JPS62247391A - Image forming system - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To contrive the improvement of the resolution of an objective image by executing highly accurate correction of amplitude and phase on the actually measured hologram data of whole aperture even when array aperture is extended to a size for which Fresnel approximation is not satisfied. CONSTITUTION:A phase correction function calculating means 4 finds phase correction function data shown by the expression II by using amplitude correction function data shown by the expression I from an amplitude correction function calculating means 1 and wave number data K from a wave number calculating means 3. A phase correcting means 5 performs an operation shown by the expression III in which phase correction function data shown by the expression II from a phase correction function calculating means 4 is multiplied by amplitude corrected hologram data, and executes phase correction of amplitude corrected hologram data. Here, a wave receiver exists in hologram plane coordinates (Xi, O), (i= 1-N, where N is number of wave receivers) and hologram data is SH(Xi, O). On the other hand, an object exists in object plane coordinate (x-n, Zn) as shown in the figure and reflection coefficient of the object (image of the object) is expressed as phi(xn, Zn). Zn is the distance between the object plane and hologram plane, K is wave number and j is imaginary unit.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

（産業上の利用分野） 本発明は、超音波映像システムやソーナシステム等に使
用される高解像度の映像形成方式に関するものである。 （従来の技術） 音響映像の分野における目標物の映像は、音波を目標物
に送波してその反射波を受波器アレイでとらえ受波デー
タから目標物強度を求めて得られる。この場合、目標物
と受波器あるいは受渡器アレイとの間での音波放射によ
る伝搬は空間情報の変換をなしている。横方向の分解能
をもつどのような映像装置も、像を再生するためにはこ
の変換の逆変換を必要とする。このため、従来は、遠距
離音場やフレネル領域ではフーリエ変換を用い、近距離
音場ではコンボリューション変換を用いて映像再生がな
されていた。以下従来の映像再生方法について詳細に述
べる。 まず、受波器アレイ上のホログラムデータと目標物像と
の関係を述べる。第２図に受波器アレイの存在するホロ
グラム平面と目標物の存在する目標物平面の概略図を示
す。同図に示す様に受波器かホログラム平面座標（Ｘｉ
、Ｏ）、（ｉ＝１．・・・。 Ｎ、但しＮは受波器数）に存在し、それぞれの受波器位
置で受波される音波信号（以後ホログラムデータと呼ぶ
）をＳ□（Ｘ　、、Ｏ）　、（ｉ　＝　１　、　・・・
。 Ｎ）とする。一方、目標物は同図に示す様に目標物平面
座標（ｘ　ｎ、　ｚ　ｎ）に存在し、目標物の反射係数
（以後目標物像と呼ぶ）をρ（ｘ　（１，ｚ　ｎ）と表
わす。このとき、ホログラムデータと目標物像との関係
は、近距離音場、フレネル領域、遠距離音場のすべての
領域の音場を対象として、音場の波動理論から、 で示される。ここに２．、は目標物平面−ホログラム平
面量比ｗ１（以後、単に距離と呼ぶ）である。 またＫは波数であり、目標物に送波する音波の送２πｆ 信用波数ｆ、媒質中の音速■を用いてに＝−■ と示される。なお、ｊは虚数単位である。又、。−・Ｋ
〜η；；：フＴア１−−フー／、へｘ、−）で−ゴー−
ニジー１−１−　は目標物位置（ｘ　ｎｏ　ｚ　ｎ）か
ら球面拡散波として放射される音波１３号の伝搬関数で
ある。 ここで、遠距離音場やフレネル領域でフーリエ変換を用
いて映像再生する方法について詳細に述べる。この方法
は、たとえば、ウルトラソニックス　シンポジウム　プ
ロシーディング（Ｕｌｔｒａ−ｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐ
、　Ｐｒｏｃ、）、「超音波映像再生のためのＡ　ＲＭ
Ａ処理（ＡＲＭＡ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｕ
ｌｔｒａｓｏｎｉｃｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　Ｉ
ｍａｇｉｎｇ）」ヨー　ハン　バオ（Ｙｏｈ、　Ｈａｎ
　Ｐａｏ）　、１９８２年、（Ａ％９．２７−２９、Ｉ
ＥＥＥ。 ニューヨーク（１９８２年））に記載されている。 ｌ　Ｘｉ−Ｘ＋ｌ＜ｚｎ　（ｉ＝１．−、Ｎ）が成立す
る場合、すなわち、目標物平面上における目標物の存在
する範囲や、アレイ開口が距ｇｚｎに比べて充分小さい
という場合には、フレネル近似が成立する。そこで、フ
レネル近似を用いて前記伝搬関数の分母（ｘ　、−Ｘ　
、）”＋ｚ　、””ｚ　ｎと置き、伝搬関数の分子の位
相項−ｊに　（ｘ、−Ｘ工”　＋ｚ、”−−ｊにｚ　、
（１＋　（ｘ　ｎ−Ｘ　、）２／　（２ｚ　、”））と
置く。そして、目標物像とホログラムの関係式（１）を
次の様に近似する。 ・−（２） 次に、ホログラムＳ、（Ｘｉ、Ｏ）に振幅と位相の補正
を行い、補正されたホログラム、 ５Ｈ（Ｘ＋　、０）　：ＳＨ（Ｌ　、０）　Ｚ、　ｅ　
ＪＫ”１１”◆Ｘｉ　／＋２ｚ、”　））、、、　（３
）を算出する。そこで、弐（２）と式（３）から補正さ
れたホログラムＳＨ（Ｘｉ、Ｏ）と目標物像ρ（ｘｎ。 ｚｎ）の関係が、 のように求まる。ここで補正されたホログラムＳ、４（
Ｘｉ、Ｏ）と、目標物像ρ（ｘｎ、ｚｎ）とｅ−ＪＫＸ
ｉ”　／＋２ｚ・１の積は、フーリエ変換の関係にある
。従って補正されたホログラムＳＨ（Ｘｉ、Ｏ）をフー
リエ逆変換し、その値をｅ−ＪＫＸｉ’　／　＋２ｚ・
）で割ると、目標物像゛ρ（ｘｎ、ｚｎ）が次の様に得
られここに、Ｌは開口長さであり、目標物の高解像度化
をはかるためには大きくとらなければならない値である
。従来はフレネル近似の成立する範囲で開口りを拡張し
解像度を上げていた。 次に、近距離音場でコンボリューション変換を用いて映
像再生する方法について詳細に述べる。 この方法は、たとえば、「波長解像度制限のないホログ
ラフ映像（ｔｌｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｍａｇｉｎｇ
　ｗｉＬｈｏｕｔｔｈｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｒｅ
５ｏｌｕｔｉｏｎ　Ｌｉｍ１ｔ）」　アールジー　ウィ
リアムズ（Ｅａｒｌ　Ｇ、　Ｗｉｌｌｉａｍｓ）、フイ
