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運動解析(モーションキャプチャー)とは

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運動解析(モーションキャプチャー)とは

運動解析とは人や物の特徴点ごとの座標値を算出し、動きが加わった際の変化量を算出する画像処理技術です。モーションキャプチャーとも言われております。
人の関節やロボットのノズルなど計測したい点にマーカーを貼り、非接触で多点同時計測します。速度、加速度、角度、移動距離など多数の物理量から対象の動作を評価することができます。ロボットのティーチングや位置補正のフィードバックなどのロボティクス分野、フォームを分析し効率のいい肉体挙動を詳細に評価することが可能なスポーツ分野、リハビリテーションや整形外科などのメディカル分野では患部だけでなく全身の動きを評価して負荷のかかり具合など総合的な評価することが可能になります。

基本構成

もっともシンプルな構成ではビデオカメラと運動解析ソフトの2点でオフラインの2次元計測をすることができます。動きの早い対象に対しては高速度カメラを組み合わせ、高時間分解能で計測することも可能です。また上記のカメラから得られたオフラインの動画を解析する方法以外にも、リアルタイムで数値結果を算出するカメラ、ソフト、校正などが全て統合されたリアルタイムモーションキャプチャーシステムもあります。
また、フォースプレート、筋電計、ロードセル、ひずみゲージ、加速度計などの外部機器と同期させて撮影計測することが可能です。

計測について

セットアップ
座標を算出する空間を複数台のカメラで撮影し計測空間を設定します。3次元座標での計測では複数台のカメラが必要になります。1つのマーカーの3次元座標を算出するには2台カメラが最低限必要になりますが、カメラの陰になる部位を測定する場合は対象物を囲むようにカメラを設置する必要があります。1台のカメラで得られる座標はX,Yの2軸になりますが、精度の高い奥行き情報を得るには1つの計測点ごとに3台のカメラの設置が目安になります。
次にカメラごとの位置と角度、空間の距離などを定義するために、キャリブレーション用の対象物を撮影します。キューブ型のフレームを組んで特徴点となるマーカーを付けてソフトで自動認識させる方法や、ワンドと呼ばれる複数のマーカーが取り付けられた指示棒をカメラ内で振り回し空間座標を自動認識させる方法があります。
レンズの歪み補正や測定対象物の移動量に応じた撮影速度や構成画素数の設定なども行います。
追尾方法
リアルタイムモーションキャプチャーシステムを含めた3次元計測では、再帰性と真円度が高い反射マーカーを使用することが一般的です。水中などのマーカーが使用できない環境では自発光するLEDマーカーを使用します。オフラインでの解析の場合は解析処理に時間をかけても精度を追及することもできますので、相関追尾、二値化追尾、色相二値化追尾、チェックマーカー追尾など画面内の輝度情報を特徴点化させる多様な追尾方法を選択することが可能になります。
2次元計測の場合はマーカーの貼り付けができない動画に対して、上述の追尾方法以外にも粒子自動追尾なども選択することができます。監視カメラやレントゲン写真、スマートフォンなど様々な撮影機材の動画データでも解析条件さえ満たせれば定量化させることが可能になります。
解析
追尾し直接計測する情報は、計測点(マーカー)の3次元位置です。取得されたデータから速度、加速度、角速度などの各種解析項目のグラフ、動画、アニメーションと同期して再生することで、計測対象の移動物体上での相対的な動きを再現可能です。豊富な解析項目からの物理量の算出から、データの比較や評価まで、対象の挙動を分析する上で必要なデータが簡単に手に入ります。

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