JP2023173912A - 振動計測装置、振動計測方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮センシングと画像解析を用いた振動計測装置、振動計測方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】振動計測装置１は、受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を露光毎に取得する受光部１０と、露光毎に、露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ発光する光源２０と、制御装置４０と、を含み、制御装置４０は、光学的な物理量に基づいて、対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理部４０２と、発光のタイミングと、対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理部４０３と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は振動計測装置、振動計測方法及びプログラムに関し、特に圧縮センシングと画像解析を用いた振動計測手法に関する。

構造物の振動挙動は、その構造物の状態や特性を調べる上で重要な情報である。そのため、構造物の設計開発から維持管理等に至るまで幅広い分野や状況で計測が行われている。

振動挙動の計測には、構造物表面に直接貼り付ける加速度センサが一般に用いられてきた。しかしながら、加速度センサは貼り付け箇所に制約があり、かつ貼り付けた箇所の局所的な情報しか得ることができないため、構造物全体の挙動を把握することが難しいという問題がある。また、複数のセンサを貼り付ける場合には、センサおよびロガー等のコストがかさむことや電源管理の困難性等の価格上および運用上の課題がある。また、計測対象の構造物が軽量な場合には、センサを貼り付けることで構造物の振動挙動が変わってしまうという課題もある。

一方で、近年はカメラで撮影した画像を解析することによって構造物の変形を計測する技術が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。画像による変形計測は、画像中の幅広い領域を面的に分析することができることから、直感的な理解や力学的解釈が容易である。また、非接触であることから構造物自体の振動に影響を与えることなく計測することができる。さらに、振動の空間情報（モード）を捉えることができるため、モードの変化に基づいて構造物の異常状態を検知することができる。

特開２０２０－２０１１４６号公報 「アンサンブルカルマンフィルタによる弾塑性有限要素解析のデータ同化」，中ノ智史 他２名，第３１回計算力学講演会（ＣＭＤ２０１８）講演論文集，Ｎｏ．１８－８，一般社団法人日本機械学会，２０１８年１１月２３日 三村和史、「圧縮センシング－疎情報の再構成とそのアルゴリズム－」、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１２年７月、［２０２１年９月１日検索］、インターネット（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｕｒｉｍｓ．ｋｙｏｔｏ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／～ｋｙｏｄｏ／ｋｏｋｙｕｒｏｋｕ／ｃｏｎｔｅｎｔｓ／ｐｄｆ／１８０３－０３．ｐｄｆ） 「Ｃｏｄｅｄ Ｓｔｒｏｂｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ： Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｖｉｄｅｏｓ．」、Ｖｅｅｒａｒａｇｈａｖａｎ外、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、２０１０年４月８日、Ｖｏｌｕｍｅ ３３、Ｉｓｓｕｅ ４、第６７１－６８６頁

ところで、振動を計測するためには、振動数の２倍の周波数（ナイキスト周波数）でサンプリングしなければならないとされている（サンプリング定理）。そのため、従来の画像による変形計測技術を高速な振動挙動の計測に適用しようとすると、高速度カメラが必要となる。しかし、高速度カメラの採用は、コストが非常に高く、かつ膨大な画像データの分析を行うための長い計算時間と膨大な記録ストレージを必要とするという点で問題がある。また、高速度カメラは、解像度が低く抑えられていることが少なくなく、狭い範囲しか計測できなかったり、小さい振動を捉えられなかったりすることがある。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、圧縮センシングと画像解析を用いた振動計測装置、振動計測方法及びプログラムを提供することを目的とする。

