(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できるひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供する。【解決手段】複数の目印を表面上に不規則に配列し、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、変形前の初期画像と変形中の中間画像と、変形後の最終画像を取得する撮像工程Ｓ１３と、初期画像、中間画像及び最終画像を含むＮ枚の画像を選択する画像選択工程Ｓ１４と、画像Ｘi（ただし、iは１以上Ｎ−１以下）を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって画像Ｘi＋１から特定するとともに、画像Ｘiと画像Ｘi＋１における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するひずみ算出工程Ｓ１６とを備える。【選択図】図１０
2014085157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも１枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも３枚の画像を取得する撮像工程と、
前記撮像工程で取得された前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択する画像選択工程と、
前記画像選択工程で選択された画像Ｘi（ただし、iは１以上Ｎ−１以下）を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Ｘi＋１から特定するとともに、前記画像Ｘiと前記画像Ｘi＋１における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出工程とを備えることを特徴とするひずみ計測方法。
【請求項２】
前記撮像工程にて前記中間画像が２枚以上取得されるとき、
前記画像選択工程では、予め記憶された時系列の間隔に対応して前記中間画像を選択することを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項３】
前記撮像工程にて前記中間画像が２枚以上取得されるとき、
前記ひずみ算出工程にて、前記画像認識によって前記画像Ｘiの前記各エリアと前記画像Ｘi＋１の前記各エリアとの相関関係が得られない場合に、前記画像選択工程に戻って前記画像Ｘi＋１より前の画像を選択することを特徴とする請求項１又は２に記載のひずみ計測方法。
【請求項４】
前記ひずみ算出工程では、変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のひずみ計測方法。
【請求項５】
測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測システムであって、
複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも１枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも３枚の画像を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された少なくとも３枚の画像の中から前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択する画像選択部と、
前記画像選択部で選択された画像Ｘi（ただし、iは１以上Ｎ−１以下）を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Ｘi＋１から特定するとともに、前記画像Ｘiと前記画像Ｘi＋１における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出部とを備えることを特徴とするひずみ計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法及びひずみ計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、測定対象物に発生したひずみを計測する方法の一つとして、撮像装置で撮像された変形前後の測定対象物の画像を用いてひずみを求める方法が知られている。画像を用いたひずみ計測は、非接触でひずみを計測できることから測定対象物にひずみゲージ等の測定装置を設置する必要がなく、さらに微小領域のひずみも計測可能であるという利点を有する。
【０００３】
また、測定対象物表面の変位を明確に認識する観点から、測定対象物の表面にシールや塗料等によりマークを付し、そのマークを含む測定対象物の変形前後の画像からマークの変位量を計算し、ひずみを求める方法も知られている。例えば、特許文献１には、測定対象物の曲面上に、３つのマークをそれぞれが正三角形の頂点位置となるように付設し、測定対象物の変形前及び変形後のマークを撮像装置で２カ所から撮像して、測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、不規則な配列の目印が付された測定対象物の変形前及び変形後の表面画像からひずみを計測する方法が開示されている。この方法では、図１１に示すように、測定対象物５０の変形前後の表面をカメラ６０で撮影する。そして、変形前画像５１を小さなエリア５２に分割し、変形前画像と変形後画像との相関関係から変形後画像における各エリア５２の移動量を測定する。この各エリア５２の移動量に基づいて、変形後画像における算出対象エリアの変形前画像からの変位量を算出してひずみを求めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２３１１０４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３２７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、測定対象物にマーキングされた目印を用いて画像の変位量を測定する場合、ひずみを精度よく計測するためには目印を正確に画像認識することが重要である。特許文献１に記載の方法は、３つのマークのみを用いているので画像認識は容易であるが、測定対象物の表面に３つのマークを正確に付設する必要があるので、マークの付設に時間がかかり、また作業が煩雑化するという問題があった。
