수중영상 시스템과 같이 애퍼춰의 크기보다 상대적으로 훨씬 먼 거리에 있는 물체를 해상도가 좋게 영상화하기 위해서는 사용하는 주파수가 높아야하고, 애퍼춰의 크기도 커야한다. 그런데 작은 애퍼춰를 사용하여 효과적으로 큰 애퍼춰를 구현하는 방법으로 파라볼라 반사체가 쓰여져왔다. 파라볼라 반사체와 그 촛점에 위치한 포인트 소스는 평면파를 만들고 먼 곳까지 좁은 빔패턴을 유지한다. 그러나 수중초음파 영상장치같이 파장보다 큰 소스를 사용해야 할 때는 적절하지 않다. 따라서 본 논문에서는 반사체의 곡면과 트랜스듀서의 앞에 붙어있는 렌즈의 곡면을 최적설계하여 애퍼춰 평면에서 평면파를 유지하고 해상도를 증가시키기 위해 애포다이제이션을 주는 것이다. 구리로 된 반사체와 폴리에티렌으로 된 렌즈를 사용하여 실험 시스템을 제작하였고, 실험으로 얻은 결과와 시뮤레이션으로 얻은 결과는 잘 일치한다. 또한 수중물체에 대한 영상은 시스템의 간단함에 비해 아주 좋은 것이다.
다음으로, 감쇄가 있는 비균일 물질에서의 음파의 전파특성을 해석하는 것은 매우 제한된 분야에서만 가능하였다. 또한 FEM(유한요소해석법)과 같은 수치해석법은 많은 메모리와 계산시간을 필요로 하므로 큰 구조물에 대해서는 사용하기가 어렵다. 따라서 본 논문의 3장에서는 광학에서 사용하고 있는 BPM을 변형하여 음파의 전파특성을 해석하였다. 굴절계수의 차이가 크지 않을 때와 감쇄계수가 작을 때는 오차가 적다. 실험결과와 계산결과는 잘 일치하였다.
4장에서는 초음파 영상 시스템에서 프래임 레이트를 반만 희생하면서 초음파의 송신/수신 빔 집속을 할 수 있는 애뉼라 어레이 시스템을 제안 하였다. 애뉼라 어레이의 링 중에서 두개만을 차례로 송신하고 모든 링으로 수신하므로써 거의 해상도의 손해없이 실시간으로 영상을 얻을 수 있다. 실험결과와 시뮤레이션은 잘 일치하고, 또한 이 알고리즘을 효율적으로 구현할 수 있는 시스템의 구조도 제안되었다.
