利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，包括由互相垂直構(gòu)成正交陣列的兩個線性相控陣列(11，12)，兩個線性相控陣列分別為用于超聲波的發(fā)送并且放置在X軸方向的發(fā)射線性相控陣列(11)以及用于超聲波回聲的接收并且放置在Y軸方向的接收線性相控陣列(12)，二者分別具有一個內(nèi)部單元；一邊的長度略小于λ/2直角尺傳感器；發(fā)送器(20)；接收器(30)；平行光束形成器(40)，對所述接收器(30)所提供的數(shù)字信號執(zhí)行平行光束形成操作；圖像信號處理器(50)；顯示器(60)；控制器(70)；數(shù)據(jù)存儲部分(180)以及三維圖像信號處理器(190)。
【專利說明】
利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無人船監(jiān)控區(qū)域成像方法，特別是采用超聲波正交陣列形成。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機(jī)與無人駕駛汽車在科技界呼風(fēng)喚雨，風(fēng)頭出盡，相較之下，低調(diào)的無人船知名度稍遜一籌。在小說中，無人船始終籠罩著一絲神秘氣息，著名的"幽靈船"是作家虛構(gòu)航海故事的經(jīng)典素材，而在現(xiàn)實中，無人船是各國軍事領(lǐng)域的心頭寶，是科技競爭的重要技術(shù)。目前無人船處于高速發(fā)展的時期，然而無人船在下水試航之前以及水上作業(yè)的時候，仍然面臨很多技術(shù)瓶頸沒有解決。
[0003]無人船，顧名思義，無需人類駕駛員對其進(jìn)行操控，“零船員”概念的出現(xiàn)到底是否恰當(dāng)，目前業(yè)界眾說紛紜，刊物《安全》的記者就曾提出“無人船”理想與現(xiàn)實的距離，其中提出，如果某船突然起火其方位不明，依照現(xiàn)有的科技水平，無人船的操控著肯定會做出兩種指令，一種是最優(yōu)方法，即派滅火機(jī)器人尋找準(zhǔn)確著火點并進(jìn)行撲滅，第二種是如果機(jī)器人無法完成滅火任務(wù)，船舶將開啟高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)完成滅火任務(wù)，兩套方案，一套備用，看似沒有缺陷，而有一個問題無法回避，就算全船都有監(jiān)控設(shè)備，然而并不能保證監(jiān)控設(shè)備毫無盲區(qū)，而此時若恰好在盲區(qū)內(nèi)著火或者為引起火災(zāi)的來源，則兩套方法都無法實施，我們只能眼睜睜看著船燒盡沉沒。
[0004]由此看來，對無人船的各個盲區(qū)都能進(jìn)行有效的三維成像是正待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的目的一方面在于提供一種使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，包括:由互相垂直構(gòu)成正交陣列的兩個線性相控陣列，兩個線性相控陣列分別為用于超聲波的發(fā)送并且放置在X軸方向的發(fā)射線性相控陣列以及用于超聲波回聲的接收并且放置在Y軸方向的接收線性相控陣列，二者分別具有一個內(nèi)部單元，兩個內(nèi)部單元相互之間相距λ/2，其中λ表示超聲波波長，兩個線性相控陣列公用同一個位于X-Y軸坐標(biāo)系原點傳感器單元作為各自的中心陣列單元;一邊的長度略小于λ/2直角尺傳感器;發(fā)送器，發(fā)出生成的用于發(fā)送線性相控陣列的超聲波的電信號;接收器，從接收線性相控陣列接收返回正交陣列并由接收線性相控陣列內(nèi)的傳感器部件轉(zhuǎn)換成電信號的超聲波回聲輸出并將所接收的模擬電信號通過執(zhí)行多個信號處理程序轉(zhuǎn)化成為數(shù)字形式，信號處理程序在一個超聲波成像裝置中對所接收的模擬電信號進(jìn)行操作;平行光束形成器，對接收器所提供的數(shù)字信號執(zhí)行平行光束形成操作，所述平行光束形成器對Φ=0并且0 = 0?