Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas usando un conjunto (3) de transductores,

comprendiendo dicho procedimiento:

(a) una etapa de emisión durante la cual se hace que el conjunto (3) de transductores emita una onda incidente en un medio (1) difusor para dicha onda,

(b) una etapa de medición durante la cual se hace que dicho conjunto (3) de transductores capte señales representativas de una onda reflejada reverberada por el medio (1) a partir de la onda incidente, comprendiendo dichas señales captadas:

- una componente de difusión simple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de una única reflexión de la onda incidente por cada difusor del medio,

- y dado el caso una componente de difusión múltiple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de varias reflexiones sucesivas de la onda incidente sobre los difusores del medio antes de alcanzar el conjunto de transductores,

(c) una etapa de tratamiento durante la cual se tratan dichas señales captadas con vistas a determinar características del medio,

caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c), se extrae al menos una componente elegida entre la componente de difusión múltiple y la componente de difusión simple, mediante filtrado de al menos una matriz de transferencia frecuencial representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, comprendiendo la etapa de tratamiento (c) al menos las siguientes subetapas:

(c1) una subetapa de determinación de matriz de transferencia sometida a función ventana durante la cual se determina al menos una matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K(T,f)=[kij(T,f)] correspondiente a una matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos K(T,t)=[kij(T,t)], correspondiendo dicha matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos, en una ventana temporal próxima a un tiempo T y de duración Δt, a las respuestas temporales hij (t) entre transductores del conjunto de transductores, siendo f la frecuencia,

(c3) una subetapa de filtrado durante la cual se separa la componente de difusión múltiple de la componente de difusión simple en cada matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K(T,f) en función de la coherencia de los coeficientes kij(T,f) de la matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K(T,f) en cada antidiagonal de dicha matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K(T,f).

Procedimiento y dispositivo de sondeo mediante propagación de ondas

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a los procedimientos y dispositivos de sondeo mediante propagación de ondas.

Más particularmente, la invención se refiere a un procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas, que comprende:

(a) una etapa de emisión durante la cual se hace que un conjunto de transductores (es decir, la totalidad o parte de los transductores del conjunto) emita una onda incidente en un medio difusor para dicha onda,

(b) una etapa de medición durante la cual se hace que dicho conjunto de transductores (es decir la totalidad o parte de los transductores del conjunto) capte señales representativas de una onda reflejada reverberada por el medio a partir de la onda incidente, comprendiendo dichas señales captadas:

- una componente de difusión simple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de una única reflexión de la onda incidente por difusores que pertenecen al medio,

- y dado el caso una componente de difusión múltiple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de varias reflexiones sucesivas de la onda incidente sobre los difusores del medio antes de alcanzar el conjunto de transductores,

(c) una etapa de tratamiento durante la cual se tratan dichas señales captadas con vistas a determinar características del medio (las características en cuestión pueden consistir en una imagen del medio, y/o un valor de un parámetro del medio, y/o la presencia o no de un punto singular tal como una heterogeneidad, etc.) .

La etapa de tratamiento mencionada anteriormente permite por ejemplo medir un parámetro característico del medio, y/o detectar un punto singular del medio, y/o realizar una imagen del medio.

Los procedimientos de este tipo se usan concretamente en los sistemas de detección y obtención de imágenes, tales como por ejemplo los sónares, los radares, los ecógrafos, etc.

Estado de la técnica

En los procedimientos conocidos de este tipo y concretamente en los procedimientos de obtención de imágenes ecográficas o radar, se usa la componente de difusión simple de las señales captadas: si cada difusor sólo interacciona una única vez con la onda, hay en efecto una equivalencia directa entre el tiempo de llegada de cada eco y la distancia que separa al transductor y al difusor que ha generado ese eco. La detección de un eco en un instante dado es el signo de la presencia de un difusor a la distancia correspondiente al tiempo de llegada del eco. Entonces puede construirse dado el caso una imagen de la reflectividad del medio, es decir de la posición de los diferentes difusores en el interior del medio, a partir de las señales captadas.

En cambio, no se usa la difusión múltiple en los métodos de obtención de imágenes ecográficas o radar. Por el contrario, estos métodos de obtención de imágenes se basan en la hipótesis de que esta difusión múltiple es despreciable. Ahora bien, en presencia de una componente importante de difusión múltiple, concretamente cuando los difusores contenidos en el medio tienen un poder difusor elevado y/o son muy densos en el interior del medio, los métodos de obtención de imágenes clásicos se ven fuertemente perturbados y ya no son fiables. En efecto, en este caso, ya no hay equivalencia entre el tiempo de llegada de un eco y la distancia que separa a un transductor y a un difusor del medio, lo que no permite construir una imagen del medio.

