(57)【要約】【課題】同期加算平均法を用いたノイズ成分の除去の高速化を実現することができる信号処理装置を提供する。【解決手段】  複数の入力信号を取得する取得部（１０）と、複数の入力信号が記憶される記憶部（１５）と、入力信号のそれぞれを異なる複数の周波数成分に分離する分離部と、複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、一の周波数成分同士を同期加算平均して第１信号を生成する第１信号生成部（１１）と、複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、別の周波数成分から第２信号を生成する第２信号生成部（１２）と、第１信号と第２信号とを合成して第３信号を生成する第３信号生成部（１３）と、第３信号を出力する出力部（１４）と、を有してなる。【選択図】図１
2016090338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力信号を取得する取得部と、
前記複数の入力信号が記憶される記憶部と、
前記入力信号のそれぞれを異なる複数の周波数成分に分離する分離部と、
前記複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、一の周波数成分同士を同期加算平均して第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、別の周波数成分から第２信号を生成する第２信号生成部と、
前記第１信号と前記第２信号とを合成して第３信号を生成する第３信号生成部と、
前記第３信号を出力する出力部と、
を有してなる、
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記分離部は、前記複数の入力信号のそれぞれを低周波成分と高周波成分とに分離する、
請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記第１信号生成部は、前記複数の入力信号それぞれの高周波成分同士を同期加算平均して前記第１信号を生成する、
請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２信号生成部は、前記複数の入力信号のうち一の入力信号の低周波数成分を、前記第２信号として特定する、
請求項２または３記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記取得部は、前記複数の入力信号を時系列に取得し、
前記第２信号生成部は、前記複数の入力信号のうち前記取得部が時系列上最後に取得した入力信号の低周波数成分を、前記第２信号として特定する、
請求項４記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記第２信号生成部は、前記複数の入力信号の一部または全部の低周波数成分同士を同期加算平均して前記第２信号を生成する、
請求項２または３記載の信号処理装置。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１乃至６のいずれかに記載の信号処理装置として機能させることを特徴とする信号処理プログラム。
【請求項８】
複数の入力信号が記憶される記憶部、
を備えた装置により実行される信号処理方法であって、
前記装置が、
前記複数の入力信号を取得するステップと、
前記入力信号のそれぞれを異なる複数の周波数成分に分離するステップと、
前記複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、一の周波数成分同士を同期加算平均して第１信号を生成するステップと、
前記複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、別の周波数成分から第２信号を生成するステップと、
前記第１信号と前記第２信号とを合成して第３信号を生成するステップと、
前記第３信号を出力するステップと、
を有してなる、
ことを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された信号に含まれるノイズ成分を除去する信号処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造鋼管などの試料の表面や内部の欠陥を非破壊により探索するための手法として、試料に超音波を入射して、その跳ね返りのエコーを検出することにより、試料の表面からの反射波や、試料の表面・内部の欠陥からの反射波の戻り時間とその大きさを測定し、欠陥の存在とその位置を検出する電磁超音波法が知られている。
