KR101693710B1 - 멤스 마이크로폰 어레이를 이용한 유도 초음파 영상화 장치 및 방법 - Google Patents

멤스 마이크로폰 어레이를 이용한 유도 초음파 영상화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

유도 초음파 영상화 처리 시, 대상 구조물로 기설정된 파형 신호를 인가하여 가진하고, 대상 구조물에서 발생된 유도 초음파를 멤스 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 센싱하고, 센싱된 유도 초음파의 파동장에 기초하여 기설정된 영상화 처리를 통해 실시간으로 유도 초음파 이미지를 생성한다.

Description

멤스 마이크로폰 어레이를 이용한 유도 초음파 영상화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMAGING OF GUIDED ULTRASONIC WAVES USING MEMS MICROPHONE ARRAY}
본 발명은 멤스(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) 마이크로폰 어레이(microphone array)를 사용하여 대상 구조물(target structure)에 발생된 유도 초음파를 센싱하고, 센싱된 유도 초음파에 기초하여 영상을 생성하는 유도 초음파 영상화 장치 및 방법에 관한 것이다.
댐, 교량, 항공기 등 대형 규모의 구조물에서 발생되는 사고는 사회/경제적으로 손실을 끼칠 뿐만 아니라, 인명과 관련된 큰 사고로 이어질 가능성이 매우 높다. 이러한 구조물들에서는 불시에 사고가 발생될 수 있으므로, 주요 부재들에 대한 철저한 손상 진단을 통해 사고를 조기에 감지 및 예방하는 것이 중요하다. 일반적으로 구조물의 안정성 및 신뢰성을 판단하기 위해 구조물 건전성 모니터링(Structural Health Monitoring) 시스템 및 손상 감지 시스템이 사용되고 있다.
종래에는 유도파(Guided wave)에 기반하여 구조물의 안전을 진단하기 위해 레이저 스캐닝 초음파 이미징 기술이 개발되었다. 레이저 스캐닝 초음파 이미징 기술은, 레이저를 구조물에 조사하여 가진(excitation)하고, 레이저 스캐닝 진동계를 통해 구조물에 생성된 초음파를 센싱하여, 초음파장(Ultrasonic wave field)을 영상화하는 기술이다. 이러한 레이저 스캐닝 초음파 이미징 방식에서는, 구조물에서 생성된 초음파를 레이저 스캐닝 진동계를 통해 센싱하는 과정을 반복하여 공간적 스캐닝이 요구된다. 이때, 구조물에 손상이 존재할 경우 가진에 의해 구조물 상에서 진행하던 초음파는 층간 박리 영역 내에 갇혀 정상파(standing wave)를 형성하게 되는데(Hayashi and Kawashima, 2002; Dutta 2010), 이 때문에 손상 지점은 다른 지점에 비해 더 높은 파동 에너지 값을 가진다. 이와 같은 정상파에 의한 높은 파동에너지를 분리해냄으로써 구조물의 손상 위치를 확인할 수 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2015-0069187호(발명의 명칭: 다중 밀도 비접촉식 레이저 스캐닝을 통한 구조물 손상 진단 고속화 장치 및 이의 진단 방법)에서는, 구조물에 레이저를 조사하여 초음파를 생성하는 펄스 레이저, 구조물에 생성된 초음파를 측정하는 초음파 측정기, 펄스 레이저와 초음파 측정기를 제어하는 회전 거울, 초음파 생성점과 측정점 쌍에서 수집된 신호를 해석하고 손상반사 초음파 성분을 추출하여 구조물의 손상위치를 추정하는 손상반사 추출모듈, 단일 경로에서 양방항 초음파 신호를 수집하고 상관관계를 분석하여 구조물의 손상위치를 추정하는 상관관계 분석모듈 및 초음파 측정기에서 측정된 데이터를 영상화하여 손상정보를 추출하고 자동으로 판별하는 영상처리 모듈을 포함하는 구성을 개시하고 있다.
그러나 종래의 레이저 스캐닝 초음파 이미징 기술은, 실시간 영상화가 불가능하다는 한계가 있다. 구체적으로, 레이저를 활용한 초음파 센싱은 낮은 신호대잡음비(SNR)로 인해 센싱 효율이 낮으며, 이에 따라 SNR을 높이기 위해서 시간 영역(time domain)에서 수십~수백 회 이상의 반복된 초음파 센싱 및 이에 대한 평균 처리(Averaging Process)가 요구된다. 즉, 레이저 스캐닝을 이용하여 초음파 에너지를 측정하기 위해서는 상당한 계측 시간이 요구된다. 특히, 대상 구조물이 동적 상태에 노출되어 있는 경우, 가진 및 센싱 지점의 변화로 인해 적절한 초음파 영상을 취득하기 어렵다. 즉, 초음파 영상화를 통해 데이터를 취득하는 동안에는 대상 구조물, 레이저 스캐닝 시스템 및 주변 환경을 정적 상태로 유지해야 하는 단점이 있다.
또한, 레이저 스캐닝 초음파 이미징 기술에서는, 초음파 가진 시 매우 좁은 영역에 대해 고출력(High-power)의 레이저를 노출시켜야 한다. 즉, 초음파 가진에 사용되는 레이저는 매우 위험한 고준위 에너지로서, 이러한 레이저가 반사되어 인체에 노출되었을 경우 피부 및 망막 손상 등의 문제가 발생될 수 있다.
