JP7208810B2 - 計測システム - Google Patents

Description

本発明は、複数のセンサを用いて計測を行う技術に関するものである。

複数のセンサを用いて計測を行う技術としては、マルチチャンネルの計測装置の各チャンネルに接続した複数のセンサを異なる位置に配置し、各センサで測定した各位置の測定値から、測定量の空間的な分布を計測する技術が知られている（たとえば、特許文献１、２）。

特開２０１２-１３００２８号公報 特開１９９８-１７０３３３号公報

複数のセンサを用いて測定量の空間的な分布を計測する場合、当該分布の算出には、各センサの測定値がどの位置の測定値であるかを計測装置に識別させるために、測定者自身が、各センサの位置と当該センサを接続した計測装置のチャンネルとの対応を管理し、計測装置に設定する必要がある。

そして、このことが多数のセンサを用いた計測を行う場合などに、測定者の過大な負担やミスを招く要因となり、また多くの作業時間を要していた。
そこで、本発明は、マルチチャンネルの計測装置の各チャンネルに接続した複数のセンサを異なる位置に配置して行う計測における、各センサの位置と当該センサを接続した計測装置のチャンネルとの対応の管理を容易化することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、複数のチャンネルを備えた計測装置の各チャンネルにそれぞれ接続した複数のセンサを用いて計測を行う計測システムに、カメラを備えると共に、前記センサに、発光する発光部を設け、前記計測装置に、順次、前記各チャンネルについて、当該チャンネルに接続したセンサの発光部を所定の点灯パターンで点灯し、前記カメラで撮影した画像中に現れる前記点灯パターンを認識し、当該点灯パターンを認識した前記画像中の位置を、当該チャンネルに接続されたセンサに対応する前記画像中の位置として算定するセンサ位置算定手段を設けたものである。

ここで、この計測システムは、前記センサ位置算定手段において、前記各チャンネルについて、順次、当該チャンネルに接続したセンサの発光部を当該チャンネルの識別を表す点灯パターンで点灯するように構成してもよい。

また、前記課題達成のために、本発明は、複数のチャンネルを備えた計測装置の各チャンネルにそれぞれ接続した複数のセンサを用いて計測を行う計測システムに、カメラを備えると共に、前記センサに、発光する発光部を設け、前記計測装置に、前記各チャンネルに接続したセンサの発光部を、当該チャンネルの識別を表す前記チャンネル毎に異なる点灯パターンで点灯し、前記カメラで撮影した画像中に現れる前記各点灯パターンを認識し、点灯パターンを認識した前記画像中の位置を、当該点灯パターンが識別を表すチャンネルに接続されたセンサに対応する前記画像中の位置として算定するセンサ位置算定手段を設けたものである。

ここで、この計測システムは、前記センサ位置算定手段において、２以上の前記チャンネルに接続した２以上のセンサの発光部を、同時に、当該チャンネルの識別を表す前記チャンネル毎に異なる点灯パターンで点灯し、前記カメラで撮影した画像中に現れる前記各点灯パターンを認識し、点灯パターンを認識した前記画像中の位置を、当該点灯パターンが識別を表すチャンネルに接続されたセンサに対応する前記画像中の位置として算定するように構成してもよい。

以上のような計測システムによれば、計測装置が、各チャンネルに接続したセンサの位置を、カメラで撮影した画像から自動的に識別するので、試験者の各センサの位置と当該センサを接続した計測装置のチャンネルとの対応の管理が容易化される。

また、このような計測システムは、前記計測装置に、各チャンネルに前記センサから入力した測定値を、当該チャンネルに接続した前記センサの位置として前記センサ位置算定手段が算定した前記画像中の位置に対応する測定値として用いて、各センサで測定した所定の測定値の分布を算出する分布算出手段を設けてもよい。

また、このような計測システムは、前記計測装置に、各チャンネルに前記センサから入力した測定値を、当該チャンネルに接続した前記センサの位置として前記センサ位置算定手段が算定した前記画像中の位置の測定値として用いて、各センサで測定した所定の測定値の前記画像上の分布を算出し、前記画像上で当該分布を表す分布図を作成する分布図作成手段を設けてもよい。