ジカ）Ｌ／　　レビュー　レターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
　ＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ）、旦、１９８０年に記
載されている。 前記式（１）はコンボリューションの形であり、フーリ
エ変換すると、 ン（Ｓ、４（ξ））−Ｅマひ（ρ（ζ））び（Ｐ（ξ）
）−（６）と示される。ここに、７（Ｓ、（Ｅ））はホ
ログラムｓ、Ｏ）のフーリエ変換９．ｙ（ρ（ξ））は
目標物像ρ（ｘ　ｎ、ｚ　ｎ）のフーリエ変換、Ｖ７（
Ｐ（ξ））は。−Ｊ　ＫＦ糖マ／　　ｔ　２４　ｚ　、
　２のフーリエ変換であり、あり、 と示される。ここにＨＱ”は第２種バンケル関数であり
、に。は第２種変形ベッセル関数である。 目標物像ρ（ｘ　ｎ、ｚ　ｎ）は、式（７）　、　（８
）を式（６）に代入し逆フーリエ変換することによって
求められ、 ρ（ｘｎ、ｚｏ）　　＝　３−’　（ρ（Ｅ　））と得
られる。ここにＪ−１はフーリエ逆変換を表わす。 通常は、式（９）の一番目の式）−’［，７（Ｓ□（ξ
））／　（−ｊ　、Ｈｏ（２Ｊ　ｚｎＥ”τ］））］の
みを用いることにより像の再生が行なわれる。この場合
の再生像は高解像度な像ではない。そこで更に解像度を
上げるために５．？−’［，７（Ｓ□（ζ））／（−ｊ
πＨＯ（２）（ｚ　ｎ５下］コ））］の情情報性にン一
’［ＪＧ（ＳＨ（ξ））／（２にｏ＜ｚ　ｎπ１コＱ＞
＞］の情報も用いられる。ここでに。はｚｎｆの増大に
ともなって急激に小さくなる値である。 そこで従来はこうしたに。の性質により、３−”　　［
Ｊ　　（Ｓ）＋（ξ））／　　（２Ｋ　Ｏ（Ｚ　、ｎ＞
）コが発散するのを押さえるため、距離２゜を極めて小
さく、１波長程度以内（超近距離音場）に設定し、１ξ
１〉になる範囲でξを大きくとれる様にして、フーリエ
逆変換を行ない解像度の高い像を得ていた。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記方法のうち、近距離音場においてフ
ーリエ変換を用いる場合は、フレネル近似が成立しない
。そのため訂記伝搬関数のフレネル近似による誤差が増
大し、実測ホログラムデータの訂記振幅と位相の補正に
も誤差が生じ再生像が劣化するという問題点があった。 一方、コンボリューション変換を用いる場合は、解像度
を上げようとすると、眞記式（９）の二番目の情報、ｌ
ｉ’−’［，７（ＳＨ（ξ））／（２にｏ　（ｚ　、Ｅ
「１）］も用いなければならない。しかしこの情報が距
離２、の増大にともなって急激に増大するため、近距離
場においてもｚｎの増大に対して、ホログラム信号中の
ノイズを急激に増幅させることになる。従って、再生像
の劣化が生じるという問題点、があった。 本発明は、以上述べた近距離音場において目標ｌ物の存
在する範囲のみが距離に比べて充分小さいという条件で
高解像度な目標物像を得る場合、大きなアレイ開口でフ
レネル近似を使ったときの近似上の誤差により再生像が
劣化する問題点や、コンボリューション変換を用いた場
合のノイズ増幅により再生像が劣化する問題点を解決し
、安定で高解像度な再生像が得られる映像形成方式を提
供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、目標物に音波を送波してその反射波をＮ個の
受波器から成る受渡器アレイで受波し、受波した実測ホ
ログラムデータに基づいて目標物像の再生を行う映像形
成方式に係るもので、面記従来技術の問題点を解消する
ため、ホログラム平面と目標物平面間の距離データｚｎ
と受渡器の位置データＸｉから振幅補正開数　Ｘｉ”＋
ｚ、”を算出する振幅補正関数算出手段と：受波したホ
ログラムデータ５Ｈ（Ｘｉ、０）を、振幅補正関数算出
手段の出力により振幅補正し、振幅補正されたホログラ
ムデータＳ□Ｏ）　　、ら（，２４−乙］を得る振幅補
正手段と；目標物に送波する音波の周波数データｆと音
速データＶから波数Ｋ（＝２πｆ／Ｖ）を算出する波数
算出手段と：振幅補正関数算出手段の出力と波数算出手
段の出力から位相補正関数ｅ　Ｊ　Ｋ　ｔを算出する位
相補正関数算出手段と：振幅補正手段の出力する振幅補
正されたホログラムデータを、位相補正関数算出手段の
出力により位相補正し、振幅補正及び位相補正されたホ
ログラムデータＳ１．Ｉ（Ｘｉ、Ｏ）ｍゴｅ・に５耳Ｔ
を得る位相補正手段と：受波器の位置データと振幅補正
関数算出手段の出力から、新たな変数でｌ　（＝ｘｒ　
／　　Ｘ　％　＋　Ｚ　ｎ”）を求める変数変換手段と
二波数算出手段、位相補正手段及び変数変換手段の各出
力並びに目標物平面座標上のサンプリング位置データＸ
。を受取り、位相補正手段の出力にフーリエ逆変換を施
し、目標物像データ（ただしＳＨ（τ１．０）は位相補
正手段の出力と同値で該出力をτ１　で表わしたデータ
）を得るフーリエ逆変換手段とを設けたものである。 る。 （作　用） 本発明では、以上のように映像形成方式を構成したので
各技術手段は以下の通り作用する。 振幅補正関数算出手段は、距離に比べて大きさの制限の
ない受波器アレイ開口全体で受波して得られるホログラ
ムデータに対する振幅補正開数Ｘｉ’＋ｚ、’を算出し
、振幅補正手段、位相補正関数算出手段及び変数変換手
段に出力する。これは、従来フレネル近似を使って伝搬
関数分母のπ７τＸ万”＋ｚ、’を〜２．と近似したか
わりに、距離ｚｎに比べて目標物の存在する範囲のみが
充分小さいという条件から成立するｌ　２　ＸｒＩ　Ｘ
　ｉｆ（＜Ｘ；’　＋　ｚ　、”の関係にもとづいて、
Ｒマ巧こゴ７５(Industrial Application Field) The present invention relates to a high-resolution image forming method used in ultrasonic imaging systems, sonar systems, and the like. (Prior Art) An image of a target in the field of audiovisuals is obtained by transmitting sound waves to the target, capturing the reflected waves with a receiver array, and determining the intensity of the target from the received wave data. In this case, the propagation of the acoustic radiation between the target and the receiver or passer array constitutes a transformation of spatial information. Any imaging device with lateral resolution requires the inverse of this transformation to reproduce the image. For this reason, conventionally, video has been played using Fourier transform in the far sound field or Fresnel region, and convolution transform in the near sound field. The conventional video playback method will be described in detail below. First, the relationship between the hologram data on the receiver array and the target object image will be described. FIG. 2 shows a schematic diagram of a hologram plane where a receiver array exists and a target plane where a target exists. As shown in the figure, the receiver or hologram plane coordinates (Xi
