JP2016050829A - 波形記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】類似画像検索機能を有し、検索条件を事前に設定することなく、測定波形同士を対比することにより、類似波形等を検索できるようにする。【解決手段】入力部２から取り込まれる測定データによる測定波形をカラー表示する表示部６と、測定データを所定に処理する制御部４と、制御部４に類似画像検索指示を含む所定の指示を与える操作部３とを含み、制御部４は、操作部３より指定された所定の測定範囲を１波形ファィルとして測定を繰り返して実行し、各波形ファィルの測定波形について、その色情報によりカラーヒストグラムを作成して上記記憶部に保存し、類似画像検索時に、操作部３より基準となる元波形の波形ファイルが選択されると、元波形のカラーヒストグラムと、他の波形ファイルのカラーヒストグラムとを対比して類似度を求め、類似度に基づいて、元波形に類似する波形を表示部６の画面に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、波形記録装置に関し、さらに詳しく言えば、画像検索により類似・非類似波形を検索し得る波形記録装置に関するものである。

波形記録装置は、その基本的な構成として、入力部、記憶部、表示部、制御部および操作部を備え、入力部より被測定対象物から測定されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの波形データとして取り込み、操作部にて設定された測定項目について、制御部にて所定の処理を行い、その波形データを逐次表示部に表示しながら、所定の時間軸長ごとに１波形ファイルとして記憶部に格納する。

これによれば、波形ファイル名もしくは番号を指定して、記憶部から所望とする波形データを読み出して表示部に表示することができる。しかしながら、記憶部に格納される波形ファイル数が多くなると、その中から、所望とする波形（類似波形、非類似波形、異常波形等）を読み出すことは容易でない。

そこで、特許文献１に記載された発明では、時間方向（横軸方向）と測定値方向（縦軸方向）に検索ゾーン（異常領域）を設定し、この検索ゾーン内にデータがあるかどうかで、例えば異常波形を検索するようにしている。

また、特許文献２に記載された発明では、複数の波形ファィルの同じ位置（サンプリング位置）に属する波形データの平均値Ｘと、標準偏差σとを求め、各位置ごとにそれぞれＸ±Ｋ・σ（Ｋはユーザーによって設定される任意の係数）なる電圧範囲を設定し、この電圧範囲内における波形データの有無によって、同質もしくは異質の波形データを抽出（検索）するようにしている。

特開２０００−２９２４４９号公報 特開２００７−５７３０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明を実施するには、あらかじめ検索ゾーンを設定するのに手間がかかるばかりでなく、波形ファィル内に保存されている波形をある程度認識していないと検索精度の高い検索ゾーンを設定することができない。

また、特許文献２に記載された発明にしても、各波形ファィルの位置を順次ずらし、その各位置で平均値Ｘと、標準偏差σとを算出してＸ±Ｋ・σなる電圧範囲を設定するようにしているため、その演算に負担がかかる。

そこで、本発明の課題は、検索ゾーンや検索式等を含む検索条件を事前に設定することなく、測定波形同士を対比することにより、類似波形等を検索できるようにした波形記録装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、被測定対象物から測定されたアナログの被測定信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの測定データとして取り込む入力部と、上記測定データを記憶する記憶部と、上記測定データによる測定波形を所定色で画面上にカラー表示する表示部と、上記測定データを所定に処理するとともに、上記記憶部に対する上記測定データの書き込み、読み出しを制御する制御部と、上記制御部に対して上記測定波形の色指定および類似画像検索指示を含む所定の指示を与える操作部とを備えている波形記録装置において、
上記制御部は、上記操作部より指定された所定の測定範囲を１波形ファィルとして測定を繰り返して実行し、上記各波形ファィルの測定波形について、その色情報によりカラーヒストグラムを作成して上記記憶部に保存し、上記類似画像検索時に、上記操作部より基準となる元波形の波形ファイルが選択されると、上記元波形のカラーヒストグラムと、他の波形ファイルのカラーヒストグラムとを対比して類似度を求め、上記類似度に基づいて、上記元波形に類似する波形を上記表示部の画面に表示することを特徴としている。

本発明において、上記１波形ファイルは、測定データのサンプリング数もしくは測定時間によって任意に規定されてもよいし、上記表示部の画面の全時間幅によって規定されてもよい。

本発明の好ましい態様によると、上記制御部は、上記類似度が高い順もしくは低い順に上記元波形に類似する波形を上記表示部の画面に表示する。

また、上記制御部は、上記測定データ上記カラーヒストグラムのデータとともに上記記憶部に保存する。

上記制御部は、上記操作部より指示された特定の測定波形（例えば、トリガ付近の測定波形）についてのみ、カラーヒストグラムを作成することもできる。

一例として好ましくは、上記類似度は、ヒストグラム交差法に基づき、Ｈ_１を元波形のカラーヒストグラム値，Ｈ_２を他の波形のカラーヒストグラム値，ｉをカラー色調の変数として、次式（１）により求めることができる。

本発明によれば、各測定波形ごとに作成されたカラーヒストグラムの類似度（好ましくは、上記式（１）より算出される近似値）に基づいて、例えば高類似度のものとして類似波形を検索することにより、事前に検索ゾーンや検索式等を設定することなく、元波形（検索基準波形）に対して画面配色が近い類似波形を見つけることができる。また、低類似度のものを検索すれば、元波形とはかけ離れた波形（例えば、正常波形に対する異常波形等）を見つけることができる。

本発明の実施形態に係る波形記録装置の構成を概略的に示すブロック図。 測定された表示波形の一例を示す画面図。 図２の表示波形について作成されたカラーヒストグラムを示すグラフ。 １波形ファィルを説明するための模式図。 記憶部に保存される波形ファィルの内容を示す模式図。 本発明の波形記録装置が備える画像検索機能により、検索基準としての特定波形（ａ）に類似とされた他の波形（ｂ）〜（ｊ）を示す検索結果例としての表示画面図。 高類似度順、低類似度順での画像検索例の説明で用いる（ａ）正弦波形，（ｂ）直流一定波形を示す図。

次に、図１ないし図７を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、この実施形態に係る波形記録装置１は、基本的な構成として、入力部２と、操作部３と、制御部４と、記憶部５と、表示部６とを備えている。

入力部２は、Ａ／Ｄ変換器を有し、図示しない被測定対象物からの被測定信号（アナログの電気信号）をデジタルの測定データ（波形データ）に変換して後段の制御部７に送出する。

この実施形態において、入力部２は、複数の入力チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎを有し、それら各入力チャンネルから入力される被測定信号を、図示しないマルチプレクサにより順次選択し、上記Ａ／Ｄ変換器を介してデジタルの測定データとして出力する多チャンネル入力部であるが、入力チャンネルが１つの単チャンネル入力部であってもよい。

制御部４には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）もしくはマイクロコンピュータ等が用いられてよく、制御部４は、入力部２からの測定データを記憶部５に格納し、また、記憶部５から測定データを読み出して表示部６に送る。

この実施形態において、制御部４は、操作部３からの指示に基づいて、測定データを所定に処理して、インピーダンス，電力、実効値等を求める演算機能の他に、測定データの圧縮機能やトリガ機能を備えている。

図示していないが、記憶部５は、制御部４の動作プログラム等が格納される第１記憶部と、測定データ等が格納される第２記憶部とを備えている。図示しないが、第２記憶部には、この波形記憶装置に内蔵されたストレージメモリと、ＨＤＤ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の外部メモリが含まれており、最終的な確定データは外部メモリに保存される。

操作部３は、キーボードもしくはタッチパネル等からなり、制御部４に対して、各種の演算項目の指示やトリガ条件等の設定のほかに、各入力チャンネルごとに、その表示波形の色指定（例えば、ＣＨ１の波形色は「赤」、ＣＨ２の波形色は「青」等）や、類似画像検索を含む所定の指示を与える。

表示部６は、液晶表示パネル等からなるカラー表示画面を備え、上記のように、操作部３により指定された色で、各入力チャンネルの波形をカラー表示する。この実施形態において、表示色は２４色用意されており、その色が重ならないように、操作部３より、各入力チャンネルの波形に所定の色が割り当てられる。

図２に、表示波形の一例として、表示部６の画面Ｄに表示された入力チャンネルＣＨ１の一部分の測定データによる波形画像Ｗ１を示す。この例において、波形画像Ｗ１は正弦波で、その波形色は赤である。波形色は、上記のように、操作部３により任意の色を選択することができる。

制御部４は、操作部３より指定された一定の測定範囲を１波形ファィルとして測定を繰り返して実行し、各波形ファィルの測定波形について、その色情報によりカラーヒストグラム（度数分布図）を作成して記憶部５の好ましくは外部メモリに保存する。

測定範囲は、測定データのサンプリング数や測定時間（時間軸長）等で任意に設定されてよいが、各波形ファィルで同一範囲とする。また、カラーヒストグラムは、測定波形がカラー表示される画面の全画素に対して測定波形画像が占める画素数（ピクセル数）の割合として求められる。

図３に、その一例として、図２の画面Ｄに表示されている測定波形画像Ｗ１（赤色）について作成されたカラーヒストグラムを示す。横軸がカラー色調数、縦軸がピクセル数で、この例において、カラー色調数は６４（６４色カラー）である。

このカラーヒストグラムには、画面Ｄに表示される測定波形画像Ｗ１（赤色）のほかに、タスクバーや時間軸目盛等の固定表示色と、背景色（この場合、背景色は白）とが含まれており、この例において、４３番目が表示波形Ｗ１（赤色）であり、１番目と４９番目は上記固定表示色、６４番目は背景色（白）である。