また、前記センサを、異なる方向を向いた複数の面を備えた外形を有するものとして、前記発光部を、前記複数の面のうち、２以上の面の少なくとも一部が発光するように設けてもよい。

このようにすることにより、センサの向きによらずに、前記発光部の発光を前記カメラで捉えることができる。

以上のように、本発明によれば、マルチチャンネルの計測装置の各チャンネルに接続した複数のセンサを異なる位置に配置して行う計測における、各センサの位置と当該センサを接続した計測装置のチャンネルとの対応の管理を容易化することができる。

本発明の実施形態に係る計測システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るセンサを示す図である。 本発明の実施形態に係るセンサと電源ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るセンサとカメラの配置例を示す図である。 本発明の実施形態に係るセンサ配置同定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る点灯パターンを示す図である。 本発明の実施形態に係る解析装置の表示例を示す図である。 本発明の実施形態に係るセンサの他の例を示す図である。

本発明に係る計測システムの実施形態について、センサとしてマイクロホンを用いる場合を例に説明する。
図１に、本実施形態に係る計測システムの構成を示す。
図示するように、計測システムは、マイクロホンである複数のセンサ１、各センサ１に対応して設けられた定電圧電源をセンサ１に供給する電源ユニット２、カメラ３、入力ユニット４、解析装置５を備えている。

入力ユニット４は、Ｃｈ１からＣｈｎまでのｎ個のチャンネルを備えており、各チャンネルには電源ユニット２を介してセンサ１を接続することができる。
そして、入力ユニット４は、各チャンネルにおいてセンサ１から電源ユニット２を介して入力する音信号を取得し、解析装置５に出力する。
また、入力ユニット４は、各チャンネルから定電流電源を供給することができ、電源ユニット２は入力ユニット４から供給される定電流電源を定電圧電源に変換してセンサ１に供給するユニットである。

解析装置５は、たとえば、コンピュータであり、音の分布を表す音マップの作成を含む、入力ユニット４から入力する各チャンネルの音信号の各種解析を行う。
図２に、本実施形態に係るセンサ１の外観を示す。
ここで、図２ａはセンサ１の前面を表し、図２ｂはセンサ１の上面を表し、図２ｃはセンサ１の右側面を表し、図２ｄはセンサ１の左側面を表し、図２ｅはセンサ１の下面を表し、図２ｆはセンサ１を斜視図を表す。

図示するように、センサ１は直方体形状を有し、測定値を検出するセンサ素子を収容している。また、センサ１の後部には、センサ１を電源ユニット２に接続するためのケーブル６が連結されている。

センサ１に収容されたセンサ素子は、センサ１の上面の中央部に設けられた収音孔１１から取り込んだ音を電気信号に変換する。
また、センサ１には、センサ１の前面、上面、下面、左側面、右側面の前端部を形成する発光部１２が設けられており、発光部１２はセンサ１に収容したＬＥＤ等の光源からの光を透過することにより、センサ１の前面、上面、下面、左側面、右側面の前端部を発光させる。

図３に、センサ１と電源ユニット２の電気的構成を示す。
図示するように、センサ１は、センサ素子１０１、発光部１２の光源となるＬＥＤ１０２、抵抗１０３を備えている。センサ素子１０１は、電源ラインＶとグランドラインＧと信号ラインＳに接続しており、内蔵したＭＥＭＳトランスデューサ等で音を電気信号に変換した音信号を、電源ラインＶに供給される定電圧電源を用いて増幅して信号ラインＳに出力する。