【０００３】
試料に超音波を伝播させて採取される反射波の信号には、試料の内在欠陥等からの反射波の信号のほかに、飛来ノイズ、測定装置内部の電気ノイズ、試料の材質に起因する超音波の散乱によるノイズなどのノイズ成分が含まれる。これらノイズ成分は、反射波を解析して試料に内在する欠陥の位置などを特定するのに支障をきたす。
【０００４】
ノイズ成分が反射波の高周波成分に含まれていることが知られているため、反射波からノイズ成分を除去するためにローパスフィルタを用いることが考えられるが、ローパスフィルタを用いると、高周波成分に含まれる欠陥成分まで除去されてしまい、歪んだ波形が出力されてしまう。
【０００５】
これまでにも、採取された信号に含まれるノイズ成分を除去するための技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
特許文献１には、反射波の信号に含まれるノイズ成分を減ずる方法として、フィルタリング方法、同期加算平均法、ＳＳＰ（Split Spectrum Processing：分割処理スペクトル）法、が開示されている。
【０００７】
ここで、電磁超音波法は、Ｓ／Ｎが悪いため、同期加算平均法を用いてノイズ成分を除去するのが一般的である。同期加算平均法は、同一測定点での複数回の測定により採取された複数個の時系列波形信号の同一測定タイミングの信号振幅を加算平均して、飛来ノイズや測定装置内の電気ノイズ等の測定タイミングに同期しないノイズ成分の影響を抑制する。その結果、同法は、測定タイミングに同期して時間軸上の同一時点に出現する試料からの波形信号を強調することができる。
【０００８】
ただし、特許文献２の段落「０００７」などには、同期加算平均法の課題として、同一測定点で複数回の測定が必要であるため、同期加算平均処理に時間を要する点が指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０８−３２７６１２号公報
【特許文献２】特開２００２−９０３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、同期加算平均法を用いたノイズ成分の除去の高速化を実現することができる信号処理装置と信号処理プログラム並びに信号処理方法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】
【００１１】
本発明は、複数の入力信号を取得する取得部と、複数の入力信号が記憶される記憶部と、入力信号のそれぞれを異なる複数の周波数成分に分離する分離部と、複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、一の周波数成分を同期加算平均して第１信号を生成する第１信号生成部と、複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、別の周波数成分から第２信号を生成する第２信号生成部と、第１信号と第２信号とを合成して第３信号を生成する第３信号生成部と、第３信号を記憶部に記憶させる出力部と、を有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、同期加算平均法を用いたノイズ成分の除去の高速化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる信号処理装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明にかかる信号処理方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【図３】試料からの反射波の原波形の例である。
【図４】図３に示した原波形をＦＦＴして得られた周波数スペクトルの例である。
【図５】複数の原波形の高周波成分同士を同期加算平均して生成された信号の周波数スペクトルである。
【図６】図５に示した周波数スペクトルを逆ＦＦＴして得られた波形の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる信号処理装置と信号処理プログラムと信号処理方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