一実施の形態によれば、振動計測装置は、受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を前記露光毎に取得する受光部と、前記露光毎に、前記露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ発光する光源と、制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理部と、前記発光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理部と、を含む。
一実施の形態によれば、振動計測装置は、所定時間内にランダムなタイミングで一度のみ受光素子を露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を取得する工程を複数回繰り返す受光部と、制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理部と、前記露光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理部と、を含む。
一実施の形態によれば、振動計測方法は、受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を前記露光毎に取得する受光ステップと、前記露光毎に、前記露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ光源を発光させる発光ステップと、前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、前記発光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を含む。
一実施の形態によれば、振動計測方法は、複数回にわたり光源を発光させる発光ステップと、前記発光毎に、前記発光時間内のランダムなタイミングで一度のみ受光素子を露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を取得する受光ステップと、前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、前記露光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を含む。
一実施の形態によれば、プログラムは、コンピュータに、受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を前記露光毎に取得するための第１の制御信号を生成するステップと、前記露光毎に、前記露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ光源を発光させるための第二の制御信号を生成するステップと、前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、前記発光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を実行させる。
一実施の形態によれば、プログラムは、コンピュータに、複数回にわたり光源を発光させるための第一の制御信号を生成するステップと、前記発光毎に、前記発光時間内のランダムなタイミングで一度のみ受光素子を露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を取得するための第二の制御信号を生成するステップと、前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、前記露光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を実行させる。

本発明により、圧縮センシングと画像解析を用いた振動計測装置、振動計測方法及びプログラムを提供することができる。

振動計測装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。 制御装置４０の機能構成を示すブロック図である。 圧縮センシングを振動計測に適用するための方法を説明した図である。 圧縮センシングを振動計測に適用するための方法を説明した図である。 振動計測装置１を利用した構造物の振動計測方法を示すフローチャートである。 圧縮センシングを振動計測に適用するための方法を説明した図である。 実証実験の内容及び結果を示す図である。

＜概要＞
はじめに、本発明が採用する圧縮センシングと呼ばれるデータサイエンス技術の特徴について簡潔に説明する。圧縮センシング（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｅｎｓｉｎｇ， ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）は、対象となる高次元の信号を、少ない観測から復元する枠組みである（非特許文献２参照）。本発明では、医療機器であるＭＲＩの高速化や天文学で多く活用されている圧縮センシングに着目し、これを画像解析による振動計測へ適用することで上述の課題を解決した。

圧縮センシングによれば、非常に少ない量の観測データから広範囲かつ詳細な情報を推定（再構成）できる。圧縮センシングは、理論的には空間及び時間方向の両方向について適用することが可能であるが、空間的な情報を復元することを目的とした応用例が多い。これは、時間方向について高い性能を発揮するためには、上述のように高速度カメラなど高価な機材が必要だったことが理由のひとつと考えられる。

これは、圧縮センシングの適用にランダムサンプリングと呼ばれる計測手法が必要であることに起因する。ランダムサンプリングとは、文字通り不規則に計測することを意味し、時間方向の再構成を行う場合には不規則なタイミングで計測することが必要となる。このとき、圧縮センシングで再構成可能な情報の細かさ（再構成できる振動周波数の高さ）は、この時間間隔の調整時間の短さ（時間分解能）で決定され、この時間分解能より短い時間の振動は再構成することができない。一般的なカメラや計測器において設定できる計測間隔（撮影速度）の上限は、圧縮センシングを用いて高速な現象を再構成するためには力不足であり、高速度カメラのような非常に高価な機材が必要不可欠と考えられていた。

本発明の一実施の形態では、発光時間の短いストロボ光源、その発光タイミングを制御する信号発生装置および制御プログラムを組み合わせることで、カメラの撮影速度に対して数百倍程度の非常に高速な振動現象であっても非常に安価な機材を用いて再構成可能にした。

さらに、本発明の一実施の形態では、時間方向について再構成された情報を利用して、空間方向にも圧縮センシングを適用することで、非常に少ない計測点から空間的な振動挙動（振動モード）を再構成することを可能にした。

出願人らが実施した検証実験では、１０コマ／秒という一般的な撮影速度のカメラを用いて、３２１０回／秒で振動する現象の周波数（ある計測点における振動の態様）と、空間的な振動形状（構造物の形状の変動の態様）とを再構成することに成功した。また、単一の周波数だけでなく、９０～１６０回／秒の１０種類の振幅が異なる振動を合成した波形が構造物に入力された場合においても、全ての周波数と空間的な振動形状とを個別に分解して再構成することに成功した。

本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１にかかる振動計測装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。振動計測装置１は、受光部１０、光源２０、信号生成装置３０、制御装置４０を含む。