カラーヒストグラムを作成するうえで、表示部６の画面Ｄ内に表示される測定波形画像を１波形ファイルとすることが好ましい。これは、同じサイズの画面同士を対比して行う後述するカラーヒストグラムによる類似画像検索のためである。

一例として、図４に示すように、表示部６の画面Ｄに、例えば入力チャンネルＨ１の連続する正弦波Ｗのうちの所定の２周期長分の波形画像Ｗ１が表示される場合、制御部４は、この２周期長分の波形画像Ｗ１を第１波形ファィルとして、そのカラーヒストグラムを作成し、そのヒストグラムデータを記憶部５の第２記憶部に保存する。

続いて、制御部４は、次の２周期長分の波形画像Ｗ２を第２波形ファィルとして、その２周期長分の波形画像Ｗ２についてカラーヒストグラムを作成し、そのヒストグラムデータを記憶部５の第２記憶部に保存する。以後同様に、第３，第４波形ファィルについてカラーヒストグラムをそれぞれ作成し、そのヒストグラムデータを記憶部５の第２記憶部に保存する。

上記の例では、測定波形の２周期長分を１波形ファイルとしているが、１波形ファイルは、測定波形の１周期長、３周期長等のように必ずしも整数倍周期である必要はなく、表示部６の画面Ｄの全時間幅（時間軸長）分の測定波形を１波形ファィルとする態様も本発明に含まれる。

また、別の例として、上記操作部３により設定された所定のトリガ条件に合致して、表示部６の画面Ｄに表示されるトリガ波形画像を１波形ファィルとして、カラーヒストグラムを作成するようにしてもよい。

さらには、被測定信号が例えばサンプリング速度１００ｍｍｓｅｃ，記録時間１秒で測定される場合や、サンプリング速度１ｓｅｃ，記録時間１時間で測定される場合等、サンプリング速度や記録時間長が異なる波形画像であっても、表示部６の画面Ｄに表示される波形画像を１波形ファイルとして、そのカラーヒストグラムが作成される。

図５を参照して、制御部４は、上記のようにして作成した各波形ファイルのカラーヒストグラムと、波形ファィル名を記載したヘッダ部および測定値とを記憶部５の第２記憶部（好ましくは、上記外部メモリ）に保存する。

類似画像検索（類似波形検索）時において、操作部３より、その検索基準になる元波形のファイル（元波形ファイル）および検索範囲（個別範囲もしくは全範囲等）が指定されると、制御部４は、検索基準として指定された元波形のカラーヒストグラムと、他の波形（「被検索波形」ということがある。）のカラーヒストグラムとを読み出し、次式（１）により類似度を算出する。

この実施形態では、ヒストグラム交差法が適用され、上記式（１）中、Ｈ_１は元波形のカラーヒストグラム値，Ｈ_２は対比される被検索波形のカラーヒストグラム値，ｉはカラー色調の変数で、この例においてｉ＝０〜６３である。ｍｉｎ（Ｈ_１，Ｈ_２）は論理積演算を意味している。なお、カラーヒストグラムを正規化すれば、ヒストグラム交差法をファジィ集合演算に置き換えることができる。

ヒストグラム交差法については、例えば、「Ｍ．Ｊ． Ｓｗａｉｎ ａｎｄ Ｄ．Ｈ． Ｂａｌｌａｒｄ ： Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｄｅｘｉｎｇ， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ． ｖｏｌ． ７． ｎｏ． １． ｐｐ．１１−３２． １９９１．」，「岡本一志らの共著に係る（ｔ−ｎｏｒｍに基づいたヒストグラム交差法の提案と画像検索への応用）：日本感性工学会論文誌，Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．１ ｐｐ． １１−２１（２０１０）」等を参照。

図６に、上記式（１）のヒストグラム交差法による類似画像検索結果の一例（類似度上位９画面）を示す。図６（ａ）が波形色が赤の元波形で、類似度（近似値）が高い順に、図６（ｂ）〜（ｊ）の順になっている。元波形色が赤であるから、図６（ｂ）〜（ｊ）のいずれも波形表示色は赤である。

目視的には、類似度は（ｂ）→（ｃ）→（ｆ）→（ｈ）→（ｇ）→（ｅ）→以下例えば（ｉ）→（ｊ）→（ｄ）の順になると思われるが、これは、人間が認識している画像領域と、コンピュータが認識している画像領域のずれによるものである。

この実施形態において、これらの類似画像画面（図６（ｂ）〜（ｊ））は、操作部３の図示しない例えばリターンキーを押すごとに表示部６の画面Ｄに順次表示されるが、画面Ｄを所定に分割、例えば２分割して２画面ごとに表示することもできる。

