JPH02280078A - 物体撮像方式 - Google Patents

物体撮像方式

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JPH02280078A
JPH02280078A JP1101368A JP10136889A JPH02280078A JP H02280078 A JPH02280078 A JP H02280078A JP 1101368 A JP1101368 A JP 1101368A JP 10136889 A JP10136889 A JP 10136889A JP H02280078 A JPH02280078 A JP H02280078A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 坦釘l夏 本発明は、物体撮像方式に関し、例えば、超音波を用い
た3次元カメラ、3次元コピア、3次元ファクシミリ、
およびロボットの目等に応用できるものである。
従JJL尊 超音波を対象物体に照射し、その散乱波を複数個の受波
器で受け、その測定値から対象物体の形状を撮像する方
法は、例えば、音響ホログラフィ等で知られる方法がこ
れまでにも考えられていたが、超音波の波長の長さ、受
波アレイの大きさが有限であることなどの理由により実
用的な撮像を行えるには至っていない。
また、ニューラルネットワークを用いて超音波映像を構
成する方法は、[ニューラルネットワークを用いた超音
波によるロボット・アイ・システム」(電子情報通信学
会1989年2月22日)により提案されているが、未
学習な形の物体については高精細な再生像が得られなか
った。
且−一煎 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされた
もので、超音波を対象体に照射し、その散乱波をアレイ
型レシーバ−を用いて測定し解析することにより、対型
体の高精細な3次元形状を撮像する物体撮像方式を提供
することを目的としてなされたものである。
娼−一域− 本発明は、上記目的を達成するために、(1)対象物体
に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN個(N>0)
のアレイ型レシーバ−で測定し、対象物体の形状を再構
成する場合において、操作を2段に分け、第1段では、
散乱波の音圧から対象物体のおおよその形状を再構成し
、第2段では、対象物体のおおよその形状から対物体の
精密な形状を再構成すること、更には、(2)対象物体
に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN個(N>0)
のアレイ型レシーバ−で泪1定し、対象物体の形状を再
構成するために、操作を2段に分け、第1段では、散乱
波の音圧から対象物体のおおよその形状を再構成し、第
2段では、対象物体のおおよその形状から対物体の精密
な形状を再構成する場合において、第1段、第2段とも
、与えられたデータとそれに対する望ましい出力データ
からその対応関係を学習させる事によって構成すること
、或いは、(3)対象物体に超音波を放射し、その散乱
波の音圧をN個(N>0)のアレイ型レシーバ−で測定
し、対象物体の形状を再構成するために、対象物体とし
てN個の異なる位置形状のものを用意し、それからの散
乱波を21I11定し、対象物体と散乱波の音圧とが線
形な関係を持つことを利用することにより、?ll!l
定された音圧から対象物体の形状を再構成する関係式を
構成すること、更には、(4)対象物体に超音波を放射
し、その散乱波の音圧をN個(N>0)のアレイ型レシ
ーバ−で測定し、対象物体の形状を再構成するために、
操作を2段に分け、第1段では、散乱波の音圧から対象
物体のおおよその形状を再構成し、第2段では、対象物
体のおおよその形状から対物体の精密な形状を再構成す
る場合において、第1段では、請求項3記載の方式を用
い、第2段では、ニューラルネットワークを用いること
、或いは、(5)対象物体に超音波を放射し、その散乱
波の音圧をN個(N>0)のアレイ型レシーバ−で測定
し、対象物体の形状を再構成するために、操作を2段に
分け、第1段では、散乱波の音圧から対象物体のおおよ
その形状を再構成し、第2段では、対象物体のおおよそ
の形状から対物体の精密な形状を再構成するために第1
段では、請求項3記載の方式を用い、第2段では、ニュ
ーラルネットワークを用いる場合において、そのニュー
ラルネットワークに学習させる時に用いる入力データと
教師出力データを人工的に作られた出力データとそれを
変換することで得られる入力データで代用することを特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて
説明する。
本発明の物体撮像方式は大きく分けて次の2段に分れて
いる。
第1段:対象物体に超音波を照射し、その散乱波から対
象物体のおおよその形状を構成する方式。
第2段二対象物体のおおよその形状から対象物体の精密
な形状を構成する方式。
第1段では、対象物体に超音波を照射し、その散乱波の
音圧をN個(N>0)の受波器で測定し。
その測定値から対象物体の形状を構成する。測定された