この点、特許文献２に記載の方法では、目印は不規則な配列でよく、手間を省き時間の短縮化が図れる。そして目印が不規則な配列となっているので、画像の変位量を測定可能となっている。ところが、測定対象物が大きな変形を伴う場合には、ターゲットとする目印が、図１２（ａ）に示す変形前画像５２から図１２（ｂ）に示す変形後画像５３のように変形してしまうことがあり、画像認識精度が低下する可能性がある。そのため、ひずみの計測精度も低下してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できるひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態に係るひずみ計測方法は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも１枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも３枚の画像を取得する撮像工程と、前記撮像工程で取得された前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択する画像選択工程と、前記画像選択工程で選択された画像Ｘi（ただし、iは１以上Ｎ−１以下）を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Ｘi＋１から特定するとともに、前記画像Ｘiと前記画像Ｘi＋１における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出工程とを備える。
【０００９】
上記ひずみ計測方法によれば、測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。すなわち、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、変形前の初期画像と、変形中の少なくとも１枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも３枚の画像を取得する。この３枚以上の画像からＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択し、このＮ枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像Ｘiと画像Ｘi＋１とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像と最終画像の間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。特に、大幅な変形をともなうひずみに対しても高精度で画像認識を行うことが可能となる。そして、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。
【００１０】
幾つかの実施形態において、前記撮像工程にて前記中間画像が２枚以上取得されるとき、前記画像選択工程では、予め記憶された時系列の間隔に対応して前記中間画像を選択してもよい。
例えば、多数の中間画像が取得された場合、全ての画像に対して移動量を算出することは処理負荷が大きくなり時間を要してしまう。そこで、上記実施形態では、予め記憶された時系列の間隔に対応して中間画像を選択するようにしている。これにより、画像認識の処理負荷を軽減することができ、処理時間の短縮化が図れる。
なお、時系列の間隔とは、予め設定された時間間隔毎の中間画像を選択してもよいし、予め設定された枚数間隔毎の中間画像を選択してもよい。
【００１１】
幾つかの実施形態において、前記撮像工程にて前記中間画像が２枚以上取得されるとき、前記ひずみ算出工程にて、前記画像認識によって前記画像Ｘiの前記各エリアと前記画像Ｘi＋１の前記各エリアとの相関関係が得られない場合に、前記画像選択工程に戻って前記画像Ｘi＋１より前の画像を選択してもよい。
このように、画像認識によって画像Ｘiの各エリアと画像Ｘi＋１の各エリアとの相関関係が得られない場合、すなわち、画像Ｘiと画像Ｘi＋１の間における目印の変形が画像認識限界よりも大きい場合には、画像選択工程に戻って画像Ｘi＋１より前の画像を選択する。これにより、確実に画像認識することができ、ひずみの計測精度の向上に寄与する。
【００１２】
幾つかの実施形態において、前記ひずみ算出工程では、変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出してもよい。
このように、算出対象エリアから所定の距離だけ離れた２つのエリアの各変位量に基づいてひずみを算出することによって、より正確なひずみを算出することが可能となる。
【００１３】