, O), (i=1...N, where N is the number of receivers), and the sound wave signals (hereinafter referred to as hologram data) received at each receiver position are S□ (X,,O),(i=1,...
. N). On the other hand, as shown in the figure, the target exists at the target plane coordinates (x n, z n), and the reflection coefficient of the target (hereinafter referred to as the target image) is expressed as ρ(x (1, z n)). At this time, the relationship between the hologram data and the target object image is expressed by the following from the wave theory of the sound field, targeting the sound field in all regions of the near sound field, Fresnel region, and far sound field. Here, 2. is the target object plane - hologram plane amount ratio w1 (hereinafter simply referred to as distance). Also, K is the wave number, 2πf of the sound wave transmitted to the target object, the reliable wave number f, and the wave number in the medium. Using the sound speed ■, it is shown as =-■. Note that j is an imaginary unit. Also, -・K
~η;;: FuTa1--fu/, hex,-)de-go-
1-1- is the propagation function of the sound wave No. 13 emitted from the target position (x no z n) as a spherical diffused wave. Here, a method for reproducing images using Fourier transform in a far sound field or Fresnel domain will be described in detail. This method is described, for example, in the Ultrasonics Symposium Proceedings.
, Proc, ), “A RM for Ultrasound Image Reproduction
A processing (ARMA Processing for U
ltrasonicleconstructive I
Yoh, Han Bao
Pao), 1982, (A%9.27-29, I
EEE. New York (1982)). If l Xi−X+l<zn (i=1.−, N) holds, that is, if the range where the target exists on the target plane or the array aperture is sufficiently small compared to the distance gzn, Fresnel approximation holds. Therefore, using the Fresnel approximation, the denominator of the propagation function (x, −X
,)"+z,""z n, and the phase term of the numerator of the propagation function -j is (x, -X"+z,"--j is z,
(1+ (x n - Amplitude and phase correction is performed on S, (Xi, O), and the corrected hologram, 5H (X+, 0): SH (L, 0) Z, e
JK”11”◆Xi /+2z,” )),,, (3
) is calculated. Therefore, from (2) and equation (3), the relationship between the corrected hologram SH (Xi, O) and the target object image ρ (xn. zn) is determined as follows. Here the corrected hologram S,4(
Xi, O), target object image ρ(xn, zn) and e-JKX
The product of i''/+2z・1 is in a Fourier transform relationship. Therefore, the corrected hologram SH(Xi, O) is inversely Fourier transformed and its value is expressed as e-JKXi'/+2z・
), the target image ρ(xn, zn) is obtained as follows, where L is the aperture length, which must be large in order to achieve high resolution of the target. It is. Conventionally, the resolution was increased by expanding the aperture within the range where Fresnel approximation holds. Next, a method for reproducing video using convolution transformation in a near-field sound field will be described in detail. This method can be used, for example, for holographic imaging without wavelength resolution limitations.
wiLoutthe Wavelength Re
5olution Lim1t)" Earl G Williams (Earl G, Williams), Fujika) L/Review Letters (Physical
Review Letters), Dan, 1980. The above equation (1) is in the form of convolution, and when Fourier transform is performed, it becomes
)−(6). Here, 7(S, (E)) is the Fourier transform of the hologram s, O)9. y(ρ(ξ)) is the Fourier transform of the target object image ρ(x n, z n), V7(
P(ξ)) is. -J KF glycoma/t24z,
is the Fourier transform of 2, and is denoted by . Here, HQ'' is the Wankel function of the second kind, and . is the modified Bessel function of the second kind.