的平面上的所有點執(zhí)行動態(tài)深度聚焦，然后對其施加一系列延遲法則，產(chǎn)生連續(xù)的多角度聲束偏轉(zhuǎn)或不同深度焦深，平行波形成器在平行波形成過程中執(zhí)行衍射控相法從而減少旁瓣電平；圖像信號處理器，接收所有在平行光束形成器中產(chǎn)生的掃描線信號并針對所接收的信號執(zhí)行超聲相控陣成像處理程序，從而產(chǎn)生不同形式的圖像信號；顯示器，顯示圖像信號；控制器，控制上述操作從而獲得期望形式的三維圖像;數(shù)據(jù)存儲部分，接收器的輸出同時輸入到平行光束形成器以及數(shù)據(jù)存儲部分以及三維圖像信號處理器。
[0006]優(yōu)選的，構(gòu)成每個相控陣列的傳感器部件數(shù)量優(yōu)選為64或者128。
[0007]優(yōu)選的，X軸和Y軸構(gòu)成一個正方形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)放置發(fā)送線性相控陣列以及接收線性相控陣列的傳感器單元。
[0008]優(yōu)選的，數(shù)據(jù)存儲部分由大量半導(dǎo)體芯片或者高速大容量硬盤組成。
[0009]優(yōu)選的，三維圖像信號處理器由一個高速數(shù)字信號處理器或者一個用于專用計算或者程序的大容量高速ASIC組成，或者由外部連接的計算機(jī)構(gòu)成。
[0010]優(yōu)選的，發(fā)送器，接收器，平行光束形成器以及圖像信號處理器與通用二維圖像裝置的相應(yīng)結(jié)構(gòu)是相同的。
[0011]本發(fā)明的目的還在于提供一種利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的方法，步驟如下:
[0012](I)以常規(guī)模式也就是二維圖像模式運(yùn)行該裝置從而獲得二維圖像，其中發(fā)送線性相控陣列僅用于對固定傾斜角Φ =0度的波束形成，接收線性相控陣列僅用于每次發(fā)送后對固定傾斜角Φ =0度的接收波的聚焦操作，發(fā)送器使能發(fā)送線性相控陣列的動作，這樣在傾斜角為O度的位置每次發(fā)送會形成一個發(fā)送波平面，接收線性相控陣列接收到的超聲波回聲信號在接收器內(nèi)處理，然后由平行光束形成器對應(yīng)一個方位角將其聚焦到一條信號掃描線；(2)將聚焦后的信號通過圖像信號處理器進(jìn)行處理并且在顯示器上進(jìn)行顯示；(3)將上述操作進(jìn)行重復(fù)，形成一個與現(xiàn)有二維圖像形成流程形成的平面相同的三維圖像平面；(4)使用上述二維圖像模式確定待掃描的三維區(qū)域；(5)在確定的三維區(qū)域中心定位正交陣列；(6)設(shè)定完成三維圖像模式，然后執(zhí)行三維掃描的發(fā)送和接收流程；(7)對應(yīng)接收線性相控陣列的所有傳感器元件每次步驟(6)發(fā)送后接收器的輸出被存儲在數(shù)據(jù)存儲部分；
(8)完成上述步驟后，也就是，所有組成期望的三維區(qū)域的發(fā)送波平面形成后并且所有來自平面的反射信號以及接收線性相控陣列平面的傳感器單元接收的信號都被存儲后，發(fā)送和接收流程停止；(9)三維圖像信號處理器讀出存儲在數(shù)據(jù)存儲部分的數(shù)據(jù)，然后對三維掃描區(qū)域的所有掃描線執(zhí)行波束聚焦，并且執(zhí)行要求的三維圖像處理，其中平行光束形成器，對接收器所提供的數(shù)字信號執(zhí)行平行光束形成操作，平行光束形成器對Φ = O并且Θ = θη的平面上的所有點執(zhí)行動態(tài)深度聚焦，然后對其施加一系列延遲法則，產(chǎn)生連續(xù)的多角度聲束偏轉(zhuǎn)或不同深度焦深，所述平行波形成器(40)在平行波形成過程中執(zhí)行衍射控相法從而減少旁瓣電平；(10)最后向顯示器(170)提供所有待顯示的二維和三維圖像的信息。