本発明の少なくとも一実施形態に係るひずみ計測システムは、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測システムであって、複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも１枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも３枚の画像を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された少なくとも３枚の画像の中から前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択する画像選択部と、前記画像選択部で選択された画像Ｘi（ただし、iは１以上Ｎ−１以下）を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Ｘi＋１から特定するとともに、前記画像Ｘiと前記画像Ｘi＋１における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記ひずみ計測システムによれば、測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。すなわち、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像した３枚以上の画像からＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択し、このＮ枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像画像Ｘiと画像Ｘi＋１とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像と最終画像の間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。そして、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像した３枚以上の画像からＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択し、このＮ枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像Ｘiと画像Ｘi＋１とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像と最終画像の間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。そして、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略配置図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略構成図である。
【図３】（ａ）は画像の比較を説明する図で、（ｂ）は各画像のひずみ形状の変化を示す図である。
【図４】第２画像をそれぞれ複数のエリアに分割した状態を示す図である。
【図５】ターゲット画像と比較用画像とを比較する方法の一例を示す図である。
【図６】ターゲット画像と比較用画像との相関程度を説明するための概略図である。
【図７】変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
【図８】Ｘ軸方向のひずみεｘｔのデータテーブルの一例を示す図である。
【図９】Ｘ軸方向のひずみεｘｔの分布図の一例を示す図である。
【図１０】ひずみ算出の処理フロー例を示す図である。
【図１１】従来のひずみ計測方法を説明する図である。
【図１２】（ａ）は変形前の目印の画像で、（ｂ）は変形後の目印の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、それぞれ本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム１の概略配置の正面図である。また、図２は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム１の概略構成図である。
【００１９】
これらの図に示すように、本実施形態にかかるひずみ計測システム１は、測定対象物２の表面の計測対象領域Ｓを正面から撮像する撮像装置３と、撮像装置３により撮像された画像Ｘiに基づいて測定対象物２に発生するひずみを算出する計測装置１０と、を備えている。
【００２０】
撮像装置３は、測定対象物２の正面側に配置されて、測定対象物２のひずみを算出するための画像Ｘを撮像する。撮像装置３は、いわゆるデジタルカメラであって、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子３ｃを有するカメラ本体３ａと、撮像素子３ｃ上に被写体の像を結像させるレンズ３ｂと、から構成されている。なお、本実施形態では、撮像装置３にデジタルカメラを用いたが、これに限定されるものではなく、デジタルビデオカメラやスキャナー等を用いてもよい。
ここで、画像Ｘは、時系列に沿って３枚以上撮像され、初期画像Ｘ１、中間画像Ｘi、最終画像ＸＮを含む。Ｎは後述する画像選択プログラムによって選択される画像枚数であり、３以上である。また、iは１以上Ｎ−１以下であり、画像選択プログラムによって選択される画像のうち時系列に沿った画像の順番である。中間画像Ｘiの場合、iは２以上Ｎ−１以下となる。
【００２１】
計測装置１０は、撮像装置３によって撮像された複数の画像Ｘを取り込むI／Ｆ部１６（図２参照）と、I／Ｆ部１６に取り込まれた複数の画像Ｘを格納するハードディスクドライブなど不揮発性の記憶部１１と、ＲＡＭなどの不揮発性のメモリ１２と、記憶部１１に保持しているプログラム等をメモリ１２に読み出して実行するＣＰＵなどの演算部１３と、キーボードやマウス等の入力部１４と、ディスプレイやプリンタ等の出力部１５と、を備えている。計測装置１０としては、例えば、パーソナルコンピュータを適用できる。
