 참조로 하면 자명하게 이해될 것이다.

상기 제어유닛(250)에서 처리되어 얻어지는 물체 내부에 관한 영상신호는, 임의의 다른 부속장치로 전송될 수 있으며, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치는 영상신호를 가시적으로 표시하는 표시장치(display unit; 290)를 더 포함하여, 상기 표시장치(290)에 전송하여 표시하는 것으로 할 수 있다.

상기 표시장치(290)는 CRT 모니터, LCD 모니터, 프린터, 기타, 영상신호를 표시하는 임의의 디스플레이 장치를 포함한다.

상기 초음파 발생기(210)는 이미 다양한 형태로 구현되고 있으며, 통상적으로는, 압전효과(piezzo-electric effect)를 이용한 압전변환기(壓電變換器, piezo-electric transducer)가 널리 사용되고 있다. 압전변환기를 이용하면, 다양한 파형의 초음파를 발생시킬 수 있고, 나아가, 요구되는 임의의 파형의 초음파를 발생할 수 있는데, 이에 관하여는, 미국특허 제6,167,758호(Fomitchev, Method and apparatus for generating ultrasonic pulses with a specified waveform shape)를 참조로 할 수 있다.

반사된 초음파를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 수신기(220)는 상기 초음파 발생기(210)의 원리를 이용한 장치로서 이미 당업자에 의해 널리 실시되고 있는 바, 더욱 상세한 기재를 생략한다.

이하 본 발명의 실시예에 의한 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법을 도 3을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에서는 이차직교 웨이브렛의 대표적인 더비시(Daubechies) 웨이브렛에 관하여, 10차 차수(10th order) 웨이브렛을 구현하는 2채널의 필터뱅크를 일예로 설명한다. 기타의 이차직교 웨이브렛에 관해서, 그 이상 차수에 관해서, 그리고 2채널 이상의 다수 채널 필터뱅크에 관하여는 이하의 본 발명의 실시예의 설명으로부터 당업자에게 자명하다.

도 6은 더비시 10차 차수 웨이브렛을 구현하는 2채널의 필터뱅크를 도시한 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 6에서 (a)는 그 분해용 로우패스 필터를, (b)는 분해용 하이패스 필터를, (c)는 재구성용 로우패스 필터를, 그리고 (d)는 재구성용 하이패스 필터를 각각 도시하고 있다.

도 6에 도시된 바와 같은 더비쉬(Daubechies) 웨이브렛에 기초한 필터 값들, 그리고 기타 심플렛(Symplets), 코이플렛(coiflets) 및 CDF 이차직교웨이브렛, B-spline 웨이브렛 등에 기초한 필터 값들은 이미 널리 알려진 알고리듬에 의해 계산되고 있으며, 그 계산 툴 또한 널리 보급되어 있다. 웨이브렛 필터 값 계산 툴로는, Mathworks 사의 제품인 MATLAB의 wavelet toolbox를 일예로 들 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 바와 같은 분해용 필터들에 의하여 초음파 발생기(210)에서 출력되는 입사파의 시간축 특성을 도시한 그래프이다.

이하, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 분해용 로우패스 필터 파형의 입사파를 "제1입사 초음파", 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 분해용 하이패스 필터 파형의 입사파를 "제2입사 초음파"라 한다.

도 8은 제1,2입사 초음파들의 주파수 특성의 일예를 도시한 그래프이다.

분해용 필터들에 의하여 초음파 발생기(210)에서 출력되는 초음파 파형의 실제 주파수는 초음파 발생기(210) 가동신호의 D/A 변환시 샘플링 주파수에 의해 결정되어진다. 일예로, 상기 제1,2입사 초음파들을 80MHz로 D/A 변환 출력하면, 신호의 주파수 특성은 도 8에 도시된 바와 같이 0-40MHz 범위에 반영되게 된다.

본 발명의 실시예의 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법에서는, 먼저 설정된 모든 분해용 필터 파형의 입사파를 발사하여 그 반사된 반사파를 수신한다(S300).

이를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 매질에 입사할 입사파의 파형을 제어유닛(250)이 설정한다(S310).

