평면파를 이용한 초음파 합성 송신 집속 기법의 해석

이종필,송재희,송태경,Lee, Jong Pil,Song, Jae Hee,Song, Tai-Kyong 한국음향학회 2014 韓國音響學會誌 Vol.33 No.3

본 논문에서는 평면파 합성 송신집속 방법의 모델을 제시하고 수학적 해석을 통해 그 특성을 분석하였으며 일반적인 구형파 기반의 집속 방법과 비교하였다. 이를 통하여 평면파를 이용한 합성 송신집속 방법은 거리에 따라 주엽의 폭이 변하지 않는 비회절 빔을 발생함을 확인하였다. 또한 그레이팅 로브의 발생을 억제하며 원하는 주엽 폭을 얻기 위한 평면파 합성 방법, 그리고 비회절 특성이 유지되는 영역을 효과적으로 확장시킬 수 있는 방법을 제시하였다. 제안된 방법과 해석결과들을 컴퓨터 모의실험을 통해 검증하였다. In this paper, we present a general model for synthetic transmit focusing method using plane waves (STF-PW) of which the properties are investigated through mathematical analysis and compared with those of the conventional focusing method. The analysis results show that STF-PW produces non-diffracting beams in the sense that their main lobe widths do not change with depth. We also present a method for synthesis of plane waves to obtain a desired main lobe width while preventing grating lobe generation and a method for broadening the region over which the non-diffracting property is maintained. The proposed model and analysis results were validated through computer simulations.

지역 분할과 다중 라이트 빔을 이용한 3차원 얼굴 형상 모델링 기법

이요한,조주현,송태경,Lee, Yo-Han,Cho, Joo-Hyun,Song, Tai-Kyong 대한전자공학회 2001 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.38 No.6

본 논문에서는 한 개의 카메라와 한 대의 환등기(LCD 환등기 혹은 슬라이드 환등기)를 이용하여 2차원 얼굴 영상으로부터 3차원 얼굴 형상을 모델링하는 방법을 제안한다. 환등기를 이용하여 사람 얼굴에 라이트 빔을 투영하고 이를 조금씩 이동시키며 영상을 획득한 뒤 각 2차원 영상의 지역적 정보와 영상들 사이의 시간적 정보를 함께 이용하여 3차원 형상을 복원하는 방법을 채택하였다. 제안된 방법에서는 특정이 서로 다른 영역들의 효과적인 3차원 좌표 모델링을 위해 영상을 그림자 부분 얼굴 부분 그리고 머리카락 부분으로 나누어 처리하는 지역 분할(region segmentation) 기법을 도입하였고, 2차원 얼굴 영상 획득 시간을 줄이고 고속 3차원 스캔을 위하여 한 영상 안에 다수의 라이트 빔(multiple light beams)을 이용하였다. 또 한 라이트 빔의 경계를 정확하게 검출하기 위하여 라이트 빔 캘리브레이션(light beam calibration) 기법을 제안하여 사용하였다. 실험 결과 제안한 방법을 통해서 머리카락 부분을 포함한 전체 얼굴 영역에서 향상된 3차원 모델링 결과를 얻을 수 있었다. This paper presents a 3D face modeling method using a CCD camera and a projector (LCD projector or Slide projector). The camera faces the human face and the projector casts white stripe patterns on the human face. The 3D shape of the face is extracted from spatial and temporal locations of the white stripe patterns on a series of image frames. The proposed method employs region segmentation and multi-beam techniques for efficient 3D modeling of hair region and faster 3D scanning respectively. In the proposed method, each image is segmented into face, hair, and shadow regions, which are independently processed to obtain the optimum results for each region. The multi-beam method, which uses a number of equally spaced stripe patterns, reduces the total number of image frames and consequently the overall data acquisition time. Light beam calibration is adopted for efficient light plane measurement, which is not influenced by the direction (vertical or horizontal) of the stripe patterns. Experimental results show that the proposed method provides a favorable 3D face modeling results, including the hair region.

