TW201232476A - Detection system and signal processing method thereof - Google Patents

Description

201232476 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種訊號處理的方法，且特別是有關於一 種用於超音波成像系統中之訊號處理的方法。 【先前技術】 超音波主要是由壓電晶體在電場作用下產生的機械振動 波’通常頻率超過20 k;Hz即被認定為超音波。目前的應用以 超音波為工具來檢驗、測量或控制，例如測量厚度、測量距離、 醫學治療、醫學診斷或超音波成像等。另外，也可以利用超音 波處理物質進而改變或加速改變物質的一些物理、化學、^物 特性或狀態，例如利用超音波在液體中的「空穴效應」來完成 加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脫氣、促進化學反應 等目的。 在習知的超音波成㈣統巾，當收到由反射的超音波 =產生的向量矩陣時，會將此向量矩陣乘以轉置後的向量矩 ==產生-自相關矩陣。接著’將—預設時間内所獲得的所 有自相關矩陣相加’而產生一總自相關矩陣。此時 相關矩陣進行反矩陣運算，以計算一 ％自 的參數。 Μ _，作為_影像合成 由於每次取得向量矩陣時，都f要將此 以獲得自相關矩陣，因此增加了處理的時間置 雜度。另外，由於總自相關矩陣非常 ’…運鼻後 運算時，也會增加運算的複雜度二”陣 統的複雜度上升。 來，就導致了整個系 201232476 【發明内容】 '本發腎供—種偵測系統，可以偵測—預設範圍内的影像 負訊^ 另外，本案也提供一種訊號處理的方法，可以適用於超音 波成像系統，並且簡化系統運算的複雜度。 σ 本發明提供-種m統，包括超音波模組、多個接收單 元、多個類比數位轉換器、處理模組和影像合成單元。超音 模組具❹個超音波單元，是鱗财式湖，並且會朝―預 設範圍連續地發❹個超音波波束。t超音波波述在預設範 内被反射’而分別由接收單元所接收時，這些接收單元就會分 ，產生多侧道訊號。而每—頻道訊號會由分別由對應的類比 數位轉換n轉換為數位㈣，而產生—向量矩_料。此時， 處理模組會將在—預設時間區間内所接收到的向量矩陣資料 才目加’而產生—總向量矩陣資料，再將總向量矩陣資料和轉置 向量矩陣資料相乘，而獲得—自相關矩陣。接著，處理 自㈣轉騎反轉運算，並且職反矩陣運算 相關矩陣而獲得一權值，以對在預 的向量轉資料進行加權運算，而產生-加權運算結果件 數，軍3發ΓΓ實施例中’處理模組包括權值運算單元'泉 °權值運算單元是依據向量矩陣資料而產 車和權值;而參數運算單元則 =一關參數函式。另外，乘法器則是麵接權值運算ΐ: 元二__函式乘上權值：完 矩陣^進仃加權運算，而產生加權運算結果。 置 徒另觀點來;t ’本發明提供—種訊號處理方法，適於處 201232476 理多個向量矩陣資料’則貞測一預設範㈣的影像，而且這些 向量矩陣資料是依據多個超音波波束在預設範圍被反射所產 生。本發明之訊號處理方法包括將一預設時間區間内所有的向 量矩陣資料相加，而產生一總向量矩陣。另外，將此總向量矩 陣乘上被轉置的總向量矩陣，而獲得一自相關矩陣，並且依據 自相關矩陣的反矩陣而獲得一權值。接著，依據權值而對在預 設時間區間内所獲得的向量矩陣資料進行加權運算，而獲得一 加權運算結果，以進行影像合成作業。 由於在本發明中，處理模組是先獲得總向量矩陣，然後再 計算自相關矩陣，並且進行自相關矩陣的反矩陣運算。因此， 本發明可以有效地降低系統運算的複雜度。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種偵測系統 的方塊圖。請參照圖1，本實施例所提供的偵測系統10()包括 一超音波模組102，其具有N個超音波單元，例如104、1〇6、 108和110，是以陣列方式排列，其中N為大於或等於i的正 整數。在本實施例中，這些超音波單元1〇4、1〇6、1〇8和ι10 會朝一預設範圍連續地發出多個超音波波束。 