그리고 입사파의 파형을 설정(S310)한 제어유닛(250)은, 초음파 발생기(210)에서 상기 입사파 파형의 초음파를 발생하기 위한 구동신호를 초음파 발생기(210)에 전송한다(S320).

따라서, 초음파 구동신호를 수신한 초음파 발생기는 그 구동신호에 대응되는 초음파를 발생하여 송출하고(S330), 이에 따라 물체에서 반사된 반사파는 상기 초음파 수신기(220)에 수신되어 전기신호로 변환되고(S340), 제어유닛(250)은 전기신호로 변환된 반사파를 수신한다(S350).

반사파를 수신한 제어유닛(250)은, 설정된 모든 파형의 입사파를 발사하였는지 판단하고(S360), 모든 파형의 입사파가 발사되지 않은 경우에는 순차적으로 다음 입사파를 발사할 수 있도록 상기 입사파 파형 설정단계(S310)로 진행한다.

따라서, 설정된 모든 파형의 입사파가 발사되어 그 반사파가 수신될 때까지, 입사파 파형설정단계(S310) 내지 반사파 수신단계(S350)는 반복된다.

처음 입사할 입사파의 파형, 그리고 그 후 순차적으로 입사할 입사파의 입사순서는 당업자가 임의로 정할 수 있으며, 일예로, 도 6의 (a)와 같은 분해용 로우패스 필터 파형을 첫 번째 입사파로, 도 6의 (b)와 같은 분해용 하이패스 필터 파형을 두 번째 입사파로 할 수 있다.

도 9는 이와 같은 순서로 발사된 첫 번째 및 두 번째 입사파들의 반사파들의 일예를 도시한 그래프이다. 보다 구체적으로, 도 9의 (a)는 도 7 및 도 8에 도시된 제1입사 초음파에 의한 반사파의 일예를, 도 9의 (b)는 도 7 및 도 8에 도시된 제2입사 초음파에 의한 반사파의 일예를 도시한 그래프이다.

이러한 도 9의 그래프는 특정한 매질함수를 가정하여, 그에 입사된 입사파들의 반사파들을 측정한 것이다.

모든 파형의 입사파의 반사파를 수신한 것으로 판단(S360)된 때에는, 모든 반사파들에 대해 역 웨이브렛 변환을 계산함으로써 매질함수를 산출한다(S370).

즉, 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 제1,2반사파에 대해 역 웨이브렛 변환을 계산하게 되는 것이다.

반사파의 역 웨이브렛 변환은 재구성용 필터들과의 승적의 합으로 계산되고, 따라서 제1,2반사파에 대한 역 웨이브렛 변환은, 도 6의 (c) 및 (d)에 각각 도시한 재구성용 로우패스 필터 및 하이패스 필터에 상기 제1,2반사파를 각각 승적하여 더함으로써 계산된다.

이와 같이 계산된 역 웨이브렛 변환에 의해 결과적으로 매질함수가 산출되게 되는 것이다.

도 10은 이와 같이 산출된 매질함수를 도시한 그래프이다. 이렇게 산출된 매질함수는 도 9의 그래프를 산출하기 위해 가정된 매질함수와 일치하게 된다.

매질함수를 산출(S370)한 후에 제어유닛(250)은, 계산된 매질함수를 기초로 영상신호를 합성한다(S380).

매질함수, 즉, 매질의 임펄스반응을 기초로 영상신호를 합성하는 것은 당업자에 의해 자명하게 실시되고 있으므로 더욱 상세한 기재를 생략한다.

영상신호를 합성(S380)한 후 제어유닛(250)은, 상기 합성된 영상신호를 상기 표시장치(290)에 전송함으로써 상기 합성된 영상신호를 표시한다(S390).

이상으로 본 발명의 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법 및 장치에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 11내지 도 14는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 11의 (a)에 도시된 바와 같은 표본물체(물체 내부에 12개의 반사체가 형성되어 있다)에 (1) 종래기술에 의해 초음파를 스캔하여 그 반사파를 합성한 합성영상 및 특정 단면에서의 복원 단면신호의 일예는 도 12에, (2) 포락선 추출기법을 적용하여 얻은 합성영상 및 특정 단면에서의 복원 단면신호의 일예는 도 13에, 그리고 (3) 본 발명의 실시예에 의해 초음파를 스캔하여 반사파를 합성한 합성영상 및 특정 단면에서의 복원 단면신호의 일예는 도 14에 각각 도시하였다.