受光部１０は、典型的には対象物から発せられる可視光を捉えて可視画像を形成するカメラである。又は、非可視光線に感度を持つ赤外線カメラや紫外線カメラ、対象物の形状や変位を計測するレーザ変位計等であっても良い。すなわち、受光部１０は、光学的な手段（受光素子）により対象物に関する光学的な物理量を計測可能な装置である。以下、説明の簡略化のため、受光部１０による物理量の計測処理を「撮影」、計測されたデータを「画像」と称する。

受光部１０は外部から制御信号が入力されたタイミングで撮影を行う。すなわち、制御信号の入力タイミングで露光を開始し、所定の露光時間が経過したなら露光を終了し、撮影データの転送及び保存等の処理を行う。又は、受光部１０は外部から制御信号が入力されたタイミングで撮影を開始し、予め定められたインターバルで繰り返し撮影を行う。すなわち、制御信号の入力タイミングで露光を開始し、所定の露光時間が経過したなら露光を終了し、撮影データの転送及び保存等の処理を行う。そして、前回の露光から所定の時間が経過したなら再び露光、撮影データの転送及び保存等の一連の処理を行う。制御信号は、例えばレリーズ等のコントローラーが出力するものでも良く、信号生成装置３０が出力するパルス波列などの電気信号であっても良い。このとき制御信号の出力側で信号出力時刻を記録しておくことにより、画像の撮影時刻を特定できる。

光源２０は、典型的にはストロボである。又は、レーザ発振器等であっても良い。すなわち、光源２０は、受光部１０が撮影を行うために必要な光を発生する装置である。

光源２０は外部から入力される制御信号に応じて指定のタイミングで発光する。すなわち、制御信号の入力タイミングで発光を開始し、所定の発光時間が経過したなら発光を終了する。制御信号は、例えば信号生成装置３０が出力するパルス波列などの電気信号である。このとき制御信号の出力側で信号出力時刻を記録しておくことにより、光源２０の発光時刻を特定できる。なお実施の形態１においては、光源２０は、発光時間が短く、発光間隔（発光から次の発光までに必要な準備時間）が短く、光量が大きいほど望ましい。光源２０の発光時間及び発光間隔が短いほど、振動計測装置１は高い振動周波数の現象を再構成できる。

信号生成装置３０は、受光部１０の撮影タイミングおよび光源２０の発光タイミングを制御するために、予め設定されたタイミングで電気的な制御信号を生成及び出力する装置である。この処理の時間分解能が高いほど、すなわち制御信号の出力タイミングを細かく調整可能であるほど、振動計測装置１は高い振動周波数の現象を再構成できる。時間分解能は、信号生成装置３０の内部クロック等に依存して決定される。信号生成装置３０は、例えばファンクションジェネレーター等の専用装置、又はマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の汎用装置を利用して構成することができる。信号生成装置３０が出力する信号波形は受光部１０や光源２０の仕様に合わせて変更されうるが、一般にはパルス列を用いる。

制御装置４０は、典型的にはパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータであり、プロセッサがメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより所定の機能的要素すなわち処理部を実現する。図２は、制御装置４０の機能構成を示すブロック図である。制御装置４０は、信号生成処理部４０１、解析処理部４０２、圧縮センシング処理部４０３を含む。

信号生成処理部４０１は、信号生成装置３０に対し、制御信号の出力タイミングを設定する処理を行う。制御信号の出力タイミングは、受光部１０の露光時間（シャッタースピード）や撮影速度（単位時間あたりの撮影可能枚数であって、露光時間＋データ転送時間等により決まる）、光源２０の最小発光間隔や発光時間等に応じて計算される。受光部１０の露光時間は、例えば設定可能な範囲内でできるだけ長く設定しておくことができる。受光部１０の撮影タイミングは、一定間隔でも不規則でも構わない。本実施の形態では、光源２０の発光タイミングは、受光部１０の各露光時間内に一度とする。また、発光タイミングは、信号発生装置３０の時間分解能に応じ、一様乱数または正規分布乱数などの任意の確率分布に従って決定される。すなわち、光源２０は、受光部１０の各露光中にランダムなタイミングで一度だけ発光し、露光後のデータ転送時間等には発光を行わないよう設定される。信号生成処理部４０１は、ここで計算された制御信号の出力タイミングの設定値を、図示しない記憶領域に保存することができる。制御信号の出力タイミングの設定値は何度も繰り返し使用することができ、同一の受光部１０および光源２０と撮影条件のもとであれば計測ごとに再計算する必要はない。ここで計算された制御信号の出力タイミングの設定値は、後述の圧縮センシング処理部４０３でも利用される。

