Szimultán mérés: MoCap és EMG

Szimultán mérések során többféle modalitású jeleket szeretnénk rögzíteni, tehát az adatok más adatgyűjtőből és máshonnan származnak. Szinkronizálás alatt azt értjük, hogy a két (vagy több) jel időben összeegyeztethető, tehát a jeleket időben párhuzamosan tudjuk értékelni, feldolgozni. Ezen a lapon bemutatjuk, hogyan lehet összehangolni két mérőrendszert: az OptiTrack motion capture-t és egy adatgyűjtővel rendelkező EMG-rendszert.

Általános áttekintés

A két rendszer egyrészt alapvetően eltérő frekvenciával mintavételez (mocap: 30-120 Hz, EMG: 1-2 kHz), azonban általában minden mérőrendszer ment le időbélyegeket (timestamp) is a mért adatpontok mellett. Az időbélyegeket azonban a rendszerek saját ideje szolgáltatja, már ha van ilyen. Így a mocap mérésnél a kezelőszoftvert futtató windows számítógép rendszerideje a bélyegzés alapja. Ezzel szemben egy EMG adatgyűjtőjén nincs rendszeridő, hanem a frekvenciát szolgáltató processzor számolja a mérés kezdetétől eltelt időt. A szinkronizálás valójában a mérőrendszerek óráinak szinkronizálását jelenti. Két óra egymáshoz képest eltérhet, tehát eltérő időt mutat egy időpillanatban (offset), illetve csúszhat, tehát az offset változik az eltérő ütési frekvencia miatt (drift).

Mérőrendszerekben az offset és drift jellegű hiba kiküszöbölésére több lehetőség van:

1. létrehozunk egy hatást, ami mindkét rendszerben ugyanakkor jelentkezik, és egyértelműen azonosítható

Például: a filmforgatásokon a mozgóképet és a hangot külön veszik fel; a csapó egyszerre csattan hallhatóan és záródik össze láthatóan, így időben egyeztethető a két felvétel.

A laborból egy példa: ha IMU-val (Inertial Measurement Unit) és optikai mocappal szeretnénk szimultán mérni, egy erősebb elmozdítást mindkét rendszer jól láthatóan regisztrál, és csak ezután végezzük el magát a kísérletet. A "csapó" előtti részt az illesztés után eldobjuk. Ez csak az offset-hibát oldja meg.

2. Közös adatgyűjtés

Minden mérőrendszer közös hálózaton van, az adatgyűjtés egy helyen történik. Ennek egy remek lehetősége a LabStreamingLayer (LSL). Ez egy többféle platformon (windows, Linux, macOS) több nyelven (matlab, python, c++, ...) elérhető megoldás. Ha például egy számítógép által vezérelve mérnénk több eszközzel, az egyes eszközöket kezelő alkalmazásokba az LSL mint adó (outlet) beépíthető, és streameli az adatokat a hálózatra. Egy külön alkalmazásban pedig létrehozható egy LSL vevő (inlet), ami ezekre hallgatózik. Az adatcsomagok időbélyegzése a hálózat közös ideje (vagy egy gép esetén a gép rendszerideje) alapján történik. Ez lehetőséget ad online párhuzamos adatmegjelenítésre is, illetve az adatok mentésére (.xdf formátumban).

3. pontosan egyszerre indítjuk a mérést a több rendszert

Például: két számítógép vezérli a két rendszert, és a gépek közt hálózaton adunk egy indítójelet, ami hatására az is indít. Ez lehet egyszerűen egy kattintás szimulálása, tehát az egyik gépen kattintok, és a másik is kattint ezzel egyszerre. Ez az úgynevezett trigger-jel. Ha képes ilyet kiadni/fogadni a mérőrendszerünk, használjuk ezt.

4. szinkronizáló jel küldése

Ekkor elindítjuk az első mérőrendszert, és a második ad egy jelet az elsőnek, mikor indít, vagy akár minden mintavételezésekor. Ugyanis előfordulhat, hogy ilyen jeleket tudunk küldeni vagy fogadni a rendszereinkkel, azonban nincs lehetőség, hogy ezt trigger-nek használjuk. Most ezt kell használnunk.

MoCap és EMG

Az alkalmazható szinkronizálási megoldást a méréshez használt eszközök által biztosított lehetőségek szabják meg. Az OptiTrack lehetőséget ad, hogy hardveren keresztül szinkronizáló jelet küldjön, illetve fogadjon. Ezt a kamerákat is vezérlő OptiHub-on keresztül lehet megtenni:

Az OptiHubon található Sync In és Sync Out csatlakozókon (BNC-csatlakozós) keresztül szinkronizáló jel adható, illetve fogadható. A EMG adatgyűjtő dobozán szintén BNC-csatlakozóval ellátott bemenetek találhatóak, amik analóg jelek gyűjtésére szolgálnak az EMG-csatornák felől.

A szinkronizálás tehát megoldható úgy, hogy a mocap rendszer egyik OptiHub-ján az External SYNC Out kimenetet az EMG adatgyűjtőjének egy szabad csatornájával összekötjük.

A beállítási lehetőségek a kiadott szinkronizáló jelre az OptiTrack Motive-ban a következők:

Tapasztalatok és javaslatok:

Úgy tapasztaltuk, hogy a vezetékes összeköttetés elfogadhatatlanul sok zajt vitt át a a MoCap felől az EMG adatgyűjtőjére, ami az EMG összes csatornáját értékelhetetlenné teszi, ezért a következő eljárást javasolhatjuk:

1. EMG felvétel elindítása
2. EMG zero-offset-elése
3. Szinkronizáló kábel bedugása az EMG egyik adatgyűjtő csatornájára
4. MoCap felvétel indítása
5. Szinkronizáló kábel kihúzása
6. Szükség esetén EMG ismételt zero-offset
7. A mozgás, mérendő folyamat stb. kezdete. Ennek időpontja vagy látható kell legyen a felvételen, pl. a mozdulat megindítása, vagy leolvasható legyen a MoCap által kiírt eltelt idő, amikor a mérésvezető jelt ad az alanynak.