하모닉 직교 방식의 초음파 고조파 영상화 기법

김상민,송재희,송태경,Kim, Sang-Min,Song, Jae-Hee,Song, Tai-Kyong 대한의용생체공학회 2009 의공학회지 Vol.30 No.1

A harmonic quadrature demodulation method to extract the second harmonic component from focused ultrasound signals after a single transmit-receive event is proposed. In the proposed method, the focused ultrasound signal is converted into baseband inphase and quadrature components by multiplying with sine and cosine signals both having twice the center frequency of the transmitted signal and filtering the two modulated signals. The quadrature component is then passed through a Hilbert filter to be added to the inphase component, which leaves only the envelope of the second harmonic component. A novel phase estimation technique is employed in the proposed method to avoid the phase mismatch between the focused signal and the two modulating signals. The proposed method is verified through both theoretical analysis and computer simulations. It is shown that compared to the pulse inversion scheme the proposed method provides almost the same results for stationary targets and significantly improved harmonic to fundamental ratio for moving targets.

효율적인 주파수 변조된 초음파 파형 발생을 위한 최적화된 시그마 델타 변조 기법

김학현,한호산,송태경,Kim, Hak-Hyun,Han, Ho-San,Song, Tai-Kyong 대한의용생체공학회 2007 의공학회지 Vol.28 No.3

A coded excitation has been studied to improve the performance for ultrasound imaging in term of SNR, imaging frame rate, contrast to tissue ratio, and so forth. However, it requires a complicated arbitrary waveform transmitter for each active channel that is typically composed of a multi-bit Digital-to-Analog Converter (DAC) and a linear power amplifier (LPA). Not only does the LPA increase the cost and size of a transmitter block, but it consumes much power, increasing the system complexity further and causing a heating-up problem. This paper proposes an optimized 1.5bit fourth order sigma-delta modulation technique applicable to design an efficient arbitrary waveform generator with greatly reduced power dissipation and hardware. The proposed SDM can provide a required SQNR with a low over-sampling ratio of 4. To this end, the loop coefficients are optimized to minimize the quantization noise power in signal band while maintaining system stability. In addition, the decision level for the 1.5 bit quantizer is optimized for a given input waveform, which results in the SQNR improvement of more than 5dB. Computer simulation results show that the SQNR of a FM(frequency modulated) signal generated by using the proposed method is about 26dB, and the peak side-lobe level (PSL) of its compressed waveform on receive is -48dB.

현장 진단 응용을 위한 모바일 초음파 스캐너 개발

조정,손학렬,김기덕,송재희,송태경,Cho, Jeong,Sohn, Hak-Yeol,Kim, Gi-Duck,Song, J.H.,Song, Tai-Kyong 대한의용생체공학회 2009 의공학회지 Vol.30 No.1

A mobile ultrasound scanner developed for use in point-of-care applications is introduced, which can not only provide ultrasound images but can also measure various bio-signals. The mobile ultrasound scanner is also designed to meet the demanding requirements for point-of-care diagnosis, such as battery-powered operation, portability in terms of size and weigh, and real-time wireless communications capability for remote diagnosis. To meet these requirements, an efficient beamforming method for high resolution imaging with a small number of active elements, a hardware efficient beamformer architecture, and echo processing algorithms with greatly reduced computational complexity have been developed. Experimental results show that the prototype mobile ultrasound scanner is fully functional and satisfies most of the design requirements.

곱셈기가 제거된 의료 초음파 신호처리용 프로그래머블 FIR 필터 구현을 위한 수정된 SaA 구조

한호산,송재희,김학현,고방영,송태경,Han, Ho-San,Song, Jae-Hee,Kim, Hak-Hyun,Goh, Bang-Young,Song, Tai-Kyong 대한의용생체공학회 2007 의공학회지 Vol.28 No.3

Programmable FIR filters are used in various signal processing tasks in medical ultrasound imaging, which are one of the major factors increasing hardware complexity. A widely used method to reduce the hardware complexity of a programmable FIR filter is to encode the filter coefficients in the canonic signed digit (CSD) format to minimize the number of nonzero digits (NZD) so that the multipliers for each filter coefficients can be replaced with fixed shifters and programmable multiplexers (PM). In this paper, a new structure for programmable FIR filters with a improved frequency response and a reduced hardware complexity compared to the conventional shift-and-add architecture using PM is proposed for implementing a very small portable ultrasound scanner. The CSD codes are optimized such that there exists at least one common nonzero digit between neighboring coefficients. Such common digits are then implemented with the same shifters. For comparison, synthesisable VHDL models for programmable FIR filters are developed based on the proposed and the conventional architectures. When these filters have the same hardware complexity, pass-band ana stop-band ripples of the proposed filter are lower than those of the conventional filter by about $0.01{\sim}0.19dB$ and by about $5{\sim}10dB$, respectively. For the same filter performance, the hardware complexity of the proposed architecture is reduced by more than 20% compare to the conventional SaA architecture.

