遅延1000分の1秒の非接触動き量計測
当サイトではFPGAと高速度カメラを用いて、遅延1ミリ秒／サンプリングレート1kHz(1000fps)のオプティカルフロー計算を行っております。
カメラには当サイトで独自開発中のグローバルシャッターMIPIカメラを用いていますが、性能次第では安価なローリングシャッターの Raspberry PI 用カメラ(IMX219) でも実験を行っており、安価な市販FPGAボードでリアルタイム性の高い非接触動き量計測を行っております。
フィジカルAIなどへの応用も含めて、まだまだ研究開発の余地のある取り組みとなっております。
1000Hz以上の高速サンプリングが行えますので、理論上は500Hz 以下の振動成分の計測が非接触で行えます。
応用の可能性
非接触でよいという事は、直接のコンタクトが困難なシーンや、既存システムに手を加えたくない場合などに、容易にカメラを設置するだけで異常検知や故障予知などの機能を追加できる可能性を持ちます。
さらに動きはDACなどで電圧として出力することも可能ですので、ドローンなど揺れる環境での利用や、動く物体の追従把持、対象物の制振制御などに応用できる可能性もあります。
周波数分析の例
下記は実際に電気シェーバーの振動を撮影して、スペクトル計測したものですが、きちんと特定の周波数が検知できています。
今回は１つの領域だけ計測しましたが、画面全体で複数の位置をグリッド上に計測するなども考えられます。特に近年では計測結果をAIで認識することも可能ですので応用範囲は広いでしょう。
DACへの出力
計測結果はDACなどを通じて即座に電圧として出力することが可能です。
下記は X-Y それぞれの成分を 2ch の DAC で出力させたものをオシロスコープソフトでも観測したものです。実際の電圧はカメラの電子シャッターを閉じた後、１ミリ秒後には反映されていますので、極めて応答性が高く、制振制御や、誤差抑制のような様々な用途への応用が考えられます。