また、ＬＥＤ１０２のカソードは信号ラインＳに接続され、ＬＥＤ１０２のアノードは抵抗１０３の一端に接続され、抵抗１０３の他端はグランドラインＧに接続されている。
次に、入力ユニット４の各チャンネルは、定電流電源供給と信号受信の用途を兼ねるＩ／Ｓコンタクトと、計測時にグランド電位に設定されるＣコンタクトを備えている。
次に、電源ユニット２は、センサ１のグランドラインＧを入力ユニット４のＣコンタクトに中継するＧ-Ｃラインと、センサ１の信号ラインＳを入力ユニット４のＩ／Ｓコンタクトに中継するＳ-Ｉ／Ｓラインを備えている。

また、電源ユニット２は、抵抗値の大きな抵抗２１を介してＳ-Ｉ／Ｓラインに接続した定電圧変換回路２２を備えており、定電圧変換回路２２は、入力ユニット４のＩ／ＳコンタクトからＳ-Ｉ／Ｓラインに供給される定電流電源を定電圧電源に変換して、センサ１の電源ラインＶに供給する。

さて、入力ユニット４は動作モードとして、計測モードと発光制御モードとを備えている。
計測モードに設定されているとき、入力ユニット４は、Ｃコンタクトをグランド電位に設定し、Ｉ／Ｓコンタクトから定電流電源を供給する。Ｉ／Ｓコンタクトから定電流電源が供給されると、電源ユニット２の定電圧変換回路２２によって定電圧電源がセンサ素子１０１に供給され、センサ素子１０１は、音信号を信号ラインＳに出力する。このとき、信号ラインＳからグランドラインＧに向かう電流はＬＥＤ１０２によって阻止され流れることはない。そして、入力ユニット４は、Ｉ／Ｓコンタクトに定電流電源と重畳した形態で電源ユニット２を介してセンサ１から入力する音信号を受信する。

次に、発光制御モードに設定されているときには、入力ユニット４は、解析装置５からの制御に従って、発光部１２の光源となるＬＥＤ１０２の点灯/消灯を行う。
ＬＥＤ１０２の点灯は、入力ユニット４において、Ｉ／Ｓコンタクトをグランド電位に設定し、Ｃコンタクトから定電流電源を供給することにより行う。Ｉ／Ｓコンタクトがグランド電位に設定されＣコンタクトから定電流電源が供給されると、センサ１のグランドラインＧの電位が信号ラインＳより高くなり、抵抗１０３を介してＬＥＤ１０２に電流が流れ、ＬＥＤ１０２が点灯する。

また、ＬＥＤ１０２の消灯は、入力ユニット４において、Ｃコンタクトをグランド電位に設定し、Ｉ／Ｓコンタクトから定電流電源を供給すること、もしくは、Ｉ／Ｓコンタクトをグランド電位に設定したまま、Ｃコンタクトからの定電流電源の供給を停止することにより行う。

次に、計測時のセンサ１とカメラ３の配置例を図４に示す。
図示した例は、計測対象物４００の発生する騒音の分布を計測する場合であり、この場合、試験者は、計測開始に先立って、複数のセンサ１を、計測対象物４００の表面または表面近くの異なる位置に配置する。また、カメラ３を、計測対象物４００と全てのセンサ１が撮影できる位置と向きに設置する。

試験者は、複数のセンサ１とカメラ３を配置し、各センサ１を入力ユニット４のチャンネルに接続したならば、解析装置５にセンサ配置同定処理を行わせ、各センサ１が接続されている入力ユニット４のチャンネルと各センサ１の位置との対応を識別させる。

図５に、この解析装置５が行うセンサ配置同定処理の手順を示す。ここで、チャンネル番号をｉとする。
図示するように、解析装置５は、センサ配置同定処理において、まず、入力ユニット４を発光制御モードに設定する（ステップ５０２）。
そして、センサ１を接続したチャンネルの数をｎとして、１からｎまでの各ｉについて以下の処理を行う。
まず、カメラ３で撮影した画像中に表れるｉ番目の点灯パターンを認識する処理を開始する（ステップ５０６）。
ここで、ｉ番目の点灯パターンの例を図６に示す。
図中の「ｏｎ」が点灯で「ｏｆｆ」が消灯を表す。
ｉ番目の点灯パターンは、リーダＲと、プリアンブルＰａと、データＤとより構成される。
リーダＲは一定期間の点灯であり、プリアンブルＰａは同期信号であり所定時間t毎の点灯と消灯の所定回数の繰り返しである。また、このリーダＲとプリアンブルＰａは、各点灯パターンについて共通である。

