(57)【要約】【課題】浅い位置に埋設された埋設物の位置及び形状の検出を従来例に比較して高い精度で行え、従来には行えなかった埋設物の材質の推定を行う非破壊探査装置を提供する。【解決手段】本発明の非破壊探査装置は、送信波を発信し、反射波を受信するマイクロ波レーダ部と、反射波形から送信波形を減算して差分波形を求める差分計算部と、差分波形及び送信波形の相互相関のヒルベルト変換を行い、複素反射係数の絶対値のモデル適応度関数を得る相互相関ヒルベルト変換部と、モデル適応度関数の時間差の最大値及び最大値の時間差を保持し、所定の時間差幅の境界モデル適応度関数に変換する境界モデル適応度演算部と、測定点毎の反射波の境界モデル適応度関数を考慮点の信頼度とし、反射波の境界モデル適応度関数のヒストグラムにより逆投影画像を生成する逆投影像生成部と、逆投影画像にてヒストグラムの極大値を与える送信波形の位相を求める位相検出部とを有する。【選択図】図１
2008082971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体内に埋設されている埋設物を探査する非破壊探査装置であり、
マイクロ波を送信波として発信し、反射波を受信するマイクロ波レーダ部と、
媒体内に伝播する前記送信波からの反射波形を求め、反射波形から前記送信波形を減算して差分波形を求める差分演算部と、
該差分波形及び送信波形の相互相関を求め、該相互相関のヒルベルト変換を行い、複素反射係数を求め、該複素反射係数の絶対値からなるモデル適応度関数Ｏ（τ）を出力する相互相関ヒルベルト変換部と、
前記モデル適応度関数の時間差τにおける最大値及び最大値を与える時間差を保持し、所定の時間差幅を有する境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）に変換する境界モデル適応度演算部と、
各測定点毎の反射波の前記境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の時間差をマイクロ波の伝播速度を元に距離へ換算し、各考慮点における信頼度を表す値として、複数の反射波の境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）をヒストグラムとして重ね合わせ、その分布を逆投影画像として生成する逆投影像生成部と、
前記逆投影画像においてヒストグラムの極大値を与える送信波形における反射位相を求める位相検出部と
を有することを特徴とする非破壊探査装置。
【請求項２】
前記位相検出部が前記逆投影画像におけるヒストグラムの極大値を与える送信波形における位相を反射位相として出力することを特徴とする請求項１記載の非破壊探査装置。
【請求項３】
前記埋設物の材質と、前記送信波形に対する反射位相との対応を示すテーブルを有し、求められた反射位相に対応した材質を該テーブルから読み出し出力する埋設物材質推定部をさらに有することを特徴とする請求項２記載の非破壊探査装置。
【請求項４】
前記逆投影像生成部において、ヒストグラムとして重ね合わせる境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の観測点数と、少なくとも、前記マイクロ波の指向特性と、前記逆投影を行う考慮点の位置とを、予め対応付けたテーブルを有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の非破壊探査装置。
【請求項５】
媒体内に埋設されている埋設物を探査する非破壊探査装置を用いた非破壊探査方法であり、
マイクロ波レーダ部がマイクロ波を送信波として発信し、反射波を受信するマイクロ波送受信過程と、
差分計算部が媒体内に伝播する前記送信波からの反射波形を求め、該反射波形から前記送信波の送信波形を減算して差分波形を求める差分計算過程と、
相互相関ヒルベルト変換部が該差分波形及び送信波形の相互相関を求め、該相互相関のヒルベルト変換を行い、複素反射係数を求め、複素反射係数の絶対値からなるモデル適応度関数Ｏ（τ）を出力する相互相関ヒルベルト変換過程と、
境界モデル適応度演算部が前記モデル適応度関数Ｏ（τ）の時間差τにおける最大値、及び最大値を与える時間差を保持し、所定の時間幅の境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）に変換する境界モデル適応度演算過程と、
逆投影像生成部が各測定点毎の反射波の境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の時間差をマイクロ波の伝播速度を元に距離へ換算し、各考慮点における信頼度として、複数の反射波を考慮点においてヒストグラムとして加え合わせ、その分布を逆投影画像として生成する逆投影像生成過程と、