また、検索する類似画像の画面数（抽出画面数）については、操作部３により、例えば類似度上位ｎ画面もしくは類似度下位ｎ画面（ｎは２以上の整数）のように任意に指定することができる。

このように、波形色のみで波形画像の類似度を求めているため、カラーヒストグラムを作成する波形画像は同じサイズ（同じ画面サイズ）とするが、同じサイズであることを条件として、カラーヒストグラムを作成する波形画像は圧縮画像（減色画像）であってもよいし、測定した波形の一部の画像（例えば、トリガ付近の画像）であってもよい。

なお、カラーヒストグラムがあれば、元の波形画像は特に保存する必要はないが、カラーヒストグラムとは別に波形画像を記憶部５に保存してもよい。

本発明によれば、カラーヒストグラムの類似度（近似値）に基づいて、類似画像（類似波形）を検索するようにしているため、例えば保存ファィル数が数百もしくは数千と膨大である場合にも、画面配色の近い（もしくは遠い）ファイルを素早く見つけることができる。

その一例として、記憶部５に１００ファイル（波形色はすべて同一色）が保存されており、その中に、図７（ａ）の正弦波形と、図７（ｂ）の直流一定波形（例えば定電圧波形）の２種類が含まれていて、図７（ａ）の正弦波形が５ファィルのみであり、他の９５ファィルは図７（ｂ）の直流一定波形であるとする。

このような場合、正弦波形のファイルの１つを元波形ファイルとして選んで、高類似度順で画像検索すれば、１００ファイルの中から、図７（ａ）の正弦波形に類似するファイルのすべて（５ファイル）を表示部６に表示することができる。

別の例として、同じ被測定対象物から得られる波形のうち、図７（ａ）の正弦波形が正常波形で、図７（ｂ）の直流一定波形が時々発生する異常波形であるとする。この場合には、１００ファィルのうち、図７（ａ）の正弦波形がほとんどで、図７（ｂ）の直流一定波形（異常波形）は数ファィルでしかない。

このような場合、正常である正弦波形のファイルの１つを元波形ファイルとして選び、低類似度順（類似度が遠い順）として画像検索すれば、図７（ｂ）の異常波形をすぐに見つけることができる。

なお、上記実施形態では、類似度をｍｉｎ（Ｈ_１，Ｈ_２）による論理積演算により求めているが、次式（２）のｍａｘ（Ｈ_１，Ｈ_２）による論理和演算が採用されてもよい。

また、類似度を算出する別の手法として、ファジィ演算の一種であるＡＮＤ演算やＯＲ演算を代数計算のように求める代数和、代数積の手法を採用することもできる。

１ 波形記録装置
２ 入力部
３ 操作部
４ 制御部
５ 記憶部
６ 表示部

Claims (7)

1. 被測定対象物から測定されたアナログの被測定信号をＡ／Ｄ変換してデジタルの測定データとして取り込む入力部と、上記測定データを記憶する記憶部と、上記測定データによる測定波形を所定色で画面上にカラー表示する表示部と、上記測定データを所定に処理するとともに、上記記憶部に対する上記測定データの書き込み、読み出しを制御する制御部と、上記制御部に対して上記測定波形の色指定および類似画像検索指示を含む所定の指示を与える操作部とを備えている波形記録装置において、
   上記制御部は、上記操作部より指定された所定の測定範囲を１波形ファィルとして測定を繰り返して実行し、上記各波形ファィルの測定波形について、その色情報によりカラーヒストグラムを作成して上記記憶部に保存し、
   上記類似画像検索時に、上記操作部より基準となる元波形の波形ファイルが選択されると、上記元波形のカラーヒストグラムと、他の波形ファイルのカラーヒストグラムとを対比して類似度を求め、上記類似度に基づいて、上記元波形に類似する波形を上記表示部の画面に表示することを特徴とする波形記録装置。
2. 上記１波形ファイルは、測定データのサンプリング数もしくは測定時間によって規定されることを特徴とする請求項１に記載の波形記録装置。
3. 上記１波形ファイルは、上記表示部の画面の全時間幅によって規定されることを特徴とする請求項１に記載の波形記録装置。
4. 上記制御部は、上記類似度が高い順もしくは低い順に上記元波形に類似する波形を上記表示部の画面に表示することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波形記録装置。
5. 上記制御部は、上記測定データを上記カラーヒストグラムのデータとともに上記記憶部に保存することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の波形記録装置。
6. 上記制御部は、上記操作部より指示された特定の測定波形について、上記カラーヒストグラムを作成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の波形記録装置。
7. 上記類似度は、ヒストグラム交差法に基づき、Ｈ_１を元波形のカラーヒストグラム値，Ｈ_２を他の波形のカラーヒストグラム値，ｉをカラー色調の変数として、次式（１）により求められることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の波形記録装置。