【００２２】
計測装置１０によるひずみの算出処理は、記憶部１１に格納されている初期画像Ｘ１、中間画像Ｘi、最終画像ＸＮ及び各種プログラム１１ａ〜１１ｃを演算部１３が読み出して実行することで実現される。
【００２３】
記憶部１１には、測定対象物２を撮像し、撮像された画像Ｘを記憶部１１に格納する撮像プログラム１１ａと、この撮像プログラム１１ａにより時系列に沿って撮像された３枚以上の画像Ｘiに基づいて測定対象物２の変位量を算出し、変位量に基づいてひずみを算出するひずみ算出プログラム１１ｃと、が格納されている。
【００２４】
次に、撮像プログラム１１ａ、画像選択プログラム１１ｂ、ひずみ算出プログラム１１ｃがそれぞれ実行する処理について説明する。
【００２５】
＜撮像プログラム１１ａが実行する処理について＞
演算部１３は、撮像装置３の撮像範囲、撮像距離、焦点距離等の撮像条件に関する値をそれぞれ入力部１４でユーザから受け付け、ここで受け付けた各値に撮像装置３の設定を変更する処理を実行する。
続いて、演算部１３は、撮像装置３に対して撮像を実行する撮像信号を送信する。この撮像信号を受信した撮像装置３により撮像が実行され、測定対象物２の表面を撮像した複数の画像Ｘが取得される。複数の画像Ｘは、初期画像Ｘ１、中間画像Ｘi、最終画像ＸＮを含む。取得された複数の画像Ｘは、I／Ｆ部１６を介して全て記憶部１１に格納される。
演算部１３は、測定対象物２の変形前、変形中及び変形後にそれぞれ測定対象物２を撮像する処理を実行する。これにより、変形前、変形中及び変形後の各画像Ｘを含む時系列に沿った複数の画像が取得される。
【００２６】
＜画像選択プログラム１１ｂが実行する処理について＞
演算部１３は、図３（ａ）に示すように、記憶部１１に記憶された複数の画像から変形前の初期画像Ｘ１、変形中の中間画像Ｘi、変形後の最終画像ＸＮを含むＮ枚の画像を選択する。例えば、Ｎが３枚である場合、初期画像は１枚、中間画像Ｘiは１枚、最終画像ＸＮは１枚選択される。もちろん、中間画像Ｘiが複数選択されてもよい。これにより、図３（ｂ）に示すように、初期画像Ｘ１と変形後の最終画像ＸＮとの変形量に比べて小さい変形量の中間画像Ｘiが選択され、後述する画像認識を確実に行うことが可能となる。なお、図３（ａ）は画像の比較を説明する図で、（ｂ）は各画像のひずみ形状の変化を示す図である。
また、記憶部１１に中間画像Ｘiが複数記憶されている場合には、予め記憶された時系列の間隔に対応して中間画像Ｘiを選択してもよい。なお、時系列の間隔とは、予め設定された時間間隔毎の中間画像Ｘiを選択してもよいし、予め設定された枚数間隔毎の中間画像Ｘiを選択してもよい。例えば、同一の条件下で複数回ひずみ計測を行う場合に、前回のひずみ計測時に、画像認識可能な時間間隔（又は枚数間隔）を記憶しておき、この時間間隔を用いて中間画像を選択する。これにより、多数の中間画像Ｘiが取得された場合であっても、全ての画像に対して移動量を算出することを回避し、後述する画像認識の処理負荷を軽減することができ、処理時間の短縮化が図れる。
選択された画像Ｘは、記憶部１１に記憶させてもよい。
【００２７】
＜ひずみ算出プログラム１１ｃが実行する処理について＞
演算部１３は第１のステップとして、画像選択プログラムで選択されたＮ枚の画像の中から画像Ｘi及び画像Ｘi＋１を記憶部１１から読み出して、図３（ａ）に示すように画像Ｘiと画像Ｘi＋１とを比較照合し、測定対象物２の表面の変位量を算出する処理を実行する。なお、画像Ｘiと画像Ｘi＋１とは、選択されたＮ枚の画像のうち時系列上で隣り合う画像である。
【００２８】
変位量の算出には、画像Ｘi及び画像Ｘi＋１の輝度値分布から変位量を算出可能なデジタル画像相関法を用いた。
【００２９】
具体的には、図４に示すように、まず、画像Ｘi及び画像Ｘi＋１をそれぞれ複数のエリアＥiｊ（例えば、３６×３６ピクセル）に分割する。
次に、画像Ｘiの複数のエリアＥiｊから１つのエリアＥiｊ（例えば、エリアＥ２２）を選択する。以下、画像ＸiのエリアＥiｊから選択された１つのエリアＥiｊをターゲット画像Ｘａａという。
また、画像Ｘi＋１について上記エリアＥiｊよりもやや大きい切出し区間（例えば、７２×７２ピクセル）を指定して比較用画像Ｘｂｂを抽出する。なお、切り出し区間の大きさは、エリアＥiｊの大きさと無関係に設定可能であり、演算部１３等の処理能力に応じて適宜、設定する。
【００３０】
図５は、ターゲット画像Ｘａａと比較用画像Ｘｂｂとを比較する方法の一例を示す図である。また、図６は、ターゲット画像Ｘａａと比較用画像Ｘｂｂとの相関程度を説明するための概略図である。以下の説明において、図５に示すように、図中左右方向をＸ軸方向、図中上下方向をＹ軸方向として説明を行う。
【００３１】
図５に示すように、演算部１３は、比較用画像Ｘｂｂにターゲット画像Ｘａａを重ね合わせてターゲット画像Ｘａａの位置を上下左右にずらしながら、ターゲット画像Ｘａａと最も良い相関を得る位置を比較用画像Ｘｂｂより特定する。相関の程度は、図６に示すように、相関関数Ｓ＝ｆ（ｘ、ｙ）の値が小さくなるほど輝度値分布の相関程度は高くなり、位置検出の精度は高くなる。実際の変位量は、１ピクセルの大きさよりも小さい場合があるため、１ピクセル以下の解像度で変位量を検出できるように、スプライン関数等を利用して輝度値分布を内挿補間し、関数Ｓが最小となる位置座標及びＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向（Ｘ軸からＹ軸へ向かって４５°傾斜した向き）への各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
【００３２】
