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光学式 3 次元動作分析システム Smart-DX7000-6
光学式 3 次元動作分析システム Smart-DX7000-6 性能と使い易さに定評のあるイタリア BTS 社のリアルタイム 3 次元動作解析システム ■ 概説 本システムは 400 万画素、500 コマ/秒(最大 2000 コマ/秒)で動作する計測用カメラで構 成する最新鋭の光学式 3 次元動作分析システムです。システム心臓部のマーカー検出・ 計測処理に『カメラ内蔵の CPU』と『ワークステーション搭載の CPU』を組み合わせて行う ハイブリッド方式を採用しているため圧倒的な高性能と優れた経済性を両立してい ます。ハイブリッド方式では、高品質なマーカー検出・計測結果を得るために効果的な 多重の画像処理を演算能力の高いワークステーション搭載の CPU を用いて行うことで、 リアルタイム性を保持したまま高い精度と安定性を実現しています。その結果、従来 他のシステムでは難しいとされていた屋外(太陽光下)での計測についても特別な ハードウェアを追加することなく対応しています。(Smart-D シリーズの全モデルで対応) Smart-D は単にマーカーの 3 次元位置を計測するだけの モーションキャプチャ ではなく、 医学、人間工学、スポーツ科学など各分野に於けるバイオメカニクスの分析用ツールとし て、収集した運動学データを処理して結果をレポートするまでの過程をトータルでサポート する 3 次元動作分析システムです。 ■ 特徴 高解像度(400 万画素)、高速度(500 コマ/秒)のハイエンドモデル 屋内はもちろん屋外(太陽光下)でも計測が可能 強力な赤外線ストロボを搭載しているので屋外や広範囲の計測に対応 光学式(赤外線反射マーカー方式)のため計測対象とカメラの間は非接触 FreezeFlash により高速現象でもブレや歪みのないマーカー像を取得 処理可能なマーカー数は無制限 高精度(6×6×3m の計測空間で 0.1mm の高精度を実現) 撮影画像をリアルタイムモニタできるプレビュー機能 外乱光など画面内のノイズを抑制するマスク処理機能 床反力計や筋電計など外部機器の同期収集用 32ch アナログ入力を標準搭載 任意の新規モデルの作成、既存モデルの編集が可能 Windows7、64bit 対応 グラフィカルプログラミングでパイプライン処理が可能な高機能分析ソフトウェア • • • • • • • • • • • • • ■ シンプルな構成 計測用カメラは赤外線ストロボ一体型で三脚(床置)や固定用クランプ(天井)を用いて 簡単に設置することができます。機械駆動部や放熱ファンがないので運転時の騒 音はありません。各計測用カメラは電源・制御用とデータ通信用の 2 本(または 1 本) のケーブルでデータ処理装置に接続するだけで、電源供給、同期、制御、データ転送の 全てを行うことができます。1 台のデータ処理装置には最大で 16 台の計測用カメラ を接続することができます。16 台以上の計測用カメラを使用する場合は複数のデー タ処理装置を接続することで拡張できます。 ■ 強力なソフトウェア 処理の段階や目的に応じて機能の異なる複数のソフトウェアモジュールで構成されてい ます。BTS 社のソフトウェアは日常的な運用における使い勝手を重視して設計されて いるので操作性に優れ、習得も容易なため専用のオペレータを必要としません。 SMART Capture マーカー認識、記録、キャリブレーション SMART Tracker モデル作成・編集、ラベリング(自動、手動) SMART Analyzer 各種解析(グラフ,表,レポート作成,ファイル出力) SMART Viewer マーカー(3 次元),床反力,アナログ信号,映像のリアルタイム表示 BTS のソフトウェアでは頻度が高い操作はドラッグ&ドロップで行えるよう設計されている ので操作はとても快適です。例えば、マーカー軌跡に欠損がある場合の補間や 3 次 元マーカー軌跡のスムージング(平滑化)、マーカーが交差するシーンなどで移った場合の入 替などの操作もドラッグ&ドロップの操作で快適に行うことができます。また、3 次元 空間上での視点の変更(平行移動、拡大縮小)もマウス操作で簡便に行うことがで きます。マウス操作による自由視点での表示の他に予め設定された視点(上下・左 右・前後の各平面)での切替表示も可能です。 膨大な量のデータを効率よく管理するためのデータベースを搭載しています。データは 各ソフトウェアモジュールから読込で解析やレポート作成に使用することができます。 マーカーの取付部位または動作によって、測定中にカメラから不可視となるマーカーにつ いては、他のマーカー(3 個)を利用して、隠れたマーカーを仮想マーカーとして補間(キネマ ティック補間)することができます。 運動学データや床反力データなどから作成(自動検出、手動入力)したイベント(時刻) 情報から周期で正規化したデータを取得し左右や異なる被験者・試技間で比較の 分析やレポートを作成することができます。 運動学モデル解析機能(キネマティックモデリング)により、体表面に配置したマーカーから関 節中心や体節(セグメント)を求めることができます。