そして、データＤは、固定長(図では３ビット）のバイナリデータの各ビットの値を、点灯を１とし消灯を０として表している。また、各ビットに対応する点灯／消灯のタイミングは、プリアンブルＰａの同期信号に同期したタイミングとなっている。すなわち、プリアンブルＰａの点灯から消灯への最後の変化タイミングから所定時間t毎に、各ビットに対応する点灯期間／消灯期間の中央が現れるようになっている。

そして、ｉ番目の点灯パターンの、データＤのバイナリデータは、チャンネル番号を表しており、ｉ番目の点灯パターンであれば値ｉを表している。図示した例では、データＤは"１０１"であるので、データＤはチャンネル番号５を表している。

ステップ５０６で開始するカメラ３で撮影した画像中に表れるｉ番目の点灯パターンを認識する処理では、画像中の各位置についてリーダＲに対応する点灯の発生を監視し、リーダＲに対応する点灯を検出したならば、リーダＲに対応する点灯を検出した位置でのプリアンブルＰａの点灯／消灯のタイミングを検出して、データＤの各ビットのラッチタイミングを設定し、設定したラッチタイミングで、当該位置での点灯／消灯を３ビット分検出し、検出した３ビットのデータが「ｉ」であれば、ｉ番目の点灯パターンを認識し、認識した点灯パターンが現れた画像中の位置を、ｉ番目の点灯パターンが現れた画像中の位置とする。

ここで、図２に示したように、本実施形態では、センサ１の前面、上面、下面、左側面、右側面の一部が発光するように発光部１２を設けているので、センサ１の取付の向きによらずに、発光部１２の点灯パターンをカメラ３で捉えることができる。

図５に戻り、ｉ番目のチャンネルに接続されているセンサ１の発光部１２をｉ番目の点灯パターンで点灯させる（ステップ５０８）。ｉ番目の点灯パターンを認識する処理を開始したならば、ｉ番目の点灯パターンの認識が成功するまで（ステップ５１０）、入力ユニット４を制御する。

そして、カメラ３で撮影した画像中のｉ番目の点灯パターンの認識に成功したならば（ステップ５１０）、ｉ番目のチャンネルに接続されているセンサ１の発光部１２を消灯し（ステップ５１２）、認識に成功したｉ番目の点灯パターンが現れたカメラ３で撮影した画像中の位置を、ｉ番目のチャンネルに接続されているセンサ１の位置として登録する（ステップ５１４）。

そして、１からｎまでの各ｉについて、ステップ５０６からステップ５１４の処理が終了したら、入力ユニット４を計測モードに設定し（ステップ５２０）、センサ配置同定処理を終了する。

以上、解析装置５が行うセンサ配置同定処理について説明した。
このように、本実施形態では、センサ配置同定処理によって、各チャンネルに接続したセンサ１の位置を、カメラ３で撮影した画像から自動的に識別して登録するので、試験者自身が、各センサ１の位置と当該センサ１を接続した計測装置のチャンネルとの対応を調査して管理する必要が無くなる。

試験者は、以上のように解析装置５にセンサ配置同定処理を行わせたならば、計測対象物４００や環境の状態を所定の計測用の状態に設定し、解析装置５に計測の開始を指示する。

入力ユニット４は、計測の開始を指示されたら、計測の終了を指示されるまで、各チャンネルにセンサ１から入力される音信号を取得し、解析装置５に出力する。
解析装置５は、入力ユニット４から入力される各チャンネルの音信号をリアルタイムに解析したり、入力ユニット４から入力される各チャンネルの音信号を蓄積した上で解析したりする。