位相検出部が前記逆投影画像においてヒストグラムの極大値を与える送信波形に対応する位相を求める位相検出過程と
を有することを特徴とする非破壊探査方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の非破壊探査装置として、コンピュータを機能させるための非破壊探査プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートや地中などに埋設されている埋設物の位置及び深さを、電磁波を用いて探査する非破壊探査装置及びその方法並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動台車に搭載した発信器から、コンクリートや土などの媒体の表面に対し、マイクロ波を放射して、その反射波を受信器にて受信し、その反射波の伝播時間により媒体内部に埋設されている埋設物の位置及び深さを検出する探査方法がある（例えば、特許文献１参照）。
例えば、上記特許文献１に記載されている技術は、コンクリート等に埋設されている鉄筋の直径をマイクロ波レーダなどを用いて非破壊に測定するものである。
【特許文献１】特開平０５−３２３０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来例は、コンクリートに埋設されている鉄筋を測定対象としており、コンクリート壁面に埋設されている種々の材質の管の断面を画像化したり、管の材質を弁別したりすることはできなかった。
また、コンクリートにおける鉄筋の埋設位置は通常ある程度の深さをもっているが、種々の埋設管は壁表面から浅い位置にあるものもある。
従来の探査方法では、浅い位置の埋設物の観察において、送信波と埋設物による反射波とが重なるため、それらを検知するのは困難であった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、浅い位置に埋設されている埋設物の位置及び形状の検出を従来例に比較して高い精度で行い、かつ従来には行えなかった埋設物の材質の推定が行える非破壊探査装置及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の非破壊探査装置は、媒体内に埋設されている埋設物を探査する非破壊探査装置であり、マイクロ波を送信波として発信し、反射波を受信するマイクロ波レーダ部と、媒体内に伝播する前記送信波からの反射波形を求め、反射波形から前記送信波形を減算して差分波形を求める差分計算部と、該差分波形及び送信波形の相互相関を求め、該相互相関のヒルベルト変換を行い、複素反射係数を求め、該複素反射係数の絶対値からなるモデル適応度関数Ｏ（τ）を出力する相互相関ヒルベルト変換部と、前記モデル適応度関数の時間差τにおける最大値及び最大値を与える時間差を保持し、所定の時間差幅を有する境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）に変換する境界モデル適応度演算部と、各測定点毎の反射波の前記境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の時間差をマイクロ波の伝播速度を元に距離へ換算し、各考慮点における信頼度として、複数の反射波の境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）をヒストグラムとして加え合わせ、その分布を逆投影画像として生成する逆投影像生成部と、前記逆投影画像においてヒストグラムの極大値を与える送信波形における反射位相を求める位相検出部とを有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の非破壊探査装置は、前記位相検出部が前記逆投影画像におけるヒストグラムの極大値を与える送信波形における位相を反射位相として出力することを特徴とする。
【０００７】
本発明の非破壊探査装置は、前記埋設物の材質と、前記送信波形に対する反射位相との対応を示すテーブルを有し、求められた反射位相に対応した材質を該テーブルから読み出し出力する埋設物材質推定部をさらに有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の非破壊探査装置は、前記逆投影画像生成部において、ヒストグラムとして重ね合わせる境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の観測点数と、少なくとも、前記マイクロ波の指向特性と、逆投影を行う考慮点の位置とを、予め対応付けたテーブルを有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の非破壊探査方法は、媒体内に埋設されている埋設物を探査する非破壊探査装置を用いた非破壊探査方法であり、マイクロ波レーダ部がマイクロ波を送信波として発信し、反射波を受信するマイクロ波送受信過程と、差分計算部が媒体内に伝播する前記送信波からの反射波形を求め、該反射波形から前記送信波の送信波形を減算して差分波形を求める差分計算過程と、相互相関ヒルベルト変換部が該差分波形及び送信波形の相互相関を求め、該相互相関のヒルベルト変換を行い、複素反射係数を求め、複素反射係数の絶対値からなるモデル適応度関数Ｏ（τ）を出力する相互相関ヒルベルト変換過程と、境界モデル適応度演算部が前記モデル適応度関数Ｏ（τ）の時間差τにおける最大値、及び最大値を与える時間差を保持し、所定の時間幅の境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）に変換する境界モデル適応度演算過程と、逆投影像生成部が各測定点毎の反射波の境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の時間差をマイクロ波の伝播速度を元に距離へ換算し、各考慮点における信頼度として、複数の反射波を考慮点においてヒストグラムとして加え合わせ、その分布を逆投影画像として生成する逆投影像生成過程と、位相検出部が前記逆投影画像においてヒストグラムの極大値を与える送信波形に対応する位相を求める位相検出過程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のプログラムは、上記いずれかに記載の非破壊探査装置として、コンピュータを機能させるための非破壊探査プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、送信波と反射波との干渉を受けずに、高い精度にて埋設物の埋設位置を特定することができ、かつ送信波の位相と反射波の位相との位相差から、埋設物の材質を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を用いて本発明の一実施形態の非破壊探査装置の説明を行う。図１は本発明の一実施形態による非破壊探査装置の構成例を示すブロック図である。
図１に示す構成は、コンクリートや土などの媒体１００内に埋設されている埋設物２００（水道配管，ガス配管，電線など）を探査する非破壊探査装置１であり、マイクロ波レーダ部１１，差分計算部１２，相互相関ヒルベルト変換部１３，境界モデル適応度演算部１４，逆投影像生成部１５，位相検出部１６，埋設物材質推定部１８から構成されている。
【００１３】
マイクロ波レーダ部１１は、送信アンテナ１１１からマイクロ波を送信波として発信し、媒体１００内に埋設されている埋設物２００等からの反射波を受信アンテナ１１２により受信する。
差分計算部１２は、媒体１００内に伝播する上記送信波の同定送信波形を求め、かつ受信した反射波から上記同定送信波形を減算して差分波形を求める。
相互相関ヒルベルト変換部１３は、該差分波形及び同定送信波形の相互相関を求め、該相互相関のヒルベルト変換を行い、複素反射係数を求め、複素反射係数の絶対値からなるモデル適応度関数Ｏ（τ）を出力する。ここで、時間差τとは、媒質１００内部において、マイクロ波を送信してから、埋設物２００までの距離を反射波として往復するまでの伝播時間を示している。すなわち、モデル適応度関数Ｏ（τ）は、時間差毎における反射波の強度の分布を示している。
【００１４】
境界モデル適応度演算部１４は、上記モデル適応度関数Ｏ（τ）の時間差軸における最大値の位置（時刻）、すなわちモデル適応度関数Ｏ（τ）の包絡波形の最大値とを保持し、予め設定される所定の時間差τの幅に、例えばモデル適応度関数Ｏ（τ）の強度の最大値を分布の中心とする範囲を、予め設定した時間差τの範囲となるよう狭めることにより、モデル適応度関数Ｏ（τ）を境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）に変換する。
逆投影像生成部１５は、各観測点毎の反射波に対し、各反射波の複素反射係数から、送信アンテナ１１１から送信される送信波の指向性に基づく楕円（送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２を焦点とする楕円）面全面に対し、境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の時間差τをマイクロ波の伝播速度を元に距離（地表面の観測点から反射体、すなわち埋設物までの距離）へ換算し、各考慮点（画像表示におけるピクセル）の信頼度を表す値として、境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の強度値を、それぞれ時間差τに対応する距離の考慮点に与えて逆投影画像を生成する。このとき、逆投影像生成部１５は、ユーザの指定により上記強度値をピクセルの階調度、あるいは強度値別に設定した色として与える。