도 11의 (a)와 같은 표본물체에서 수직선으로 표시한 단면의 단면신호는, 이상적인 경우 도 11의 (b)와 같은 신호로 얻어져야 한다. 이와 같이 물체의 모든 위치에서 수직방향으로 스캔하여 이를 영상으로 표시하면, 이상적인 경우에는 도 11의 (a)와 같은 영상이 복원되어야 한다.

종래기술에 의하면, 특정 수직선방향으로 스캔할 때의 단면신호들은 도 12의 (b)와 같은 형태로 얻어지게 되는데, 이러한 단면신호들을 모든 단면에 대하여 합성하게 되면 도 12의 (a)와 같은 영상을 얻게 된다.

도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래기술에서는 반사체 간의 겹침(overlap) 현상이 나타나 있고, 따라서 선명한 영상을 얻을 수 없다.

또한 종래기술의 하나인 포락선 추출기법을 적용하는 경우에는 도 13의 (a) 및 (b)와 같은 실험결과를 얻을 수 있는데, 도 13에서도 반사체간의 겹침 현상이 잔존하고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래기술에 비하여 표본물체의 내부구성에 보다 현격하게 가까운 합성영상을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 이는 도 14의 (b)에 도시된 특정 단면에서의 단면신호에서도 알 수 있는 것처럼, 반사파간의 겹침현상이 최소화되기 때문에 가능한 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 반사체에서 생기는 겹침(overlap) 현상을 줄임으로써, 초음파 검사 방법/시스템의 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이렇게 향상된 해상도로 인하여, 보다 선명하고 정확한 초음파 영상을 얻을 수 있다.

또한, 탐침파로서 연속함수 형태의 신호를 이용하게 되므로, 변환기 (transducer)의 큰 부하를 수반하지 않는다.

도 1은 발사된 초음파가 물체 내부에서 반사되어오는 과정을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치의 블록구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법을 도시한 흐름도이다.

도 4는 분해용 웨이브렛 필터뱅크를 도시한 도면이다.

도 5는 재구성용 웨이브렛 필터뱅크를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 더비시 10차 차수 웨이브렛을 구현하는 2채널의 필터뱅크를 도시한 도면이다.

도 7은 도 6에 도시된 바와 같은 분해용 필터들을 초음파 발생기에서 출력한 입사파의 시간축 특성을 도시한 그래프이다.

도 8은 도 6에 도시된 바와 같은 분해용 필터들을 초음파 발생기에서 출력한 입사파의 주파수 특성의 일예를 도시한 그래프이다.

도 9는 순차적으로 발사된 입사파들의 반사파들의 일예를 도시한 그래프이다.

도 10은 반사파들을 기초로 산출된 매질함수를 도시한 그래프이다.

도 11은 초음파 검사의 대상이 되는 표본물체의 일예 및 특정 단면에서의 이상적인 복원 단면신호의 일예를 도시한 도면이다.

도 12는 종래기술에 의해 초음파를 스캔하여 그 반사파를 합성한 합성영상 및 특정 단면에서의 복원 단면신호의 일예를 도시한 도면이다.

도 13은 포락선 추출기법을 적용하여 얻은 합성영상 및 특정 단면에서의 복원 단면신호의 일예를 도시한 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시예에 의해 초음파를 스캔하여 반사파를 합성한 합성영상 및 특정 단면에서의 복원 단면신호의 일예를 도시한 도면이다.

