単一超音波センサによる瞬時撮像システムの開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650360
• Research Institution: YAMAGATA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 田村 安孝 山形大学, 工学部, 助教授 (40171904)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小山 清人 山形大学, 工学部, 教授 (60007218) ; 赤塚 孝雄 山形大学, 工学部, 教授 (80091875)
• Keywords: 超音波撮像 / 逆問題 / 超音波センサ

Research Abstract

本年度は,センサの最適な開口変調関数と実用的な映像形成方式の設計理論の確立を目指した。このために、センサと校正用データ収集システムを新しく製作し、64×64から256×256程度の画素の映像を形成可能な撮像システムを構築することで研究を進めた。具体的な成果は以下のようである。
1.平成4年度に作成した測定格子点数の多い自動データ収集システムに対応する像再生オペレータの設計システムを開発した。このシステムは、周波数領域の伝達行列の特異値分解に基づいて像再生オペレータを設計する。変換子の周波数特性などの補生が可能で、測定格子点からずれた点の像も安定に再生できる、という特長が確認された。実験では、目的とした画素数256×256の像再生が可能であった。
2.感度変調関数と復号演算の設計理論を整備した。M系列を用いる1次元アレイで、特異値分解に基づき設計したオペレータを使うことで、点拡がり関数の不要な信号のレベルを最適なパラメータを用いた場合-40dB以下にすることができた。これは不要信号レベル-30dB以下という当初の目標を超える成果と考えられる。一方、このような結果を得るための像再生演算のパラメータの最適値をどう求めるか、という新しい課題が残されることとなった。
3.試作システムを用いて指向特性の形成と瞬時撮像の実験を行なった。空中撮像システムを用い瞬時撮像が可能であることを確認した。水中撮像システムでは、反射波が微弱であったため、加算平均によるSN比改善が必要であり、実用的な瞬時撮像とはなっていない。しかし、理論的には、瞬時撮像の可能性が確認された。今後は、センサの変換効率の向上、SN比の大きな送信波形の採用などにより、実用性を高めていく必要がある。

Research Products

• [Publications] Yasutaka Tamura: "An encoding aperture using inclined linear array" Acoustical Imaging. 20. 387-394 (1993)
• [Publications] 村田頼信: "2-ch M系列符号化アレイトランスデューサによる超音波画像形成-伝達関数行列の特異値分解に基づく像再生オペレータの設計-" 超音波エレクトロニクスシンポジウム講演予稿集. 14. 181-182 (1993)
• [Publications] 小関隆: "波面を符号化する開口を持つ音響センサー伝達関数の特異値分解に基づく像再生オペレータの設計-" 計測自動制御学会講演予稿集. 32. 151-152 (1993)
• [Publications] 山川浩実: "波面を符号化する開口を持つ音響センサー小型アレイによる撮像実験-" 計測自動制御学会講演予稿集. 32. 153-154 (1993)
• [Publications] Yorinobu Murata: "A study of acoustical imaging using M-sequence encoding array transducer system" Acoustical Imaging. 20. 151-157 (1993)
• [Publications] 小関隆: "波面を符号化する開口を持つ音響センサーLFMを用いる3次元ソナーとその像再生オペレータの設計-" 計測自動制御学会講演会予稿集. 31. 479-480 (1992)