JP2010249686A - 波形解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示して同時解析を行うのにあたり、波形のサンプルレートと映像のフレームレートとが異なる場合でも、解析対象のアナログ信号波形と映像のそれぞれについて細かい解析が行える波形解析装置を実現すること。
【解決手段】解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示することにより同時解析を行うように構成された波形解析装置において、前記映像データと、前記アナログ信号波形を量子化するサンプルレートと前記映像データのフレームレートの比率に基づき、フレーム間を補間するフレーム補間映像データを生成する手段を設け、
前記画面には、前記アナログ信号波形のサンプル点に対応した前記フレーム補間映像を表示することを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波形解析装置に関し、詳しくは、解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示するように構成された波形解析装置の改良に関するものである。

従来から、機械的な駆動機構の開発保守や、衝撃・破断・落下などの機械的な各種試験などにあたっては、解析対象各部の動作状態を適切なセンサで電気信号として検出するとともに各部の挙動をカメラで映像化し、これら解析対象各部のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示するように構成された特許文献１に示すような波形解析装置が用いられている。

特開平０５−０９１４６１号公報

しかし、一般的に、衝撃試験、破断試験、落下試験などに使用されるアナログ信号のサンプルレートはカメラ映像のフレームレート(fps)より高速であり、フレーム間の波形の細かい変化に合致した映像が存在しない。このため、フレームレートを上げて撮り直しを行うか、アナログ信号の波形形状からの映像推測を余儀なくされていた。

逆に、映像の解析時には、カメラ映像のフレームあたりのアナログ信号の測定データが複数存在することからアナログ信号波形との対応がとりにくく、特に測定時間が長くてフレームレートと測定サンプルレートの比率が大きい場合には映像に該当するアナログ信号データが全体波形表示に埋もれてしまうようなケースもあった。

すなわち、解析対象のアナログ信号波形解析を行う場合は映像データが犠牲になり、映像解析を行う場合はアナログ信号波形データが犠牲になることから、解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示することにより同時解析を行うメリットが十分発揮されているとはいえなかった。

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示して同時解析を行うのにあたり、波形のサンプルレートと映像のフレームレートとが異なる場合でも、解析対象のアナログ信号波形と映像のそれぞれについて細かい解析が行える波形解析装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示することにより同時解析を行うように構成された波形解析装置において、
前記映像データと、前記アナログ信号波形を量子化するサンプルレートと前記映像データのフレームレートの比率に基づき、フレーム間を補間するフレーム補間映像データを生成する手段を設け、
前記画面には、前記アナログ信号波形のサンプル点に対応した前記フレーム補間映像を表示することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の波形解析装置において、
前記画面には、
前記解析対象のアナログ信号波形を表示する波形表示領域と、
この波形表示領域の一部を選択的に拡大表示する波形拡大表示領域と、
前記解析対象の映像を表示する映像表示領域と、
この映像表示領域における映像表示動作を制御操作する映像操作パネル領域、
が設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の波形解析装置において、
前記波形拡大表示領域には前記波形表示領域に表示される前記解析対象のアナログ信号波形が前記解析対象の映像のフレーム単位で拡大表示され、
前記映像表示領域には前記波形表示領域に表示される拡大波形のサンプル点に対応した前記解析対象の映像またはフレーム補間映像が表示されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の波形解析装置において、
前記解析対象の映像のフレーム補間にあたり、前記フレーム補間映像データを生成する手段は、フレーム補間の複数のアルゴリズムから解析用途に応じて最適のアルゴリズムを選択することを特徴とする。

本発明によれば、解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示することにより同時解析を行うのにあたり、波形のサンプルレートと映像のフレームレートとが異なる場合でも、解析対象のアナログ信号波形と映像のそれぞれについて細かい解析が行える。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 図１の表示画面例である。 図１の映像画面例である。 図１の映像のフレーム補間説明図である。 図１の波形解析後における表示画面例である。 図１の映像解析後における表示画面例である。 図１の映像と波形の同時表示画面例である。 図１の波形解析時のフローチャートである。 図１の映像解析時のフローチャートである。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図である。図１において、波形解析装置１００は、電圧や歪などの解析対象のアナログ信号波形と衝撃試験や落下試験などで使用される高速度カメラにより撮影される解析対象の映像とを、同期するように関連付けて共通の画面上に表示する。