Claims (12)

1. (정정)이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 분해용 로우패스 필터 파형의 하나 이상의 제1입사파를 물체에 입사하는 제1입사파 입사단계;

   상기 물체에서의 상기 제1입사파의 반사파를 수신하는 제1반사파 수신단계;

   상기 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 상기 설정단계 트리까지 구현된 분해용 하이패스 필터 파형의 하나 이상의 제2입사파를 상기 물체에 입사하는 제2입사파 입사단계;

   상기 물체에서의 상기 제2입사파의 반사파를 수신하는 제2반사파 수신단계; 및

   상기 제1,2입사파들의 반사파들에 대해 역 웨이브렛 변환을 계산하는 반사파 변환단계;를 포함하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
2. (정정)제1항에서,

   상기 반사파들에 대한 역 웨이브렛 변환의 계산은, 재구성용 로우패스 필터와 상기 제1입사파의 반사파를 승적하고, 재구성용 하이패스 필터와 상기 제2입사파의 반사파를 승적하여 합성하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
3. 제1항에서,

   상기 설정단계는, 제1단계인 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
4. (정정)제1항에서,

   상기 설정단계는, "N>1"인 제N단계이고,

   상기 제1입사파 입사단계는, 상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 로우패스 필터 각각에 대하여 그 파형의 제1입사파를 각각 입사하고,

   상기 제2입사파 입사단계는, 상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 하이패스 필터 각각에 대하여 그 파형의 제2입사파를 각각 입사하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
5. 제1항에서,

   상기 이차직교 웨이브렛 함수는, 더비쉬 웨이브렛, 심렛, 코이플렛, B-Spline 웨이브렛, 및 CDF 웨이브렛 함수 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
6. (정정)제1항에서,

   상기 반사파 변환단계에서 역웨이브렛 변환된 신호를 기초로 상기 물체 내부 영상신호를 합성하는 단계; 및

   상기 합성된 영상신호를 표시하는 단계;를 더 포함하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
7. (정정)지정된 파형의 초음파신호를 발생하여 발사하는 초음파 발생기;

   물체에서 반사된 초음파 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 수신기;

   상기 초음파 발생기에 발생될 초음파의 파형을 지정하여 입력하고, 상기 초음파 수신기로부터 수신된 초음파 신호를 처리하는 프로세서를 포함하되,

   상기 프로세서는,

   상기 초음파 발생기에서 발생될 초음파의 제1입사파형으로서 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 설정단계 트리까지 구현된 분해용 로우패스 필터 파형을 지정하고, 그에 따라 발생되는 제1입사파의 상기 물체에서의 제1반사파를 수신하고;

   또한 상기 초음파 발생기에서 발생될 초음파의 제2입사파형으로서 상기 이차직교 웨이브렛 함수에 관하여, 이산필터뱅크 상의 상기 설정단계 트리까지 구현된 분해용 하이패스 필터 파형을 지정하고, 그에 따라 발생되는 제2입사파의 상기 물체에서의 제2반사파를 수신하여;

   상기 제1,2반사파들에 대해 역 웨이브렛 변환을 계산하여 상기 제1,2반사파를 변환하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치.
8. (정정)제7항에서,

   상기 반사파들에 대한 역 웨이브렛 변환의 계산은, 재구성용 로우패스 필터와 상기 제1반사파를 승적하고, 재구성용 하이패스 필터와 상기 제2반사파를 승적하여 합성하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치.
9. 제7항에서,

   상기 설정단계는, 제1단계인 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치.
10. (정정)제7항에서,

    상기 설정단계는, "N>1"인 제N단계이고,

    상기 프로세서는,

    상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 로우패스 필터 각각의 파형에 대한 제1입사파를 각각 입사하고,

    상기 제N단계 트리까지 구현된 복수 개의 분해용 하이패스 필터 각각에 파형에 대한 제2입사파를 각각 입사하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사장치.
11. 제7항에서,

    상기 이차직교 웨이브렛 함수는, 더비쉬 웨이브렛, 심렛, 코이플렛, B-Spline 웨이브렛, 및 CDF 웨이브렛 함수 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.
12. (정정)제7항에서,

    영상신호를 가시적으로 표시하는 표시장치를 더 포함하고,

    상기 프로세서는, 상기 역웨이브렛 변환된 반사파를 기초로 상기 물체 내부 영상신호를 합성하여, 상기 합성된 영상신호를 상기 표시장치에 표시하는 것을 특징으로 하는 웨이브렛을 이용한 초음파 검사방법.