また、逆投影像生成部１５は、複数の逆投影像を選択する選択窓を、隣接する上記逆投影像毎にシフトさせ、シフトする毎に選択窓に含まれる逆投影像全てを重ならせて、共通部分を抽出して中間画像を生成する。
ここで、逆投影像生成部１５は、シフト毎に得られた共通部分の中間画像をすべて重ね合わせ、位置，深さ及び形状を示す探査画像を生成する。
位相検出部１６は、相互相関ヒルベルト変換部１３が出力する反射位相と、境界モデル適応度演算部１４が出力する極大時刻と、逆投影像生成部１５が出力する探査画像から、逆投影画像における極大値を与える領域での差分波形の反射位相を出力する。
また、埋設物材質推定部１８は、位相検出部１６が出力する反射位相から、対応する埋設物の材質を推定する。
【００１５】
次に、図１及び図２を用いて、本実施形態による破壊探査装置による埋設物の探査動作を説明する。図２は本実施形態による非破壊探査装置による埋設物の探査動作の例を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、ユーザは、埋設物が埋設されていないことが明確な領域（図１の埋設物のない領域）において、マイクロ波レーダ部１１から送信波を送信アンテナから媒質１００に対して発信する。  これにより、マイクロ波レーダ部１１は、媒質１００から出射される送信波及び反射波（異なる媒質の境界面等、例えばコンクリートと土との境界面からの）を、受信アンテナ１１２により受信し、電気信号（あるいはデジタルデータ）に変換し、観測送信波形として差分演算部１２へ出力する。
【００１６】
そして、ステップＳ２において、差分演算部１２は、マイクロ波レーダ部１１から入力された観測送信波形を、波形形状を示す関数のパラメータを調整して、観測送信波形と形状が同様となる波形関数を求め（同定処理）、得られた波形関数を同定送信波形ｕ（ｔ）とする。
すなわち、差分演算部１２は、埋設物がない領域における上記観測送信波形を、送信波の伝播及び埋設物２００からの反射でない他からの反射波などのバックグラウンドノイズを含めて、同定送信波形ｕ（ｔ）として同定する。
【００１７】
次に、ステップＳ３において、ユーザは、図１においてＨ方向に非破壊探査装置１を移動させ、埋設物２００の探査処理を開始する。
ここで、ユーザは非破壊探査装置１を埋設物が埋設されている探査領域に移動させ、マイクロ波レーダ部１１から送信波を送信アンテナから媒質１００に対して発信する。
これにより、マイクロ波レーダ部１１は、媒質１００から出射される反射波を、受信アンテナ１１２により受信し、電気信号（あるいはデジタルデータ）に変換し、観測反射波形ｓ（ｔ）として差分演算部１２へ出力する（観測波形の取得処理）。
【００１８】
そして、ユーザは、順次Ｈ方向に対して、予め設定した間隔（例えば、１０ｍｍ毎）にて配置された観測点毎に、マイクロ波レーダ部１１から送信波を発信し、媒質１００から出射される反射波（埋設物２００にて送信波が反射して出射される反射波）を受信し、上述した観測波形として観測反射波形ｓ（ｔ）を取得する。
このとき、差分演算部１２は、マイクロ波レーダ部１１から入力される観測反射波形ｓ（ｔ）を各観測点に対応し、内部の記憶部に対して記憶する。
【００１９】
次に、ステップＳ４において、予め設定された観測点における観測処理が終了すると、ユーザが探査演算処理の開始を指示する制御命令を非破壊探査装置１に対して入力する。
これにより、差分演算部１２は、上記記憶部に記憶されている、各観測点毎の観測反射波形ｓ（ｔ）に対し、それぞれ観測反射波形ｓ（ｔ）から同定送信波形ｕ（ｔ）を減算し、差分波形Ｓ（ｔ）を求める。
すなわち、観測反射波形ｓ（ｔ）から、反射波形及び干渉等のバックグラウンドノイズを除去して、反射波のみの波形を、観測波形である観測反射波形ｓ（ｔ）から抽出する。
このとき、差分演算部１２は、観測反射波形ｓ（ｔ）と、同定送信波形ｕ（ｔ）との０点（強度及び時刻）を合わせて差し引いて差分波形Ｓ（ｔ）を取得する。
また、同定送信波形ｕ（ｔ）が媒質１００を伝播する際に、以下の（１）式に示す媒質１００の伝達関数Ｈ（ω）、すなわち反射体などの伝播特性のモデルによって推定される推定波形を、推定波形Ｓ’（ｔ）とする。上記伝達関数Ｈ（ω）は、送信波が媒質を通過して反射波となる、媒質の特性として定義される。
【００２０】
【数１】
2008082971.tif 000003
【００２１】
上記（１）式において、Γiは実数部の反射係数であり、Γrは虚数部の反射係数であり、ωは角周波数を示す。
すべての観測点における差分波形Ｓ（ｔ）の演算が終了すると、ステップＳ５及びステップＳ６において、相互相関ヒルベルト変換部１３は、差分波形Ｓ（ｔ）と推定波形Ｓ’（ｔ）との２乗誤差をＩ（ｔ）として、以下の（２）式により求める。
【００２２】
【数２】