[0013]優(yōu)選的，步驟(9)的動態(tài)深度聚焦時，只使用一個發(fā)射延遲法則，對于接收信號則連續(xù)載入聚焦法則，使超聲束沿聲束軸線，對不同聚焦深度進(jìn)行該掃描。
[0014]優(yōu)選的，當(dāng)擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲部分的存儲器容量后可以執(zhí)行實時四維掃描。
[0015]優(yōu)選的，其中步驟(9)對三維掃描區(qū)域的所有掃描線執(zhí)行除深度聚焦以外的其他控陣聲束掃查方式。
[0016]優(yōu)選的，其他控陣聲束掃查方式優(yōu)選包括電子線形掃查或扇形掃查。
[0017]采用超聲正交陣列的相控陣方法，即使用電子方法控制聲束聚焦和掃描，可以在不移動探頭的情況下進(jìn)行快捷和全面的掃查，提高掃描成像速度，具有良好的聲束可達(dá)性，對于復(fù)雜的船體結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化控制焦點尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向，可使得分辨率和檢測范圍得到提高。
[0018]根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。
【附圖說明】
[0019]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。本發(fā)明的目標(biāo)及特征考慮到如下結(jié)合附圖的描述將更加明顯，附圖中:
[0020]圖1為一視圖，表示用于解釋根據(jù)本發(fā)明的利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的方法及裝置的坐標(biāo)系；
[0021]圖2為一框圖，表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的裝置；
[0022]圖3為一框圖，用于表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的裝置，其中包含根據(jù)本發(fā)明的使用二維圖像形成裝置進(jìn)行三維圖像形成的方法。
【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在參考附圖，根據(jù)本發(fā)明將給出細(xì)節(jié)的描述。
[0024]本發(fā)明提供利用正交陣列形成無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像的結(jié)構(gòu)，其中包括相比傳統(tǒng)的二維陣列來說數(shù)量較少的傳感器單元，并且在典型的二維圖像掃描時間內(nèi)完成三維圖像掃描，以及使用該方法的新的三維圖像形成方法及裝置。
[0025]參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，包括由互相垂直的兩個線性相控陣列11和12構(gòu)成的正交陣列。發(fā)射線性相控陣列11以及接收線性相控陣列12都具有一個內(nèi)部單元，相互之間相距λ/2，其中λ表示超聲波波長，并且包括直角尺傳感器，其一邊的長度略小于λ/2。兩個線性相控陣列11和12公用同一個位于X-Y軸坐標(biāo)系原點傳感器單元作為各自的中心陣列單元。發(fā)送線性相控陣列11用于超聲波的發(fā)送，并且在圖2中放置在X軸方向。接收線性相控陣列12用于超聲波回聲的接收，并且圖2中放置在Y軸方向。構(gòu)成每個相控陣列11或12的傳感器部件數(shù)量優(yōu)選為64或者128。如圖2的X軸和Y軸上所示的正方形區(qū)域式構(gòu)成發(fā)送線性相控陣列11以及接收線性相控陣列12的傳感器單元。