なお、以下に説明する実施の形態は、鋳造鋼管などの試料に超音波を入射し、試料から受信した反射波を解析して試料の内部や表面の欠陥の存在とその位置を検出する電磁超音波探傷装置が採取する信号からノイズ成分を除去する場合を例に説明する。ここで、電磁超音波探傷装置は、試料に対して超音波を入射すると共に試料からの反射波を受信する超音波信号送受信部（プローブ）を備える。プローブは、固定された試料の表面の長手方向の一端から他端に向けて、移動しながら超音波を入射して反射波を受信する。つまり、プローブは、試料の複数のサンプリングポイントから反射波を受信するが、各サンプリングポイントからは１の反射波を受信する。すなわち、本発明にかかる信号処理装置は、プローブがサンプリングポイントごとに採取した反射波を、時系列に取得された複数の入力信号として取得する。
【００１６】
また、以下に説明する実施の形態では、各入力信号には、場所（サンプリングポイント）に依存して時間（サンプリングタイミング）に依存しない欠陥成分と、場所に依存せずに時間に依存するノイズ成分とが含まれていて、ノイズ成分は入力信号の高周波成分に含まれることを前提として、各入力信号の高周波成分のみを同期加算平均して、場所に依存せずに時間に依存するノイズ成分を除去することで、場所に依存して時間に依存しない欠陥成分のみを取り出す場合を例に説明する。
【００１７】
●本発明にかかる信号処理装置
図１は、本発明にかかる信号処理装置（以下「本装置」という。）の実施の形態を示す機能ブロック図である。
【００１８】
ここで、本装置は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置により実現される。本発明にかかる信号処理方法（以下「本方法」という。）は、本装置で動作する本発明にかかる信号処理プログラム（以下「本プログラム」という。）が本装置を構成するハードウェアと協働することで、本装置により実行される。
【００１９】
なお、本装置とは別の情報処理装置で本プログラムを動作させることで、同情報処理装置を本装置と同様に機能させて、本方法を実行させることができる。
【００２０】
同図に示すように、本装置１は、信号取得部１０、第１信号生成部１１、第２信号生成部１２、第３信号生成部１３、第３信号出力部１４、記憶部１５と、を有してなる。
【００２１】
記憶部１５は、本装置１が本方法を実行するために必要な情報が記憶される手段である。記憶部１５には、入力信号ＤＢ（データベース）１、低周波成分ＤＢ２、高周波成分ＤＢ３、第１信号ＤＢ１１、第２信号ＤＢ１２、第３信号ＤＢ１３、が記憶される。各ＤＢに記憶される情報は、後述する。
【００２２】
信号取得部１０は、入力信号を取得して入力信号ＤＢ１に記憶する手段である。入力取得部１０が取得する入力信号は、前述のとおり、プローブが試料の複数のサンプリングポイントごとに採取した試料からの反射波の信号、つまり、時系列に採取された複数の信号である。本装置１は、時系列に採取された複数の信号を、採取された順に読み出すことができるように、取得した入力信号を入力信号ＤＢ１に記憶する。
【００２３】
ここで、本実施の形態において、信号取得部１０は、プローブが試料からの反射波を受信する都度、その反射波を入力信号として取得する。すなわち、信号取得部１０が入力信号を取得するタイミングと、プローブが反射波を受信するタイミングとは、略一致していて、例えば、試料のサンプリングポイントが１０箇所であれば、信号取得部１０が入力信号を取得する回数は１０回である。
【００２４】
なお、本発明において、信号取得部１０は、プローブが受信した複数の反射波を、一括して（１回で）取得するようにしてもよい。この場合、信号取得部１０は、反射波ごとに、プローブが受信した順序が特定可能となるように、各反射波を複数の入力信号として取得して入力信号ＤＢ１に記憶する。
【００２５】
第１信号生成部１１は、信号取得部１０が取得した入力信号のそれぞれを異なる周波数成分に分離した上で、分離された複数の周波数成分のうち一の周波数成分同士を同期加算平均して第１信号を生成し、第１信号ＤＢ１１に記憶する手段である。
【００２６】
ここで、本実施の形態において、第１信号生成部１１は、入力信号のそれぞれを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）して各入力信号の周波数スペクトラムを求めて、各スペクトラムを低周波成分と高周波成分とに分離する。第１信号生成部１１は、分離された低周波成分を低周波成分ＤＢ２に記憶し、分離された高周波成分を高周波成分ＤＢ３に記憶する。
【００２７】