上述した比較用画像Ｘｂｂにターゲット画像Ｘａａを重ね合わせる処理を全てのエリアＥiｊに対して繰り返し実施して、画像Ｘi＋１全体における各エリアＥiｊ毎のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向への変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
【００３３】
続いて、演算部１３は、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２に格納する。なお、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）を記憶部１１に格納することとしてもよい。
【００３４】
なお、本実施形態では、画像解析法として、デジタル画像相関法を用いた場合について説明したが、この手法に限定されるものではなく、一般的な画像解析法を用いてもよい。
【００３５】
次に、演算部１３は第２のステップとして、上述のように算出された各変位量を用いてひずみの算出処理を実行する。
図７は、変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
図７に示すように、演算部１３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向への各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２から読み出して、画像Ｘi＋１からひずみを算出する算出対象エリアＥiｊ（例えば、Ｅ４４）選択し、ここで選択した算出対象エリアＥiｊ（例えば、Ｅ４４）を中心点として所定の距離Ｌだけ離れた点対称となる２つのエリアＥiｊ（例えば、Ｘ軸方向を算出する場合Ｅ１４、Ｅ７４）におけるそれぞれの変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）に基づいて、算出対象エリアＥiｊ（例えば、Ｅ４４）のひずみを算出する処理を実行する。ここで、算出対象エリアＥiｊを中心点として点対称の位置に存在する上記２つのエリアＥiｊ間の距離を評点間距離ＧＬとする。上記２つのエリアＥiｊは算出対象エリアＥiｊに対して点対称位置に存在するので、評点間距離ＧＬは、上記所定の距離Ｌの２倍となる。
【００３６】
演算部１３は、評点間距離ＧＬの値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、算出対象エリアＥiｊにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出する処理を実行する。
【００３７】
以下に、各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）の算出方法について説明する。
【００３８】
−−−Ｘ軸方向のひずみを算出する場合−−−
図７に示すように、エリアＥiｊ（例えば、Ｅ４４）のＸ軸方向のひずみεｘを算出する場合は、ユーザにて設定された評点間距離ＧＬに基づいて、Ｘ軸方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥiｊ（例えば、Ｅ１４、Ｅ７４）の変位量よりひずみεｘを算出する。ひずみεｘは、以下の（１）式より算出する。
εｘ＝（Δｘ（ｘ＋０．５ＧＬ、ｙ）−  Δｘ（ｘ−０．５ＧＬ、ｙ））／ＧＬ
・・・（１）式
ここで、εｘ：各エリアＥiｊにおけるＸ軸方向のひずみ、Δｘ：各エリアＥiｊにおけるＸ軸方向への変位量、ＧＬ：評点間距離である。
【００３９】
−−−Ｙ軸方向のひずみを算出する場合−−−
また、図７に示すように、エリアＥiｊ（例えば、Ｅ４４）のＹ軸方向のひずみεｙを算出する場合は、評点間距離ＧＬに基づいて、Ｙ軸方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥiｊ（例えば、Ｅ４１、Ｅ４７）の変位量よりひずみεｙを算出する。ひずみεｙは、以下の（２）式より算出する。
εｙ＝（Δｙ（ｘ、ｙ＋０．５ＧＬ）−  Δｙ（ｘ、ｙ−０．５ＧＬ））／ＧＬ
・・・（２）式
ここで、εｙ：各エリアＥiｊにおけるＹ軸方向のひずみ、Δｙ：各エリアＥiｊにおけるＹ軸方向への変位量である。
【００４０】
−−−ＸＹ方向のひずみを算出する場合−−−
さらに、エリアＥiｊのＸＹ方向のひずみεｘｙを算出する場合は、評点間距離ＧＬに基づいて、ＸＹ方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥiｊの変位量よりひずみεｘｙを算出する。ひずみεｘｙは、以下の（３）式より算出する。
εｘｙ＝（Δｘｙ（ｘ＋０．５ＧＬ、ｙ＋０．５ＧＬ）−  Δｘｙ（ｘ−０．５ＧＬ、ｙ−０．５ＧＬ））／ＧＬ  ・・・（３）式
ここで、εｘｙ：各エリアＥiｊにおけるＸＹ方向のひずみ、Δｘｙ：各エリアＥiｊにおけるＸＹ方向への変位量である。
【００４１】
続いて、演算部１３は、上記（１）式、（２）式、（３）式によりそれぞれ算出されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をメモリ１２に格納する。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
【００４２】
上述した第１ステップ及び第２ステップを繰り返し行い、画像選択プログラム１１ｂで選択されたＮ枚の画像間における各ひずみを算出する。すなわち、初期画像Ｘ１と中間画像Ｘiとの間のひずみ、中間画像Ｘiと中間画像Ｘi＋１との間のひずみ、中間画像Ｘi＋１と最終画像ＸＮとの間のひずみを全て算出する。そして、初期画像Ｘ１から最終画像ＸＮまでの複数の移動量を加算して、測定対象物のひずみを算出する。
【００４３】