2008082971.tif 000004
【００２３】
上記（２）式において、ｕｈ（ｔ−τ）は伝播波形データｕ（ｔ−τ）をヒルベルト変換した関数である。また、Ｓ（ω）及びＵ（ω）はそれぞれ差分波形データＳ（ｔ）、同定送信波形ｕ（ｔ）をフーリエ変換したものである。上記τは、送信波が送信された時刻と、反射波が戻ってくる時刻との時間差、すなわち電波が媒質１００を伝播して埋設物２００までの距離を往復する時間を示している。
この（２）式は差分波形Ｓ（ｔ）と推定波形Ｓ'（ｔ）との時間差τにおける一致度としても示され、相互相関ヒルベルト変換部１３は、以下の（３）式によりモデル適応度関数Ｏ（τ）を求める。
【００２４】
【数３】
2008082971.tif 000005
【００２５】
上記（３）式は、I（τ）が「０」すなわち、差分波形Ｓ（ｔ）と推定波形Ｓ’（ｔ）とが一致したとき最大値となる、差分波形Ｓ（ｔ）と推定波形Ｓ’（ｔ）との一致度を表す指標である。
ここで、相互相関ヒルベルト変換部１３は、Ｉ（τ）を最小化する反射係数Γr及びΓiを、（２）式を展開して解析的に得られる（４）式により求める。
【００２６】
【数４】
2008082971.tif 000006
【００２７】
上記（４）式において、ψus（τ）は差分波形Ｓ（ｔ）と同定送信波形ｕ（ｔ）との相互相関関数である。この相互相関関数は、２つの信号波形の類似性，時間差を表すのに用いる関数である。
（４）式を（３）式に代入すると、以下に示す（５）式となり、相互相関ヒルベルト変換部１３は、この（５）式によりモデル適応度（Model fitness）関数Ｏ（τ）を演算する。
すなわち、マイクロ波レーダの波形における周波数帯域は広く、通常、中心周波数を有するメキシカンハット型の周波数分布を有する送信波が用いられる。
このメキシカンハット型の反射波の波形の包絡線、すなわち、時間差毎の反射波形の強度を示す波形に対する包絡線である上記モデル適応度関数Ｏ（τ）を生成し、送信波に対し、埋設物から反射してくる反射波の伝播時間を測定し易いようにする。
【００２８】
【数５】
2008082971.tif 000007
【００２９】
上記（５）式において、Ｈ（＊）はヒルベルト変換を示す。
また、反射波データにおける反射位相Ｐ（τ）は、以下の（６）式に示され、相互相関ヒルベルト変換部１３は、この（６）式により、反射位相Ｐ（τ）を演算する。
【００３０】
【数６】
2008082971.tif 000008
【００３１】
ところで、規格化複素反射係数γ（τ）として、以下の（７）式を演算すると、
Ｏ（τ）＝｜γ（τ）｜
Ｐ（τ）＝∠γ（τ）
と一致することが判る。
【００３２】
【数７】
2008082971.tif 000009
【００３３】
図３及び図４に観測反射波形から同定送信波形ｕ（ｔ）を差し引いた差分波形Ｓ（ｔ）を用いた場合と、用いない場合のモデル適応度関数Ｏ（τ）を示す。
図３（ａ）が観測反射波形そのままの状態を示し、図３（ｂ）が差分波形Ｓ（ｔ）を示している。
そして、図４（ａ）が観測反射波形そのままを用いてモデル適応度関数Ｏ（τ）を生成した場合であり、一方、図４（ｂ）が差分波形Ｓ（τ）を用いてモデル適応度関数Ｏ（τ）を生成した場合である。
観測反射波形がそのままでは送信波形と反射波形とが干渉した状態となっており、観測反射波形及びモデル適応度関数Ｏ（τ）のいずれを用いても、埋設物からの反射時刻を同定することが容易でない。しかしながら、差分波形Ｓ（ｔ）を用いることにより、送信波形の影響が除かれ、反射波形のピークが明確に検出されるため、反射時刻を容易に同定することができる。
【００３４】
次に、ステップＳ７において、境界モデル適応度演算部１４は、境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）を図５に示すように、モデル適応関数Ｏ（τ）の強度の極大値（最大値）Ａと、極大値Ａにおける極大（最大）時刻τＡとが維持（保存）された形状にて、所定の時間幅Ｔを有する境界モデル適応度関数（Boundary model fitness）Ｏ'（τ）に変換する。
ここで、境界モデル適応度演算部１４は、モデル適応度関数Ｏ（τ）を所定の時間幅Ｔをもつ例えば正規分布のような分布に置き換える処理により、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）を生成する。
【００３５】
次に、ユーザは、以下に示す逆投影画像を再構成する際に、画像処理を実行させる１ピクセルの大きさ、すなわち表示装置に表示させる画像の分解能を設定する。表示装置の表示画素を１×１として表示装置の画素と同一の分解能から、ｎ×ｍの画素を１ピクセルとして設定する（ｎ＝ｍの場合も含む）。また、ピクセルの大きさは観測点の間隔とは独立に設定される数値である。