또한, 레이저 스캐닝 초음파 이미징 기술을 이용한 손상 진단 시스템은, 기본적으로 가진용 레이저, 센싱용 레이저 및 각 레이저의 정밀 센싱을 위한 센싱 장비로 구성된다. 이들 구성 장비는 매우 고가로서 다양한 현장 적용을 위한 경제성 및 상용화 가능성이 낮을 뿐만 아니라, 레이저 스캐닝 장비의 크기가 매우 크고 위치가 고정되어야 하므로 별도의 설치 공간이 확보되어야 하는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반복된 초음파 센싱 없이 실시간 유도 초음파 영상화 처리가 가능하며, 구조물에 대한 무기저 손상 진단(Reference-Free Damage Diagnosis)을 처리할 수 있는 MEMS 마이크로폰 어레이를 이용한 유도 초음파 영상화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 유도 초음파 영상화 장치는, 대상 구조물로 기설정된 파형 신호를 출력하여 가진(excitation)시키는 신호 발생기: 상기 대상 구조물에서 발생된 유도 초음파를 다채널로 센싱하는 멤스 마이크로폰 어레이; 및 상기 센싱된 유도 초음파의 파동장(wave field)에 기초하여 기설정된 영상화 처리를 통해 실시간으로 유도 초음파 이미지를 생성하는 영상화 처리부를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따른 유도 초음파 영상화 방법은, 대상 구조물을 가진(excitation)시키는 단계; 상기 대상 구조물에서 발생된 유도 초음파를 멤스 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 센싱하는 단계; 및 상기 센싱된 유도 초음파의 파동장(wave field)에 기초하여 기설정된 영상화 처리를 통해 실시간으로 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 가진한 대상 구조물로부터 공기 중으로 누설된 유도 초음파를 MEMS 마이크로폰 어레이를 사용하여 다채널로 한번에 센싱할 수 있다. 즉, 대상 구조물 상의 스캐닝 영역 내 모든 위치에서 발생된 유도 초음파를 센싱하기 위해 여러 번의 스캐닝을 처리할 필요가 없으며, 비접촉식으로 실시간 유도 초음파의 센싱 및 영상화 처리가 가능하다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 구조물의 현재 상태에서 취득한 신호만을 분석하여 대상 구조물의 손상 정보를 검출할 수 있다. 즉, 건전 상태(Health state)의 구조물로부터 취득해 놓은 기저 데이터(baseline data)와의 비교 없이도 구조물에 대한 손상 진단이 가능하다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 유도 초음파 영상화 장치의 소형화 및 이동이 가능하며, 이에 따라 구조물 자동화 모니터링 시스템과 같은 다양한 시스템(예를 들어, 무인 로봇 시스템)과의 통합이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 어레이를 이용한 다채널 유도 초음파 센싱 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상 장치의 영상 처리 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상 처리의 결과를 설명하기 위한 예시들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 장치(100)는 신호 발생기(110), 초음파 센싱부(120), 증폭기(130), 디지타이저(140) 및 영상화 처리부(150)를 포함한다.
신호 발생기(110)는 대상 구조물(target structure)(200)을 진동시켜 초음파를 발생시키기 위한 파형 신호를 출력한다. 이때, 신호 발생기(110)는 파형 신호의 주파수를 설정하고, 설정된 주파수의 파형 신호를 대상 구조물로 출력한다. 이에 따라, 대상 구조물(200)에는 유도 초음파가 발생된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유도 초음파 영상화 장치(100)는 신호 발생기(110)가 출력한 파형 신호를 대상 구조물에 직접적으로 가하는 액츄에이터(111)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 액츄에이터(111)는 전기 신호 형태의 파형 신호를 인가받아 물리적 진동을 발생시키는 압전 소자(piezoelectric effect element) 등으로 구현 가능하며, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 액츄에이터(111)는 신호 발생기(110)와는 별도의 구성으로 분리될 수 있다. 예를 들어 액츄에이터(111)는 대상 구조물(200)에 내장되거나 또는 부착되는 형태로 장착될 수 있으며, 그 일면이 신호 발생기(110)의 출력단과 연결 가능하도록 결합 부재를 더 포함할 수도 있다. 또한, 액츄에이터(111)는 신호 발생기(110)의 일 구성일 수 있으며, 신호 발생기(110)의 출력단에 일체형으로 연결되어 포함될 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 발생기(110)는 위와 같은 별도의 액츄에이터(111) 없이 대상 구조물(200)에 직접적으로 파형 신호를 가할 수 있다. 이때, 신호 발생기(110)는 액츄에이터(111)와 동일 또는 유사한 동작을 처리하는 출력단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(110)의 출력단 자체가 대상 구조물(200)의 표면에 안정적으로 부착될 수 있는 소재 및 재질로 구성되거나, 대상 구조물(200)과의 부착 또는 결합을 위한 부가 구성이 출력단에 일체형으로 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 장치(100)는 신호 발생기(110)의 출력 신호를 비접촉식으로 대상 구조물(200)에 가해 가진할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(110)는 레이저를 대상 구조물(200)의 일 영역에 조사하여 가진할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
초음파 센싱부(120)는 대상 구조물(200)로부터 발생된 유도 초음파를 비접촉 센싱한다. 이때, 초음파 센싱부(120)는 대상 구조물(200) 상의 일 영역에 대응하는 유도 초음파를 다채널(multi-channel)로 동시에 센싱한다. 이를 위해, 초음파 센싱부(120)는 복수의 MEMS 마이크로폰(MEMS Microphone) 소자들이 2차원 배열(2D array)로 구성된 센싱 부재를 포함한다. 이때, MEMS 마이크로폰 어레이는 집적된 IC(Integrated Circuit) 칩으로 구현될 수 있으며, 이러한 IC 칩에는 MEMS 마이크로폰 어레이로부터 다채널로 출력되는 센싱 결과값들을 동시에 수신 및 처리하는 다채널 전처리 회로가 포함될 수 있다.