Objeto de la invención

La presente invención tiene concretamente por objetivo perfeccionar los procedimientos de sondeo tal como se han definido anteriormente, de manera que se tenga en cuenta la componente de difusión múltiple.

Para ello, según la invención, durante la etapa de tratamiento, se extrae al menos una componente elegida entre la componente de difusión múltiple y la componente de difusión simple, mediante filtrado de al menos una matriz de transferencia frecuencial representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, comprendiendo la etapa de tratamiento (c) al menos las siguientes subetapas:

(c1) una subetapa de determinación de matriz de transferencia sometida a función ventana durante la cual se determina al menos una matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) =[kij (T, f) ] correspondiente a una matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos K (T, t) =[kij (T, t) ], correspondiendo dicha matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos, en una ventana temporal próxima a un tiempo T y de duración "t, a las respuestas temporales hij (t) entre transductores del conjunto de transductores, siendo f la frecuencia, (c3) una subetapa de filtrado durante la cual se separa la componente de difusión múltiple de la componente de difusión simple en cada matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) en función de la coherencia de los coeficientes kij (T, f) de la matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) en cada antidiagonal de dicha matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) .

Puede aprovecharse esta separación, por ejemplo:

- para usar únicamente la componente de difusión simple con vistas a construir una imagen del medio,

- o incluso para determinar un parámetro característico del medio a partir de la componente de difusión múltiple, etc.

Se observará que la invención puede aplicarse cuando las señales captadas no comprenden eficazmente una componente de difusión múltiple: la invención permite en efecto entonces determinar que la difusión múltiple es nula, lo que puede proporcionar una indicación útil para caracterizar el medio sondeado. Además, incluso en ausencia de contribución de difusión múltiple significativa, la invención permite eliminar en gran medida el ruido y los efectos de aberración en las señales captadas cuando se extrae la contribución de difusión simple, lo que puede resultar extremadamente útil.

En diversos modos de realización del procedimiento según la invención, puede recurrirse eventualmente además a una y/u otra de las siguientes disposiciones:

- la componente de difusión múltiple es no nula;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se extrae la componente de difusión simple y se usa dicha componente de difusión simple para detectar (y generalmente localizar) al menos un punto singular en el medio;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se realiza una imagen del medio a partir de dicha componente de difusión simple;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se determina dicha componente de difusión simple en forma de una matriz temporal filtrada de respuesta entre elementos HF, representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, y se realiza la imagen del medio mediante formación de vía a partir de dicha matriz temporal filtrada de respuesta entre elementos HF;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se determina dicha componente de difusión simple en forma de al menos una matriz de transferencia frecuencial filtrada KF, representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, y se realiza la imagen del medio mediante el método de descomposición del operador de inversión temporal KF*.KF, en el que KF* es la matriz conjugada compleja de dicha matriz de transferencia frecuencial filtrada KF;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se extrae la componente de difusión múltiple y se calcula a partir de dicha componente de difusión múltiple, un índice de fiabilidad representativo de la importancia de la difusión simple en el medio;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se realiza una imagen del medio y se cuantifica la fiabilidad de dicha imagen en función de dicho índice de fiabilidad;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se calcula en varios puntos dicho índice de fiabilidad y se cuantifica la fiabilidad de varias partes de la imagen correspondiente a dichos varios puntos, en función de dicho índice de fiabilidad;

- durante la etapa de tratamiento (c) , se separa la componente de difusión múltiple de la componente de difusión simple mediante filtrado de al menos una matriz de transferencia frecuencial representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores;

- durante la subetapa de filtrado (c3) , se extrae una componente de difusión simple k3ij (T, f) de cada coeficiente kij (T, f) de la matriz K (T, f) , de tal manera... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas usando un conjunto (3) de transductores, comprendiendo dicho procedimiento:

(a) una etapa de emisión durante la cual se hace que el conjunto (3) de transductores emita una onda incidente en un medio (1) difusor para dicha onda,

(b) una etapa de medición durante la cual se hace que dicho conjunto (3) de transductores capte señales representativas de una onda reflejada reverberada por el medio (1) a partir de la onda incidente, comprendiendo dichas señales captadas:

- una componente de difusión simple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de una única reflexión de la onda incidente por cada difusor del medio,

- y dado el caso una componente de difusión múltiple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de varias reflexiones sucesivas de la onda incidente sobre los difusores del medio antes de alcanzar el conjunto de transductores,