続いて、演算部１３は、算出されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）に基づいて、ひずみデータテーブルをそれぞれ作成する。
また、補正されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）の分布図をそれぞれ作成する。
すなわち、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図と、Ｙ軸方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図と、ＸＹ方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図と、を作成する。
【００４４】
続いて、演算部１３は、作成された各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図にエリアＥiｊの位置情報を対応付けて、記憶部１１に格納する。各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図の詳細については後述する。
なお、各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図をメモリ１２に格納することとしてもよい。
【００４５】
ここで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）がそれぞれ算出されているので、最大主ひずみ、最小主ひずみ、最大主せん断ひずみをそれぞれ算出してもよい。
【００４６】
次に、記憶部１１に格納されている各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図について、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図を例に説明する。
【００４７】
図８は、Ｘ軸方向のひずみデータテーブルの一例を示す図である。
本図に示すように、Ｘ軸方向のひずみデータテーブルは、ひずみεｘｔを最終画像ＸＮのエリアＥiｊ番号に対応させたテーブルとなる。なお、エリアＥiｊ番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部１４を介して入力される。
なお、Ｙ軸方向のひずみデータテーブル及びＸＹ方向のひずみデータテーブルも同様の形式で、記憶部１１に格納されている。
【００４８】
図９は、Ｘ軸方向のひずみ分布図の一例を示す図である。
本図に示すように、Ｘ軸方向のひずみ分布図は、ひずみεｘｔを最終画像ＸＮのエリアＥiｊ番号に対応させたコンターマップとなる。なお、エリアＥiｊ番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部１４を介して入力される。
なお、Ｘ軸方向のひずみ分布図及びＸＹ方向のひずみ分布図もＸ軸方向のひずみ分布図と同様の形式で、記憶部１１に格納されている。
【００４９】
最後に、演算部１３は、各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図を出力部１５に送信し、出力部１５のモニタに各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図を表示する。
【００５０】
（ひずみ算出の処理フロー）
次に、上述した構成からなるひずみ計測システム１を用いて、測定対象物２の表面に発生するひずみを算出するための処理フローについて、図１０を参照して説明する。
【００５１】
図１０は、ひずみを算出する処理フローの一例を示す図である。
本図に示すように、まず、測定対象物２の測定対象領域に、スプレーなどにより塗料を不規則に吹き付ける目印付け工程を実施する（ステップＳ１０）。このとき、画像認識の精度向上の観点から、目印は形状及び外寸の少なくとも一方が異なっていることが好ましい。なお、本実施形態では、スプレーで塗装を吹き付けて目印を記す場合を例示したが、これに限定されるものではなく、チョークで粉末マーキング剤を測定対象物２の表面に付着させてもよい。
【００５２】
また、目印付け工程と並行して、測定対象物２を撮像するための撮像装置３を所定の位置に設置し、動かないように固定する設置工程を実施する（ステップＳ１１）。
撮像装置３を設置し、吹き付けた塗料が十分に乾燥したら撮像条件設定工程（ステップＳ１２）へ移行する。
【００５３】
次に、撮像条件設定工程（ステップＳ１２）では、ひずみ計測システム１の演算部１３が、撮像装置３の撮像条件に関する「撮像範囲」、「撮像距離」、「焦点距離」等の各値を入力部１４でユーザから受け付ける。なお、撮像装置３の撮像条件は、それぞれ異なるものとしても良いし、全く同じものにしてもよい。
撮像装置３の撮像条件を設定したら撮像工程（ステップＳ１３）に移行する。
【００５４】
撮像工程（ステップＳ１３）では、演算部１３が、撮像装置３に撮像信号を送信する。撮像装置３は、撮像信号を受信し、撮像条件設定工程（ステップＳ１２）で設定した撮像条件で測定対象物２の表面を撮像する。このとき、変形前の初期画像Ｘ１、変形中の中間画像Ｘi、変形後の最終画像ＸＮをそれぞれ取得する。
取得された各画像は、演算部１３によりI／Ｆ部１６を介して記憶部１１に格納される。各画像を取得したら、画像選択工程（ステップＳ１４）へ移行する。
【００５５】
画像選択工程（ステップＳ１４）では、記憶部１１に記憶された複数の画像の中から、変形前の初期画像Ｘ１、変形中の中間画像Ｘi、変形後の最終画像ＸＮを含む少なくとも３枚以上のＮ枚の画像Ｘを選択する。このとき、中間画像Ｘiは複数選択されてもよい。
ここで選択されたＮ枚の画像Ｘは、記憶部１１に一旦記憶されてもよい。Ｎ枚の画像Ｘを選択した後、画像認識工程（ステップＳ１５）へ移行する。なお、本実施形態では、画像認識はひずみ算出工程に含まれるが、説明の便宜上、分けて説明する。