そして、逆投影像生成部１５は、各観測点毎に、送信アンテナ１１１から送信される送信波の指向性に基づく楕円（送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２を焦点とする楕円）面全面に対し、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）の強度を、考慮点に対する信頼度を表す値として与え、逆投影画像を生成する。ここで、逆投影像生成部１５は、時間差τを、マイクロ波の伝播速度を元に、深さ（地表面における観測点からの距離、すなわち送信波の指向方向に対応する楕円の径）に換算し、表示画像において対応するピクセルを考慮点として、この距離に対応する各考慮点に対して、対応する時間差τにおける境界モデル適応度関数Ｏ‘（τ）の強度値をそれぞれ付加する。
ここで、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）の時間幅によって規定される逆投影画像の厚さ（楕円面に対して垂直方向の厚さ）が広がりすぎると、後に中間画像を生成した際に、埋設物の位置が明確に特定できなくなるため、ある程度、逆投影画像の厚さ（図６のＫ）を薄くする必要がある。
しかしながら、時刻領域の時間幅Ｔを小さくし、厚さＫを薄くし過ぎるとノイズの影響を受けやすくなるため、後述するように時刻領域の時間幅Ｔを調整する必要がある。
【００３６】
そして、ステップＳ８において、逆投影像生成部１５は、選択窓Ｄとして設定される領域中の隣接する複数、例えば隣接する３つの観測点に対し、複数の観測点からのすべての逆投影画像が重なり合う領域を重ね合わせたヒストグラム分布を中間画像として出力する。ここで、Ｍ個の観測点を含む選択窓Ｄを１つずつ隣接する観測点に対してシフトさせ、Ｎ個の総観測点に対して、Ｎ−Ｍ＋１個の中間画像を生成する。
【００３７】
例えば、図６に示すように、逆投影像生成部１５は、境界モデル適応度演算部１４から、観測点Ｌ1，Ｌ2，…，Ｌb-4〜Ｌb+4，…，ＬN-4〜ＬNの各々の境界モデル適応度が入力されると，各々の観測点ごとに逆投影画像Ｇ1，Ｇ2，…，Ｇb-4〜Ｇb+4，ＧN-4〜ＧNを生成し、順次、選択窓Ｄにて選択された隣接する３つの逆投影画像が全て重なる共通領域Ｃのみを重ね合わせ、重なり合う各考慮点において、重なり合う全ての考慮点（観測点数Ｍであれば、Ｍ個の考慮点全て）が強度値を有する場合のみ強度値を加算して、この考慮点の集合を共通領域Ｃとして中間画像Ｆを生成する。ここで、逆投影像生成部１５は、重なり合う考慮点において、いずれかの考慮点が強度値を有していない場合、重なり合う考慮点の強度値を「０」とし、共通領域がない、すなわち画像が無い状態とする。
すなわち、逆投影像生成部１５は、観測点Ｌ1，Ｌ2，…，Ｌb-4〜Ｌb+4，…，ＬN4〜ＬNにおいて、隣接する３つの観測点、例えば観測点Ｌ1，Ｌ2及びＬ3を選択窓Ｄにて選択し、中間画像Ｆ2を生成すると、測定順の方向に選択窓Ｄを１つずつシフトし、観測点Ｌ2，Ｌ3及びＬ4を選択窓Ｄにて選択し、中間画像Ｆ3を生成する。この処理を繰り返し、選択窓Ｄによる観測点の全ての組合せにそれぞれの中間画像Ｆ*を生成する。
【００３８】
このとき、重ね合わされる逆投影画像の厚さＫが少ないと、選択窓Ｄ中の逆投影画像に対する中間画像での共通領域が無くなり、ステップＳ９における重ね合わせ処理において不十分な画像しか得られないため、中間画像での共通領域Ｃが無くならないように、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）の時間幅Ｔを調整する。
すなわち、逆投影像生成部１５は、ステップＳ７とステップＳ８とを繰り返して、中間画像における共通領域Ｃが形成される状態となるように、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）の時間幅Ｔを調整する。
【００３９】
調整時に得られる中間画像を図７に示す。この図７は、埋設物２００を深さ８０ｍｍにある点状物質とし、座標としては、（ｘ，ｚ）＝（０，８０）の位置にあるとする。
また、総観測点数Ｎは、−１００≦ｘ≦１００の範囲にある観測点の総数である。観測点数Ｍは、アンテナの指向性を考慮して設定される数であり、中間画像を生成するために用いる逆投影画像数、すなわち選択窓Ｄ中の観測点数である。σ２は境界モデル適応度の分散値（境界モデル適応度は正規分布として近似している）である。図７は観測点数Ｍと分散値σ２を変化させて、中間画像の形状をシミュレーションしたものである。
図７から判るように、分散値σ２を小さくすることにより、楕円面に付置された前記逆投影画像に対して垂直方向の広がりが少なくなり、中間画像における像の広がりが低減されることから、分散値と上記広がりとの関係が深いと考えられる。
