美國國家職業安全衛生研究所 (NIOSH) 使用 NI LabVIEW 搭配 NI 資料擷取與視覺產品，擷取現有資料蒐集與分析系統的視訊
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Author(s):
Brian D.. Lowe - National Institute for Occupational Safety and Health 4
Industry:
Machine Vision/Imaging, Government/Defense
Products:
LabVIEW, Machine Vision
The Challenge:
以 NI LabVIEW 圖形化程式設計軟體搭配 NI DAQPad-6105 資料擷取卡，建立整合式的「現成 (Turn-key)」系統，以建置手握接觸的受力量測作業，並擷取作業活動的同步視訊以進行分析。
The Solution:
使用 LabVIEW、NI 視覺開發 (Vision Development) 模組，與 USB 相機的 NI-IMAQ，設定完整的量測系統，並以 AVI 檔案格式儲存同步化的視訊記錄。
"我們的新系統使用 NI LabVIEW 搭配 NI DAQPad-6015 介面卡，以擷取這些感測器所傳送的電壓資料。"
手部動作的人體工學測試，必須記錄姿勢特性、重複性動作，與工作者所必須的手部出/受力狀態。在初期階段，姿勢 (Posture) 與重複性運動 (Repetitive motion) 均可直接進行觀察。當然，量測作業可精確進行手部的出/受力狀態。我們的團隊使用輕薄的力量感測器，以量測工人手握工具與設備時的接觸力道。我們將這些感測器安置於手部的主要接觸點，大部分均位於手指與拇指部分。感測器均安裝於運動薄皮手套上，以完全貼合受測者的手部。這些運動手套並備有多種尺寸，以進行完整的量測。
我們的新系統使用 NI LabVIEW 搭配 NI DAQPad-6015 介面卡，以擷取這些感測器所傳送的電壓資料。我們目前在手套上使用了 20 組力量感測器，總共搭配 2 組 DAQPad-6015 介面卡與 1 組標準 USB 集線器。(僅需 1 組 DAQPad-6015 介面卡，即可佈署共 16 組感測器的力量量測系統。)我們自行建構感測器所需的激發、放大，與電源供應器，可介接 DAQPad 介面卡的多端點連接線。
先前的系統限制
專案是要能夠於整合式系統中，以同步的作業視訊擷取功能進行手部力量量測，且不使用昂貴機器視覺相機。我們並要能夠整合消費性攝錄相機或 USB 視訊相機，即可輕鬆擷取視訊。在此之前，我們同步化錄影視訊與取樣資料的方式，即是由輔助類比通道進行簡單電壓電路取樣，並透過 1 組切換器的 LED 燈顯示結果。由 LED 燈所顯示的第一組視訊，即為輔助通道中的對應電壓步進。此方式不僅粗糙乏味，同時必須需進行大量的後處理作業，以手動識別視訊序列中的 LED 發光方式，並以目前的資料檔案格式，透過輔助通道暫時排列此畫面影像。
量測與視訊記錄作業
透過 LabVIEW、NI 視覺開發 (Vision Development) 模組，與適用於USB 相機的 NI-IMAQ，我們設定的系統可同步化視訊記錄資料以完成量測，並儲存為 AVI 視訊檔案格式。適用於 USB 相機的 NI-IMAQ 為免費的驅動程式，可將 DirectShow 成像裝置所擷取的資料傳輸至 LabVIEW。透過 USB 相機的 NI-IMAQ，我們可控制攝錄相機的影像擷取功能，並於執行迴路中使用 DAQPad 介面卡進行取樣。在每次執行迴路循環之時，即由相機擷取影像，並附加至該序列所建立的 AVI 檔案中。
SubVI 於手部圖形化影像的空間重疊 (Spatial overlay) 中顯示不同感測器的受力狀態 – 其中包含調整式色彩密度功能，可即時呈現各感測器的受力強度。系統於執行迴路中呼叫此 subVI。所有感測器偵測到的力道總和，亦將顯示於水平的滑動 (Slide) 指示器中，以顯示手部的總受力。量測作業將於記錄期間的中斷區間，產生並顯示其他的統計摘要。
視訊播放與量測顯示功能
我們並開發 1 組 VI 播放所記錄的量測作業，並透過視訊影像同步檢視手部的受力強度。只要以滑鼠游標捲動受力圖表，即可自行決定視訊的播放速度，且可持續個別更新感測器的色彩密度。我們亦設計另 1 組播放模式，讓使用者可拖曳力量圖表的游標，並讓 NI-IMAQ 影像視窗更新並顯示 AVI 檔案所對應的視訊影像。在第二組模式中，使用者可將游標拖曳至手部受力設定的高峰區，以了解受測者於該時間的確實動作，與該力道強度之下的相關姿勢。同樣的，使用者亦可直接捲動視訊以尋找所需的工作要素或姿勢，並參照至力量分配的圖形顯示部分，與影片相關的手部總受力圖。我們亦新增了另 1 組 subVI，讓使用者可選擇任何數量的「關鍵影像 (如對應至高受力強度或奇怪姿勢的影像)」，以迅速產生 HTML 報表；其中顯示每幅關鍵影像的 JPEG 靜止影像，並包含力道感測器的色彩密度圖示。
此外，我們亦利用 NI-IMAQ 的附加影像功能以建立複合 AVI 視訊，其中包含原始的視訊序列與 VI 人機介面圖。在每次執行迴路循環時，系統均將更新的人機介面圖擷取為圖片，並附加至每幅視訊影片以建立複合的視訊序列，顯示受測者活動所對應的手部受力分佈情況。我們可將這些視訊序列匯入至視訊軟體 (如 Adobe Premiere) 中，將檔案轉換為多種常用的視訊檔案格式，包含 MPEG 與 Windows Media Video。
現場測試
我們在組裝廠房進行預設的測試，其中包含多項手部握力的相關作業。某些工作具有較長的循環時間，勞工可能必須持續接觸工具超過 5 分鐘以上。圖表將可識別手部受力設定的尖峰，並可輕鬆檢驗所對應的視訊，以進一步了解手部施力情況與手臂姿勢。針對超過 5 分鐘的作業週期而言，幾乎不可能在沒有同步化視訊記錄的條件下，以特定事件找出受力設定的多個相關局域化 (Localized) 尖峰。此項技術適用於人體工學與生醫機器應用，可讓分析師搭配手部施/受力的相關量測，以取得所需的視訊記錄。
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