各チャンネルの音信号の解析において、音の空間的な解析を行う場合には、解析装置５は、上述したセンサ配置同定処理で各チャンネルのセンサ１の位置として登録されたカメラ３で撮影した画像中の位置を、当該チャンネルの音信号が表す音の測定位置に対応する画像中の位置、または、当該画像中の位置に映り込む実空間上の位置として解析を行う。

図７は、このような音の空間的な解析の一つである、音の空間的な分布を表す音マップの作成例を示しており、例では、カメラ３で撮影した計測対象物４００の画像のレイヤ上に、各チャンネルの音信号が表す音が当該チャンネルのセンサ１の位置として登録された画像中の位置の音であるものとして求めた画像中の各位置の音の大きさを、当該位置の輝度／カラーで表す輝度マップ／カラーマップの画像のレイヤを重畳して音マップとしている。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上の実施形態では、図２に示したようにセンサ１の前面、上面、下面、左側面、右側面の前端部が一体として発光するように発光部１２を設けたが、発光部１２は、図８に示すように、センサ１の前面、上面、下面、左側面、右側面のそれぞれに設けるようにしてもよい。また、この場合に、各発光部１２は、共通の光源を用いて発光するものとしてもよいし、それぞれ個別の光源を用いて発光するものとしてもよい。

また、実施形態では、図３に示したように入力ユニット４の音信号の取得に用いる各チャンネルのＣコンタクトとＩ／Ｓコンタクトを、センサ１の発光部１２の電力供給や点灯／消灯の制御にも併用したが、センサ１の発光部１２の電力供給や点灯／消灯の制御は、別途専用線をセンサ１と入力ユニット４との間に設け、当該専用線を用いて、センサ１の発光部１２の電力供給や点灯／消灯の制御を行うようにしてもよい。

また、実施形態のセンサ配置同定処理は、チャンネル毎にセンサ１の発光部１２を異なる点灯パターンで点灯したが、これは、各チャンネルのセンサ１の発光部１２を同じ共通の点灯パターンで点灯するようにしてもよい。すなわち、センサ配置同定処理のステップ５０６で、この共通の点灯パターンを認識する処理を開始し、ステップ５０８で各チャンネルのセンサ１の発光部１２を共通の点灯パターンで点灯するようにしてよい。

また、実施形態のセンサ配置同定処理は、センサ１を接続したチャンネルの数をｎとして、１からｎまでの各ｉについて、各ｉ番目のチャンネルのセンサ１の発光部１２を相互に異なるｉ番目の点灯パターンで同じ期間中に点灯し、カメラ３で撮影した画像中の各ｉ番目の点灯パターンを各々認識し、認識したｉ番目の点灯パターンが現れたカメラ３で撮影した画像中の位置を、ｉ番目のチャンネルに接続されているセンサ１の位置として登録する処理としてもよい。また、この場合には、１からｎまでの各ｉチャンネルのセンサ１の発光部１２をｉ番目の点灯パターンで同時に点灯させている期間中にカメラ３で撮影した画像を録画し、録画した画像に対して、各ｉ番目の点灯パターンを各々認識して、認識した画像中の位置を登録する処理を行うようにしてもよい。

また、実施形態は、解析装置５において、無入力や過大入力等の異常値が検出されたチャンネルのセンサ１の発光部１２を、エラーを示す所定の点灯パターンで点灯する処理も行うようにしてよい。

また、実施形態は、センサ１がマイクロホンである場合を例にとり説明したが、本実施形態は、センサ１が、加速度センサや温度センサや磁気センサや電波センサ等のマイクロホン以外のセンサである場合にも同様に適用することができる。また、計測に用いる複数のセンサ１が同種のセンサ１でない場合にも同様に適用することができる。

１…センサ、２…電源ユニット、３…カメラ、４…入力ユニット、５…解析装置、６…ケーブル、１１…収音孔、１２…発光部、２１…抵抗、２２…定電圧変換回路、１０１…センサ素子、１０２…ＬＥＤ、１０３…抵抗、４００…計測対象物。

Claims (6)