도 1에서와 같이, 신호 발생기(110)를 통해 대상 구조물(200)을 가진할 경우 램파(Lamb wave)와 같은 유도 초음파가 발생된다. 이때, 구조물에 내에 전파되는 램파에 의해 구조물 외부의 공기 중으로 누설되는 누설파(leaky wave)가 발생된다. 초음파 센싱부(120)는 MEMS 마이크로폰 어레이를 통해 대상 구조물(200)의 일정 면적에 대해 누설파를 센싱하여, 다채널의 초음파 에너지(즉, 누설파의 에너지)를 동시에 센싱한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 어레이를 이용한 다채널 유도 초음파 센싱 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, MEMS 마이크로폰 어레이는 대상 구조물(200) 상의 임의의 스캐닝 영역(P210)에서 발생된 누설파를 센싱한다. 참고로, 스캐닝 영역(P210)의 크기는 MEMS 마이크로폰 어레이의 크기에 따라 변경될 수 있으며, 스캐닝 영역(P210)의 위치는 대상 구조물(200) 상에서 특정 위치로 한정되지 않는다.
대상 구조물(200)에서 발생된 누설파의 전파 방향은, 신호 발생기(10)에 의해 대상 구조물(200)이 진동하여 발생된 유도 초음파의 진행 방향(도 2에서는, 입사파(incident wave)의 진행 방향인 x축을 의미함)과 평행하다. 이때, MEMS 마이크로폰 어레이는 대상 구조물에 발생된 유도 초음파가 공기 중에 누설된 누설파의 파동장(wave filed)을 시간-공간 영역(time-spatial domain, 이하 't-s 도메인'이라고 지칭함)에서 센싱한다.
도 2에서는 MEMS 마이크로폰 어레이가 누설파의 파동장을 스캐닝한 n-1개의 스캐닝 라인(L1~Ln)을 나타내었다. 이처럼, MEMS 마이크로폰 어레이는 스캐닝 영역에 대응하여 검출되는 파동장을 다채널을 이용하여 동시에 센싱한다. 구체적으로, MEMS 마이크로폰 어레이는 누설파가 전파되는 방향으로 연속된 시점마다 복수의 스캐닝 라인(L1~Ln)들 각각의 누설파 파동장을 계측한다. 즉, MEMS 마이크로폰 어레이는 다채널을 통해 일정 시간 시점(time point)까지 매 시점마다 복수개의 누설파 파동장들을 동시에 센싱한다.
한편, 도 1에서는 초음파 센싱부(120)의 MEMS 마이크로폰 어레이를 포함하는 센싱 부재가 대상 구조물(200)에 인접하여 작동하는 것을 나타내었다. 이때, MEMS 마이크로폰 어레이의 위치는 특정 위치에 고정되는 것이 아니라, 대상 구조물(200)의 임의의 스캐닝 영역에 대응되는 위치로 이동하여 초음파 센싱을 처리할 수 있다. 또한, 유도 초음파 영상화 장치(100)에서 신호 발생기(110)의 출력단 및 초음파 센싱부(120)의 MEMS 마이크로폰 어레이의 출력 채널은 각각 전선 등의 연결 부재를 통해 신호 발생기(110) 및 증폭기(130)에 연결된다. 즉, 신호 발생기(110)의 출력단 및 초음파 센싱부(120)의 MEMS 마이크로폰 어레이를 유도 초음파 영상화 장치(100)의 나머지 구성들과는 별도로 자유롭게 이동시킬 수 있으며, 이에 따라 대상 구조물(200) 상에서 초음파를 센싱 위치의 변경이 매우 용이하다. 또한, MEMS 마이크로폰 어레이를 사용함으로써 초음파 센싱을 위해 별도의 큰 장비가 필요하지 않아 소형의 장치 구현이 가능하여, 유도 초음파 영상화 장치(100) 자체의 이동 또한 매우 편리하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 장치(100)의 구성들은 초음파 센싱부(120), 즉 MEMS 마이크로폰 어레이가 장착된 IC 칩과 일체형으로 구성될 수도 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 증폭기(130)는 초음파 센싱부(120)로부터 센싱 결과 값을 수신하고, 디지털화에 적합 또는 유리하도록 센싱 결과 값(즉, 누설된 초음파)을 전하 증폭기(Charge Amplifier)를 통해 증폭시킨다. 이때, 증폭기(130)는 동시에 수신되는 복수의 센싱 결과 값(즉, 다채널로 동시 수신된 센싱 결과 값)을 병렬로 증폭시킬 수 있다.
디지타이저(140)는 증폭기(130)를 통해 증폭된 센싱 결과 값들을 수신하고, 센싱 결과 값들을 디지털화하여 영상화 처리부(150)로 제공한다. 디지타이저(140)는 동시에 수신된 복수의 센싱 결과 값(즉, 증폭된 복수의 센싱 결과 값)들을 병렬로 디지털화 처리할 수 있다.
영상화 처리부(150)는 디지타이저(140)로부터 수신된 데이터를 기설정된 영상화 알고리즘에 기반하여 영상화 처리하여, 유도 초음파에 기반한 영상을 생성한다. 그리고, 영상화 처리부(150)는 생성된 영상에 기초하여 대상 구조물(200)의 손상을 검출하고, 검출된 손상에 대한 정보를 제공한다.