また、第１信号生成部１１は、複数の入力信号のそれぞれの高周波成分同士を同期加算平均、つまり、複数の入力信号の高周波成分同士を時系列上で同じ位置（タイミング）に固定した上で振幅を加算して第１信号を生成して第１信号ＤＢ１１に記憶する。
【００２８】
このように、本装置１は、各入力信号の高周波成分同士を同期加算平均することで、各入力信号の高周波成分に含まれている時間に依存するノイズ成分が除去され、欠陥信号の高周波成分のみを含む信号を、第１信号として取り出すことができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、入力信号を低周波成分と高周波成分の２つの異なる周波数成分に分離するが、本発明において入力信号が分離される周波数成分の数は２に限らず、３以上であってもよい。ここで、３以上の周波数成分に分離する場合にいずれの周波数成分を同期加算平均するかは、あらかじめ本装置に設定されているものとする。
【００３０】
第２信号生成部１２は、信号取得部１０が取得した入力信号のそれぞれの分離された低周波成分から第２信号を生成して第２信号ＤＢ１２に記憶する手段である。
【００３１】
ここで、本実施の形態において、第２信号生成部１２は、信号取得部１０が時系列に取得した複数の入力信号のうち、最後に取得した入力信号（プローブが最後に受信した反射波）の低周波成分を第２信号として特定（生成）する。換言すれば、信号取得部１０が時系列に取得した複数の入力信号のうち、最後に取得された入力信号以外の入力信号は、第２信号の生成には用いられない。
【００３２】
なお、本発明において、第２信号を生成するために用いる入力信号は、信号取得部１０が時系列に取得した複数の入力信号のうち最後に取得した入力信号を用いるのに代えて、別の入力信号を用いて第２信号を生成するようにしてもよい。すなわち、第２信号は、信号取得部１０が取得した複数の入力信号のうちのいずれか１の入力信号を用いて生成するようにしてもよい。
【００３３】
また、本発明において、第２信号を生成するために用いる入力信号の数は１に限らず、２以上であっても構わない。すなわち、例えば、信号取得部１０が取得した複数の入力信号の一部（２以上）または全部の入力信号の低周波成分同士を同期加算平均したものを第２信号として特定するようにしてもよい。
【００３４】
このように、本装置１は、各入力信号の低周波成分（ノイズ成分を含まない）から第２信号を生成することで、各入力信号に含まれる欠陥情報の低周波成分のみを第２信号として取り出すことができる。
【００３５】
第３信号生成部１３は、第１信号と第２信号とに基づいて第３信号を生成し、第３信号を第３信号ＤＢ１３に記憶する手段である。
【００３６】
ここで、第３信号生成部１３は、例えば、第１信号と第２信号とを時系列上で同じ位置（タイミング）に固定した上で合成することで第３信号を生成する。
【００３７】
このように、本装置１は、欠陥情報の高周波成分を含む第１信号と、欠陥情報の低周波成分を含む第２信号と、を含む信号、つまり、各入力信号に含まれる欠陥情報を第３信号として取り出すことができる。
【００３８】
第３信号出力部１４は、第３信号ＤＢ１３に記憶されている第３信号を出力する手段である。
【００３９】
ここで、第３信号出力部１４による第３信号の出力の態様としては、例えば、図示しない本装置１の表示装置に第３信号を逆ＦＦＴして得られる波形を出力する、あるいは、本装置１とは別の情報処理装置に第３信号を送信するものがある。
【００４０】
●本発明にかかる信号処理方法
次に、本方法の実施の形態について説明する。
図２は、本方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【００４１】
先ず、本装置１は、信号取得部１０を用いて、入力信号を取得して入力信号ＤＢ１に記憶する（Ｓ１）。
【００４２】
次いで、本装置１は、第１信号生成部１１を用いて、信号取得部１０が取得した入力信号のそれぞれを低周波成分と高周波成分とに分離して、低周波成分は低周波成分ＤＢ２に記憶し、高周波成分は高周波成分ＤＢ３に記憶する（Ｓ２）。
【００４３】
次いで、本装置１は、第１信号生成部１１を用いて、高周波成分ＤＢ３に記憶された高周波成分同士、つまり、信号取得部１０が取得した入力信号それぞれの高周波成分同士を同期加算平均する（Ｓ３）。同期加算平均された信号は、記憶部１５に記憶される。
【００４４】
次いで、本装置１は、次の入力信号の有無を確認、つまり、信号取得部１０が新たな入力信号（分離処理の対象となっていない信号）の有無を確認する（Ｓ４）。
【００４５】