[0026]發(fā)送器20發(fā)出用于生成用于發(fā)送線性相控陣列11的超聲波的電信號。在焦點位置以聚焦形式由發(fā)送線性相控陣列11發(fā)出的超聲波在船體內(nèi)傳播時被障礙物反射。返回正交陣列10的超聲波回聲由接收線性相控陣列12內(nèi)的傳感器部件轉(zhuǎn)換成電信號。接收器30從接收線性相控陣列12接收該電信號輸出并將所接收的模擬電信號通過執(zhí)行多個信號處理程序轉(zhuǎn)化成為數(shù)字形式，處理程序在一個典型的超聲波成像裝置中對所接收的模擬電信號進(jìn)行操作。平行光束形成器40對接收器30所提供的數(shù)字信號執(zhí)行平行光束形成操作。圖像信號處理器50接收所有在平行光束形成器40中產(chǎn)生的掃描線信號并針對所接收的信號執(zhí)行超聲相控陣成像處理程序，從而產(chǎn)生不同形式的圖像信號在顯示器60上進(jìn)行顯示?？刂破?0控制上述框圖內(nèi)的操作從而獲得期望形式的三維圖像。
[0027]當(dāng)發(fā)送器20在控制器70的控制下相發(fā)送線性相控陣列11提供電信號時，發(fā)送線性相控陣列11內(nèi)的每個傳感器單元都會產(chǎn)生超聲波。這種情況下，發(fā)送器20控制電信號施加到每個傳感器單元上的時間，這樣傾斜角為Φ = Φπι的方向上超聲波發(fā)出并且聚焦到方位角為O度以及半徑為r = R的點上，具有一個傾斜角為Φ = Φπι的扇形區(qū)域的發(fā)送波平面形成，如圖2所示。方位角方向上的發(fā)送波平面寬度通過由發(fā)送線性相控陣列11組成的傳感器部件的尺寸決定。由于發(fā)送過程中不能實施動態(tài)聚焦，發(fā)送波平面在傾斜方向上的波束寬度最小為r = R，并且隨著與R距離的加大半徑增大。因此，發(fā)送波平面內(nèi)僅有有限區(qū)域是三維圖像形成的有效區(qū)域。多個傾斜角應(yīng)用常用于現(xiàn)有的二維圖像形成裝置中的多區(qū)域聚焦技術(shù)或者線性聚焦技術(shù)，在一個較寬區(qū)域或者所有期望的區(qū)域都可以形成一個有效發(fā)送波平面。這種情況下，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)需要對發(fā)送器20進(jìn)行改進(jìn)。
[0028]當(dāng)發(fā)送的超聲波信號在船體內(nèi)傳播時，所發(fā)射的超聲波信號會通過接收線性相控陣列12的傳感器單元轉(zhuǎn)換成電信號。接收器30會對經(jīng)過接收傳感器單元轉(zhuǎn)換的超聲波信號執(zhí)行預(yù)放大，時間增益補(bǔ)償以及濾波。接收器30內(nèi)所提供的模擬一數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器(沒有示出)將超聲波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。
[0029]平行光束形成器40從接收器30接收數(shù)字超聲波信號輸出并對所接收到的數(shù)字信號執(zhí)行平行光束形成操作。更詳細(xì)的說，平行光束形成器40對圖2所示的Φ=0并且θ = θη的平面上的所有點執(zhí)行動態(tài)聚焦，然后對其施加一系列延遲法則，產(chǎn)生連續(xù)的多角度聲束偏轉(zhuǎn)或不同深度焦深。結(jié)果，形成圖2所示的與X軸平行的接收波平面。接收波平面與傾斜角Φ=Φπι的發(fā)送波平面向垂直?？紤]到發(fā)送和接收的超聲波的最終波形變成發(fā)送波形和接收波形的合成產(chǎn)物。所以，獲得用于定義具有傾斜角Φ = Φπι的發(fā)送波平面與具有方位角為Θ=θη的接收波平面分界線的一條掃描線。平行波形成器40在平行波形成過程中執(zhí)行衍射控相法從而減少旁瓣電平。
