JP2011007592A - 波形解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラにより撮影される試験対象物の映像データと波形解析装置に取り込まれる試験対象物の映像データに関連する波形データを、時間的なずれを生じることなく同一の表示画面上に高精度に同期表示できる波形解析装置を提供すること。
【解決手段】カメラにより撮影された試験対象物の映像データとその試験対象物のアナログ信号波形を取り込み、これら映像と波形を同期させて同一の表示画面上に表示するように構成された波形解析装置において、前記映像データのフレーム同期信号の１パルスあたりの測定データ数に基づき、前記アナログ信号波形データの位置に対する前記映像データのフレーム番号が決定され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、カメラにより撮影される試験対象物の映像信号とその試験対象物に関連したアナログ信号波形を、同期させて同一画面上に表示させるように構成された装置の改良に関するものである。

波形解析装置の一種に、たとえば特許文献１に記載されているように、カメラにより撮影された試験対象物の映像信号とその試験対象物のアナログ信号波形を取り込み、これら映像と波形を同期させて同一画面上に表示するように構成されたものがある。

このような波形解析装置は、たとえば試験対象物の衝撃試験や落下試験などで用いられている。具体的には、高速度カメラにより撮影される試験対象物の映像データと、試験対象物に設けられたセンサから出力される電圧や歪などのアナログ信号波形を同期させて同一画面上に表示する。

これにより、映像と波形の一方を変化させることにより他方が連動して変化するように映像と波形を融合させることができ、映像と波形を連携させた高度の解析結果を得ることができる。

特許文献１には、試験対象物に関連した電気信号と映像信号を量子化して取り込み、映像と同期した波形を表示、記録するように構成された波形解析装置が記載されている。

特開平０５−９１４６１号公報

しかし、波形解析装置とカメラの内部クロックの精度が異なる場合には、これらのクロック誤差により、カメラにより撮影される試験対象物の画像と波形解析装置に取り込まれる試験対象物の画像に関連する波形との時間関係が時間の経過に伴ってずれてしまい、精度の高い測定が行えないという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、カメラにより撮影される試験対象物の映像データと波形解析装置に取り込まれる試験対象物の映像データに関連する波形データを、時間的なずれを生じることなく同一の表示画面上に高精度に同期表示できる波形解析装置を提供することにある。

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、
カメラにより撮影された試験対象物の映像データとその試験対象物のアナログ信号波形を取り込み、これら映像と波形を同期させて同一の表示画面上に表示するように構成された波形解析装置において、
前記映像データのフレーム同期信号の１パルスあたりの測定データ数に基づき、前記アナログ信号波形データの位置に対する前記映像データのフレーム番号が決定され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、
前記表示画面には、試験対象物に設けられたセンサで検出される波形データが移動可能なカーソルとともに表示される波形表示領域と、カメラにより撮影された前記試験対象物の映像が表示される映像表示領域と、この映像表示領域に表示される映像を操作するための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１または請求項２記載の波形解析装置において、前記カーソルを移動させて前記波形データを解析することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の波形解析装置において、前記フレーム番号を指定して前記映像データを解析することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の波形解析装置において、前記波形データと映像データをそれぞれＰＣに読み込み、ＰＣ上で波形に同期した映像を解析することを特徴とする。

本発明によれば、カメラにより撮影される試験対象物の映像データと波形解析装置に取り込まれる試験対象物の映像データに関連する波形データを、時間的なずれを生じることなく同一の表示画面上に高精度に同期表示できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 本発明に基づく波形解析装置の表示画面例図である。 本発明に基づく波形解析装置の動作タイミング説明図である。 本発明に基づく波形解析装置のフレーム同期信号ＦＳに基づく同期処理説明図である。 本発明に基づく波形解析装置の波形解析時の動作の流れを説明するフローチャートである。 本発明に基づく波形解析装置の映像解析時の動作の流れを説明する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り、高速度カメラにより撮影される試験対象物の映像データと試験対象物に設けられたセンサから出力される電圧や歪などのアナログ信号波形を同期させて同一画面上に表示するように構成された試験対象物の落下試験で用いられる波形解析装置の例を示している。