영상화 처리부(150)는 대상 구조물에서의 유도 초음파의 전파를 실시간으로 영상화 처리한다. 구체적으로, MEMS 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 동시에 센싱된 유도 초음파(즉, 대상 구조물로부터 발생된 누설파) 신호들은 대상 구조물의 표면에서의 음장(Acoustic field)과 비례하는 변위 및 속도를 가지며, 이는 평면상의 좌표 및 시간에 따라 표현될 수 있다. 예를 들어, 유도 초음파의 진행 동영상을 구축하기 위하여, 영상 처리부(150)는 유도 초음파의 전파 시점 별로 측정 값을 그 크기에 따라 상이한 식별 형식(예를 들어, 표식 또는 색상 등)으로 평면상에 도시하여 하나의 동영상 프레임을 구축할 수 있다. 즉, MEMS 마이크로폰 어레이를 통해 복수의 스캐닝 라인에서 동시에 센싱된 유도 초음파의 파동장을 전파 시간에 따라 연속하여 표현하면, 시간에 따른 평면상에서 유도 초음파의 형상 변화 양상을 동영상으로 구현할 수 있다.
영상화 처리부(150)는 신호 특성을 추출하여 신호 변화의 특성을 규명하고, 자동으로 대상 구조물에 대한 손상 감지를 처리한다. 이때, 영상화 처리부(150)는 자기 참조 주파수-파수 필터링(self-referencing frequency-wavenumber(f-k) Filtering)을 처리하여 무기저 손상 진단(Reference-Free Damage Diagnosis)을 처리한다.
이하, 영상화 처리부(150)가 자기 참조 f-k 필터링을 통해 유도 초음파에 기반한 영상을 생성하고, 이를 통해 대상 구조물에 대한 무기저 손상 진단을 처리하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
영상화 처리부(150)는 자기 참조 f-k 필터링을 통해 유도 초음파 데이터(즉, 센싱된 누설파 에너지에 따른 데이터)를 영상화 처리하며, 이를 통해 무기저 손상 진단을 위한 유도 초음파 영상을 생성한다.
영상화 처리부(150)는 대상 구조물의 원래 구성 성분 및 대상 구조물에 생성된 손상(예를 들어, 균열(crack), 층간 박리, 부식 등)에 따라 생성된 초음파 신호 값(즉, 센싱된 누설파 데이터)인 WT를 수신한다. 그리고 영상화 처리부(150)는 자기 참조 f-k 필터링 처리를 통해 WT로부터 손상에 의해 유도된 초음파 성분들을 분리해낸다. 이때, 자기 참조 f-k 필터링의 변수들은 대상 구조물의 현재 상태로부터 측정된 WT만을 사용하여 결정된다. 즉, 영상화 처리부(150)는 해당 스캐닝 회차에 센싱된 데이터 이외에 이전의 스캐닝을 통한 기준(base-line) 데이터가 필요치 않으며, 다채널로 동시에 센싱된 유도 초음파들에 기초하여 손상의 존재 여부, 존재 위치 및 종류를 진단함으로써 스캐닝을 수행한 순간과 거의 동시에 유도 초음파 영상화 및 손상 진단이 가능하다.
구체적으로, 자기 참조 f-k 필터링은 아래와 같은 4개의 단계로 구성될 수 있다. 이하 설명에서는 대상 구조물(200)에 손상이 존재하며, 손상의 종류가 균열인 것을 예로서 설명하도록 한다.
첫 번째 단계에서는, 복수의 스캔 라인에 따른 초음파 파동 신호를 t-s 도메인에서 f-k 도메인으로 변환한다. 이때, 복수의 스캔 라인은 앞서 도 2에서 설명한 입사파의 전파 방향과 평행한 복수의 스캔 라인일 수 있다. 균열은 전체 스캐닝 영역(P210) 내의 작은 일부분이라고 전제하고, 스캐닝 라인은 Lj로 정의되며, 이때 j는 1부터 n까지로 정의된다.
하기 수학식 1에서와 같이, Lj에 대응하는 초음파 파동 값을 2차원 푸리에 변환(2D FT)을 사용하여 t-s 도메인에서 f-k 도메인으로 변환한다.
<수학식 1>
Figure 112015081966493-pat00001
여기서, WT j 및 UT j는 각각 t-s 도메인 및 f-k 도메인에서의 Lj에 상응하는 초음파 파동장들을 의미한다.
다음으로, 두 번째 단계에서는, f-k 도메인에서 대응하는 파동장 간의 차이로부터 비손상 영역 및 균열 영역을 가로지르는 두 개의 스캐닝 라인을 선택한다.
이때, 하기 수학식 2를 이용하여, 대상 구조물에서의 스캐닝 영역 내 균열의 존재 여부를 검사하고, 각각 비손상 영역 및 균열 영역을 가로지르는 두 스캐닝 라인(LI 및 LC)을 식별한다.
<수학식 2>
Figure 112015081966493-pat00002
여기서, UT는 상기 수학식1 로부터 계산되며, 인접한 UT j 및 UT j +1 사이의 최대 차이인 Mj는 파수인 k 및 주파수인 ω에 대해 계산된다. 참고로, 균열 파장 및 입사파의 반대로 전파되는 파장으로부터 반사된 초음파 파장만이 고려되도록 하기 위해서, k에 대한 검색 도메인은 k≤0로 제한될 수 있다.
인접한 스캐닝 라인들 간의 공간 간격이 충분히 작은 것으로 가정하면, 비손상 영역의 Mj는 손상 영역의 Mj보다 훨씬 작은 값을 갖는다. 이때, j가 1 내지 n-1인 경우 계산된 모든 Mj 값들에 대해, 와이블 분포(Weibull distribution)로도 알려진 타입 Ⅲ 극단값 분포(type-Ⅲ extreme value distribution)에 따르도록(fitting) 그들의 확률 밀도 함수를 추정한다. 모든 Mj를 와이블 분포로 피팅시키면, 95% 신뢰 구간에 대응하는 임계값 TRI가 계산된다.
