JP5418963B2 - Waveform analyzer - Google Patents
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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。 The present invention relates to a waveform analysis apparatus, and more particularly to an improvement of a waveform analysis apparatus configured to display an analog signal waveform to be analyzed and an image in association with each other on a common screen.
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。
Conventionally, in the development and maintenance of mechanical drive mechanisms and various mechanical tests such as impact, rupture, and drop, the operation status of each part to be analyzed is detected as an electrical signal by an appropriate sensor and the behavior of each part is monitored. A waveform analysis apparatus as shown in
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。 However, in general, the sample rate of analog signals used for impact tests, break tests, drop tests, etc. is faster than the frame rate (fps) of camera images, and images that match the fine changes in waveforms between frames can be obtained. not exist. For this reason, it has been forced to perform re-shooting at a higher frame rate or to estimate the image from the waveform shape of the analog signal.
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。 Conversely, when analyzing video, there are multiple analog signal measurement data per frame of the camera video, making it difficult to handle analog signal waveforms. Especially, the measurement time is long and the ratio between the frame rate and the measurement sample rate is high. In some cases, the analog signal data corresponding to the video is buried in the entire waveform display when it is large.
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。 In other words, video data is sacrificed when performing analog signal waveform analysis, and analog signal waveform data is sacrificed when performing video analysis. The advantage of performing simultaneous analysis by displaying on the screen was not fully demonstrated.
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。 The present invention solves these problems, and its purpose is to correlate an analog signal waveform to be analyzed and a video on a common screen for simultaneous analysis, and to analyze the waveform sample rate and An object of the present invention is to realize a waveform analysis apparatus capable of performing detailed analysis on each of an analog signal waveform to be analyzed and a video even when the video frame rate is different.
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。
In order to achieve such a problem, the invention according to
In the waveform analyzer configured to perform simultaneous analysis by associating the analog signal waveform to be analyzed with the video and displaying them on a common screen,
Based on the video data, a ratio between a sample rate for quantizing the analog signal waveform and a frame rate of the video data, means for generating frame interpolated video data for interpolating between frames,
The frame interpolation video corresponding to the sample points of the analog signal waveform is displayed on the screen.
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。
The invention according to
On the screen,
A waveform display area for displaying the analog signal waveform to be analyzed;
A waveform enlargement display area for selectively enlarging and displaying a part of the waveform display area;
A video display area for displaying the video to be analyzed;
Video operation panel area for controlling and operating the video display operation in this video display area,
Is provided.
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。
The invention according to claim 3 is the waveform analysis apparatus according to
In the waveform enlarged display area, the analog signal waveform to be analyzed displayed in the waveform display area is enlarged and displayed in frame units of the video to be analyzed,
The video to be analyzed or the frame-interpolated video corresponding to the sample points of the enlarged waveform displayed in the waveform display area is displayed in the video display area.
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。
The invention according to claim 4 is the waveform analysis apparatus according to
In the frame interpolation of the analysis target video, the means for generating the frame interpolation video data selects an optimal algorithm from a plurality of frame interpolation algorithms according to the analysis application.
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。 According to the present invention, in performing simultaneous analysis by associating an analog signal waveform to be analyzed and an image and displaying them on a common screen, even if the sample rate of the waveform and the frame rate of the image are different, Detailed analysis can be performed for each target analog signal waveform and video.
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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
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。
An analog signal to be analyzed such as voltage and distortion is quantized and stored in the
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。
The waveform
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。
The
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。
The drawing
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。
The
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
The drawing
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。 The waveform data operation unit 111 adjusts the cursor, zoom position, and the like on the analog waveform.
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。
The video
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。
In such a
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。
FIG. 2 is an example of the display screen of FIG. The
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。
In the
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。
In the
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。
The video
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。 The operation of FIG. 1 will be described for “waveform analysis” and “video analysis”, respectively. Here, “analysis of waveform” means to analyze the waveform by manipulating the waveform and confirm the image at that time, and “analysis of image” means to analyze the image by manipulating the image and to analyze the waveform at that time It means to confirm.