次の入力信号が有れば（Ｓ４の「有」）、本装置１は、処理Ｓ１からＳ３を繰り返す。つまり、新たな入力信号を低周波成分と高周波成分とに分離した上で、分離された高周波成分を、直前に同期加算平均されて得られた信号と同期加算平均をする。
【００４６】
一方、次の入力信号が無ければ（Ｓ４の「無」）、本装置１は、第１信号生成部１１を用いて、直前に算出された高周波成分同士を同期加算平均して得られた信号を第１信号として第１信号ＤＢ１１に記憶する（Ｓ５）。
【００４７】
次いで、本装置１は、第２信号生成部１２を用いて、第２信号を生成して第２信号ＤＢ１２に記憶する（Ｓ６）。
【００４８】
次いで、本装置１は、第３信号生成部１３を用いて、第３信号を生成して第３信号ＤＢ１３に記憶する（Ｓ７）。
【００４９】
次いで、本装置１は、第３信号出力部１４を用いて、第３信号ＤＢ１３に記憶された第３信号を出力する（Ｓ８）。
【００５０】
ここで、サンプルの波形を用いて、本発明の効果について説明する。
図３は、プローブが採取した試料からの反射波の原波形（サンプリングレート：４００ＭＨｚ、サンプリング点数：１６，０００ポイント）である。この原波形には、試料に含まれる欠陥からの反射波形が含まれている。
【００５１】
図４は、図３に示した原波形をＦＦＴして得られた周波数スペクトルであり、高周波成分と低周波成分とに分離されていることを示している。
【００５２】
図５は、図３に示したような試料からの複数の反射波のそれぞれをＦＦＴして図４に示したように高周波成分と低周波成分とに分離した上で、各反射波の高周波成分同士を同期加算平均して生成された信号の周波数スペクトルである。
【００５３】
図６は、図５に示した信号を逆ＦＦＴして得られた波形である。図３に示した原波形と比べて、図６に示した波形には、場所依存の高い周波数成分は残り、時間変化する欠陥信号が取り出されていることを示している。
【００５４】
●まとめ
以上説明した実施の形態によれば、従来の平均化処理（同期加算平均処理）のように、各サンプリングポイントで複数回の測定を必要としないため、従来の平均化処理に比べて、ノイズ成分の除去の高速化を実現することができる。
【００５５】
以下、これまで説明した本装置の特徴をまとめて記載しておく。
【００５６】
（特徴１）
複数の入力信号を取得する取得部と、
前記複数の入力信号が記憶される記憶部と、
前記入力信号のそれぞれを異なる複数の周波数成分に分離する分離部と、
前記複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、一の周波数成分同士を同期加算平均して第１信号を生成する第１信号生成部と、
前記複数の入力信号それぞれの分離された複数の周波数成分のうち、別の周波数成分から第２信号を生成する第２信号生成部と、
前記第１信号と前記第２信号とを合成して第３信号を生成する第３信号生成部と、
前記第３信号を出力する出力部と、
を有してなる、
ことを特徴とする信号処理装置。
【００５７】
（特徴２）
前記分離部は、前記複数の入力信号のそれぞれを低周波成分と高周波成分とに分離する、
特徴１記載の信号処理装置。
【００５８】
（特徴３）
前記第１信号生成部は、前記複数の入力信号それぞれの高周波成分同士を同期加算平均して前記第１信号を生成する、
特徴２記載の信号処理装置。
【００５９】
（特徴４）
前記第２信号生成部は、前記複数の入力信号のうち一の入力信号の低周波数成分を、前記第２信号として特定する、
特徴２または３記載の信号処理装置。
【００６０】
（特徴５）
前記取得部は、前記複数の入力信号を時系列に取得し、
前記第２信号生成部は、前記複数の入力信号のうち前記取得部が時系列上最後に取得した入力信号の低周波数成分を、前記第２信号として特定する、
特徴４記載の信号処理装置。
【００６１】
（特徴６）
前記第２信号生成部は、前記複数の入力信号の一部または全部の低周波数成分同士を同期加算平均して前記第２信号を生成する、
特徴２または３記載の信号処理装置。
【符号の説明】
【００６２】
１  信号処理装置
１０  信号取得部
１１  第１信号生成部
１２  第２信号生成部
１３  第３信号生成部
１４  第３信号出力部
１５  記憶部
【図１】
2016090338.tif 000003
【図２】
2016090338.tif 000004
【図３】
2016090338.tif 000005
【図４】
2016090338.tif 000006
【図５】
2016090338.tif 000007
【図６】
2016090338.tif 000008