アナログ信号入力部１は、図示しない試験対象物に設けられたセンサＳから出力される電圧や歪などのアナログ信号を所定の振幅に正規化する入力回路や、この入力回路で正規化されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などで構成されている。

このアナログ信号入力部１で変換量子化されたデジタルデータは、アナログ波形メモリ２に逐次格納される。

同期信号入力部３は、波形測定と同時に行われる高速度カメラによる試験対象物の撮影に伴って高速度カメラから出力されるフレーム同期信号ＦＳをデジタルデータに変換量子化する機能を有するもので、アナログ信号入力部１と同様に、所定の振幅に正規化する入力回路や、この入力回路で正規化されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などで構成されている。

この同期信号入力部３で変換量子化されたデジタルデータは、同期信号波形メモリ４に逐次格納される。

パルス計数部５は、測定されたフレーム同期信号ＦＳのパルス数を計数する。

フレームデータ計数部６は、パルス計数部５で計数したパルス数と変換量子化されたフレーム同期信号ＦＳのデジタルデータに基づき、Ａ／Ｄ変換の総サンプル数から、１フレーム信号あたりの平均サンプル数を計数する。

映像ファイル格納部７には、たとえば試験対象物の落下試験の映像データが、avi（Audio Video Interleaving）などの形式で保存されている。

映像データ読出部８は、映像ファイル格納部７から所望の映像データを読み出し、映像データメモリ９に展開格納する。

描画データ制御部１０は、アナログ波形メモリ２から入力されるデジタルデータ、パルス計数部５から入力される計数結果、フレームデータ計数部６から入力される計数結果、映像データメモリ９から入力される映像データに基づき、表示すべき映像データを映像描画部１１に出力するとともに、表示すべき波形データを波形描画部１２に出力する。

映像データ操作部１３は、映像を再生・停止したり、任意のフレーム映像を指定するための所定の操作信号を、描画データ制御部１０に入力する。

波形データ操作部１４は、波形上のカーソルやズーム位置などを調整するための所定操作信号を、描画データ制御部１０に入力する。

図２は、本発明に基づく波形解析装置の表示画面例図である。表示画面２０には、波形データが表示される波形表示領域２１と、高速度カメラにより撮影された試験対象物の映像が表示される映像表示領域２２と、映像表示領域２２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を操作するための映像操作パネル領域２３が設けられている。

波形表示領域２１には、たとえば１ＭＳ／ｓで１秒間(１００００００点)の波形データが表示されるとともに、波形データ操作部１４により水平方向に沿った所望の位置に設定されるカーソル２１ａが表示されている。

映像表示領域２２には、波形表示領域２１のカーソル２１ａにより指定される波形データの位置に対応する映像データが表示されるように構成されている。本実施例では、試験対象物が点線位置から台に向かって落下する途中で、実線で示す位置にある状態が表示されている。なお、映像ファイル格納部７→映像データ読出部８→映像データメモリ９の映像系統には、高速度カメラによりたとえば５００ｆｐｓ（１秒５００コマ）で撮影した映像データが読み込まれているものとする。

映像操作パネル領域２３を操作し、映像表示領域２２に表示される映像の再生、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を指示することにより、波形表示領域２１に表示される波形データも連動して変化する。

図３は、本発明に基づく波形解析装置の動作タイミング説明図である。波形Ａ，Ｂはアナログ信号入力部１→アナログ波形メモリ２の系統で測定されるアナログ信号波形例であり、たとえば歪みや振動などを示している。
波形Ｂはを示している。

そして、時間軸方向のＦ＊＊＊は、同期信号入力部３→同期信号波形メモリ４→パルス計数部５→フレームデータ計数部６の系統で測定されるフレーム同期信号ＦＳに基づき決定されるフレーム番号を表し、その下の(＊＊＊＊＊＊)はサンプルデータ番号を表し、矢印下の数字「１９９５」はフレーム切り替えの間隔に相当するデータ点数を表すもので、太い点線は図２の表示画面に対応している。すなわち、太い点線位置のフレーム番号は「４５０」、サンプルデータ番号は「８９５６９０」になっている。