波形データファイル１０１には電圧や歪などの解析対象のアナログ信号が量子化されて保存され、映像データファイル１０２にはたとえば落下試験における解析対象である物体の映像が「ａｖｉ」などの形式で保存される。

波形データ読出し部１０３は波形データファイル１０１から波形データを読み出し、映像データ読出し部１０４は映像データファイル１０２から映像データを読み出す。

レート比率メモリ１０５は、波形データおよび映像データを読み出した際にそれらのサンプルレートとフレームレートの比率を格納するメモリであり、この実施例では波形データのサンプルレートが２０ｋＳ／ｓで映像データのフレームレートが１０００ｆｐｓ(１秒１０００フレーム)であることから比率データとして「２０」が格納されている。

描画波形生成部１０６は、波形データファイル１０１から読み出された波形データおよびレート比率メモリ１０５から読み出されたレート比率に基づいて描画すべき波形を生成する。

フレーム補間部１０７は、映像データファイル１０２から読み出された映像データおよびレート比率メモリ１０５から読み出されたレート比率に基づきフレーム補間された映像データを生成する。なお、このようなフレーム補間にあたっては、輝度変化や動きベクトルなどを使った一般的な動画補間アルゴリズムを用いることができる。

描画データ制御部１０８は、描画波形生成部１０６で生成された波形データおよびフレーム補間部１０７でフレーム補間された映像データを、波形描画部１０９および映像描画部１１０に送出する

波形データ操作部１１１は、アナログ波形上におけるカーソルやズームの位置などを調整する。

映像データ操作部１１２は、表示映像を再生や停止させたり、任意のフレーム映像を指定する。

このような波形解析装置１００において、波形描画部１０９および映像描画部１１０はたとえば液晶ディスプレイなどのハードウェアで実現でき、その他各部１０３〜１０８、１１１、１１２はたとえばソフトウェアで実現できる。

図２は、図１の表示画面例である。表示画面２００は、アナログ信号波形を表示する波形表示領域２０１と、波形表示領域２０１の一部を選択的に拡大表示する波形拡大表示領域２０２と、映像表示領域２０３と、映像操作パネル領域２０４に分割されている。

波形表示領域２０１にはたとえば２０ｋＳ／ｓで１秒間にサンプリングされた２０，０００点の波形データが表示され、波形拡大表示領域２０２には映像１フレームに相当するサンプル点数(本実施例ではレート比率から２０点)が拡大されて表示される。これら波形表示領域２０１および波形拡大表示領域２０２は、図１の波形描画部１０９に相当する。

映像表示領域２０３には、たとえば物体が、点線位置から台に向けて落下する途中で実線位置にある画像が表示されている。この映像表示領域２０３は、図１の映像描画部１１０に相当する。

映像操作パネル領域２０４は、映像表示領域２０３に表示される映像について、再生、停止、逆再生、先頭移動、最終点移動、任意のフレーム指定などの操作を行うための各種ボタン類が設けられている。これらのボタン操作により、映像表示領域２０３の映像、波形表示領域２０１および波形拡大表示領域２０２の波形が連動して変化する。映像操作パネル領域２０４は、図１の映像データ操作部１１２に相当する。

図１の動作を、「波形の解析」と「映像の解析」についてそれぞれ説明する。ここで、「波形の解析」とは波形を操作することで波形を解析しその時の画像を確認することをいい、「映像の解析」とは映像を操作することで映像を解析しその時の波形を確認することをいう。

「波形の解析」について、図８のフローチャートを用いて説明する。
（Ａ）波形データ読出し部１０３は、波形および映像を表示させるために、図示しないメニューなどから操作指示を行い、所望の波形データファイル１０１を読み出す。

（Ｂ）映像データ読出し部１０４は、映像データファイル１０２を読み出す。これら波形データおよび映像データの読み出しを行う過程で、データの補助情報として格納されている測定サンプルレート(たとえば２０ｋＳ／ｓ)とフレームレート(たとえば１０００ｆｐｓ)を取得し、そのレート比率(＝２０)を比率レートメモリ１０５に更新格納する。