【００５６】
画像認識工程（ステップＳ１５）では、演算部１３が、画像Ｘiと画像Ｘi＋１を読み出して、これらの画像を比較し、画像認識によって画像Ｘiと画像Ｘi＋１の間における相関関係を検出する。このとき、画像認識に失敗した場合には、画像選択工程（ステップＳ１４）に戻って画像を選択し直す。その場合、目印の変形量が小さくなるように、画像Ｘiと画像Ｘi＋１の間の時間間隔が短くなるようにして画像を選択し直す。一方、画像認識に成功した場合には、次いでひずみ算出工程（ステップＳ１６）を実行する。
【００５７】
ひずみ算出工程（ステップＳ１６）では、演算部１３が、画像Ｘi及び画像Ｘi＋１にひずみ算出プログラムを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向への変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。続いて、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）を用いて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向のひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をそれぞれ算出する。
算出された各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）は、演算部１３によりメモリ１２に格納される。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
上述のひずみ算出工程（ステップＳ１６）を、画像選択工程（ステップＳ１４）で選択された全ての画像に対して繰り返し行い、Ｎ枚の画像間における各エリアの移動量をそれぞれ算出する。そして、算出した複数の移動量を加算して、測定対象物の各ひずみを算出する。各ひずみを算出したら、出力工程（ステップＳ１７）へ移行する。
【００５８】
出力工程（ステップＳ１７）では、演算部１３が、各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図を記憶部１１から読み出して、出力部１５へ送信し、これらを出力部１５のモニタに表示する。
【００５９】
上述した構成からなるひずみ計測システム１によれば、測定対象物２の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像した３枚以上の画像からＮ枚（ただし、Ｎは３以上）の画像を選択し、このＮ枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像画像Ｘiと画像Ｘi＋１とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像Ｘ１と最終画像ＸＮの間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。そして、初期画像Ｘ１から最終画像ＸＮまでの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物２におけるひずみの計測精度を向上できる。
【００６０】
また、撮像装置３で測定対象物２の表面を撮像し、この撮像した画像Ｘiａ、４ｂに基づいてひずみを算出するため、測定対象物２から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物２が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物２のひずみを算出することができる。
そして、評点間距離ＧＬの距離を任意に変更可能なので、ひずみを測定するための測定区間（ゲージ長）を自由に調整することが可能となる。したがって、微少区間のひずみを検出したいときは、評点間距離ＧＬの距離を短くし、長い区間のひずみを算出したいときは、評点間距離ＧＬの距離を長くすることができる。これによって、算出対象エリアＥiｊのひずみを正確に計測することができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００６２】
なお、上述した各実施形態におけるひずみの測定対象としては、例えば、鋼材、コンクリート構造物、岩盤、石材、石膏、プラスチック材料等が挙げられる。特に大きな変形を伴うひずみの測定においても高精度で計測可能であることから、ゴム等の弾性材料に対しても好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１          ひずみ計測システム
２          測定対象物
３          撮像装置
３ａ        カメラ本体
３ｂ        レンズ
３ｃ        撮像素子
Ｘ１        初期画像
Ｘi        中間画像
ＸＮ        最終画像
１０        計測装置
１１        記憶部
１１ａ      撮像プログラム
１１ｂ      画像選択プログラム
１１ｃ      ひずみ算出プログラム
１２        メモリ
１３        演算部
１４        入力部
１５        出力部
１６        I／Ｆ部
２１        ひずみ計測システム
Ｅ          エリア
ＧＬ        評点間距離
Ｓ          計測対象領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図９】
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