しかし、σ２を小さくすると、すなわち、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）の時間幅Ｔを余り小さくすると、ノイズの影響等により画像がステップＳ９にて再構成されない可能性もあるため、上述したように、ステップＳ７とステップＳ８とを繰り返して、中間画像の共通領域Ｃが適当な大きさになるように調整する必要がある。
また、ｘ軸方向に対する広がりには観測点数Ｍの関与が大きいことが判る。
【００４０】
すなわち、中間画像は、埋設物２００の深さと、観測点数Ｍと、分散値σ２と、によって形状が変化するが、特に分散値σ２が大きく関与していることが判る。
ここで、複数の観測点における画像を重ね合わせて中間画像を生成する際、選択窓Ｄにおける境界モデル適応度関数Ｏ’（τ）の観測点数Ｍと、マイクロ波の指向特性とを、予め対応付けたテーブルを用意し、逆投影像生成部１５が、ユーザが入力する、少なくとも、前記マイクロ波の指向特性に対応した観測点数Ｍを上記テーブルから選択する。
上記選択窓Ｄ内の観測点数Ｍは、マイクロ波の指向性から考慮し、送信波に対する反射波を受信可能な範囲（距離）に入る観測点数として規定され、「観測点間の間隔×観測点数Ｍ」が上記選択窓の距離より小さくなるように設定する。しかしながら、下記に説明する選択窓Ｅとの関係において、［選択窓Ｅ内の観測点数Ｒ]＞［選択窓Ｄ内の観測点数Ｍ］となるように、選択窓Ｄ内の観測点数Ｍを設定する。
また、埋設物２００の埋設されている深さと大きさが予想される場合、重ね合わせに使用する選択窓Ｄ中の観測点数Ｍを、観測範囲と、マイクロ波の指向特性とに対応して予め設定されたテーブルを有していてもよい。  
【００４１】
次に、ステップＳ９において、逆投影像生成部１５は、ステップＳ８にてマイクロ波の指向特性から決まる、考慮点Ｂを中心とする選択窓Ｅを算出し、選択窓Ｅによって選択された領域に含まれる複数の観測点の組み合わせから生成した前記中間画像Ｆを重ね合わせて考慮点Ｂに関するヒストグラム画像値を合成し、すべての考慮点に対して上記合成を繰り返して、逆投影ヒストグラム画像を生成する。すなわち、逆投影像生成部１５は、選択窓Ｅの位置を一つの考慮点（ピクセル）ごとに、Ｈ方向にずらしながら、選択窓Ｅに含まれる観測点から生成された全中間画像Ｆの各ピクセル毎に、重なり合う各中間画像Ｆのピクセルの強度値を単純に加算していき、逆投影ヒストグラム画像を生成する。
このとき、選択窓Ｅに、観測点Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4が含まれる場合、中間画像Ｆ2及びＦ3が重なり合わせる対象の中間画像となり、逆投影像生成部１５は、中間画像Ｆ2及びＦ3を重ならせ、選択窓Ｅの範囲にある重なり合ったピクセルのみ、それぞれの強度値を加算する処理を行い、選択窓Ｅの範囲外にあるピクセルの強度値を全て「０」とする。
そして、逆投影像生成部１５は、選択窓Ｅを、観測点Ｌ1〜ＬNの範囲にあるピクセルにて、１ピクセルずつＨ方向にずらして、その時点で選択窓Ｅに含まれる観測点にて構成された中間画像の重なり合うピクセルの強度値の加算を行う。そして、逆投影像生成部１５は、観測窓Ｅの最左端が観測点ＬNに移動して、その位置の中間画像の各ピクセルの加算処理が終了した後、各シフト位置の選択窓Ｅ毎に加算した結果を、全て重ね合わせることにより、逆投影ヒストグラム画像を生成する。
したがって、逆投影像生成部１５は、ステップＳ８にて生成した中間画像Ｆを合成して、全ての中間画像の共通領域Ｃが重なりあった逆投影ヒストグラム画像を生成することとなる。
上記選択窓Ｅは、マイクロ波の指向性から考慮し、送信波に対する反射波を受信可能な範囲（距離）として規定している。そして、この距離内に含まれる観測点数Ｒを、Ｒ＞Ｍ（選択窓Ｄの観測点数）の範囲内で設定し、上記各指向性毎に、対応する観測点数Ｒが記述されたテーブルを、逆投影像生成部１５に設ける（Ｒ及びＭは整数）。したがって、ユーザが指向性を入力することにより、逆投影像生成部１５は、選択窓Ｅの範囲として、この指向性に対応する観測点数Ｒを、上記テーブルから読み出して用いる。
上述したように、逆投影像生成部１５は、観測窓Ｄの場合と同様に、マイクロ波の指向特性と観測点数Ｒを示すテーブルを設けて、ユーザが入力するマイクロ波の指向特性に対応して、観測点数Ｒを読み出して、逆投影ヒストグラム画像を生成する。
上述した選択窓Ｅにより、中間画像を重ね合わせる際、反射波の受信されない距離にある領域のピクセルの強度値を「０」とし、観測点からの送信波に対して反射波が受信可能な距離のみのピクセルの強度値を加算しているため、受信可能な範囲外のノイズなどの影響を抑制することができる。
したがって、逆投影像生成部１５は、ステップＳ８にて生成した中間画像Ｆ＊を合成して、中間画像中の共通領域Ｃの中から埋設物が存在する可能性の高い領域のみを重ね合わせた画像として，逆投影ヒストグラム画像を生成することとなる。