) is substituted into equation (6) and subjected to inverse Fourier transform, and ρ(xn, zo) = 3−' (ρ(E)) is obtained. Here, J-1 represents the inverse Fourier transform. Usually, the first equation in equation (9))−'[,7(S□(ξ
))/ (-j , Ho(2J znE”τ]))]. The reconstructed image in this case is not a high-resolution image. Therefore, in order to further increase the resolution, .?-'[,7(S□(ζ))/(-j
πHO(2)(z n5 lower] ko))
>] information is also used. Here. is a value that rapidly decreases as znf increases. So this is how it used to be. Due to the property of 3-” [
J (S) + (ξ))/ (2K O(Z, n>
) In order to suppress the divergence of ko, the distance 2° is set extremely small, within about 1 wavelength (ultra short distance sound field), and the distance 2°
A high-resolution image was obtained by performing inverse Fourier transform while allowing ξ to be large within the range of 1>. (Problems to be Solved by the Invention) However, among the above methods, when Fourier transform is used in the near field, Fresnel approximation does not hold. Therefore, errors due to Fresnel approximation of the correction propagation function increase, errors also occur in the correction of correction amplitude and phase of the measured hologram data, and the reproduced image deteriorates. On the other hand, when using convolution transformation, if you try to increase the resolution, the second information in Makki equation (9), l
i'-'[,7(SH(ξ))/(2 to o (z, E
"1)] must also be used. However, since this information increases rapidly as the distance 2 increases, the noise in the hologram signal will be rapidly amplified even in the near field as zn increases. Therefore, there was a problem in that the reproduced image deteriorated.The present invention is based on the condition that only the range in which the target object exists in the near-field sound field described above is sufficiently small compared to the distance. When obtaining a high-resolution target image, there is a problem that the reproduced image deteriorates due to approximation errors when using Fresnel approximation with a large array aperture, and the reproduced image deteriorates due to noise amplification when using convolution transformation. It is an object of the present invention to provide an image forming method that can obtain stable and high-resolution reproduced images. This relates to an image forming method in which the reflected waves are received by a receiver array consisting of N receivers, and a target object image is reproduced based on the received measured hologram data. In order to solve the problem, distance data zn between the hologram plane and the target plane
From the position data Xi of the transfer device and the amplitude correction numerical value Xi”+
amplitude correction function calculation means for calculating the amplitude correction function calculation means: the received hologram data 5H (Xi, 0) is amplitude-corrected by the output of the amplitude correction function calculation means, and the amplitude-corrected hologram data S□O), et al. (,24-B); wave number calculation means for calculating the wave number K (=2πf/V) from the frequency data f of the sound wave transmitted to the target object and the sound velocity data V; and the amplitude correction function calculation means and a phase correction function calculation means for calculating a phase correction function e J K t from the output of the amplitude correction means and the output of the wave number calculation means. Then, the amplitude-corrected and phase-corrected hologram data S1.
phase correction means for obtaining: l (=xr
/