가중된 직교 선형 FM신호를 이용한 송신 동시 다중 빔집속 기반의 초음파 영상 기법

정영관(Young Kwan Jeong),송태경(Tai-Kyong Song) 대한전자공학회 2001 대한전자공학회 학술대회 Vol.2001 No.6

초음파 영상을 위한 직교 상보수열의 설계

김배형(Bae-Hyung Kim),김태호(Tai-Ho Kim),송태경(Tai-Kyong Song) 대한전자공학회 2002 대한전자공학회 학술대회 Vol.2002 No.6

초소형 초음파 영상 시스템을 위한 효율적인 소수채널 빔포머 설계

이유화(Yuhwa Lee),성지빈(Jibin Sung),김기덕(Gi-Duck Kim),조정(Jeong Cho),송태경(Tai-Kyong Song) 대한전자공학회 2007 대한전자공학회 학술대회 Vol.2007 No.11

본 논문에서는 선형주사와 곡면주사를 사용한 초음파 장치의 전단부 크기를 줄이기 위하여 폴딩 기법과 결합소자 희박 어레이 기법을 사용한 전단부 구조를 제안한다. 제안된 구조는 두 가지 방법을 결합하여 사용함으로써 해상도 및 SNR 저하를 최소화하면서 활성 채널 수를 줄일 수 있는 장점을 가진다. 또한 적은 수의 고전압 스위치만을 이용하여 제안된 방법을 구현할 수 있는 방법을 함께 제안한다. 제안된 구조는 활성 채널 수가 줄어든 만큼 전단부에서 가장 큰 면적을 차지하는 펄서(pulser)와 리미터(limiter)의 수를 줄일 수 있기 때문에 기존의 방법과 비교하여 면적을 크게 줄 일 수 있다. 제안한 방법은 유효 채널 수가 64인 시스템의 경우 기존의 방법과 비교하여 전단부의 하드웨어 면적을 62% 줄일 수 있다.

의료용 초음파 B-모드 영상을 위한 신호처리

송태경 한국비파괴검사학회 2000 한국비파괴검사학회지 Vol.20 No.6

초음파 영상은 의료진단을 위한 영상기기 중 가장 널리 쓰이고 있는 방법으로 전자공학에 있어서 DSP 및 VLSI 분야의 기술발전에 힘입어 보다 효율적이고 복잡한 기법들이 적용이 가능하여져 90년대에 이르러 시스템의 성능이 매우 빠르게 발달되었다. 본 논문은 의료진단용 초음파 영상장치에서 사용되는 주요 디지털 신호처리 기법과 시스템 구현 기술에 대하여 기술하였다. 구체적으로는 일반적인 초음파 영상장치의 구조 및 신호처리 기법을 소개하고, 90년대에 개발된 디지털 초음파 영상장치의 기술적인 내용을 그 기술 동향과 전망과 함께 다루었다. 특히 초음파 영상의 화질을 결정하는 가장 중요한 요소인 해상도를 증대하기 위한 모든 초음파 집속 기법을 표현할 수 있는 통합 합성 구경 모형을 제시하고, 이론적인 해석을 통하여 초음파 영상을 위한 어레이 신호처리 기법들을 구분하고 각 방법들에 대한 특성을 조사하였다. 본 논문에서 소개된 신호처리 기법들은 초음파를 이용한 비파괴 검사 분야에 유용하게 적용될 수 있는 것 들이다. Ultrasonic imaging is the most widely used modality among modern imaging debices for medical diagnosis and the system performance has been improved dramatically since early 90's due to the rapid advances in DSP performance and VLSI technology that made it possible to employ more sophisticated algorithms. This paper describes "main stream" digital signal processing functions along with the associated implementation considerations in modrn medical ultrasound imaging systems. Topics covered include signal processing methods for resloution improvement. ultrasound imaging system architectures, rolse and necessity of the applications of DSP and VLSI technology in the development of the medical ultrasound imaging systems, and array signal processing techniques for ultrasound focusing.