1. 計測を行う計測システムであって、
   複数のチャンネルを備えた計測装置と、
   計測対象物の表面もしくは当該表面近くに配列された、所定の測定対象を測定する複数のセンサと、
   前記計測対象物と前記配列された複数のセンサとを共に撮影するカメラとを備え、
   前記複数のセンサは、前記計測装置の各チャンネルにそれぞれ接続し、
   前記複数のセンサの各々は、発光する発光部を有し、
   前記計測装置は、
   順次、前記各チャンネルについて、当該チャンネルに接続したセンサの発光部を所定の点灯パターンで点灯し、前記カメラで撮影した画像である撮影画像中に現れる前記点灯パターンを認識し、当該点灯パターンを認識した前記撮影画像中の位置を、当該チャンネルに接続されたセンサに対応する前記撮影画像中の位置として算定するセンサ位置算定手段と、
   各チャンネルに前記センサから入力した測定値を、当該チャンネルに接続した前記センサの位置として前記センサ位置算定手段が算定した前記撮影画像中の位置の測定値として用いて、各センサで測定した測定値の前記撮影画像上の分布を算出し、算出した分布を表す画像である分布画像を、前記カメラが撮影した撮影画像上に、当該撮影画像が視認可能できる形態で重畳した画像である分布提示画像を作成する分布提示画像作成手段を有することを特徴とする計測システム。
   
2. 請求項１記載の計測システムであって、
   前記センサ位置算定手段は、前記各チャンネルについて、順次、当該チャンネルに接続したセンサの発光部を当該チャンネルの識別を表す点灯パターンで点灯することを特徴とする計測システム。
   
3. 計測を行う計測システムであって、
   複数のチャンネルを備えた計測装置と、
   計測対象物の表面もしくは当該表面近くに配列された、所定の測定対象を測定する複数のセンサと、
   前記計測対象物と前記配列された複数のセンサとを共に撮影するカメラとを備え、
   前記複数のセンサは、前記計測装置の各チャンネルにそれぞれ接続し、
   前記複数のセンサの各々は、発光する発光部を有し、
   前記計測装置は、
   前記各チャンネルに接続したセンサの発光部を、当該チャンネルの識別を表す前記チャンネル毎に異なる点灯パターンで点灯し、前記カメラで撮影した画像である撮影画像中に現れる前記各点灯パターンを認識し、点灯パターンを認識した前記撮影画像中の位置を、当該点灯パターンが識別を表すチャンネルに接続されたセンサに対応する前記撮影画像中の位置として算定するセンサ位置算定手段と、
   各チャンネルに前記センサから入力した測定値を、当該チャンネルに接続した前記センサの位置として前記センサ位置算定手段が算定した前記撮影画像中の位置の測定値として用いて、各センサで測定した測定値の前記撮影画像上の分布を算出し、算出した分布を表す画像である分布画像を、前記カメラが撮影した撮影画像上に、当該撮影画像が視認可能できる形態で重畳した画像である分布提示画像を作成する分布提示画像作成手段を有することを特徴とする計測システム。
   
4. 請求項３記載の計測システムであって、
   前記センサ位置算定手段は、２以上の前記チャンネルに接続した２以上のセンサの発光部を、同時に、当該チャンネルの識別を表す前記チャンネル毎に異なる点灯パターンで点灯し、前記カメラで撮影した前記撮影画像中に現れる前記各点灯パターンを認識し、点灯パターンを認識した前記撮影画像中の位置を、当該点灯パターンが識別を表すチャンネルに接続されたセンサに対応する前記撮影画像中の位置として算定することを特徴とする計測システム。
   
5. 請求項１、２、３または４記載の計測システムであって、
   前記センサは異なる方向を向いた複数の面を備えた外形を有し、前記発光部は、前記複数の面のうちの２以上の面の少なくとも一部が発光するように設けられていることを特徴とする計測システム。
   
6. 請求項１、２、３、４または５記載の計測システムであって、
   前記複数のセンサが測定する前記所定の測定対象は、音と加速度と温度と磁気と電波とのうちのいずれかであることを特徴とする計測システム。

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