. and performs inverse Fourier transform on the output of the phase correction means to obtain target object image data (where SH (τ1.0) is the same value as the output of the phase correction means and the output is expressed as τ1). The means are provided. Ru. (Function) In the present invention, since the image forming system is configured as described above, each technical means functions as follows. The amplitude correction function calculation means calculates an amplitude correction numerical aperture Xi'+z,' for the hologram data obtained by receiving the wave with the entire receiver array aperture, which has no size limit compared to the distance, and Output to phase correction function calculation means and variable conversion means. This holds true from the condition that only the range where the target exists is sufficiently small compared to the distance zn, instead of approximating the propagation function denominator π7τ 2 XrI
Based on the relationship “if(<X;’ + z,”
R makogo 75

【３−％　、　２４　ｚ　、２と近似す
るものである。 振幅補正手段は、受波したホログラムデータＳ□（Ｘｉ
、Ｏ）に対し、振幅補正関数算出手段で求めた振幅補正
関数〜Ｘ　、２４　ｚ　、”を乗じることにより、ホロ
グラムデータの振幅の補正を行ない、振幅補正されたホ
ログラムデータＳ　、（Ｘ　、、Ｏ）ｎを位相補正手段
に出力する。従来 のように　（ｘ　、−ｘ　１）”　＋　ｚ　、”ｙｚ　
ｎと近似した場合は、アレイ開口が大きいとき、すなわ
ちＸ。 が大のとき、誤差が大きくなる。しかし本発明では、　
５τフ７〒ｚ　、２〜　Ｘｉ”＋ｚ、”と近似すること
により誤差が小さくなる。したがって、受波器アレイで
受波したホログラムデータを振幅補正手段に通すことに
より、球面拡散波として放射される音波４３号の振幅に
精度の良い補正が行なわれる。 波数算出手段は、位相補正関数の算出とフーリエ逆変換
に使用する波数を算出し、波数データを位相補正関数算
出手段とフーリエ逆変換手段とに供給する。 位相補正関数算出手段は、振幅補正手段の出力する振幅
補正されたホログラムデータに位相補正をするため位相
補正関数Ｂ　Ｊ　Ｋ　Ｊ口１マを算出し、位相補正手段
に出力する。これは、従来フレネル近似を使って、伝搬
関数分子の位相項一　Ｊ　Ｋ　　（Ｘ　ｎ−Ｘ　＋）２
　　　を”　−ｊ　Ｋ　ｚｎ（１＋　　（Ｘｎ−Ｘｌ）
２／（２Ｚ、”））と近似したかわりに−ｊＫ（ｔ　　
ｘ　ｎ　ｘ　ｉ／　（ｘ　、２＋ｚ　ｎ’））と近似す
るものである。 位相補正手段は、振幅補正されたホログラムデータＳＨ
（Ｘｉ、Ｏ）　　、１”＞こ７；７コに対し、位相補正
関数算出手段で求めた位相補正関数ｅＪ　Ｋ　２を乗じ
ることによりホログラムデータの位相の補正を行ない、
振幅補正及び位相補正されたホログラムデータ５ｏ（Ｘ
ｔ、０）　　Ｘｉ”＋ｚ、’６バ５ア７σをフーリエ逆
変換手段に出力する。振幅補正されたホログラムデータ
を位相補正手段に通すことにより、球面拡散波として放
射される音波信号の位相に粒度の良い位相補正が行なわ
れる。すなわち、従来の様に−ｊＫ＃＝ｘ、−Ｘ）２４
　ｚ　、２ＱｊＬ−ｊ　Ｋｚｎ（１＋　（ｘｎ−Ｘｉ）
２）／　（２ｚｎ”））と近似した場合は、アレイの開
口が大きいとき、すなわち、Ｘｉが大のとき、この誤差
が大きくなるが、本発明では−ｊＫｚへ−（、−Ｘコ２
　＋　Ｚ　、２−Ｌ−ｊに　Ｘ％＋　ｚ、２　（Ｉ　　
Ｘｉｘｉ　／　（Ｘｉ”＋Ｚ、２））と近似することに
より、誤差は小となる。 したがって、振幅の補正されたホログラムデータ５Ｈ（
Ｘｔ、Ｏ）５τＴ７に位相の補正をしたテ’）　Ｓ　Ｈ
（Ｘ　ｒ　、　０　）　　ｆｉ　ｅ　”’ア”下は積度
の良い補正データとなるのである。 変数変換手段はフーリエ逆変換における演算のためにτ
、＝Ｘｉ／　　Ｘｉ’＋ｚ、’なる式にしたがい変数変
換を行ない、そのデータをフーリエ逆変換手段に出力す
る。 フーリエ逆変換手段は、振幅及び位相の補正されたホロ
グラムデータにフーリエ逆変換を施し、目標物像データ
ρ（ｘ　ｙｌ、ｚ　ｎ）を得る。位相補正手段より出力
される振幅及び位相の補正されたホログラムデータは目
標物像データとの関係においてフーリエ変換 ＳＨ（で１．０）は、補正されたホログラムデータ５ｎ
（Ｘｌ、Ｏ）　５丁フｅａＫｆｉア７フと同値で、τ、
＝Ｘｉ／シロ５Ｔ「；覆−】の変数変換により、Ｔ１の
関数として表わした補正ホログラムデータである。そこ
で、振幅・位相の補正されたホログラムデータをフーリ
エ逆変換手段に通すことにより、目標物像ρ（ｘｎ、ｚ
ｎ）が再生される。 したがって、本発明によれば、アレイ開口がフレネル近
似の成立しない様な大きな場合でも全開口ホログラムデ
ータに積度の良い振幅及び位相の補正がなされ、高解像
度な目標物像が得られるようになり、前記従来技術の問
題点が解決される。 （実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 第１図は本実施例の映像形成システムの構成を示すブロ
ック図である。この映像形成システムは、目標物に音波
を送波してその反射波を受渡器アレイで受波して得た実
測ホログラムデータから目標物像の再生を行うもので、
振幅補正関数算出手段１、振幅補正手段２、波数算出手
段３、位相補正関数算出手段４、位相補正手段５、変数
変換手段６及びフーリエ逆変換手段７より構成される。 ここでは、−例として受波器アレイの受渡器の個数をＮ
とする。また第１図中、Ｔ１はホログラム平面と目標物
平面間の距離データｚｎ（第２図参照）の入力端子、Ｔ
２は受波器の位置データＸｉ（ｉ＝１．　・・・、Ｎ）
（７）入力端子、Ｔ３は受渡器で受波したホログラムデ
ータＳＨ（Ｘｉ、Ｏ）　、（ｉ＝１．−、Ｎ）の入力端
子、Ｔ４は目標物に送波する音波の送信周波数データｆ
の入力端子、Ｔ５は音速データＶの入力端子、Ｔ６は目
標物平面座標上のサンプリングポイントデータｘｎの入
力端子、Ｔ７は目標物像データρ（Ｘｎ、ｚｎ）の出力
端子である。各要素の接続関係について述べると、入力
端子Ｔ、は振幅補正関数算出手段１に接続される。入力
端子Ｔ２は振幅補正関数算出手段１及び変数変換手段６
に接続される。入力端子Ｔ３は振幅補正手段２に接続さ
れる。入力端子Ｔ４．Ｔ５は波数算出手段３に接続され
る。入力端子Ｔ６はフーリエ逆変換手段７に接続される
。振幅補正関数算出手段１の出力は振幅補正手段２、位
相補正関数算出手段４及び変数変換手段６の各人力に接
続される。振幅補正手段２の出力は位相補正手段５の人
力に接続され、位相補正手段５の出力はフーリエ逆変換
手段７の入力に接続される。波数算出手段３の出力は位
相補正関数算出手段４及びフーリエ逆変換手段７の各入
力に接続される。位相補正関数算出手段４の出力は位相
補正手段５の人力に接続される。変数変換手段６の出力
はフーリエ逆変換手段７の人力に接続される。更にフー
リエ逆変換手段７は目標物像データを出力する目標物像
出力端子Ｔ、に接続されている。 次に動作について説明する。先ず入力端子Ｔ１から距離
データｚｎが振幅補正関数算出手段１に送られ記憶され
る。入力端子Ｔ６から目標物平面座標サンプリングポイ
ントデータＸ。が入力され、フーリエ逆変換手段７に送
られ記憶される。 入力端子Ｔ２から受波器位置データＸ１（ｉ＝１゜−、
Ｎ）が人力され、振幅補正関数算出手段１と変数変換手
段６に送られそれぞれ記憶される。入力端子Ｔ４から送
信周波数データｆが人力され波数算出手段３に送られ記
憶される。入力端子Ｔ。 から音速データＶが入力され波数算出手段３に送られ記
憶される。振幅補正関数算出下段１では、入力端子ＴＩ
から送られてきた距離データｚ、と入力端子Ｔ２から送
られてきた受波器位置データＸｉ（ｉ＝１．・−、Ｎ）
とを用いて振幅補正関数データ　、５こフロＥ覆−フ、
（ｉ＝１．−、Ｎ）を求める（＋３ｉ算が行なわれる。 そして求められ振幅補正関数データパーＴ；７）、　　
（ｉ＝１．・−、Ｎ）は、振幅補正手段２と、位相補正
関数算出手段４と変数変換手段６に送られ、それぞれ記
憶される。波数算出手段３では、入力端子Ｔ４から入力
された送信周波数データｆと、入力端子Ｔ５から人力さ
れた音速データＶを用いて、波数データに＝２πｆ／Ｖ
を求める演算が行なわれる。算出された波数データには