請繼續參照圖1，偵測系統1〇〇還包括訊號接收級12〇、 訊號處理級130和後端影像合成級140。訊號接收級120包括 多個接收單元122[0:N]、多個放大器124[0:N]和多個類比數位 轉換器(ADC) 126[0:N]。接收單元122[0:N]可以分別接收在預 設範圍内被反射的超音波波束，並且產生多個頻道訊號 201232476 CH[0:N]給放大器124[0:N]。接著，放大器以⑼叫會分別將 所接收到的頻道訊號CH[0:N]進行放大’然後再傳送至ADC 126[0:N]。此時’ADC 126[0:N]會將放大後的頻道訊號CH[〇:N] 轉換為多筆數位資料訊號DATA[〇:N]給訊號處理級130。 訊號處理級130包括多個解調器ι32[〇:Ν]、多個緩衝器 134[0:N]、多個時間延遲相位旋轉器136[〇:N]和處理模組138。 其中，解調器132[0:N]會分別耦接至ADc i26[0:N]，以接收 數位資料DATA[0:N] ’並且加以解調，而產生多個解調訊號 De_MOD [Ο :N]。這些解調訊號De_MOD [Ο :N]會通過緩衝器 • 134[0:N] ’並且被送至時間延遲相位轉換器136[〇:N]，以進行 時間延遲和相位旋轉’並且產生向量矩陣資料X⑴。接著，此 向量矩陣資料X⑴會被送至處理模組138進行處理。 特別的是，在本實施例中，當處理模組138收到向量矩陣 x(t)後’並不是先進行自相關矩陣的運算，而是將一預設時間 内所有的向量矩陣資料X⑴相加，而產生一總SU3向量矩陣。 圖2繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種處理模組 的架構圖。請參照圖2，本實施例所提供的處理模組208包括 籲權值運算單元202、參數運算單元204和乘法器2〇6。權值運 算單元202可以接收向量矩陣資料X⑴，並且將預設時間内所 獲得的向量矩陣資料X⑴相加，而獲得總向量矩陣y(t)，而此 其可以表示為： 冲)=Σχ(，+ο。 其中’ Κ為整數。 接著，當獲得總向量矩陣後，可以將總向量矩陣乘以經過 轉置運算後的總向量矩陣，而獲得一自相關矩陣（<(,))，以上 的敘述可以利用下式來表示： w 201232476 其中(5為常數，而I則為單位矩陣。 接著’權值運算單元202可以依據下式，而將自相關矩陣 忿(0進行反矩陣運算： δ Ο 由於在上式等號右側的第二個運算Α中的分母丨常數，因此會 使得整個運算式的計算變得簡單。 ^另外，權值運算單元202還會依據自相關矩陣的反矩陣 之(〇，來汁鼻一權值(Wmvdr(〇)，其表示如下： ^Μη>κ(0 aH kja 其中a為單位向量。 請繼續參照圖2，另一方面，參數運算單元2〇4也會接收 向夏矩陣資料x(t)，並且依據此向量矩陣資料χ⑴而計算一彈 性自相關參數函數(FCF(t))，如下所示： ΛΜ FCF(t) = (一 ”=〇 )m ΐφΜ 其中m建議為大於〇而小於等於1的值。 另外，權值運算單元202和參數運算單元2〇4的輸出都 耦接乘法器206。因此，乘法器206會將權值WMvDR(t)乘上 性自相關參數函數FCF(t)，以進行一加權運算，並且獲 坪 權運算結果Ml給後端影像合成級140，以進行一影 業。 201232476 後端影像合成級140包括緩衝器142、低通濾波器(LPF) 144和影像合成單元146。當加權運算結果Ml被送至後端影 像合成級140後，會先由緩衝器142接收，並且將其輸出給低 通濾波器144來進行低通濾波，以濾除雜訊。接著，進行完低 通濾波後的加權運算結果Ml會被送至影像合成單元146。藉 此’影像合成單元146可以依據加權運算結果Ml，而得到關 於預設範圍内的影像資訊IMG。 由於在本發明中，處理模組是先將預設時間内所有的向量 矩陣相加，再計算自相關矩陣，因此可以簡化運算複雜度。另 • 外，利用以上方式所獲得之自相關矩陣的反矩陣運算也較為單 純，因此可以更進一步的簡化系統運算的複雜度。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 圖式簡單說明】