(c) una etapa de tratamiento durante la cual se tratan dichas señales captadas con vistas a determinar características del medio,

caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se extrae al menos una componente elegida entre la componente de difusión múltiple y la componente de difusión simple, mediante filtrado de al menos una matriz de transferencia frecuencial representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, comprendiendo la etapa de tratamiento (c) al menos las siguientes subetapas:

(c1) una subetapa de determinación de matriz de transferencia sometida a función ventana durante la cual se determina al menos una matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) =[kij (T, f) ] correspondiente a una matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos K (T, t) =[kij (T, t) ], correspondiendo dicha matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos, en una ventana temporal próxima a un tiempo T y de duración "t, a las respuestas temporales hij (t) entre transductores del conjunto de transductores, siendo f la frecuencia, (c3) una subetapa de filtrado durante la cual se separa la componente de difusión múltiple de la componente de difusión simple en cada matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) en función de la coherencia de los coeficientes kij (T, f) de la matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) en cada antidiagonal de dicha matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) .

2. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 1, caracterizado porque la componente de difusión múltiple es no nula.

3. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se extrae la componente de difusión simple y se usa dicha componente de difusión simple para detectar al menos un punto singular en el medio.

4. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 3, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se realiza una imagen del medio a partir de dicha componente de difusión simple.

5. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 4, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se determina dicha componente de difusión simple en forma de una matriz temporal filtrada de respuesta entre elementos HF, representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, y se realiza la imagen del medio mediante formación de vía a partir de dicha matriz temporal filtrada de respuesta entre elementos HF.

6. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 4, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se determina dicha componente de difusión simple en forma de al menos una matriz de transferencia frecuencial filtrada KF, representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, y se realiza la imagen del medio mediante el método de descomposición del operador de inversión temporal KF*.KF, en el que KF* es la matriz conjugada compleja de dicha matriz de transferencia frecuencial filtrada

KF .

7. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se extrae la componente de difusión múltiple y se calcula a partir de dicha componente de difusión múltiple un índice de fiabilidad representativo de la importancia de la difusión

simple en el medio.

8. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 7, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se realiza una imagen del medio y se cuantifica la fiabilidad de dicha imagen en función de dicho índice de fiabilidad.

9. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 8, caracterizado porque durante la etapa de tratamiento (c) , se calcula en varios puntos dicho índice de fiabilidad y se cuantifica la fiabilidad de varias partes de la imagen correspondiente a dichos varios puntos, en función de dicho índice de fiabilidad.

10. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante la subetapa de filtrado (c3) , se extrae una componente de difusión simple kSij (T, f) de cada coeficiente kij (T, f) de la matriz K (T, f) , de tal manera que las componentes de difusión simple kSij (T, f) son coherentes entre sí en cada antidiagonal de dicha matriz K (T, f) .

11. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante la subetapa de filtrado (c3) , se extrae una componente de difusión múltiple kMij (T, f) de cada coeficiente kij (T, f) de la matriz K (T, f) .

12. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto (3) de transductores comprende al menos un número N de transductores y la matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) es una matriz de dimensión N*N.

13. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante la subetapa (c1) de determinación de matriz de transferencia sometida a función ventana, se determinan varias matrices de transferencia sometidas a función ventana K (T, f) para varios valores de T y se procede a la subetapa de filtrado (c3) para cada una de las matrices de transferencia sometidas a función ventana K (T, f) .

14. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 13, caracterizado porque las ventanas temporales de las diferentes matrices de transferencia sometidas a función ventana K (T, f) están unidas.

15. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante la subetapa (c1) de determinación de matriz de transferencia sometida a función ventana, se determina cada matriz frecuencial sometida a función ventana K (T, f) mediante transformada de Fourier de una matriz temporal sometida a función ventana K (T, t) correspondiente, en dicha ventana temporal próxima al tiempo T y de duración "t, a las respuestas temporales hij (t) entre transductores del conjunto de transductores.

16. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

- la etapa de tratamiento (c) comprende además una subetapa de rotación de datos (c2) que es intermedia entre la subetapa (c1) de determinación de matriz de transferencia sometida a función ventana y la subetapa (c3) de filtrado, y durante la cual se calculan dos matrices A1 (T, f) =[a1uv (T, f) ] y A2=[a2uv (T, f) ] a partir de K (T, f) , donde:

N es la dimensión más pequeña de la matriz de transferencia K (T, f) y se elige para que M sea entero,

- durante la subetapa de filtrado (c3) , se separa la componente de difusión múltiple de la componente de difusión simple en cada una de las matrices Ar, siendo r un índice igual a 1 ó 2, y se obtienen así al menos dos matrices filtradas ArF correspondientes respectivamente a las matrices Ar y representativas cada una, o bien de la componente de difusión simple, o bien de la componente de difusión múltiple,

- la etapa de tratamiento (c) comprende además una subetapa de rotación de datos inversa (c4) , que es posterior a la subetapa de filtrado (c3) , y durante la cual se calcula una matriz de transferencia sometida a función ventana filtrada KF (T, f) =[kFij (T, f) ], donde:

- cuando i-j es par: kFij (T, f) =a1F (i-j) /2+M, (i+j) /2,

- cuando i-j es impar: kFij (T, f) =a2F (i-j-1) /2+M, (i+j-1) /2.

17. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 16, caracterizado porque durante la subetapa de filtrado (c3) , se calculan las dos matrices ArF mediante la fórmula:

ArF =StS*Ar, donde:

- S=[Su] es un vector columna, siendo tS* la traspuesta del vector conjugado del vector S,

- las componentes su del vector S son números complejos iguales a:

- k es el número de onda,

- R=c.T/2,

-

, con u= (i-j) /2+M si r=1 y u= (i-j-1) /2+M si r=2,

- xi y xj son las abscisas de los transductores de índices i y j según un eje X, extendiéndose el conjunto de transductores al menos según dicho eje X,

- L=2M-1 para r=1 y L=2M-2 para r=2, siendo dichas matrices ArF representativas de la componente de difusión simple.

18. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 16, caracterizado porque durante la subetapa de filtrado (c3) :

- se descomponen en valores singulares cada una de las matrices Ar determinando así, para cada una de las matrices Ar, M valores singulares Ai, r, siendo i un índice comprendido entre 1 y M, estando los valores singulares ordenados por orden decreciente para i creciente,

- para cada matriz Ar, se atribuyen a la difusión simple los p valores singulares más importantes de A1, r a Ap, r, estando p comprendido entre 1 y M, y se atribuyen a la difusión múltiple los otros eventuales valores singulares no nulos.

19. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según la reivindicación 18, caracterizado porque la determinación de los p valores singulares atribuidos a la difusión simple se realiza de manera iterativa, de la siguiente manera:

(c31) se fija inicialmente q = 1;

(c32) se calcula un valor singular normalizado a partir de Aq, r: con Mr=M si r=1 y Mr=M-1 si r=2,

~ ~~

(c33) si Aq.r es al menos igual a un valor umbral predeterminado Amáx , se atribuye Aq.r a la difusión simple y se vuelve a iterar la subetapa (c32) incrementando q en una unidad,

~ ~~

(c34) si Aq.r es inferior al valor umbral Amáx , se atribuyen Aq.r y los eventuales valores singulares siguientes a la difusión múltiple.

20. Procedimiento de sondeo mediante propagación de ondas según una cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, caracterizado porque dichas ondas se eligen entre las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas.

21. Dispositivo para la puesta en práctica de un procedimiento de sondeo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un conjunto (3) de transductores adaptados para emitir una onda incidente en un medio (1) difusor y para captar señales representativas de una onda reflejada reverberada por el medio a partir de la onda incidente, comprendiendo dichas señales captadas:

- una componente de difusión simple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de una única reflexión de la onda incidente por cada difusor del medio,

- y dado el caso una componente de difusión múltiple, representativa de trayectos de onda en los que la onda reflejada resulta de varias reflexiones sucesivas de la onda incidente sobre los difusores del medio antes de alcanzar el conjunto de transductores,

comprendiendo dicho dispositivo además medios (5) de tratamiento adaptados para tratar dichas señales captadas con vistas a determinar características del medio (1) ,

caracterizado porque los medios (5) de tratamiento están adaptados para extraer al menos una componente elegida entre la componente de difusión múltiple y la componente de difusión simple, mediante filtrado de al menos una matriz de transferencia frecuencial representativa de las respuestas entre transductores del conjunto de transductores, estando los medios (5) de tratamiento adaptados para:

- determinar una matriz de transferencia sometida a función ventana, determinando al menos una matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) =[kij (T, f) ] correspondiente a una matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos K (T, t) =[kij (T, t) ], correspondiendo dicha matriz temporal sometida a función ventana de respuesta entre elementos, en una ventana temporal próxima a un tiempo T y de duración "t, a las respuestas temporales hij (t) entre transductores del conjunto de transductores, siendo f la frecuencia,

- separar mediante filtrado la componente de difusión múltiple de la componente de difusión simple en cada matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) en función de la coherencia de los coeficientes kij (T, f) de la matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) en cada antidiagonal de dicha matriz de transferencia frecuencial sometida a función ventana K (T, f) .