、位相補正関数算出手段４とフーリエ逆変換手段７に送
られそれぞれ記憶される。位相補正関数算出手段４では
、振幅補正関数算出下段１から送られてきた振幅補正関
数データ５亜７フ、（ｉ＝１．−、Ｎ）と波数算出手段
３から送られてきた波数データＫを用いて、位相補正関
数チーＪ　ｅ　””Ｔ”’　、　（ｉ　＝　１、−、　
Ｎ　）を求める演算が行なわれる。そして、このデータ
は、位相補正手段５に送られ記憶される。変数変換手段
６では、入力端子Ｔ２から送られてきた受波器位置デー
タＸＩ、（ｉ　＝１．−ｍｓ、　Ｎ）と振幅補正関数算
出手段１から送られてきた振幅補正関数データ、ｂε、
”＋＝フ−７，（ｉ＝１．−、Ｎ）を用いて、受波器位
置の変数変換されたデータτ１＝ｘ＋／（＞ε、２４　
ｚ、”、（ｉ　＝　１、−、　Ｎ　）を求める演算が行
なわれる。そして、このデータはフーリエ逆変換手段７
に送られ記憶される。 次に、入力端子Ｔ３から実測ホログラムデータ５Ｈ（Ｘ
ｔ、０　）　、（ｉ　＝　１　、　ｍ、　Ｎ　）が入力
され、振幅補正手段２に送られる。ここでは、振幅補正
関数算出手段１から送られてきた振幅補正関数データに
Ｔ＋　Ｚ　ｎ”、　（１＝１　、　”・、　Ｎ　）を実
測ホログラムデータに乗゛じる演算Ｓ□（Ｘｉ、Ｏ）〜
ｘ　、２４　ｚ　、”。 （ｉ＝１．　・・・、Ｎ）が行なわれ、実測ホログラム
データの振幅補正がなされる。振幅補正されたホログラ
ムデータは、位相補正手段５に送られる。 ここでは、位相補正関数算出手段４から送られてきた位
相補正関数データｅバム７７茫、（１＝１゜−、Ｎ）を
振幅の補正されたホログラムデータに乗じる演算５ｓ（
Ｘｔ、０）’４こ、　ｉ　４　ｚ　、２６　Ｊ　Ｋ　−
〃ｙ７寥。 （ｉ＝　１　、−−−、　Ｎ　）が行なわれ、振幅補正
されたホログラムデータに位相の補正がなされる。この
様にして、振幅及び位相の補正されたホログラムデータ
は、フーリエ逆変換手段７に送られる。ここでは、振幅
と位相の補正されたホログラムデータ５ＨＯ）５戸＋Ｚ
ｎ’ｅバ１が、変数変換手段６より送られてきた受波器
位置データ０）に置き換えられる。更に波数算出手段３
から送られてきた波数にと入力端子Ｔ６から送られてき
た目標物平面座標サンプリングポイントデータｘ、とＳ
Ｈ（τ１．Ｏ）を用いて、目標物像データρ（ｘ　ｌｌ
＋　ｚ　ｎ）をフーリエ逆変換、 ρ（ｘｎ、ｚｎ）　＝ΣＳ、（τｉ　、ｏ）　ｅ　−Ｊ
Ｋ”ａτ・によって算出する。算出された目標物像デー
タρ（ｘ　ｎ、　ｚ　ｎ）は出力端子Ｔ？から再生像と
して出力される。 （発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば次のような
利点がある。 ■目標物像の高解像度化をはかるため、フレネル近似が
成立しないような大きさにアレイ開口を拡張した場合で
も開口全体の実測ホログラムデータに振幅と位相の精度
の良い補正がなされるので、安定で高解像度な目標物像
が得られる。 ■フレネル近似の成立しない近距離音場でも目標物像の
再生が可能なので、音波信号の伝搬時間が短縮され、処
理効率が上がる。[3-%, 24 z, approximates 2. The amplitude correction means receives the received hologram data S□(Xi
, O) is multiplied by the amplitude correction function ~ O) Output n to the phase correction means. As in the conventional case, (x, -x 1)" + z, "yz
When approximated to n, when the array aperture is large, that is, X. When is large, the error becomes large. However, in the present invention,
The error is reduced by approximating 5τf7〒z,2~Xi''+z,''. Therefore, by passing the hologram data received by the receiver array through the amplitude correction means, the amplitude of the sound wave No. 43 emitted as a spherical diffused wave can be accurately corrected. The wave number calculation means calculates a wave number used for calculation of the phase correction function and inverse Fourier transform, and supplies wave number data to the phase correction function calculation means and the inverse Fourier transform means. The phase correction function calculation means calculates a phase correction function BJKJ and outputs it to the phase correction means in order to perform phase correction on the amplitude-corrected hologram data output from the amplitude correction means. This can be calculated by using the conventional Fresnel approximation to calculate the phase term of the numerator of the propagator 1 J K (X n - X +) 2
” −j K zn(1+ (Xn-Xl)
2/(2Z,”)) instead of approximating −jK(t
x n x i/(x, 2+z n')). The phase correction means uses amplitude-corrected hologram data SH.
(Xi, O), 1''>7; The phase of the hologram data is corrected by multiplying 7 by the phase correction function eJ K 2 obtained by the phase correction function calculation means,
Hologram data 5o (X
t, 0) Xi"+z, '6ba5a7σ is output to the Fourier inverse transform means. By passing the amplitude-corrected hologram data through the phase correction means, the phase of the sound wave signal emitted as a spherical diffuse wave is adjusted. Fine-grained phase correction is performed.In other words, as in the conventional case, −jK#=x, −X)24
z , 2QjL-j Kzn(1+ (xn-Xi)
2)/ (2zn”)), this error increases when the array aperture is large, that is, when Xi is large, but in the present invention, −jKz to −(, −Xko2
+ Z, 2-L-j to X% + z, 2 (I
By approximating Xixi / (Xi"+Z, 2)), the error becomes small. Therefore, the amplitude-corrected hologram data 5H (
Xt, O)5τT7 with phase correction Te') S H
(X r , 0) fi e The lower part of "'a" becomes correction data with good integration. The variable transformation means is τ for the operation in the Fourier inverse transform.