이때, 균열의 존재는 Mj 중 어느 하나가 임계값 TRI를 초과할 경우 검출된다. 또한, Mj의 최대 값 및 최소 값에 대응되는 Lj들을 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 두 개의 스캐닝 라인(즉, LI 및 LC)으로 각각 선택한다. 참고로, 인접한 두 개의 스캐링 라인이 공간적으로 매우 근접한 경우, 비손상 영역의 스캐닝 라인들로부터 획득된 초음파 신호 값들은 거의 유사하며, 이때의 Mj는 무시할 수 있는 정도이다. 반면, 인접한 두 개의 스캐닝 라인들 중 어느 하나가 균열을 통과하고 다른 하나는 비손상 영역을 통과할 경우 Mj는 크게 증가한다.
다음으로 세 번째 단계에서는, 자기 참조 f-k 필터링을 위한 해닝 윈도우(Hanning Window)함수의 변수를 결정한다.
앞서 두 번째 단계에서 LI 및 LC가 결정되면, 자기 참조 f-k 필터링을 위해 두 개의 해닝 윈도우의 기설정된 변수(Φk 및 Φω)들을 추정한다.
먼저, 하기 수학식 3을 통해 k 도메인에서의 해닝 윈도우 변수 Φk를 추정할 수 있다.
<수학식 3>
Figure 112015081966493-pat00003
여기서, mk 및 2dk는 주파수 ω가 주어졌을 때 Φk의 중심(center) 및 폭(width)으로 정의된다.
다음으로, 하기 수학식 4를 통해 f 도메인에서의 해닝 윈도우 변수 Φω를 추정할 수 있다.
<수학식 4>
Figure 112015081966493-pat00004
여기서, mω 및 2dω는 파수 k가 주어졌을 때 Φω의 중심 및 폭으로 정의된다.
Φk 및 Φω의 중심 변수 및 폭 변수를 선택하는 것은 균열에 의해 유도된 특징 성분들을 적절히 분리하는데 중요하다.
이러한 필터링 변수들은 UT I 및 UT C 사이의 차이(ΔUT)를 계산하는 것에 의해 정의된다. UT I 및 UT C는 각각 LI 및 LC에 대응된 f-k 도메인의 초음파 파동장이다. 하기 수학식 5를 통해 UT I 및 UT C 사이의 차이 ΔUT를 산출할 수 있다.
<수학식 5>
Figure 112015081966493-pat00005
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상 장치의 초음파 영상 처리 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)는 균열에 의해 유도된 초음파 특징 성분들 및 잡음 성분들을 포함하는 전체 ΔUT의 f-k 도메인 플롯들을 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)에서와 같은 ΔUT 중에서 균열에 의해 유도된 특징 성분들을 분리하기 위해, k≤0일 때 ΔUT의 모든 엔티티들에 대해서, ΔUT의 확률 밀도 함수를 추정한다. 이때, 모든 ΔUT를 감벨 분포(Gumbel distribution)라고도 알려진 타입 Ⅰ 극단값 분포(type-Ⅰ extreme value distribution)로 피팅시켜 확률 밀도 함수를 추정할 수 있다. 이에 따라, 95% 신뢰 구간에 대응하는 임계값(TRII)이 계산된다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서 나타낸 ΔUT 중 임계값 TRII 이상의 ΔUT 값만을 f-k 도메인 플롯(polt)에 남긴 것을 나타내었다. 이때, 남아있는 ΔUT 값들을 k 도메인 상으로 투영하고, 투영된 ΔUT 값들을 커버링하는 최대 k 값 및 최소 k 값을 계산한다. 다음으로, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 최대 k 값 및 최소k 값 사이의 차이 평균으로서 mk를 선택하고, 최대 k 값 및 최소k 값 간의 차이로서 2dk를 선택한다. 이와 유사한 방식으로, f 도메인에서의 mω 및 dω를 결정한다.
마지막으로, 네 번째 단계에서는 자기 참조 f-k 필터링을 사용하여 균열에 의해 유도된 특징 성분들을 분리한다.
앞서, 세 번째 단계를 통해 필터링 변수가 결정되면, 하기 수학식 6을 이용하여 Lj에 대응된 필터링된 초음파 파동장 UF j를 산출하고, 균열에 의해 유도된 파장 성분만 보존한다.
<수학식 6>
Figure 112015081966493-pat00006
그리고, 하기 수학식 7을 이용하여, Lj와 관련된 초음파 파동 WF j을 2차 퓨리에 역변환(inverse 2D FT) 처리하여 t-s 도메인 상에 재구성한다.
<수학식 7>
Figure 112015081966493-pat00007
이때, WF j의 누적 에너지(EF j)는 다음의 수학식 8과 같이 산출된다.
<수학식 8>
Figure 112015081966493-pat00008
여기서, EF j (x)는 t 시간 시점(time point)까지 누적되어진 WF j의 에너지를 나타낸다. 참고로, 이와 유사한 방식으로, 상기 수학식 8에서 WF j 대신에 WT j를 사용하여 ET j (x)를 획득할 수도 있다. 즉, 자기 참조 f-k 필터링을 처리하지 않은 경우, 균열에 의해 유도된 파장 성분 및 비손상 영역에서의 파장 성분을 모두 포함하는 모든 Lj에 상응하는 ET j 를 산출할 수 있다.