解析処理部４０２は、ランダムサンプリングされた画像データ、すなわち振動計測装置１の制御下で受光部１０が撮影した一連の画像データを取得する。そして、取得した各画像から、変位やひずみをはじめとする、対象物の振動に関わる局所的な物理量を算出する。この解析にはデジタル画像相関法（ＤＩＣ）やサンプリングモアレ法の公知技術を用いることができる。

圧縮センシング処理部４０３は、解析処理部４０２が計算した物理量の時系列データ、および信号生成処理部４０１が作成した制御信号の出力タイミングの設定値を用いて、圧縮センシングを実行する。

図３は、圧縮センシングを振動計測に適用するための具体的な方法を説明した図である。

圧縮センシングとは、未知ベクトルｘを、線形観測に基づいて推定する手法である。信号ｘを直接観測することはできなくても、信号ｘに観測行列Ａを乗算したものが観測可能であれば（線形観測）、その観測結果ｙと観測行列Ａとを用いて、ｘを推定することが可能である（再構成）。なお再構成の具体的な手順については、本稿では詳細な説明を省略する（非特許文献２参照）。

本実施の形態においては、未知ベクトルｘは、対象物の振動（変位やひずみをはじめとする物理量の時間経過に伴う変化）を表す波形である。

観測行列Ａとしては、観測のタイミングすなわち対象物を撮影したタイミングを表す行列を用いることができる。例えば、露光時間を時間分解能で分割した時間スロットを想定し、光源２０が発光した時間スロットには１を、無発光の時間スロットには０を立てたビット列を生成し、これを行列の要素とすることができる。具体的な例を挙げるならば、露光時間が０．６秒、時間分解能が０．１秒（０．１秒間隔で光源２０の発光タイミングを制御できる）、発光タイミングが露光開始から０．４秒後であった場合、ビット列は００００１０となる。撮影をＭ回行った場合、Ｍ個のビット列を生成できる。これらＭ個のビット列を、図３に示すようにＭ行にわたって配置することにより観測行列Ａを作成できる。

観測結果ｙとしては、撮影画像に基づいて解析処理部４０２が算出する、変位やひずみをはじめとする局所的な物理量を用いることができる。撮影をＭ回行った場合、Ｍ個の物理量を、図３に示すようにＭ行にわたって配置することにより観測結果ｙを作成できる。

なお、図４に示すように、圧縮センシングを適用して再構成を行う際には、基底、すなわち振動を構成する基準要素を設定する必要がある（非特許文献２参照）。基底には、例えば離散フーリエ基底、連続ウェーブレット基底、離散ウェーブレット基底などの信号の分解において一般的に用いられる基底を使用することができる。

つぎに、図５のフローチャートを用いて、振動計測装置１を利用した構造物の振動計測方法について説明する。

Ｓ１０１：
計測対象物の表面に画像解析用のパターンを設置する。例えば、対象物の表面にパターンを塗布またはシール等を貼り付ける。パターンの形状は任意であるが、例えば丸形状、ＡＲマーカーなどの幾何学的な模様、ランダムパターン、規則的または不規則な格子パターンなどを使用することができる。対象物表面に形成されている自然な模様や汚れなどをパターンとして利用しても良い。

なお、再帰性反射材を用いたパターンを利用すると、環境光（例えば照明灯など）の影響を抑え、安定した計測が可能になる。再帰性反射材とは、光源からの光をほぼ入射光と同じ光路で反射する素材である。光源２０を受光部１０の近傍に設置することで、受光部１０による撮影の際に光源２０以外の環境光等の影響が抑制され、安定した計測を行うことが可能となる。

Ｓ１０２：
計測範囲全体が画像中に収まるように受光部１０を設置し、光源２０が発光したタイミングのみ画像解析パターンが写るように光源の位置や光量、レンズの絞りを調整する。