,=Xi/Xi'+z,' Variable transformation is performed according to the formula, and the data is output to the inverse Fourier transform means. The inverse Fourier transform means performs inverse Fourier transform on the hologram data whose amplitude and phase have been corrected to obtain target object image data ρ(x yl, z n). The amplitude and phase corrected hologram data output from the phase correction means has a Fourier transform SH (at 1.0) in relation to the target object image data, which is the corrected hologram data 5n.
(Xl, O) Same value as 5th feaKfi a7f, τ,
This is corrected hologram data expressed as a function of T1 by the variable transformation of =Xi/shiro 5T ";reverse-".Then, by passing the hologram data whose amplitude and phase have been corrected through an inverse Fourier transform means, the target object is Image ρ(xn, z
n) is played. Therefore, according to the present invention, even when the array aperture is so large that the Fresnel approximation does not hold, the full-aperture hologram data is subjected to well-integrated amplitude and phase correction, and a high-resolution target image can be obtained. , the problems of the prior art are solved. (Example) Examples of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the image forming system of this embodiment. This image forming system reproduces the image of the target object from measured hologram data obtained by transmitting sound waves to the target object and receiving the reflected waves with a receiver array.
It is composed of amplitude correction function calculation means 1, amplitude correction means 2, wave number calculation means 3, phase correction function calculation means 4, phase correction means 5, variable conversion means 6, and Fourier inverse transformation means 7. Here, as an example, the number of transfer devices in the receiver array is N
shall be. In addition, in FIG. 1, T1 is an input terminal for distance data zn (see FIG. 2) between the hologram plane and the target plane;
2 is the receiver position data Xi (i=1....,N)
(7) Input terminal, T3 is the input terminal for the hologram data SH (Xi, O), (i=1.-, N) received by the delivery device, T4 is the transmission frequency data f of the sound wave sent to the target object
T5 is an input terminal for sound velocity data V, T6 is an input terminal for sampling point data xn on the target object plane coordinates, and T7 is an output terminal for target object image data ρ(Xn, zn). Regarding the connection relationship of each element, the input terminal T is connected to the amplitude correction function calculation means 1. Input terminal T2 is connected to amplitude correction function calculation means 1 and variable conversion means 6.
connected to. Input terminal T3 is connected to amplitude correction means 2. Input terminal T4. T5 is connected to the wave number calculation means 3. Input terminal T6 is connected to inverse Fourier transform means 7. The output of the amplitude correction function calculation means 1 is connected to each of the amplitude correction means 2, the phase correction function calculation means 4, and the variable conversion means 6. The output of the amplitude correction means 2 is connected to the input of the phase correction means 5, and the output of the phase correction means 5 is connected to the input of the inverse Fourier transform means 7. The output of the wave number calculation means 3 is connected to each input of the phase correction function calculation means 4 and the inverse Fourier transform means 7. The output of the phase correction function calculation means 4 is connected to the human power of the phase correction means 5. The output of the variable transformation means 6 is connected to the input of the inverse Fourier transformation means 7. Furthermore, the inverse Fourier transform means 7 is connected to a target image output terminal T, which outputs target image data. Next, the operation will be explained. First, distance data zn is sent from the input terminal T1 to the amplitude correction function calculation means 1 and stored therein. Target plane coordinate sampling point data X is input from input terminal T6. is input and sent to the inverse Fourier transform means 7 and stored. Receiver position data X1 (i=1°-,
N) is input manually and sent to the amplitude correction function calculation means 1 and the variable conversion means 6 and stored therein. The transmission frequency data f is manually inputted from the input terminal T4 and sent to the wave number calculation means 3, where it is stored. Input terminal T. The sound velocity data V is inputted from the wave number calculation means 3 and is stored therein. In the lower stage 1 of amplitude correction function calculation, the input terminal TI
distance data z sent from the input terminal T2, and receiver position data Xi (i=1..-, N) sent from the input terminal T2.
Using the amplitude correction function data,
(i = 1.-, N) is calculated (+3i calculation is performed. Then, the obtained amplitude correction function data par T; 7),
(i=1..-, N) is sent to the amplitude correction means 2, the phase correction function calculation means 4, and the variable conversion means 6, and is stored respectively. The wave number calculation means 3 uses the transmission frequency data f input from the input terminal T4 and the sound speed data V manually input from the input terminal T5, and converts the wave number data to =2πf/V.
A computation is performed to find . The calculated wave number data is sent to the phase correction function calculation means 4 and the inverse Fourier transform means 7 and stored therein. The phase correction function calculation means 4 uses the amplitude correction function data 5, (i=1.-, N) sent from the lower amplitude correction function calculation stage 1 and the wave number data K sent from the wave number calculation means 3. Using the phase correction function Qi J ``”T”', (i = 1, -
An operation is performed to obtain N ). This data is then sent to the phase correction means 5 and stored. The variable conversion means 6 converts the receiver position data XI, (i = 1.-ms, N) sent from the input terminal T2 and the amplitude correction function data, bε, sent from the amplitude correction function calculation means 1, to
”+=Fu-7, (i=1.-, N), the variable-converted data of the receiver position τ1=x+/(>ε, 24
An operation is performed to obtain z,'', (i = 1, -, N). Then, this data is transferred to the Fourier inverse transform means 7.
is sent to and stored. Next, the measured hologram data 5H (X
t, 0) and (i = 1, m, N) are input and sent to the amplitude correction means 2. Here, an operation S□(Xi,O ) ~
x, 24 z,". (i=1....,N) is performed, and the amplitude of the measured hologram data is corrected. The amplitude-corrected hologram data is sent to the phase correction means 5. Here, , an operation 5s (5s) of multiplying the amplitude-corrected hologram data by the phase correction function data eBum77, (1=1°-,N) sent from the phase correction function calculation means 4.