図４は、本発明に基づく波形解析装置のフレーム同期信号ＦＳに基づく同期処理説明図である。フレーム同期信号ＦＳで５００パルスを計数する間に、９９７４２６個の測定データがサンプリングされる。すなわち、フレーム同期信号ＦＳ１パルスあたりの測定データ数は、
９９７４２６／５００＝１９９４．８５２
になる。

図５は、カーソルを操作して波形を解析する場合の動作の流れを説明するフローチャートである。

（Ａ）撮影対象となる試験対象物の落下試験が開始されると、アナログ信号入力部１には試験対象物に設けられたセンサから出力されるアナログ信号が入力されるとともに、同期信号入力部３には高速度カメラから出力されるフレーム同期信号ＦＳが入力され、１秒間の測定が行われる。このとき、アナログ信号入力部１で変換量子化されたデジタルデータはアナログ波形メモリ２に格納され、同期信号入力部３で変換量子化されたデジタルデータは同期信号波形メモリ４に格納される。なお、測定および撮影の開始は、外部からのスタート信号によって制御される。

（Ｂ）パルス計数部５は、図４に示すように、測定されたフレーム同期信号ＦＳのパルス数を計数する。この例では５００パルスとなり、高速度カメラ側の１秒間を意味する。

（Ｃ）フレームデータ計数部６は、同期信号波形メモリ４の５００パルス分のサンプル数(１ＭＳ／ｓで捕捉されたデータ点数)を計数する。この例では１００００００点にはならず、９９７４２６点になっている。

この測定データ数の差は、波形解析装置と高速度カメラのクロック精度の違いによるものである。この９９７４２６点をパルス数５００で割ることにより得られる、
９９７４２６／５００＝１９９４．８５２点
を、１フレームの平均データ数(以降、フレームデータ数という)とする。ここで、クロック誤差がなければ、フレームデータ数は２０００になる。

（Ｄ）この後、高速度カメラで撮影された映像データを映像ファイル化し、たとえばavi形式で映像ファイル格納部７に格納する。そして、映像データ読出部８を介して映像ファイル格納部７から所望の映像データを読み出し、映像データメモリ９に展開格納する。

（Ｅ）描画データ制御部１０は、測定されたアナログ信号波形、算出されたフレームデータ数、読み込まれた映像データおよびカーソル位置に基づき、表示すべき映像データを生成して映像描画部１１に出力するとともに、表示すべき波形データを生成して波形描画部１２に出力する。

これにより、図２のような表示が行われる。図２において、カーソル２１ａはちょうど４５０フレームに相当する位置にある。さらに詳しくは、図３の中央に太線で示すように８９５６９０点目(１点目を第１フレームの先頭として、４４９フレーム後なので、１＋４４９＊１９９４．８５２≒８９５６９０）の位置にある。なお、図３におけるそれ以外の点も、同様の計算により算出される。

（Ｆ）そして、この後にカーソル操作が行われることにより以下の処理が実行され、カーソル操作が行われないと一連の処理は終了する。

（Ｇ）カーソル操作が行われると、描画データ制御部１０は、カーソル位置を更新して波形表示データを波形描画部１２に送出するとともに、カーソル位置から映像フレームを算出する。

（Ｈ）カーソル２１ａの位置が右方向の８９５６９０〜８９７６８３の範囲内では、映像を切り替える必要がないので、映像の描画は行われない。

（Ｉ）カーソル２１ａの位置が右方向の８９７６８４点を超えるかまたは左方向に移動すると、描画データ制御部１０は、該当するフレーム映像を映像データメモリ９から読み出して映像描画部１１に送り、図２の映像を更新する。

以降、カーソル操作を繰り返すことにより図３の点線に相当するフレーム映像切り替え位置を通過するごとに同様の処理が行われ、図２の映像表示領域２２には常に測定した波形に同期した映像が表示されることになる。