「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。
The “waveform analysis” will be described with reference to the flowchart of FIG.
(A) The waveform
(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。
(B) The video
(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。
(C) When, for example, 450 frames of video data are read out as shown in FIG. 2, the drawing
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。
An image of 450 frames is read into the drawing
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。
The
(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。
(D) The
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。
By moving the
(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。
(E) First, when the
(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。
(F, G) Since the designated sample point corresponds to data between frames (white point), 20-division frame interpolation is executed from the images of 449 frames and 450 frames to generate an interpolated image A before 3 measurement samples. . Frame interpolation is not performed when the position of the
(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。
(H) The drawing
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。
As described above, while viewing the waveform, the
「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。
The “video analysis” will be described with reference to the flowchart of FIG.
(A to C) Similar to FIG. 8, the waveform
(D)映像操作パネル204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。
(D) By operating playback, reverse playback, frame number, etc. from the
(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。
(E) The video
(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。
(F) The video data of frame “600” is sent to the
(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。
(G) The drawing
(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。
(H) The waveform data extracted and generated by the drawing
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。 With this configuration, when the analog signal sample rate is higher than the frame rate of the camera video, the inter-frame video is interpolated from the previous and next frame images, so at the sample point of the analog signal waveform without video You can also get an overview of the video.
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。 When manipulating a frame image while viewing the image, specify the image to be analyzed, highlight the position corresponding to the frame in the entire waveform and the number of waveforms included in that frame, or zoom the waveform Since it is possible to superimpose images with images, waveform data is not buried in the display, and detailed analysis is possible.
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。 Furthermore, the relationship between the waveform and the video can be analyzed more deeply while easily going back and forth depending on the application and the measurement object by the operation from the waveform side or the video side.
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。 In addition, although the example of the independent waveform analysis apparatus was demonstrated in the said Example, it is applicable also to the waveform analysis application implement | achieved by the measurement system comprised by a personal computer and a measurement unit, and the software on a personal computer.
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。 In the above embodiment, the example in which the waveform data and the video data are read from the file has been described. However, the waveform data and the video data stored in the memory provided in the waveform analyzer may be accessed.
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。 Furthermore, in video frame interpolation, an optimum algorithm may be selected from a plurality of frame interpolation algorithms according to the analysis application.
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。 As described above, according to the present invention, in performing simultaneous analysis by associating an analog signal waveform to be analyzed with an image and displaying them on a common screen, the sample rate of the waveform and the frame rate of the image Even if they are different, it is possible to realize a waveform analysis apparatus that can perform detailed analysis on each of the analog signal waveform and the video.
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
B フレーム補間映像マーク
DESCRIPTION OF
B frame interpolation video mark
Claims (4)
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。 In the waveform analyzer configured to perform simultaneous analysis by associating the analog signal waveform to be analyzed with the video and displaying them on a common screen,
Based on the video data, a ratio between a sample rate for quantizing the analog signal waveform and a frame rate of the video data, means for generating frame interpolated video data for interpolating between frames,
The waveform analysis apparatus, wherein the frame interpolated video corresponding to the sample point of the analog signal waveform is displayed on the screen.
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。 On the screen,
A waveform display area for displaying the analog signal waveform to be analyzed;
A waveform enlargement display area for selectively enlarging and displaying a part of the waveform display area;
A video display area for displaying the video to be analyzed;
Video operation panel area for controlling and operating the video display operation in this video display area,
The waveform analyzing apparatus according to claim 1, wherein the waveform analyzing apparatus is provided.
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。 In the waveform enlarged display area, the analog signal waveform to be analyzed displayed in the waveform display area is enlarged and displayed in frame units of the video to be analyzed,
The waveform analysis apparatus according to claim 2, wherein the video to be analyzed or the frame-interpolated video corresponding to the sample point of the enlarged waveform displayed in the waveform display area is displayed in the video display area.
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