모든 Lj들의 EF j 값들이 계산되어지면, t-s 도메인 상의 모든 EF j 플롯들을 조합하여 2D 공간 도메인(spatial domain) 상의 EF 이미지를 생성한다. 그리고 자기 참조 f-k 필터링은 균열에 의해 유도된 파장 성분들을 분리하는 밴드 패스 필터로서 작용하기 때문에, EF 이미지 상에서 균열 형성물 만이 강조 표시되며, 파장 성분들은 덜 강조된다. 참고로, 이와 유사한 방식으로, 모든 Lj에 상응하는 각각의 ET j 플롯들을 조합함으로써 ET 이미지를 생성할 수도 있다.
위와 같은 과정의 자기 참조 f-k 필터링을 통해, 영상화 처리부(150)는 무기저 손상 진단을 처리할 수 있다. 즉, 대상 구조물 상의 스캐닝 영역에서 한번의 스캐닝만으로 비손상 영역 및 손상 영역 모두에 대한 정보를 획득 및 비교할 수 다. 이를 통해, 영상화 처리부(150)는 구조 대상물에 대한 손상의 존재 여부를 판단하고 그에 따른 손상 정보를 생성 및 제공한다.
구체적으로, 영상화 처리부(150)는 대상 구조물 상의 현재 스캐닝 영역에서 손상 영역이 존재한다고 판단된 경우, 현재 생성된 EF 이미지, ET 이미지, 손상 영역의 위치, 및 손상의 종류 중 적어도 하나의 정보를 출력한다.
예를 들어, 영상화 처리부(150)는 현재 스캐닝을 통해 검출된 손상 영역의 스캐닝 영역 상에서의 좌표를 손상 위치 정보로서 제공할 수 있다.
또한, 영상화 처리부(150)는 대상 구조물에서의 손상의 종류 별로 유도 초음파의 파동장 특성 데이터를 저장해둔 상태일 수 있다. 이때, 영상화 처리부(150)는 현재 EF 이미지를 생성하기 위해 산출한 UF j와 기저장된 손상 종류별 파동장 특성에 따른UF j를 비교하여, 현재 스캐닝을 통해 산출된 UF j가 해당하는 손상의 종류를 판별하여 제공할 수 있다.
이하, 도 4 내지 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 참조 f-k 필터링의 유효성에 대해서 설명하도록 한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상 처리의 결과를 설명하기 위한 예시들이다. 도 4 내지 도 6에서는 2차원 유한 요소 분석(2D FE analysis)을 수행한 것을 예로서 나타내었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 유도 초음파 영상 처리 대상 구조물의 단면도이다.
도 4에서는 본 발명이 적용되는 대상 구조물(200)이 수직 보강재가 형성된 알루미늄 플레이트이며, 수직 보강재의 용접 부분(P310)에 근접한 일 부분에 표면 균열(P320)이 발생된 것을 예로서 나타내었다. 이때, 포인트 M1 내지 M41 사이의 영역을 스캐닝 영역으로 설정하였다. 포인트 M21과 근접한 부분에 표면 균열(P320)이 형성되어 있으며, 그 외 포인트 M21부터 멀어져 M 1 및 M41에 가까워질수록 균열이 없는 비손상 영역이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 구조물에서 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 스캐닝 라인들로부터 각각 획득한 초음파 파동장을 f-k 도메인 플롯(plots)으로 나타낸 예시이다.
도 5의 (a) 및 (b)에서는 비손상 영역인 포인트 M1과 균열 영역인 M21에서 획득된 UT I 및 UT C의 f-k 도메인 플롯을 나타내었다. 참고로, UT I 및 UT C는 LI 및 LC에 대응된 f-k 도메인의 초음파 파동장이며, LI 및 LC는 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 두 개의 스캐닝 라인이다. 즉, 도 5의 (a)에서와 같은 비손상 영역의 초음파 파동장에 비해, 도 5의 (b)에서와 같이 손상 영역의 초음파 파동장이 별도로 표시되어 검출된다.
도 5의 (a) 및 (b)를 비교한 결과는, 앞서 수학식 5를 이용하여 계산한 ΔUT, ΔUT로부터 결정된 필터링 변수, 및 수학식 8을 사용한 EF I 및 EF C의 계산을 통해, 도 6에서와 같이 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 참조 f-k 필터링의 유무에 따른 파동장의 누적 에너지들의 공간적 변화를 나타낸 예시이다.
도 6의 (a) 및 (b)에서는 임의의 시점 t에서 포인트 M1으로부터 M41까지 획득된 파동장 누적 에너지의 공간적 변화를 나타내었다. 도 6의 (a)는 자기 참조 f-k 필터링을 처리하지 않은 경우로서, 포인트 M1으로부터 M41까지ET I 및 ET C가유사한 감소 패턴을 갖는 것을 알 수 있다. 반면에, 도 6의 (b)는 자기 참조 f-k 필터링을 처리한 결과로서, 포인트 M1으로부터 M41까지 비손상 영역에서의 누적 에너지 EF I는 크게 변화하지 않지만 균열에 의해 유도된 파동장의 누적 에너지인 EF C는 큰 에너지를 갖는 것을 알 수 있다. 이처럼, 자기 참조 f-k 필터링은 손상에 의해 유도된 파동장을 분리하는데 매우 효율적인 필터링 방식이다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 어레이를 이용한 유도 초음파 영상화 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 기설정된 주파수를 갖는 파형 신호를 대상 구조물로 출력하여, 대상 구조물을 가진한다(S710).
다음으로, 대상 구조물에 발생된 유도 초음파를 MEMS 마이크로폰 어레이를 통해 센싱한다(S720).
