188401. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés síkbeli mozgó objektumok mozgáselemzésére alkalmas villamos jelek képzésére
1 2 . 188401 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés síkban mozgó objektumok mozgáselemzésére alkalmas villamos jelek képzésére, amelyek számítógépes feldolgozásával a mozgások jellegzetes tulajdonságai t és az optimalizálás feltételei meghatározhatók. ;; A műszaki-tudományos, a biológiai-elektrofiziológiai, az ergonómiai munkaszervezési stb. kutatási munkáknál gyakran előfordul valamely tárgy, élő objektum, szerv, vagy a munkavégzési mozdulat elemzésének igénye, amelynek alapján a mozgások 10 lényegi összefüggései feltárhatók, esetleg optimalizálhatok. A gyakorlati életben több módszer ismeretes, amelyek alkalmasak a fenti tárgykörbe tartozó síkbeli mozgások elemzéséhez szükséges villamos jelek ■ előállítására. így például kisérleti állatok magatartás vizsgálatánál a kísérleti állat mozgás terének padlózata villamosán aktívvá képezhető ki (pl. rácsos szerkezetekkel), és az állat tartózkodási helye a rács keresztezési pontjainak zárásával, esetleg kapacitív csatolásával megállapítható. Az ilyen elrendezés hibája, hogy a kísérleti állat egyidejűleg több rácspontot is villamosán aktívvá tehet (lefekszik, ürülék stb.) ugyanakkor a felbontás durva, mert a felbontás finomsága a rácselemek számától 25 függ. Ezen kívül az elrendezés nem teszi lehetővé olyan testrészek mozgás elemzését, amelyek nincsenek közvetlen kapcsolatban a rácsos rendszerrel (pl. a kísérleti állat feje stb.). A probléma megoldása érdekében újabban olyan 30 módszert alkalmaznak, amelynél a vizsgálandó objektumot, vagy meghatározott pontját optikaielektronikus rendszerrel vizsgálják és állítják elő a mozgás elemzéshez szükséges villamos jeleket. Az 1. ábra egy ismert megoldást a Selcom svéd 35 cég „Selpot System” nevű berendezésének működését ábrázolja úgy, hogy az 1/a ábra a megoldás elvi részletét, az 1/b ábra a felhasznált optoelektronikus átalakító kialakítását mutatja. A 2. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrende- 40 zés egyszerűsített tömbvázlatát ábrázolja. Az 1/a ábra a „Selpot System” berendezés megoldásának elvi vázlatát ábrázolja. A 3 kísérleti állat (objektum) az 1 padlózaton mozog a 2 ketrecben a 4 optikai rendszer az 1 45 padlózat képét az 5 optoelektronikus átalakítóra képzi le. A 3 kísérleti állat vizsgálni kívánt testrészén egy L fényforrás van elhelyezve. Az 5 optoelektronikus átalakítón megjelenik az S a fényforrás képe. Az 5 optoelektronikus átalakító egy szili- 50 cium félvezető kristály lap, amelynek kialakítása részletesebben az lb ábrán látható. A szilícium félvezető kristály olyan kialakítású, hogy az x tengely mentén elvezetett Ux feszültség az x távolság függvénye, míg az y tengely mentén elvezetett fe- 55 szükség az y távolság függvénye. Az Ux és Uy feszültségeket analógdigital konverter segítségével digitális jellé kell átalakítani, hogy a mozgás elemzés digitális számítógép segítségével is elvégezhető legyen. A rendszer hátránya az egyébként igen ma- 60 gas ára mellett az, hogy az 5 optoelektronikus átalakító a fény igen széles hullámhossz tartományában érzékeny, így például az infravörös tartományra is. Kellő mérési pontosság érdekében a 4 optikai rendszert el kell látni olyan színszűrővel, amely 65 csak az L fényforrás sugárzását engedi át. További hátránya a rendszernek, hogy a külső hőmérsékletváltozás jelentékeny mérési hibát okoz, ezért csak konstans hőmérsékleten alkalmazható. Az optikai-elektornikus rendszer egy másik megoldása a TV képfelbontás módszerét alkalmazza úgy, hogy a képfelbontást végző kamera vízszintes és függőleges eltérítő fürészfeszültségéből a fénypont megjelenésének időpontjában egy mintavételező áramkör mintát vesz, amely mintát analóg feszültség formájában a következő mintavételig kitartja. így a fényforrás mozgását az x és y irányban lépcsőzetesen változó analóg feszültségek reprezentálják. Ezen megoldás hiányossága, hogy alkalmazni csak olyan kiterjedt fényforrások esetén lehetséges, amelyeknél a fényforrás képe legalább két sortávolság, ezért, hogy a fénypont megjelenésének időpontjában aktivizálni lehessen a sorhelyzet meghatározását mérő minta vételező rendszert. Ellenkező esetben olyan kettőzött működésű igen gyors mintavevő és tároló alkalmazására van szükség, amelynek megvalósítása igen költséges. A rendszer további hiányossága, hogy a képfelbontó rendszer vízszintes és függőleges eltérítése az egyenletes képbontáshoz van illesztve, így az eltérítő fűrészfeszültségek nonlinearitása számottevő mérési hibát okoz. A mérési eredmények digitális számítógépen történő feldolgozásához az 1. ábrán ismertetetthez hasonlóan analóg-digitál átalakítókra van szükség. Az előzőekben ismertetett megoldások közös hiányossága, hogy a fénypont helyzete egy Ux és Uy analóg feszültséggel jellemezhető, amelyek feldolgozásához analóg-digitál konverterekre van szükség. Ugyanakkor mindkét ismertetett rendszer a mérés analóg jellegéből eredően nonlinearitásokra, hőmérsékletre stb. érzékeny. Felismertük azt, hogy TV kamerás képfelbontási módszer alkalmazása esetén egy fénypont y irányú helyzetét egyértelműen meghatározza az, hogy a fénypont a képbontás hányadik sorában található, azaz meg kell számolni a fénypont megjelenéséig a képsorokat. Ugyanakkor a fénypont x irányú helyzetét meghatározhatjuk úgy, hogy megmérjük az időt a fénypont megjelenése és a soreltérítés végpontja között. A találmány szerinti megoldásban tehát, a fenti megoldások hiányosságait megszüntetjük oly módon, hogy a TV képfelbontás módszerét alkalmazva a kísérleti állaton (objektumon) elhelyezett fényforrás helyzetét úgy határozzuk meg, hogy megszámoljuk, hogy a képfelbontás hányadik sorában van a fénypont megjelenése és a fénypont megjelenésével egyidejűleg egy számlálót indítunk, amely órajel segítségével megméri (megszámolja), hogy a sor végigfutásból mennyi van még hátra. A találmány szerinti megoldás a fényforrás képéhez (helyzetéhez) közvetlenül egy számpárt rendel, amely képbontásonként digitális jelek formájában jelzi a fénypont helyzetét. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy példakénti kiviteli alakját a 2. ábra egyszerűsített tömbvázlata alapján ismertetjük részletesebben. A 6 vizsgálandó kép a 7 TV kamera optikai rendszerén keresztül jut a képátalakítóra. A 7 TV 2