また、各セグメントのローカルな座標 系(セグメント座標系)は 3 次元表示画面で、①原点、②軸方向、③基準面の各マー カーを選択するだけで定義することができます。セグメントの定義やモーメント計算などの ■ 高度なマーカー検出・計測アルゴリズム 処理手続をモデル記述言語を用いてプロトコルとして登録し、データを自動的にパイプライ マーカーの中心位置計測は最適化の為の前処理が適用されたグレースケール画像に対 ン処理することができます。データベースのデータだけでなく、計算に必要な変数を外 してサークルフィッティング(楕円近似)法を用いて行われるので高精度です。(BTS 社は 部ファイルで指定することもできます。 世界で初めて 3 次元動作分析システムのマーカー位置計測にサークルフィティングを採用し たパイオニアです。)マーカーの中心位置の検出結果はリアルタイムにデータ処理装置の画 3 次元データを目的別に処理・解析・評価・レポートするために、HelenHayes(歩行)や Davis(歩行)、Auscan(手指詳細)、OxfordFootModel(足部詳細)など臨床的に評 面で確認することができます。通常は 3~20mm の球体または半球体の反射マー カーを使用しますが、1mm の極小マーカーや、20mm 以上の異形マーカーも計測対象と 価されているモデルや、身体計測による関節中心の補正、被験者の属性による校 正、カルマンフィルタなど誤差を最小化するための処理などのプロトコルを組み込むことが して使用することができます。 できます。 ■ キャリブレーション ダイナミック方式により簡単かつ短時間で高精度なキャリブレーションの結果を得ることが データを処理または組み合わせてレポートを作成することができます。内容は自由に カスタマイズしてテンプレートとして登録することができるので、多様なデータの一括表示 できます。カメラの設置を支援する機能として、計測空間(範囲)と計測用カメラの位 置と向きを画面上に立体的に表示することができるので、画角の確認を容易に行 や各種比較などを表やグラフ、静止画、動画、モデリングデータで構成し印刷用または インターネットで配信可能なマルチメディアレポートとして簡単に出力することができます。 うことができます。キャリブレーションの結果は設定として保持されるのでキャリブレーション 後に計測カメラの周波数を変更した場合でも繰り返し行う必要はありません。 ■ 外部機器との同時計測 データ処理装置にアナログ入力(32ch)を搭載しているので 3 次元の運動学データと外 部信号を同期してリアルタイム計測することができます。オプションにより、アナログ入力チャ ンネルの増設(80ch またはそれ以上)や、デジタル入出力の機能追加が可能です。 アナログ入力 床反力計や筋電計などの外部機器が出力するアナログ信号を A/D 変換しアナログ波形データとして収集・記録し、運動学データと統 合して解析することができます。運動学データとアナログ波形データの 同期は、内蔵する同期制御モジュールから供給される基準クロックに より全てのハードウェアが連動して動作するのでデータの同期が保証 されています。アナログ波形データは選択した複数のチャンネルまたは 個別に波形表示することができます。なお、計測範囲(電圧)は 接続する機器に合わせてチャンネル毎にソフトウェア上で設定できます。 デジタル入出力 外部トリガ信号により計測開始と終了を制御できるので、他の機 器との連動が可能です。計測開始のタイミングは即時(トリガ信号を 受けてから計測開始)の他にプレトリガ(トリガ信号を受ける前から 事前記録を開始し、トリガ入力前からのデータを取得することがで きる)機能を選択することもできます。 映像入力 オプションの専用 IP カメラからの可視映像を運動学データやアナログ波 形データと同期して収集・再生することができます。複数台のカメラ からの映像を画角の大きさや配置などを任意に編集して 1 つの 映像に合成するミックス機能を有しているので事象を多視点からの 映像で確認することができます。歩行や日常生活動作など比較 的ゆっくりとした動作用の 30 コマ/秒とスポーツの素早い動作用の 200 コマ/秒の 2 つのモデルをラインナップしています。 ■ 統合計測(ワイヤレス筋電計、床反力計測用トレッドミル、視線計測) ワイヤレス筋電計 有線式はもちろん最新の無線式(ワイヤレスプローブ式)筋電計のデー タをデジタル形式のままリアルタイムで取得することができます。アナログ 出力を介する必要があるシステムと比較した場合、信号劣化、固定 遅延時間などのマイナス要素がありません。 床反力計 各社の異なる仕様の床反力計を接続し画面内に COP(圧中心) と床反力ベクトルを 3 次元表示できます。階段や手摺、杖などの 特殊な力計測システムにも対応しています。 床反力トレッドミル 連続歩行中または走行中の床反力を計測することができるので 歩行周期での正規化、統計処理(平均、標準偏差)することがで きます。またトレッドミルを直接制御できるので速度情報も合わせて 収集することができます。 