音圧と対象物体の形状は線形な関係にあるので、両者を
結ぶ一次変換を表わす行列を、N個の異なる対象物体の
形状とそのときの散乱波の音圧とを具体的に測定するこ
とにより決定することができる。
第2段では、第1段で得られた対象物体のおおよその形
状をニューラルネットを用いることにより高精細化する
まず、第1段の実施例について説明する。第1図は、本
発明の詳細な説明するための散乱波測定装置で、図中、
1は対象物体、2は超音波の照射器、3はNXN個の受
波器からなるレシーバ−アレイ、4はパルスジェネレー
タ、5はコンピュータ、6はデイスプレィである。パル
スジェネレータ4から送られた信号 を超音波照射器2から超音波バースト波として対象物体
に向けて照射する(roは照射器の位置を表わす)。こ
のとき対象物体からの散乱波をレシーバ−アレイ3の受
波器(p、q)により時刻を変えてM測測定し、その値
を (g(p、q+r)) r= 11213”””Mとし
、コンピュータ5に送る。コンピュータ5での計算は次
の様に行う。
第2図は、本発明の詳細な説明するための図で、対象物
体の再生領域をデジタル化したものを表わしている。こ
のとき関数ξ(itj+k)を次の様に定義する。
このとき、散乱波g (p+q+r)と対象物体の表面
存在関数ξ(i、j、k)とは線形な関係があるので、
ある定数a(P+Q+r+l+j、k)を用いて1=O
j=Ok=O と表わすことができる。a(P+Q+rtltJ+k)
を求めるためには、各ボクセル(i、、+、k)にだけ
表面が存在する小さな対象物体をおいて、そのときの散
乱波を測定すれはよい。
P=(ppq+r) I=(1+j+k) と書くことにすると、両式は。
g(P)=Σa(P、I)ξ(I) IEボクセル となるから、行列(a([’、I)) P、Iの逆行列
を(a ’(1,P)) r、pとすると(行列が与え
られた時。
その逆行列を計算する方法は周知である。)。
ξ(■)=Σa−” (I、P)g(P)PEilll
J定時刻、場所 番こよって、ξ(i)を求めることかできる。ξ(1)
は対象物体の表面が存在するかどうかを表わす関数であ
ったから、このξをコンピュータ5で計算し、デイスプ
レィ6に表示すれば対象物体のおおよその形が得られる
次に第2段の実施例について説明する。第1段で得られ
た再生像はM、Nか小さいときには劣化が著しく実用に
向ない。また、M、Nを大きく取ることは、装置の制約
上できないことが多い。そこで、第2段では、第1段で
得られた像から、より解像度の高い像を構成する方式に
ついて述べる。
第3図は、第1段で得られたNXNXMの再生領域上の
再構成像から、LXLXK上の像を構成するニューラル
ネットワークを説明するための図で、丸はネットワーク
の各ユニットを、実線は各ユニット間の結合をそれぞれ
表わしている。入力)t!Jに属するユニットはNXN
XM個、出力層に属するユニットはLXLXK個、中間
層に属するユニットの個数は可変である(中間層の個数
はネットワークの望ましい性能によって選ぶことができ
る)。各情報は実線で示されるユニット間結合を通る際
にその結合の重み倍になり、また各ユニットから出力さ
れる情報は、そのユニットに集る情報の和をXとすると
き、 1/(1+exp(−x+ 0 )) で与えられる。ここで、0はそのユニットのバイアス値
である。この様な構造のネットワークに対して、入カバ
ターンとそれに対する望ましい出カバターンが与えられ
ると、周知の方式パックプロパゲーション法によって、
それらの対応関係を実現するための結合間の重みとバイ
アス値とをニューラルネットワークに学習させることが
できる。
そこで、第2段では、このネットワークに学習させるた
めの入力データと出力データとの構成法を示す。
入力データと出力データの構成法としては、多様な形の
表面をもつ実際の物体を数多く用いて実測により構成す
る方法が考えられるが、立体の場合十分多様な形の物体
を構成することは実用上得策でない。そこで、入力デー
タと出力データを人工的に構成する方式を以下に述べる
第4図(a)、(b)はニューラルネットワークに学習
させるための入力データと出力データとを構成する方式
を説明するための図で、(、)は望ましい出力データを
、(b)はその出力データが期待される時のデータをそ
れぞれ表わしている。ここで、実際のデータは3次元上
に表わされるが、見やすくするため2次元上に表示した
以下、L=sN、に=tMとする。ここで、S。
tはある整数である。第4図では、5=T=3で表示し
である。まず、第4図(a)の様な物体の表面を表わす
図形をLXLXKの領域上に十分多く作っておく。第4
図(a)で、斜線を引いたボクセルは物体の表面が存在
することを示しており。
ここでの値を1とする。また、斜線のないボクセルは物
体の表面がないことを示しており、ここでの値はOであ
る。これらをニューラルネットの望ましい出力データと
する。次に、LXLXKの領域をNXNXMの領域に分
ける(すなわち、5XsXt、のボクセルをまとめてひ
とつのボクセルとする。)。こうして得られるNXNX
Mの領域上の値を次のように決める。すなわち、新しく
できたボクセルが含む旧ボクセルのうち、値が1である