（Ｃ）図２のようにたとえば４５０フレームの映像データが読み出された場合、描画波形生成部１０６は、映像１秒間に相当する全波形および４５０フレームに相当する０．４５０００秒を中心にレート比率から換算した２０点分のズーム波形を生成する。

４５０フレームの画像は、フレーム補間部１０７を通してそのまま描画データ制御部１０８に読み込まれる。描画データ制御部１０８は、描画する波形データと映像データをとりまとめて波形描画部１０９と映像描画部１１０に送出し、図２のような波形表示および映像表示が行われる。

映像表示領域２０３には４５０フレーム目の画像が表示され、波形表示領域２０１には１秒間の波形全体表示と４５０フレーム位置を表すズームカーソル２０５が表示され、波形拡大表示領域２０２には４５０フレームに相当する時間０．４５０００から±１０点の計２０点がズーム表示される。なお、波形拡大表示領域２０２における黒点はフレームレートと同期する測定サンプル点を意味し、白点はフレームレートと同期しない測定サンプル点を意味する。

（Ｄ）波形表示画面２０１のズームカーソル２０５は１フレーム単位の移動が可能で、波形拡大表示領域２０２のカーソル２０６は１測定サンプル単位の移動が可能であり、これらカーソル２０５、２０６を移動させて波形操作することにより、波形を解析することができる。

カーソル２０６を図２のａまたはｂの方向に移動させることにより、図３のａの範囲(４４９フレーム〜４５０フレーム)またはｂの範囲(４５０フレーム〜４５１フレーム)を指定することができる。

（Ｅ）まず、カーソル２０６を３測定サンプル前(１５０μ秒前＝３＊１／２００００)に移動させると、フレーム補間部１０７は、図４の４４９フレームと４５０フレームの映像を読み出す。

（Ｆ、Ｇ）指定サンプル点はフレーム間のデータ(白点)に相当するので、４４９フレームと４５０フレームの画像から２０分割のフレーム補間を実行し、３測定サンプル前の補間画像Ａを生成する。カーソル２０６の位置がフレームレートに同期する黒点の場合はフレーム補間は行われない。

（Ｈ）描画データ制御部１０８は、生成された補間画像Ａを映像描画部１１０に送出する。これにより、図５に示すような表示が行われる。図５において、映像表示領域２０３に表示される映像はフレーム補間で生成された参考映像で実際の映像ではないため、映像表示領域２０３の右上には補間映像を示す「※」マークＢが表示されている。映像表示領域２０３の右下には映像の時間が表示され、０．４５００００秒から１５０μ秒前の０．４４９８５秒を示している。なお、カーソル２０６の右側にも、同様の０．４４９８５秒が表示されている。

このように、波形を見ながら、ズームカーソル２０５とカーソル２０６を操作移動させて解析したい波形に相当する映像をフレーム補間によって生成することにより、映像のない測定サンプル点においても、映像の概要を掴むことが可能になる。

「映像の解析」について、図９のフローチャートを用いて説明する。
（Ａ〜Ｃ）図８と同様に、波形データ読出し部１０３は波形および映像を表示させるために所望の波形データファイル１０１を読み出し、映像データ読出し部１０４は映像データファイル１０２を読み出してそのレート比率を比率レートメモリ１０５に更新格納し、描画波形生成部１０６はレート比率から換算したズーム波形を生成する。

（Ｄ）映像操作パネル２０６から再生、逆再生、フレーム番号などを操作することにより、物体が台に衝突した瞬間のフレーム「６００」を指定する。

（Ｅ）映像データ読出し部１０４は、指定されたフレーム「６００」の映像データを読み出す。

（Ｆ）フレーム「６００」の映像データは、フレーム補間部１０７では補間処理されることなく描画データ制御部１０８を通して映像描画部１１０に送られる。映像描画部１１０は、図６の映像画面のような表示を行う。映像表示領域２０３の右下には該当する時間０．６００００秒が表示される。