視線計測 視線データ(視線ベクトル,注視点)と運動学データの同期収集/再生 ■ 構成・数量 光学式三次元動作分析システム 1式 ①計測カメラ(赤外線ストロボ搭載) ②レンズ(可変焦点 6~12mm) ③三脚(高さ・角度調節可) ④接続ケーブル(30m×3 組、15m×3 組) ⑤データ処理装置 • ワークステーション本体 1台 • 32chA/D 変換モジュール(内蔵) 1 個 • 24 型液晶モニタ 2台 • マウス、キーボード 1式 ⑥屋外用反射マーカーセット • 球体マーカー(20mm、15mm) 各 50 個 • 半球マーカー(20mm、15mm) 各 50 個 • ピン 100 個 • シール(23mm 両面テープ) 500 枚 ⑦キャリブレーションキット(60cm) ⑧ソフトウェア • SmartCapture 1 ライセンス • SmartTracker(USB ドングル) 1 ライセンス • SmartAnalyzer(USB ドングル) 1 ライセンス ⑨専用ケース 6台 6個 6脚 1式 1式 1式 1式 1式 1式 ■ オプション ・SDK(ソフトウェア開発キット) ・ビデオ同期キット ・トリガキット ・分析ソフトウェア追加 ビデオ同期キット eVixta(最大 4 台) 輸入総代理店 ■ 主な仕様 全般 方式 カメラ台数 マーカー 種類 点数 測定精度 計測用カメラ 照明 画素数 諧調 フレームレート レンズ データ伝送(規格) 電源供給 ファームウェアの更新 データ処理装置 接続可能カメラ台数 デスクトップ型コンピュータ (ビルトインワークステーション) アナログ入力 光学式(赤外線反射マーカー方式) 6台 種類:反射マーカー、サイズ:3~20mm 無制限 0.1mm 以内(計測空間 6×6×3m) 赤外線(850nm) 400 万画素(2048x2048 ピクセル) 10bit 500FPS(フルフレーム) ※最大 2000FPS(部分フレーム) 可変焦点 6~12mm または固定焦点(C マウント) デジタル方式(ギガビット・イーサーネット) データ処理装置からの集中供給 可能(データ処理装置からアップロード) 最大 16 台 ※16 台以上の場合は装置間を接続 CPU:Intel Xeon 5600(6 コア) RAM:6GB,HDD:1TB,SSD100GB Graphic:nVidia Quadro FX、 DVD-RW×1、LAN:1000Base-TX OS:Windows7 professional ディスプレイ:24 型 TFT カラー液晶 ×2 式 32ch (分解能:16bit) ±1.25V,±2.5V,±5V,±10V(ソフトウェアから選択) 250kHz(シングルチャンネル) 8ch ※オプション 単相 AC100V 50/60Hz 1250W チャンネル数 測定範囲 サンプリング デジタル入出力 チャンネル数 電源 ソフトウェア 機能 計測用カメラ⇔データ処理装置の通信制御(データ制御) マーカーの 3 次元化(全自動&一括処理) マーカー軌跡(残像)、床反力ベクトルの遠近法による表示 マーカーのラベリング(全自動/半手動/手動) 3 次元化されたデータのリアルタイム表示(3D、グラフ、数値) 複数台の計測用カメラのマーカー像の一覧表示 画面上での全測定点の名称登録・表示 3 次元位置座標(XYZ)の時系列表示 多分割表示、部分拡大表示 可視映像の同期収集/再生 アナログ波形データの同期収集/再生 キャリブレーション ダイナミック方式(座標系・空間校正用の器具を使用) グラフ表示 時系列グラフ,正規化グラフ,リサージュグラフ 基本項目 マーカー位置(x,y),マーカー位置(x,y,z),速度,加速度,角度 (2 線分間、3 点),角速度,角加速度,2 点間距離 ベクトル 単位ベクトルの定義(2 点)、外積、ローカル座標系の定義 仮想点 内分点、外挿点、固定点、面投射、ベクトル投射 オイラー角 XYZ,ZYX,XZY,YZX,ZXY 補間 キュービックスプライン,固定値,仮想点,関係点 歩行分析用 ストライド長(歩幅)、ステップ長、立脚期時間、遊脚期時 間、両足支持期時間、ピッチ(歩調)、ケーデンス、 筋電図分析用 整流、積分(移動、固定),RMS(移動、固定),包絡線 周波数分析,MeanFreq,MedianFreq,IsometricFatigue デジタルフィルタ Butterworth,Hamming,Chebyshev,Smooth,Smooth(tri) グラフ出力 SVG(ベクター画像:拡大縮小でも劣化なし) 正常データとの比較 正常データを入力し比較 可視映像入力 MPEG,AVI,WMV データ入力 C3D,TDF,CSV データ出力 C3D,CSV レポート出力 HTML 国際的な納入実績 • AC ミラン(イタリア) • • • • • • • レアルマドリード(スペイン) スペイン国立体育研究所(INEFC) イタリアオリンピック協会付属研究所(C.O.N.I) NASA(アメリカ) ミラノ工科大学(イタリア) スイス工科大学(スイス) フラウンフォッファ研究所(ドイツ) 株式会社ベルテックジャパン 販売代理店 〒 222-0033 神奈川県横浜市港北区新横浜 2-5-15 新横浜センタービル 8F TEL:(045)628-9171 FAX:(045)628-9071 http://www.bertec.co.jp [email protected] NASA Glenn Research Center Cleveland