圖 的方塊圖 1綠示為依照本發明之-較佳實關的—種偵測系統 圖2緣示為依照本發明之—較佳實施例的—種處理模址 的架構圖。 、 【主要元件符號說明】 100 :偵測系統 102 :超音波模組 110 :超音波單元 104、106、108、 201232476 120 :訊號接收級 122[0:N]:接收單元 124[0:N]:放大器 126[0:N]:類比數位轉換器(ADC) 130 :訊號處理級 132[0:N]:解調器 134[0:N]:緩衝器 136[0:N]:時間延遲相位旋轉器 138 處理模組 140 後端影像合成級 142 緩衝器 144 低通濾波器(LPF) 146 影像合成單元 202 權值運算單元 204 參數運算單元 206 乘法器 CH[0:N]:頻道訊號 DATA[0:N]:數位料訊號 De_MOD[0:N]:解調訊號 FCF(t):彈性自相關參數函數 IMG :影像資訊 x(t):向量矩陣 Wmvdr⑴：權值

Claims (1)

1. 201232476 七、申請專利範圍： 1. 一種偵測系統，包括： 一超音波模組，具有多個超音波單元，是以陣列方式排 列，並朝一預設範圍連續地發射多個超音波波束； 多個接收單元， 個頻道訊號； 分別接收被反射的超音波波束，並產生多

   多個類比數位轉換器，分別將該些頻道訊號轉換為數位資 料，以產生一向量矩陣資料； 次一處理模組’將在一預設時間區間内所接收到的向量矩陣 二貝料相加，而產生一總向量矩陣資料，再將該總向量矩陣資料 和轉置後的總向量轉資料相乘，而獲得一自相關矩陣，且該 ，理模組更將該自相關矩陣進行反矩陣運算 ’並依據反矩陣運 异，的自相關矩陣而獲得一權值，以對在該預設時間區間内所 獲侍的向量矩陣資料進行加權運算，而產生一加權運算結果. 以及 办像合成單元，依據該加權運算結果而合成一影像資 2.如申請專利範圍第1項所述之偵測系統，其中該處理 模組更包括： —權值運算單元，用以依據該向量矩陣資料而產生該 關矩陣和該權值； “ 一參數運算單元，依據該向量矩陣資料而產生—相關參數 函式，以及 ^ —乘法器’耦接該權值運算單元和該參數運算單元，以將 /相關參數函式乘上該權值，而完成將該向量矩陣資料進行加 11 201232476 權運算，而產生該加權運算結果。 3. 如申請專利範圍第1項所述之偵測系統，更包括多個 放大器，分別耦接該些接收單元，以將該些頻道訊號進行放 大’並將放大後的頻道訊號送至該類比數位轉換器。 4. 如申請專利範圍第1項所述之偵測系統，更包括： 多個解調器，分別耦接該類比數位轉換器，以將該些數位 資料進行解調； 多個第一緩衝器，分別耦接該些解調器，以接收解調後的 數位資料；以及 多個時間延遲相位旋轉器，分別耦接該些第一緩衝器，以 將該些解調後的數位資料進行時間延遲和相位旋轉，而產生該 些向糞矩陣資料。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之偵測系統，更包括： 一第一緩衝器，耦接該處理模組，以接收該加權運算結 果；以及 一低通濾波器，耦接該第二緩衝器，用以將該加權運算結 果進行低通濾波處理來濾除雜訊，並且輸出給該影像合成單 元。 ° 6. -種訊號處理方法’適於處理多個向量矩陣資料，以 偵測-預設範圍内的影像’且該些向量矩陣#料是依據多個超 音波波束在該似範圍被反射啦生，喊峨處理方法包括 下列步驟： 201232476 而產生 將一預設時間區間内所有的向量矩陣資料相加 總向量矩陣； 將該總向量矩陣乘上被轉置的總向量矩陳，^ 關矩陣； 獲得-自相 依據該自相關矩陣的反矩陣而獲得一權值；、 依據該權值而對在該預設時間區間内所獲彳3、 資料進行加權運算，而獲得一加權運算結果，以=的向量矩陣 成作業。 運行該影像合

   7.如申請專利範圍第ό項所述之訊號處理方 生該自相關矩陣之反矩陣的步驟，包括執行下列運算’·其中產 ⑽丄/— 其中y(t)是總向量矩陣、6是常數、而j是單位矩陣 8·如申請專魏㈣6項所述之峨處 生該權值的步驟，包括執行下列運算·· ，八中產 kxx (f)a 〇H^xx(〇a 量 其中4(0是該自相關矩陣’而a則為單位向 得該^=料之罐處理料，其中獲 Γ’而產生該彈性自相關參數函數的步驟，包括=列ί 13 201232476 ΛΜ r

   4!μ)ι η-0 其中χη⑴是每一該些反射的超音波束所對應的向量函 數、Ν為該些超音波束的總數、而m則是大於0而小於等於1。 八、圖式：

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