図８（ａ）に示すように、境界モデル適応度関数Ｏ'（τ）を用いた逆投影ヒストグラム画像が、図８（ｂ）に示すモデル適応度関数Ｏ（τ）を用いた逆投影ヒストグラム画像に比較して、埋設物２００の位置，深さ及び形状をより明確に示す画像となり、埋設物２００の位置，深さ及び形状を、従来例に比較して明確に再構成していることが判る。
【００４２】
また、ステップＳ１０において、位相検出部１６は、相互相関ヒルベルト変換部１３が出力する反射位相Ｐ（τ）、すなわち基準位相からの反射位相の位相差と、境界モデル適応度演算部が出力する極大時刻τＡと、逆投影像生成部１５が出力する逆投影ヒストグラム画像から、逆投影画像における極大値を与える領域における差分波形における位相Ｐ（τＡ）を算出する。
【００４３】
そして、ステップＳ１１において、埋設物材質推定部１８は、反射位相Ｐ（τＡ）に対応して材質が設定された材質テーブルを有し、位相検出部１６が出力するＰ（τＡ）、すなわち基準位相からの反射位相の位相差により、対応する材質を読みだして出力する。あるいは、ユーザが見て判定しても良い。
ここで、図９及び図１０を用いて、反射位相の考え方を簡単に説明する。図９は、送信波形（送信波形データ）と反射波形（差分波形データ）との関係を示す波形図であり、縦軸は強度、横軸は時刻を示す。また、図１０は材質による反射位相の変化を示す概念図である。
【００４４】
送信波形が送信アンテナ１１１より発信されてから、受信アンテナ１１２が埋設物からの反射波を受信するまで時刻τかかっていることを示している。ここで、送信波及び反射波それぞれの上部に破線にて示されているのは包絡線、すなわちモデル適応度関数Ｏ（τ）である。送信波が発信されてから反射波が受信されるまでの時間は、上記モデル適応度関数Ｏ（τ）の極大値を基準として求められる。
既に述べたように、（６）式にて、反射位相Ｐ（τ）が求められるが、この（６）式における反射係数Γr及びΓiは、埋設物の材質による伝達特性（電気特性等により変化する）によって決定される。このため、送信波形及び反射波形の間の反射位相Ｐ（τ）の違いから、埋設物の電気特性を推定することができ、材質の弁別を行うことが可能となる。
【００４５】
すなわち、図１０に示すように、埋設物の位置が変化しないため、モデル適応度の極大値の時間的位置、すなわち極大時刻τＡは変化することがない。
しかしながら、埋設物の材質の違いにより、モデル適応度関数Ｏ（τ）内における反射波形の極大値における位相（反射位相）が変化し、基準位相に対して位相差Ｐ（τＡ）が発生する。
この位相差Ｐ（τＡ）の大きさに応じて、図１１に示すように、金属（Steel，Aluminum）、木（Wood）、ゴム（Rubber）、樹脂（Acrylic）等の材質の違いにより反射波の位相が大きく異なっていることが判る。
そして、埋設物材質推定部１８は、求めた位相差Ｐ（τＡ）に対応する材質を、内部の記憶部に記憶されたテーブルから読みだして、埋設物２００の材質として出力する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態による非破壊探査装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の非破壊探査装置の動作例を示すフローチャートである。
【図３】図１における差分演算部１２の動作を説明する波形図である。
【図４】図１における差分演算部１２の動作を説明する波形図である。
【図５】図１における境界モデル適応度演算部１４の動作を説明する波形図である。
【図６】図１における逆投影画像重なり部分抽出部１６の動作を説明する概念図である。
【図７】図１の境界モデル適応度演算部１４の動作を説明するシミュレーション図である。
【図８】モデル適応度関数Ｏ（τ）波形と境界モデル適応度関数Ｏ‘（τ）とを用いた逆投影ヒストグラム
【図９】図１における埋設物推定部１８の動作を説明する波形図である。
【図１０】図１における埋設物推定部１８の動作を説明する概念図である。
【図１１】図１における埋設物推定部１８の動作を説明する概念図である。画像の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…非破壊探査装置
１１…マイクロ波データ部
１２…差分演算部
１３…相互相関ヒルベルト変換部
１４…境界モデル適応度演算部
１５…逆投影生成部
１６…位相検出部
１８…埋設物材質推定部
１００…媒質
１１１…送信アンテナ
１１２…受信アンテナ
２００…埋設物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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