[0030]如果對所有用于形成三維圖像的方位執(zhí)行動態(tài)聚焦，也就是說，接收波形成過程中的所有方位角θ = θη，其中η = 1，2...Ν的情況下，平行波形成器40可以從由傾斜角Φ = Φπι定義的發(fā)送波平面獲得所有的掃描線，動態(tài)深度聚焦時，只使用一個發(fā)射延遲法則，對于接收信號則連續(xù)載入聚焦法則，使超聲束沿聲束軸線，對不同聚焦深度進(jìn)行該掃描。
[0031]所獲得掃描線上的波寬度定義如下:I)傾斜方向的寬度與發(fā)送波寬度的波束寬度相同。2)方位角方向上的波束寬度和分辨率與接收波平面的相應(yīng)參數(shù)相同，也就是說，方位角方向上的波形為僅有接收線性相控陣列12的單向波。因此，圖2設(shè)備中方位角方向上的分辨率可以通過控制發(fā)送器20進(jìn)行控制，這種方式下，圖2裝置的分辨率比現(xiàn)有的二維圖像形成裝置的分辨率更優(yōu)良，而且由于定義了所有方位角對應(yīng)的波平面掃描線，在無人船掃描范圍內(nèi)就不會存在盲區(qū)。
[0032]如上所述，線性相控陣列11和12組成正交陣列10，用于分別進(jìn)行發(fā)送和接收以及在接收時執(zhí)行平行波輸形成，從而能夠一次發(fā)送后對圖像的一個平面執(zhí)行一次掃描。也就是說，圖2裝置能夠在現(xiàn)有的二維圖像形成裝置獲得一條掃描線的時候?qū)θS圖像的一個平面進(jìn)行一次掃描。因此，將上述的發(fā)送和接收流程重復(fù)M次，超聲波聚焦到點θ = 0度以及對于每一次發(fā)送不同的傾斜角Φ = Φπι，其中m=l，2，…Μ。接收過程中對θ = 0度以及所有的方位角θ = θη，其中η=1，2...Ν執(zhí)行平行光波形成操作，這樣就完成了三維掃描。也就是說，可以在M次發(fā)送中執(zhí)行三維掃描或者現(xiàn)有二維圖象已被獲取的時間內(nèi)執(zhí)行掃描操作。
[0033]圖像信號處理器50執(zhí)行不同的信號處理程序，由于平行波束形成器40所要求的掃描線上聚焦信號獲得了優(yōu)良的圖像質(zhì)量，并執(zhí)行圖象處理和圖片信號處理從而產(chǎn)生所有類型的二維和三維圖像在顯示器60上進(jìn)行顯示，因此顯示器60也使用了所形成的三維圖像數(shù)據(jù)?？刂破鲗λ胁僮骱吞幚砹鞒踢M(jìn)行控制，包括發(fā)送脈沖的產(chǎn)生以及發(fā)送波形成，接收器，平行波束形成器，對發(fā)送和接收波形成的重復(fù)控制以及對圖像和信號處理的控值。
[0034]圖2所示的三維圖像形成裝置中，發(fā)送陣列以及接收陣列兩者或者分別的數(shù)量，發(fā)送器20以及接收器的復(fù)雜度都與現(xiàn)有的二維圖像形成裝置的對應(yīng)參數(shù)類似。然而，用于對組成一個平面的所有掃描線進(jìn)行平行聚焦的平行波形成器40，考慮到電路尺寸和其中的造價，其復(fù)雜度可能是現(xiàn)有二維圖像形成裝置的數(shù)十倍。因此，本發(fā)明使用了三維圖像形成方法提供了更經(jīng)濟(jì)更有實際實用價值的三維圖像形成裝置，其中的方法使用本發(fā)明的正交陣列，結(jié)構(gòu)采用圖3所示的通用二維圖像形成裝置。
[0035]圖3的三維圖像形成裝置在現(xiàn)有二維圖像處理裝置的基礎(chǔ)上增加了正交陣列，數(shù)據(jù)存儲部分180以及一個三維圖像信號處理器190。數(shù)據(jù)存儲部分180由大量半導(dǎo)體芯片或者高速大容量硬盤組成。三維圖像信號處理器190由一個高速數(shù)字信號處理器(DSP)或者一個用于專用計算或者程序的大容量高速ASIC組成。圖3中，發(fā)送器120，接收器130，接收光束形成器140以及二維圖像信號處理器150與通用二維圖像裝置的相應(yīng)結(jié)構(gòu)是相同的。發(fā)送線性相控陣列111以及接收線性相控陣列112分別由64個或者128個分別連接到發(fā)送器120和接收器130上的傳感器單元組成。
