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画像同期付走行解析装置

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Author(s):
株式会社 シーライブ - 小林厚夫氏

Industry:
Automotive

Products:
Data Acquisition, Machine Vision, Vision Development Module, LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
・3 つのカメラから毎秒30 フレームを集録し、取り込んだ画像を高速保存すること ・ECU との通信、アナログ信号の集録、PWM 信号の集録、カメラ集録など各信号を同期させること

The Solution:
NI LabVIEW　8.0 と構成図にあるハードウェアを使用し、アプリケーションを開発しました。

"従来は、このようなシステムが無かったため、個別の計測器を何台も並べることになり、高価システムとなっていましたが、今回の新システムによって、スペース的にもコンパクトになり、データの取り込みも高速化が可能となりました。"

背景
自動車の運転時に人がどのように行動するのかについて検証するために、いろいろな挙動をデジタル化して解析を行う必要がありました。解析は、車内でのシフトの動作、ブレーキのタイミング、前方と後方の状態の確認など、人間の挙動についてのものになります。これは、これらの信号を解析することで、道路状況や人間の動きに応じて、車にあるいろいろな機器への命令を変えていけるようなインテリジェント化した車へと発展していくものです。


課題
・3 つのカメラから毎秒30 フレームを集録し、取り込んだ画像を高速保存すること
・ECU との通信、アナログ信号の集録、PWM 信号の集録、カメラ集録など各信号を同期させること


現地点では、これらの条件を満たす汎用システムが存在しなかったため、今までは、それぞれの信号をそれら専用の計測器などを用いて、別々に計測をしていました。しかし、今回は、上記の条件全てを統合したシステム作りが必要となりました。

図1. 構成図


ソリューション
集録が必要な信号は、次の通りです。
・アナログ信号（AI） ： 8 ch
・PWM 信号（CTR） ： 4 ch
・CAN 信号（CAN） ： 2 ポート（入力のみ）
・カメラ（IEEE-1394） ： 3 台


【ハードウェア】
難しい課題の一つに、高速カメラ集録保存があります。普通のハードディスクでは、ストリーミングに対応できないため、PXI コントローラに搭載されているExpressCard バス対応のSerial ATA 対応ハードディスクを使用しました。これによって、実測100 MB/ 秒でのデータ転送が可能となり、高速データ保存が実現しました。また、全ての信号は同期して取り込む要があるため、PXI コントローラシステムを採用してPXI バスをフル活用しました。そして、
安価のIEEE-1394 バス対応のカメラを採用しました。


【ソフトウェア】
NI LabVIEW　8.0 と構成図にあるハードウェアを使用し、アプリケーションを開発しました。ソフトウェアは、集録用のソフトウェアと解析用のソフトウェアとの二つに分かれています。データを取り込む時は、サンプルレートを重視し、オフライン解析をすることを前提に構築しました。

◆集録用ソフトウェア
PXI シャーシにあるRTSI ラインを使用して、アナログ入力とCAN 入力のサンプリングを同期させます。同時にデータ集録ボード（NI PXI-6220） にあるカウンタと、NI PXI-6602 のカウンタ集録をスタートさせます。NI PXI-6220 から出力されるカウンタはカメラに接続され、これがカメラ集録のトリガ線となります。取り込んだデータは全て外付けのハードディスクに保存されます。

◆解析用ソフトウェア
外付けのハードディスクに保存されたデータを呼び込み、解析を行えます。1 ms 毎のデータをコマ送りすることによって、人間がどのタイミングで何をしたかを解析することができます。例えば、前方に障害物が現れたとして、人間がどのような動作をするかを見ることが可能です。また、アナログデータ、カメラからの画像、CAN からのデータ、PWM データを全て見ることができます。さらに、あるデータの位置でマーカを残して置くことも可能で、後で異なるデータと比較する時に便利です。表示されている波形の一部分を抽出して、異なるファイルに保存することも可能です。


結果
PXI システムを使うことによって、難しいハードウェア同期を短時間で構成・構築することができました。ソフトウェア構築全体では、1.5 ヶ月かかりましたが、その中で、ハードウェアを制御する部分に費やした時間はほぼ数日です。従来は、このようなシステムが無かったため、個別の計測器を何台も並べることになり、高価システムとなっていましたが、今回
の新システムによって、スペース的にもコンパクトになり、データの取り込みも高速化が可能となりました。特に画像集録・保存に関しては、従来のハードディスクの場合、カメラ１台で10 フレーム毎秒ぐらいまでの集録・保存が可能でしたが、今回はカメラ3 台で30 フレーム毎秒になったので、約9 倍速くなったと考えられます。また、一番大きなアドバンテージは、カメラと他のデータとの同期集録が可能になったことです。今後の展開として、このシステムをリアルタイム化することが可能ではないかと考えています。ある入力信号によってCAN に出力するなどといったコントロールループを作り、それぞれに対応したモジュールを作って車での挙動解析をHILS の用途で使用できます。また、カメラをGigE ベースに置き換え
ることによって、より高速な画像集録が可能になると考えられます。

図2. 解析画面

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For more information on this Case Study, contact:
株式会社 シーライブ
小林厚夫氏

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