Xt, 0) '4 ko, i 4 z, 26 J K -
〃y7寥. (i=1, ---, N) is performed, and the amplitude-corrected hologram data is subjected to phase correction. The hologram data whose amplitude and phase have been corrected in this manner is sent to the inverse Fourier transform means 7. Here, the amplitude and phase corrected hologram data 5HO) 5+Z
n'e bar 1 is replaced with the receiver position data 0) sent from the variable conversion means 6. Furthermore, wave number calculation means 3
, the target plane coordinate sampling point data x sent from the input terminal T6, and S
Using H(τ1.O), target object image data ρ(x ll
+ z n) by inverse Fourier transform, ρ(xn, zn) = ΣS, (τi, o) e −J
The calculated target object image data ρ(x n, z n) is output as a reproduced image from the output terminal T? (Effects of the Invention) As explained in detail above, the present invention According to the invention, there are the following advantages: ■In order to increase the resolution of the target object image, even if the array aperture is expanded to a size that does not satisfy the Fresnel approximation, the amplitude and amplitude of the measured hologram data of the entire aperture are Since the phase is corrected with high precision, a stable and high-resolution target object image can be obtained. ■The target object image can be reproduced even in a near-field sound field where Fresnel approximation does not hold, so the propagation time of the sound wave signal is shortened. processing efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例の映像形成システムの構成を
示すブロック図、第２図は目標物平面とホログラム平面
との関係を示す図である。 １・・・振幅補正関数算出手段　２・・・振幅補正手段
３・・・波数算出手段　４・・・位相補正関数算出手段
５・−・位相補正手段　６・−変数変換手段７・・−フ
ーリエ逆変換手段 ｆｆメｆｆＪＰＩＩ　９（ｂ′ｔ　＄　ＵヴζムＱｌｋ
Ｊ　ｔａ％ｌ’ｊｌｆ、５４ｆｌ！１第２図FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image forming system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between a target object plane and a hologram plane. 1...Amplitude correction function calculation means 2...Amplitude correction means 3...Wave number calculation means 4...Phase correction function calculation means 5...Phase correction means 6.-Variable conversion means 7...-Fourier Inverse conversion meansffmeffJPII 9(b't $UvζmQlk
J ta%l'jlf, 54fl! 1Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 目標物に音波を送波してその反射波をＮ個の受波器から
成る受波器アレイで受波し、受波した実測ホログラムデ
ータに基づいて目標物像の再生を行う映像形成方式にお
いて、 ホログラム平面と目標物平面間の距離データＺ＿ｎと受
波器の位置データＸ＿ｉから振幅補正関数√（Ｘ＿ｉ＾
２＋Ｚ＿ｎ＾２）を算出する振幅補正関数算出手段と、
受波したホログラムデータＳ＿Ｈ（Ｘ＿ｉ、Ｏ）を、振
幅補正関数算出手段の出力により振幅補正し、振幅補正
されたホログラムデータＳ＿Ｈ（Ｘ＿ｉ、Ｏ）√（Ｘ＿
ｉ＾２＋Ｚ＿ｎ＾２）を得る振幅補正手段と、目標物に
送波する音波の周波数データｆと音速データＶから波数
Ｋ（＝２πｆ／Ｖ）を算出する波数算出手段と、 振幅補正関数算出手段の出力と波数算出手段の出力から
位相補正関数ｅ＾ｊ＾Ｋ＾√＾｛＾（Ｘ＿ｊ）＾２＾＋
＾（Ｚ＿ｎ）＾２＾｝を算出する位相補正関数算出手段
と、 振幅補正手段の出力する振幅補正されたホログラムデー
タを、位相補正関数算出手段の出力により位相補正し、
振幅補正及び位相補正されたホログラムデータＳ＿Ｈ（
Ｘ＿ｉ、Ｏ）√Ｘ＿ｉ＾２＋Ｚ＿ｎ＾２ｅ＾ｊ＾Ｋ＾√
＾｛＾（Ｘ＿ｉ）＾２＾＋＾（Ｚ＿ｎ）＾２＾｝を得る
位相補正手段と、受波器の位置データと振幅補正関数算
出手段の出力から、新たな変数τ＿ｉ（＝Ｘｉ／√（Ｘ
＿ｉ＾２＋Ｚ＿ｎ＾２）を求める変数変換手段と、 波数算出手段、位相補正手段及び変数変換手段の各出力
並びに目標物平面座標上のサンプリング位置データＸ＿
ｎを受取り、位相補正手段の出力にフーリエ逆変換を施
し、目標物像データρ（Ｘ＿ｎ、Ｚｎ）＝Σ＾Ｎ＿（＿
ｉ＿＝＿１＿）■＿Ｈ（τｉ、Ｏ）ｅ＾−＾ｊ＾Ｋ＾（
Ｘ＿ｎ）＾（τ＿ｉ）（ただし、■＿Ｈ（τ＿ｉ、Ｏ）
は位相補正手段の出力と同値で該出力をτ＿ｉで表わし
たデータ）を得るフーリエ逆変換手段とを具備すること
を特徴とする映像形成方式。[Claims] A method of transmitting sound waves to a target object, receiving the reflected waves by a receiver array consisting of N receivers, and reproducing the image of the target object based on the received actually measured hologram data. In an image forming method that performs this, an amplitude correction function √(X_i^
2+Z_n^2);
The amplitude of the received hologram data S_H(X_i, O) is corrected by the output of the amplitude correction function calculating means, and the amplitude-corrected hologram data S_H(X_i, O)√(X_
i^2+Z_n^2), a wave number calculating means for calculating a wave number K (=2πf/V) from frequency data f and sound velocity data V of a sound wave transmitted to a target object, and an amplitude correction function calculating means. From the output of
a phase correction function calculation means for calculating ^(Z_n)^2^^; and a phase correction of the amplitude-corrected hologram data output from the amplitude correction means by the output of the phase correction function calculation means;
Amplitude-corrected and phase-corrected hologram data S_H (
X_i, O)√X_i^2+Z_n^2e^j^K^√
A new variable τ_i (=Xi/√ (X
_i^2+Z_n^2), each output of the wave number calculation means, phase correction means, and variable conversion means, and sampling position data X_ on the target plane coordinates.
n, performs inverse Fourier transform on the output of the phase correction means, and obtains target object image data ρ(X_n, Zn)=Σ＾N_(_
i_=_1_)■_H(τi, O)e^-^j^K^(
X_n)^(τ_i) (However, ■_H(τ_i, O)
and an inverse Fourier transform means for obtaining data whose output is equal to the output of the phase correction means and represented by τ_i.