ものの個数を5XsXtで割った値を新しいボクセル上
の値とする。第4図では、5XsXtの値を9で表示し
である。
以上の様にして入力データと出力データが構成できたの
で、このデータを用いて得られるNXNXMのデータは
第4図(a)の様なものになるので、こうしてできたネ
ットワークを用いれば、対象物体の精密な形を撮像する
ことができる。
例−一米 以上の説明から明らかなように、本発明によると、少数
個の受波器からなるレシーバ−アレイによって超音波反
射波を測定することにより高精細な物体撮像が可能にな
る。
また、ニューラルネットの構成の際に学習に用いなかっ
た形についても高精細な像が得られる。
さらに、ニューラルネットワークに学習させるときに用
いるデータを実d1すでなく、人工的に構成することが
できるので、これまでよりも高速に所望のネットワーク
を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による物体撮像方式を説明するた・め
のもので、散乱波測定装置の構成図、第2図は、対象物
体の再生領域をディジタル化した図、第3図は、ニュー
ラルネットワークを示す図、第4図(a)、(b)は、
ニューラルネットワークに学習させるための入力データ
と出力データとの構成法を示す図である。 1・・対象物体、2・・・超音波照射、3・・・レシー
バ−アレイ、4・・・パルスジェネレータ、5・・°コ
ンピュータ、6・・・デイスプレィ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、対象物体に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN
    個(N>0)のアレイ型レシーバーで測定し、対象物体
    の形状を再構成する場合において、操作を2段に分け、
    第1段では、散乱波の音圧から対象物体のおおよその形
    状を再構成し、第2段では、対象物体のおおよその形状
    から対物体の精密な形状を再構成することを特徴とする
    物体撮像方式。 2、対象物体に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN
    個(N>0)のアレイ型レシーバーで測定し、対象物体
    の形状を再構成するために、操作を2段に分け、第1段
    では、散乱波の音圧から対象物体のおおよその形状を再
    構成し、第2段では、対象物体のおおよその形状から対
    物体の精密な形状を再構成する場合において、第1段、
    第2段とも、与えられたデータとそれに対する望ましい
    出力データからその対応関係を学習させる事によって構
    成することを特徴とする請求項1記載の物体撮像方式。 3、対象物体に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN
    個(N>0)のアレイ型レシーバーで測定し、対象物体
    の形状を再構成するために、対象物体としてN個の異な
    る位置形状のものを用意し、それからの散乱波を測定し
    、対象物体と散乱波の音圧とが線形な関係を持つことを
    利用することにより、測定された音圧から対象物体の形
    状を再構成する関係式を構成することを特徴とする物体
    撮像方式。 4、対象物体に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN
    個(N>0)のアレイ型レシーバーで測定し、対象物体
    の形状を再構成するために、操作を2段に分け、第1段
    では、散乱波の音圧から対象物体のおおよその形状を再
    構成し、第2段では、対象物体のおおよその形状から対
    物体の精密な形状を再構成する場合において、第1段で
    は、前記請求項3記載の方式を用い、第2段では、ニュ
    ーラルネットワークを用いることを特徴とする請求項1
    記載の物体撮像方式。 5、対象物体に超音波を放射し、その散乱波の音圧をN
    個(N>0)のアレイ型レシーバーで測定し、対象物体
    の形状を再構成するために、操作を2段に分け、第1段
    では、散乱波の音圧から対象物体のおおよその形状を再
    構成し、第2段では、対象物体のおおよその形状から対
    物体の精密な形状を再構成するために第1段では、前記
    請求項3記載の方式を用い、第2段では、ニューラルネ
    ットワークを用いる場合において、そのニューラルネッ
    トワークに学習させる時に用いる入力データと教師出力
    データを人工的に作られた出力データとそれを変換する
    ことで得られる入力データで代用することを特徴とする
    請求項4記載の物体撮像方式。
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JP2008309533A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Ihi Corp 車両形状計測方法と装置
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