이때, MEMS 마이크로폰 어레이는 대상 구조물에서 발생된 유도 초음파의 전파 방향과 평행한 누설파를 비접촉식으로 센싱하며, 다채널을 통해 복수의 스캐닝 라인에서의 누설파 파동장을 동시에 센싱한다. 즉, 스캐닝 영역 내에서 누설파의 전파 방향에 따라 각 시점마다 복수의 누설파 파동장들이 연속하여 센싱된다.
다음으로, 센싱된 유도 초음파의 파동장을 증폭 처리하고(S730), 증폭된 파동장을 디지털화한다(S740).
이때, MEMS 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 동시에 센싱된 계측 값들을 각각 병렬로 증폭 및 디지털화 처리할 수 있다.
다음으로, 디지털화된 파동장 데이터들을 이용하여 유도 초음파 이미지를 생성한다(S750).
구체적으로, MEMS 마이크로폰 어레이를 통해 복수의 스캐닝 라인에서 동시에 센싱된 유도 초음파의 파동장을 전파 시간에 따라 연속하여 표현하면, 시간에 따른 평면상에서 유도 초음파의 형상 변화 양상을 동영상(즉, 연속된 유도 초음파 이미지들)으로 구현할 수 있다.
특히, 자기 참조 주파수-파수(f-k) 필터링을 처리하여, 센싱된 파동장 중 손상에 의해 유도된 성분들을 따로 분리하고, 이를 이용하여 손상 영역을 강조한 유도 초음파 이미지를 생성할 수 있다. 참고로, 자기 참조 주파수-파수(f-k) 필터링 방식은 앞서 도 2 내지 도 6을 통해 설명한 내용과 동일하다.
다음으로, 생성된 유도 초음파 이미지에 기초하여 무기저 손상 진단을 처리하고, 그에 다른 손상 진단 정보를 생성 및 제공한다(S760).
구체적으로, 대상 구조물 상의 현재 스캐닝 영역에서 손상 영역이 존재한다고 판단된 경우, 자기 참조 주파수-파수(f-k) 필터링을 통해 생성한 유도 초음파 이미지, 자기 참조 주파수-파수(f-k) 필터링없이 생성한 유도 초음파 이미지, 손상 영역의 위치 및 손상의 종류 중 적어도 하나의 정보를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유도 초음파 영상화 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수도 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 유도 초음파 영상화 장치 110: 신호 발생기
120: 초음파 센싱부 130: 증폭기
140: 디지타이저 150: 영상화 처리부

Claims (13)

  1. 유도 초음파 영상화 장치에 있어서,
    대상 구조물로 기설정된 파형 신호를 출력하여 가진(excitation)시키는 신호 발생기:
    상기 대상 구조물에서 발생된 유도 초음파를 다채널로 동시에 센싱하는 멤스 마이크로폰 어레이; 및
    상기 센싱된 유도 초음파의 파동장(wave field)에 기초하여 기설정된 영상화 처리를 통해 실시간으로 유도 초음파 이미지를 생성하는 영상화 처리부를 포함하며,
    상기 영상화 처리부는,
    상기 센싱된 유도 초음파의 파동장의 값에 기초하여 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 둘 이상의 스캐닝 라인을 선택하고, 상기 둘 이상의 스캐닝 라인으로부터 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하고, 상기 분리된 유도 초음파의 파동장 성분들의 누적 에너지 값에 기초하여 상기 손상에 대응된 유도 초음파 이미지를 생성하는 유도 초음파 영상화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상화 처리부는,
    상기 대상 구조물 상에서 상기 유도 초음파의 전파 방향과 평행한 복수의 스캐닝 라인을 따라 센싱된 상기 유도 초음파의 파동장을 푸리에 변환을 통해 시간-공간 도메인으로부터 주파수-파수 도메인으로 변환하고,
    상기 주파수-파수 도메인 상에서 서로 인접한 파동장 간의 차이 값에 기초하여 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 두 개의 스캐닝 라인을 선택하고,
    상기 선택된 두 개의 스캐닝 라인의 상기 유도 초음파의 파동장에 따른 주파수 및 파수에 기초하여 기설정된 해닝 윈도우 함수의 변수를 산출하고,
    상기 산출된 해닝 윈도우 함수의 변수를 사용하여 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하고,
    상기 분리된 유도 초음파의 파동장 성분을 푸리에 역변환을 통해 주파수-파수 도메인으로부터 시간-공간 도메인으로 변환하고,
    상기 분리된 유도 초음파 파동장 성분들의 시간에 따른 누적 에너지를 산출하고,
    상기 산출된 누적 에너지들에 포함된 모든 시간-공간 도메인 상의 플롯들을 조합하여 손상에 대응된 유도 초음파 이미지를 생성하는 유도 초음파 영상화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 영상화 처리부는,
    상기 주파수-파수 도메인에서 인접한 파동장 간의 차이 값 중 적어도 하나가 기설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 두 개의 스캐닝 라인을 선택하되,
    상기 파동장 간의 차이 값들 모두를 와이블 분포(Weibull distribution)에 따르도록 피팅시켜 확률 밀도 함수를 추정하고, 상기 추정된 확률 밀도 함수에 기초하여 상기 임계값을 계산하는 유도 초음파 영상화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 영상화 처리부는,
    상기 주파수-파수 도메인에서 인접한 파동장 간의 차이 값이 기설정된 임계값 이상인 파동장들만 상기 주파수-파수 도메인 플롯에 남겨 상기 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하되,
    상기 선택된 두 개의 스캐닝 라인들의 파동장 간의 차이 값들 모두를 감벨 분포(Gumbel distribution)에 따르도록 피팅시켜 확률 밀도 함수를 추정하고, 상기 추정된 확률 밀도 함수에 기초하여 상기 임계값을 계산하는 유도 초음파 영상화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤스 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 동시에 센싱된 복수의 유도 초음파의 신호 값을 병렬로 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭된 복수의 유도 초음파를 병렬로 디지털화하는 디지타이저를 더 포함하는 유도 초음파 영상화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상 구조물에 부착 또는 내장되며, 적어도 일부가 상기 신호 발생기와 연결되어 상기 신호 발생기로부터 출력된 파형 신호를 상기 대상 구조물에 직접 가하는 액츄에이터를 더 포함하는 유도 초음파 영상화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상화 처리부는,
    해당 스캐닝 회차에 센싱된 유도 초음파의 파동장만을 이용하여 상기 대상 구조물에서의 손상 영역의 존재 여부를 검출하되,
    손상 영역의 존재 여부 검출 결과, 손상 영역만을 분리하여 생성한 유도 초음파 이미지, 스캐닝 영역 전체에 대해 생성한 유도 초음파 이미지, 스캐닝 영역 내 손상 영역의 위치 및 손상의 종류 중 적어도 하나를 출력하는 유도 초음파 영상화 장치.