[0036]接收器130的輸出同時輸入到接收光束形成器140以及數(shù)據(jù)存儲部分180。當(dāng)圖3的裝置以常規(guī)模式運(yùn)行時，也就是二維圖像模式，發(fā)送線性相控陣列111僅用于對固定傾斜角Φ =0度的波束形成，接收線性相控陣列112僅用于每次發(fā)送后對固定傾斜角Φ =0度的接收波的聚焦操作。也就是說，現(xiàn)有的二維圖像形成裝置中每次發(fā)送和接收僅獲得一條掃描線。為了獲得二維圖像，發(fā)送器使能發(fā)送線性相控陣列111的動作這樣在傾斜角為O度的位置每次發(fā)送會形成一個發(fā)送波平面。接收線性相控陣列112接收到的超聲波回聲信號在接收器130內(nèi)處理，然后由接收光束形成器140對應(yīng)一個方位角將其聚焦到一條信號掃描線。聚焦后的信號通過二維圖像信號處理器150進(jìn)行處理并且在顯示器160上進(jìn)行顯示。將上述操作進(jìn)行重復(fù)，形成一個與現(xiàn)有二維圖像形成流程形成的平面相同的三維圖像平面。二維圖像模式下，也可以使用與現(xiàn)有二維圖像形成裝置中使用的通用線相控陣列相同的陣列。
[0037]使用圖3裝置以如下流程執(zhí)行三維圖像模式:I)使用上述二維圖像模式確定待掃描的三維區(qū)域。2)在確定的三維區(qū)域中心定位正交陣列100。3)通過按下一個特定按鈕(沒有示出)設(shè)定完成2)之后的三維圖像模式，然后執(zhí)行參考圖2裝置描述的三維掃描的發(fā)送和接收流程。4)對應(yīng)接收線性相控陣列的所有傳感器元件每次步驟3)發(fā)送后接收器130的輸出被存儲在數(shù)據(jù)存儲部分180。5)完成上述步驟后，也就是，所有組成期望的三維區(qū)域的發(fā)送波平面形成后并且所有來自平面的反射信號以及接收線性相控陣列平面的傳感器單元接收的信號都被存儲后，發(fā)送和接收流程停止。
[0038]三維圖像信號處理器190讀出存儲在數(shù)據(jù)存儲部分180的數(shù)據(jù)。對三維掃描區(qū)域的所有掃描線執(zhí)行波束聚焦，并且執(zhí)行要求的三維圖像處理，然后向顯示器170提供所有待顯示的二維和三維圖像的信息。
[0039]使用上述圖3裝置進(jìn)行三維圖像形成的方法實時對三維圖像形執(zhí)行的掃描操作(發(fā)送和接收操作)，并且當(dāng)圖2裝置獲得實時的三維圖像時，執(zhí)行接收波聚焦，非實時的三維圖像處理以及存儲操作。盡管所有的三維圖像形成流程都可以在圖2所示的裝置中實時完成，但是尋找獲得診斷信息的三維圖像卻是非實時完成的。相應(yīng)的，參考圖3裝置的上述方法也是有效的。因此，圖2裝置內(nèi)沒有必要使用大型平行波形成器。
[0040]三維圖像信號處理器190可以由外部連接的計算機(jī)取代。這里，數(shù)據(jù)存儲部分180具有高速外部計算機(jī)界面。當(dāng)這樣的一臺外部計算機(jī)被使用時，數(shù)據(jù)存儲部分180可以放在外部計算機(jī)內(nèi)而不用放在圖3所示的三維圖像形成裝置內(nèi)。任何情況下，圖3三維圖像形成裝置比起圖2圖像形成裝置來說結(jié)構(gòu)都是簡單的。
[0041]如上所述，圖3的超聲波三維圖像形成裝置可以在數(shù)據(jù)存儲部分180的存儲器容量足夠大的時候執(zhí)行實時四維掃描。也就是說，隨時間的三維圖像信息可以實時獲得并且此后三維圖像的變動可以通過執(zhí)行接收波聚焦和非實時的圖像處理隨時間檢查出來。并且相控陣聲束掃查方向可以采用電子(線形)掃查，扇形掃查和動態(tài)深度聚焦三種方式。
[0042]雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定的說明性實施例進(jìn)行了描述，但是不會受到這些實施例的限定而僅僅受到附加權(quán)利要求的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍和精神的情況下對本發(fā)明的實施例能夠進(jìn)行改動和修改。
