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論文中文名稱:頻譜與影像分析技術結合共振頻率按摩器等產品開發 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Analyzing Frequency and Image to Develop the Resonance Frequency Massager etc. Products [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:機電學院
系所名稱:機電整合研究所
畢業學年度:104
畢業學期:第二學期
中文姓名:方紹柜
英文姓名:Shao-Chu Fang
研究生學號:103408029
學位類別:碩士
指導教授中文名:丁振卿
指導教授英文名:Chen-Ching Ting
口試委員中文名:楊台發;呂志誠
中文關鍵詞:聲音分析、快速傅立葉分析、桌球、擊球位置、共振頻率、影像辨識、LabVIEW。
英文關鍵詞:Audio analyzer, Fast Fourier Transformation, Table Tennis, Struck Position, Principal Frequency, Image Recognition, LabVIEW.
論文中文摘要:本研究成功地研發出利用聲頻即時分析乒乓球撞擊球拍位置的即時辨識系統,此套系統可以有效地應用在桌球的教育訓練上。在桌球運動中,正確的擊球位置可以達到預設的落點,使球更具威力,透過這套系統,能在進行訓練時,即時顯示球拍上的擊球位置,幫助調整擊球動作、姿勢與時間點,使訓練更具效果。球拍上不同位置撞擊球所發出的聲音,具有不同的主頻率,本聲頻辨識裝置以麥克風擷取聲音訊號到電腦進行快速傅立葉分析(FFT),分析得到聲音的主頻率,再以該主頻率來判別擊球的位置,程式是以LabVIEW開發完成。目前主要能夠辨識的區域為球拍的中央、左右兩側與上側,其中,左右兩側的主頻率是相同的。經過實驗測試並利用攝影機拍下擊球瞬間的照片來比對結果,目前系統的整體辨識誤差低於30%,其中,球拍中央的辨識正確度高於90%。本研究也運用影像辨識技術開發出影像測速系統與停車場車位偵測系統。另外,本研究也將頻率分析的技術應用在健康儀器上,開發出一套共振頻率按摩器,可以感測並分析出人體的脈搏主頻率,並以該主頻率為基準推算出對應人體各個器官的主頻率,再輸出欲進行治療器官的主頻率之振動進行電療,使與該器官達到共振效果,促進該器官的血液循環,達到療效。
論文英文摘要:This research has successfully developed an audio analyzer to identify the struck position on table tennis racket instantaneously. Its well known, an effective bat is often determined by the exact struck position on table tennis racket during play. Therefore, instantaneous identification of the struck position on table tennis racket during play can provide good adjusting reference of action and effectively assist technical training. In this work, the developed audio analyzer is made of a microphone and the analysing program with fast Fourier transformation (FFT) using LabVIEW software. The struck sound yielded between table tennis racket and ball during play is captured by the microphone and synchronously analysed through FFT to determine the principal frequency, where the different struck position on the table tennis racket yields different principal frequency. Currently, the identifiable areas of table tennis racket are the center, the left/right side, and the top side, where the left side and the right side appear the same principal
frequency. The whole identification error is smaller than 30% and the accuracy of middle side identification is higher than 90%. A photo camera triggered by the struck sound between table tennis racket and ball is used to confirm the right struck position. This research has further used the image recognition to develop a
measurement system of velocity and a detecting system of parking. Moreover, this research also applied the technique of frequency analysis to develop a resonance frequency massager which can
capture the body pulse signal and analyze the principal frequency. The principal frequency of body pulse is then set as the base frequency. Based on the base frequency, the massager can provide the required resonance frequencies of the different human organs and energy of resonance frequency for therapy of human organs.
論文目次:摘要.....................................................................i

ABSTRACT.................................................................i

誌謝.....................................................................iii

目錄.....................................................................v

表目錄...................................................................viii

圖目錄...................................................................ix

第一章 緒論..............................................................1

1.1 研究背景.........................................................1

1.2 文獻回顧.........................................................2
1.2.1 擊球位置與頻率..............................................2
1.2.2 生物共振頻率................................................4

1.3 研究動機與目的...................................................4

第二章 基礎理論..........................................................6

2.1 球拍擊球位置辨識系統.............................................6
2.1.1 時域與頻域..................................................6
2.1.2 快速傅立葉轉換..............................................8
2.1.3 聲音的擷取..................................................9
2.1.3.1 聲音的特性...........................................9
2.1.3.2 聲音感測器...........................................9
2.1.3.3 麥克風的指向性.......................................11
2.1.4 影像擷取....................................................12
2.1.4.1 影像感測器...........................................12
2.1.4.2 影像的偵數與解析度...................................12
2.1.5 聲音感測之應用..............................................13

2.2 影像測速與停車場偵測系統.........................................14
2.2.1 測速的原理..................................................14
2.2.2 像素點的亮暗................................................14

2.3 共振頻率按摩器...................................................15
2.3.1 血液共振理論................................................15
2.3.2 脈搏的感測..................................................16
2.3.3 訊號濾波....................................................17
2.3.4 PWM控制原理.................................................19
2.3.5 電刺激器....................................................19
2.3.6 訊號的無線傳輸..............................................20

2.4 開發工具.........................................................21
2.4.1 LabVIEW.....................................................21
2.4.2 Arduino.....................................................23
2.4.3 APP Inventor................................................24

第三章 實驗架設..........................................................26

3.1 球拍擊球位置辨識系統.............................................26
3.1.1 音頻分析辨識................................................26
3.1.1.1 聲音擷取裝置.........................................26
3.1.1.2 音頻分析程式.........................................27
3.1.2 比對影像驗證................................................27
3.1.2.1 影像擷取裝置.........................................27
3.1.2.2 影像快拍程式.........................................27
3.1.3 擊球位置辨識系統之精確度量測實驗............................30
3.1.3.1 發球機...............................................30
3.1.3.2 球拍擊球位置辨識精確度量測系統.......................32
3.1.3.3 桌球拍...............................................32

3.2 影像測速系統.....................................................35
3.2.1 影像測速程式................................................35
3.2.2 影像測速實驗................................................35

3.3 停車場車位偵測系統...............................................38

3.4 共振頻率按摩器...................................................41
3.4.1 脈搏感測器..................................................41
3.4.1.1 PPG脈搏訊號感測器....................................41
3.4.1.2 濾波電路.............................................43
3.4.2 按摩器......................................................43
3.4.2.1 電刺激電路...........................................43
3.4.3 分析控制系統................................................45
3.4.3.1 分析控制器...........................................45
3.4.3.2 手機APP人機介面......................................47

第四章 結果與討論........................................................48

4.1 球拍擊球位置辨識系統.............................................48
4.1.1 球拍之主頻率................................................48
4.1.1.1 球拍1之擊球音頻分佈..................................48
4.1.1.2 球拍2之擊球音頻分佈..................................51
4.1.1.3 球拍3之擊球音頻分佈..................................53
4.1.1.4 球拍4之擊球音頻分佈..................................56
4.1.2 辨識精確度測試結果..........................................58
4.1.2.1 球拍1之測試結果......................................59
4.1.2.2 球拍2之測試結果......................................60
4.1.2.3 球拍3之測試結果......................................62
4.1.2.4 球拍4之測試結果......................................64

4.2 影像測速.........................................................65

4.3 停車場車位偵測系統...............................................68

4.4 共振頻率按摩器...................................................69
4.4.1 脈搏量測結果................................................69
4.4.2 人機介面與資料顯示..........................................70
4.4.3 控制訊號之輸出..............................................71

第五章 結論..............................................................78

第六章 未來展望..........................................................80

參考文獻.................................................................81
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