Ｓ１０３：
制御装置４０の信号生成処理部４０１が、制御信号の出力タイミングの設定値を計算し、信号生成装置３０に設定する。すなわち、信号生成装置３０の図示しない記憶領域に設定値を書き込む。

なお、信号生成処理部４０１は、制御信号の出力タイミングの設定値を都度計算しても良いが、過去に同条件で計測を行なった経験などがある場合は、過去に計算されて保存されている設定値を再利用しても良い。

Ｓ１０４：
信号生成装置３０を受光部１０の外部制御端子および光源２０の外部制御端子に接続する。信号生成装置３０は、制御信号の出力タイミングの設定値に従って、受光部１０および光源２０に制御信号を出力する。これにより、受光部１０および光源２０は、対象物が振動する様子を、信号生成処理部４０１が予め計算したタイミングで記録する。

Ｓ１０５：
解析処理部４０２が、受光部１０が取得した画像を解析し、物理量の時系列データ（ランダムサンプリングデータ）を取得する。

Ｓ１０６：
圧縮センシング処理部４０３が、Ｓ１０５で得られた物理量のランダムサンプリングデータと、信号生成処理部４０１が生成した制御信号の出力タイミングの設定値とに従って、受光部１０の撮影間隔より非常に高い周波数の振動の空間モードおよび周波数を分解した再構成結果を得る。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、受光部１０の露光中に、光源２０がランダムなタイミングで一度だけ発光した。一方、実施の形態２では、光源２０の発光中に、受光部１０がランダムなタイミングで一度だけ露光することを特徴とする。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態２にかかる振動計測装置１について説明する。実施の形態１と共通する構成及び動作等については、適宜説明を省略する。

実施の形態２にかかる振動計測装置１のハードウェア構成は、図１に示すとおりである。

なお、実施の形態２においては、受光部１０は、露光時間（シャッタースピード）が短く、撮影速度（単位時間あたりの撮影可能枚数であって、露光時間＋データ転送時間等により決まる）が速く、感度が高いほど望ましい。受光部１０の露光時間が短く、撮影速度が速いほど、振動計測装置１は高い振動周波数の現象を再構成できる。

実施の形態２では、光源２０の発光時間は、例えば設定可能な範囲内でできるだけ長く設定しておくことができる。光源２０の発光タイミングは、一定間隔でも不規則でも構わない。

受光部１０の露光タイミングは、光源の各発光時間内に一度とする。また、露光タイミングは、信号発生装置３０の時間分解能に応じ、一様乱数または正規分布乱数などの任意の確率分布に従って決定される。すなわち、受光部１０は、光源２０の各発光中にランダムなタイミングで一度だけ露光する。

なお、光源２０の各発光間の時間的ギャップは０以上であれば良い。タイムギャップが０を超える場合、光源２０は断続的に発光する。すなわち点滅する。例えば毎回の発光時間が０．６秒、各発光間の時間的ギャップが０．１秒の場合、光源２０は発光（０．６秒）と無発光（０．１秒）とを交互に繰り返して点滅する。一方、タイムギャップが０の場合、光源２０は連続光となり、例えば太陽光を光源２０として用いることも可能である。例えば毎回の発光時間が０．６秒、各発光間の時間的ギャップが０の場合、光源２０は客観的には連続光となるが、振動計測装置１は光源２０が０．６秒間の発光を時間的ギャップ０で繰り返しているものとみなして処理を行う。

図６は、実施の形態２において、圧縮センシングを振動計測に適用するための具体的な方法を説明した図である。
本実施の形態においても、観測行列Ａとして、観測のタイミングすなわち対象物を撮影したタイミングを表す行列を用いることができる。例えば、発光時間を時間分解能で分割した時間スロットを想定し、受光部１０が露光した時間スロットには１を、無露光の時間スロットには０を立てたビット列を生成し、これを行列の要素とすることができる。具体的な例を挙げるならば、発光時間が０．６秒、時間分解能が０．１秒（０．１秒間隔で受光部１０の露光タイミングを制御できる）、露光タイミングが発光開始から０．４秒後であった場合、ビット列は００００１０となる。撮影をＭ回行った場合、Ｍ個のビット列を生成できる。これらＭ個のビット列を、図３に示すようにＭ行にわたって配置することにより観測行列Ａを作成できる。
未知ベクトルｘ、観測結果ｙは実施の形態１と同様に作成できる。