【主權(quán)項】
1.一種使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，其特征在于:包括 由互相垂直構(gòu)成正交陣列的兩個線性相控陣列(11，12)，兩個線性相控陣列分別為用于超聲波的發(fā)送并且放置在X軸方向的發(fā)射線性相控陣列(11)以及用于超聲波回聲的接收并且放置在Y軸方向的接收線性相控陣列(12)，二者分別具有一個內(nèi)部單元，兩個內(nèi)部單元相互之間相距λ/2，其中λ表示超聲波波長，所述兩個線性相控陣列(11，12)公用同一個位于X-Y軸坐標(biāo)系原點傳感器單元作為各自的中心陣列單元； 一邊的長度略小于λ/2直角尺傳感器； 發(fā)送器(20)，發(fā)出生成的用于所述發(fā)送線性相控陣列(11)的超聲波的電信號； 接收器(30)，從所述接收線性相控陣列(12)接收返回正交陣列并由接收線性相控陣列(12)內(nèi)的傳感器部件轉(zhuǎn)換成電信號的超聲波回聲輸出并將所接收的模擬電信號通過執(zhí)行多個信號處理程序轉(zhuǎn)化成為數(shù)字形式，所述信號處理程序在一個超聲波成像裝置中對所接收的模擬電信號進(jìn)行操作； 平行光束形成器(40)，對所述接收器(30)所提供的數(shù)字信號執(zhí)行平行光束形成操作，所述平行光束形成器(40)對Φ=0并且θ = θη的平面上的所有點執(zhí)行動態(tài)深度聚焦，然后對其施加一系列延遲法則，產(chǎn)生連續(xù)的多角度聲束偏轉(zhuǎn)或不同深度焦深，所述平行波形成器(40)在平行波形成過程中執(zhí)行衍射控相法從而減少旁瓣電平； 圖像信號處理器(50)，接收所有在平行光束形成器(40)中產(chǎn)生的掃描線信號并針對所接收的信號執(zhí)行超聲相控陣成像處理程序，從而產(chǎn)生不同形式的圖像信號； 顯示器(60)，顯示所述圖像信號； 控制器(70)，控制上述操作從而獲得期望形式的三維圖像； 數(shù)據(jù)存儲部分(180)，接收器(130)的輸出同時輸入到平行光束形成器(40)以及數(shù)據(jù)存儲部分(180)以及 三維圖像信號處理器(190)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，其特征在于:構(gòu)成每個相控陣列(11，12)的傳感器部件數(shù)量優(yōu)選為64或者128。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，其特征在于:所述X軸和Y軸構(gòu)成一個正方形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)放置發(fā)送線性相控陣列(11)以及接收線性相控陣列(12)的傳感器單元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲部分(180)由大量半導(dǎo)體芯片或者高速大容量硬盤組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，其特征在于:所述三維圖像信號處理器(190)由一個高速數(shù)字信號處理器或者一個用于專用計算或者程序的大容量高速ASIC組成，或者由外部連接的計算機(jī)構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用正交陣列進(jìn)行無人船監(jiān)控區(qū)域超聲波三維圖像形成的裝置，其特征在于:所述發(fā)送器(20)，所述接收器(30)，所述平行光束形成器(40)以及所述圖像信號處理器(50)與通用二維圖像裝置的相應(yīng)結(jié)構(gòu)是相同的。
【文檔編號】H04N13/02GK106028021SQ201610458086
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】楊越
【申請人】楊越