図６は、フレーム番号を操作して映像を解析する場合の動作の流れを説明するフローチャートである。なお、（Ａ）〜（Ｅ）は図５と同様のため、説明を省略する。

（Ｆ）ここで、図２の映像操作パネル領域２３で指定しているフレーム番号を４５０から４５１に変更すると以下の処理が実行され、フレーム番号変更操作が行われないと一連の処理は終了する。
（Ｇ）描画データ制御部１０は、映像ファイル格納部７→映像データ読出部８→映像データメモリ９の映像系統から該当するフレーム番号４５１のフレーム映像を読み出し、
（Ｈ）映像描画部１１に表示映像を送る。これにより、映像表示領域２２には、フレーム番号４５１の映像が表示される。

（Ｉ）このとき、移動するカーソル２１ａの位置８９７６８４（＝１＋４５０＊１９９４．８５２)を算出し、
（Ｊ）波形表示領域２１に表示されるカーソル２１ａを算出した位置８９７６８４に移動させるとともに、波形Ａ，Ｂの表示も更新する。以降、任意のフレーム番号に変更した場合も同様の処理が行われ、映像表示領域２２には選択したフレーム映像が表示されるとともに、波形表示領域２１ではそれに同期した波形の位置にカーソル２１ａが移動されて波形Ａ，Ｂの更新表示が行われる。

このように、カーソルを操作して波形を解析する場合およびフレーム番号を操作して映像を解析する場合のいずれにおいても、それぞれの解析位置の算出にフレームデータ数を利用しているため、時間の長い測定を行った場合でも、映像と波形の時間同期関係が時間の経過に伴ってずれていくことはなく、高精度の同期測定が行える。

なお、上記実施例では、試験対象物のアナログ信号の測定を行う波形解析装置に試験対象物の映像ファイルを読み込む形態について説明したが、波形測定器で測定された試験対象物の波形ファイルと高速度カメラで撮影された試験対象物の映像ファイルをそれぞれＰＣに読み込み、ＰＣ上で波形に同期した映像を解析するアプリケーションとして実現してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、同一の表示画面上に、時間的なずれを生じることなく、試験対象物に設けられたセンサから出力される波形データとカメラにより撮影される試験対象物の映像データを高精度に同期表示できる波形解析装置を実現できる。

また、ビデオ入力回路などの複雑なハード構成が不要なため、低コストで実装効率が高い、波形解析装置を提供することができる。

１ アナログ信号入力部
２ アナログ波形メモリ
３ 同期信号入力部
４ 同期信号波形メモリ
５ パルス計数部
６ フレームデータ計数部
７ 映像ファイル格納部
８ 映像データ読出部
９ 映像データメモリ
１０ 描画データ制御部
１１ 映像描画部
１２ 波形描画部
１３ 映像データ操作部
１４ 波形データ操作部
２０ 表示画面
２１ 波形表示領域
２１ａ カーソル
２２ 映像表示領域
２３ 映像操作パネル領域

Claims (5)

1. カメラにより撮影された試験対象物の映像データとその試験対象物のアナログ信号波形を取り込み、これら映像と波形を同期させて同一の表示画面上に表示するように構成された波形解析装置において、
   前記映像データのフレーム同期信号の１パルスあたりの測定データ数に基づき、前記アナログ信号波形データの位置に対する前記映像データのフレーム番号が決定されることを特徴とする波形解析装置。
2. 前記表示画面には、試験対象物に設けられたセンサで検出される波形データが移動可能なカーソルとともに表示される波形表示領域と、カメラにより撮影された前記試験対象物の映像が表示される映像表示領域と、この映像表示領域に表示される映像を操作するための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. 前記カーソルを移動させて前記波形データを解析することを特徴とする請求項１または請求項２記載の波形解析装置。
4. 前記フレーム番号を指定して前記映像データを解析することを特徴とする請求項１または請求項２記載の波形解析装置。
5. 前記波形データと映像データをそれぞれＰＣに読み込み、ＰＣ上で波形に同期した映像を解析することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の波形解析装置。

Images