実施の形態２にかかる振動計測装置１を利用した構造物の振動計測方法は、図５に示すとおりである。

＜実証実験＞
出願人は、本発明の実施の形態１の構成を備えた振動計測装置１を用いて、振動計測実験を行なった。その内容及び結果を図７及び以下に示す。

内容：振動台を使用し、アルミ合金製の平板の中央に、１７０Ｈｚと１１３０Ｈｚの合成振動を入力した。この状態の平板を、１０Ｈｚ（１０ｆｐｓすなわち１秒間に１０コマ）の撮影速度を有する受光部１０を使用して撮影した。受光部１０の露光中、光源２０をランダムなタイミングで１回発光させた。

結果：圧縮センシング処理部４０３は、合成振動をモード分解し、１７０Ｈｚ及び１１３０Ｈｚのモードを抽出した。これはナイキスト周波数の２２６倍にあたる。これにより、振動計測装置１はナイキスト周波数以上の波形をモード分解することが可能であることが裏付けられた。また、このとき分解された１７０Ｈｚ及び１１３０Ｈｚのモードの波形は、有限要素法解析（ＦＥＭ）により求められた波形とほぼ同一であった。このことから、振動計測装置１による計測結果の正確性が裏付けられた。

なお、他の実験では、１０Ｈｚのカメラを使用して３２１０Ｈｚ（ナイキスト周波数の６４２倍）のモードを特定し、１０の周波数の分解が可能であった。また、定常、ランダム、減衰の構造振動に対応可能であることを確認した。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

また、本発明の情報処理はハードウェアにより実現されても良く、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより実現されても良い。コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）又は一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によりコンピュータに供給され得る。

１ 振動計測装置
１０ 受光部
２０ 光源
３０ 信号生成装置
４０ 制御装置
４０１ 信号生成処理部
４０２ 解析処理部
４０３ 圧縮センシング処理部

Claims (6)

1. 受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を前記露光毎に取得する受光部と、
   前記露光毎に、前記露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ発光する光源と、
   制御装置と、を含み、
   前記制御装置は、
   前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理部と、
   前記発光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理部と、を含む
   振動計測装置。
2. 所定時間内にランダムなタイミングで一度のみ受光素子を露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を取得する工程を複数回繰り返す受光部と、
   制御装置と、を含み、
   前記制御装置は、
   前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理部と、
   前記露光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理部と、を含む
   振動計測装置。
3. 受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を前記露光毎に取得する受光ステップと、
   前記露光毎に、前記露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ光源を発光させる発光ステップと、
   前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、
   前記発光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を含む
   振動計測方法。
4. 複数回にわたり光源を発光させる発光ステップと、
   前記発光毎に、前記発光時間内のランダムなタイミングで一度のみ受光素子を露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を取得する受光ステップと、
   前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、
   前記露光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を含む
   振動計測方法。
5. コンピュータに、
   受光素子を複数回にわたり露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を前記露光毎に取得するための第１の制御信号を生成するステップと、
   前記露光毎に、前記露光時間内のランダムなタイミングで一度のみ光源を発光させるための第二の制御信号を生成するステップと、
   前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、
   前記発光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を実行させるためのプログラム。
6. コンピュータに、
   複数回にわたり光源を発光させるための第一の制御信号を生成するステップと、
   前記発光毎に、前記発光時間内のランダムなタイミングで一度のみ受光素子を露光させ、振動する対象物に関する光学的な物理量を取得するための第二の制御信号を生成するステップと、
   前記光学的な物理量に基づいて、前記対象物の振動に関わる物理量を算出する解析処理ステップと、
   前記露光のタイミングと、前記対象物の振動に関わる物理量と、に基づいて圧縮センシングを実行することで前記対象物の振動挙動を再構成する圧縮センシング処理ステップと、を実行させるプログラム。
   

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