  8. 유도 초음파 영상화 방법에 있어서,
    대상 구조물을 가진(excitation)시키는 단계;
    상기 대상 구조물에서 발생된 유도 초음파를 멤스 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 동시에 센싱하는 단계; 및
    상기 센싱된 유도 초음파의 파동장(wave field)에 기초하여 기설정된 영상화 처리를 통해 실시간으로 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 센싱된 유도 초음파의 파동장의 값에 기초하여 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 둘 이상의 스캐닝 라인을 선택하고, 상기 둘 이상의 스캐닝 라인으로부터 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하고, 상기 분리된 유도 초음파의 파동장 성분들의 누적 에너지 값에 기초하여 상기 손상에 대응된 유도 초음파 이미지를 생성하는 것인 유도 초음파 영상화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기설정된 영상화 처리를 통해 실시간으로 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 대상 구조물 상에서 상기 유도 초음파의 전파 방향과 평행한 복수의 스캐닝 라인을 따라 센싱된 상기 유도 초음파의 파동장을 푸리에 변환을 통해 시간-공간 도메인으로부터 주파수-파수 도메인으로 변환하는 단계;
    상기 주파수-파수 도메인 상에서 서로 인접한 파동장 간의 차이 값에 기초하여 비손상 영역 및 손상 영역을 가로지르는 두 개의 스캐닝 라인을 선택하는 단계;
    상기 선택된 두 개의 스캐닝 라인의 상기 유도 초음의 파동장에 따른 주파수 및 파수에 기초하여 기설정된 해닝 윈도우 함수의 변수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 해닝 윈도우 함수의 변수를 사용하여 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하는 단계;
    상기 분리된 유도 초음파의 파동장 성분을 푸리에 역변환을 통해 주파수-파수 도메인으로부터 시간-공간 도메인으로 변환하는 단계;
    상기 분리된 유도 초음파의 파동장 성분들의 시간에 따른 누적 에너지를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 누적 에너지들에 포함된 모든 시간-공간 도메인 상의 플롯들을 조합하여 손상에 대응된 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 유도 초음파 영상화 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 두 개의 스캐닝 라인을 선택하는 단계는,
    상기 주파수-파수 도메인에서 인접한 파동장 간의 차이 값 중 적어도 하나가 기설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 두 개의 스캐닝 라인을 선택하며,
    상기 두 개의 스캐닝 라인을 선택하는 단계 이전에,
    상기 파동장 간의 차이 값들 모두를 와이블 분포(Weibull distribution)에 따르도록 피팅시켜 확률 밀도 함수를 추정하고, 상기 추정된 확률 밀도 함수에 기초하여 상기 임계값을 계산하는 단계를 더 포함하는 유도 초음파 영상화 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하는 단계는,
    상기 주파수-파수 도메인에서 인접한 파동장 간의 차이 값이 기설정된 임계값 이상인 파동장들만 상기 주파수-파수 도메인 플롯에 남겨 상기 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하며,
    상기 상기 손상에 의한 유도 초음파의 파동장 성분을 분리하는 단계 이전에,
    상기 선택된 두 개의 스캐닝 라인들의 파동장 간의 차이 값들 모두를 감벨 분포(Gumbel distribution)에 따르도록 피팅시켜 확률 밀도 함수를 추정하고, 상기 추정된 확률 밀도 함수에 기초하여 상기 임계값을 계산하는 단계를 더 포함하는 유도 초음파 영상화 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계 이전에,
    상기 멤스 마이크로폰 어레이를 통해 다채널로 동시에 센싱된 복수의 유도 초음파의 신호 값을 병렬로 증폭하는 단계; 및
    상기 증폭된 복수의 유도 초음파를 병렬로 디지털화하는 단계를 더 포함하는 유도 초음파 영상화 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 유도 초음파 이미지를 생성하는 단계 이후에,
    손상 영역의 존재 여부 검출 결과, 손상 영역만을 분리하여 생성한 유도 초음파 이미지, 스캐닝 영역 전체에 대해 생성한 유도 초음파 이미지, 스캐닝 영역 내 손상 영역의 위치 및 손상의 종류 중 적어도 하나를 출력하는 단계를 더 포함하며,
    상기 손상 영역의 존재 여부는,
    상기 기설정된 영상화 처리를 통해 해당 스캐닝 회차에 센싱된 유도 초음파의 파동장만을 이용하여 검출된 것인 유도 초음파 영상화 방법.
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