（Ｇ）描画波形生成部１０６は、波形データとレート比率(＝２０)に基づき、指定されたフレーム「６００」に該当する波形データを抽出生成する。

（Ｈ）描画波形生成部１０６で抽出生成された波形データは描画データ制御部１０８を通して波形描画部１０９に送られ、図６の波形表示領域２０１および波形拡大表示領域２０２に示すような波形表示が行われる。この時、ズームカーソル２０５は波形表示に対してフレーム「６００」に相当する位置に、カーソル２０６はフレームレートと同期する測定サンプル位置(０．６００００秒)に表示される。これによって、物体の衝突した瞬間のフレーム「６００」に相当する詳細波形を確認することができる。

このように構成することにより、アナログ信号のサンプルレートがカメラ映像のフレームレートより高速な場合、フレーム間の映像が前後のフレーム画像から補間生成されるので、映像のないアナログ信号波形のサンプル点においても、映像の概要を把握することができる。

また、映像を見ながらフレーム映像を操作する場合、解析したい映像を指定することにより、全体波形の中のフレームに該当する位置およびそのフレームに含まれる点数分の波形を強調表示したり、波形ズームや映像との重ね合わせをできるので、波形データが表示に埋もれてしまうことはなく、詳細な解析が可能になる。

さらに、波形側または映像側からの操作によって、用途や測定対象に応じて、双方を簡単に行き来しながら、波形と映像との関連をより深く解析することができる。

なお、上記実施例では、独立した波形解析装置の例について説明したが、パソコンと計測ユニットで構成される計測システムや、パソコン上のソフトウェアにより実現する波形解析アプリケーションにも適用できる。

また、上記実施例では、波形データおよび映像データをファイルから読み出す例を説明したが、波形解析装置に設けられているメモリに格納された波形データや映像データにアクセスするようにしてもよい。

さらに、映像のフレーム補間にあたり、フレーム補間の複数のアルゴリズムから解析用途に応じて最適のアルゴリズムを選択できるように構成してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示することにより同時解析を行うのにあたり、波形のサンプルレートと映像のフレームレートとが異なる場合でも、アナログ信号波形と映像のそれぞれについて細かい解析が行える波形解析装置が実現できる。

１００ 波形解析装置
１０１ 波形データファイル
１０２ 映像データファイル
１０３ 波形データ読出し部
１０４ 映像データ読出し部
１０５ レート比率メモリ
１０６ 描画波形生成部
１０７ フレーム補間部
１０８ 描画データ制御部
１０９ 波形描画部
１１０ 映像描画部
１１１ 波形データ操作部
１１２ 映像データ操作部
２００ 表示画面
２０１ 波形表示領域
２０２ 波形拡大表示領域
２０３ 映像表示領域
２０４ 映像操作パネル領域
２０５、２０６ カーソル
ＦＩ フレーム補間映像マーク

Claims (4)

1. 解析対象のアナログ信号波形と映像とを関連付けて共通の画面上に表示することにより同時解析を行うように構成された波形解析装置において、
   前記映像データと、前記アナログ信号波形を量子化するサンプルレートと前記映像データのフレームレートの比率に基づき、フレーム間を補間するフレーム補間映像データを生成する手段を設け、
   前記画面には、前記アナログ信号波形のサンプル点に対応した前記フレーム補間映像を表示することを特徴とする波形解析装置。
2. 前記画面には、
   前記解析対象のアナログ信号波形を表示する波形表示領域と、
   この波形表示領域の一部を選択的に拡大表示する波形拡大表示領域と、
   前記解析対象の映像を表示する映像表示領域と、
   この映像表示領域における映像表示動作を制御操作する映像操作パネル領域、
   が設けられていることを特徴とする請求項１記載の波形解析装置。
3. 前記波形拡大表示領域には前記波形表示領域に表示される前記解析対象のアナログ信号波形が前記解析対象の映像のフレーム単位で拡大表示され、
   前記映像表示領域には前記波形表示領域に表示される拡大波形のサンプル点に対応した前記解析対象の映像またはフレーム補間映像が表示されることを特徴とする請求項２記載の波形解析装置。
4. 前記解析対象の映像のフレーム補間にあたり、前記フレーム補間映像データを生成する手段は、フレーム補間の複数のアルゴリズムから解析用途に応じて最適のアルゴリズムを選択することを特徴とする請求項１記載の波形解析装置。

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