(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物の表面に付された目印を精度良く画像認識でき、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】測定対象物の変形前及び変形後における前記表面の第１画像及び第２画像を取得する撮像工程Ｓ１３、Ｓ１４と、変形前の第１画像及び変形後の第２画像に基づいて測定対象物の平均変形率を算出する平均変形率算出工程Ｓ１５と、平均変形率の逆数を縮尺率として第２画像を縮小又は拡大して、第２画像の補正画像を取得する第１補正工程Ｓ１６と、第１画像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補正画像から特定するとともに、各エリアの移動量を算出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Ｓ１７と、ひずみ算出工程で算出された測定対象物のひずみに平均変形率を乗じてひずみを補正する第２補正工程Ｓ１８とを備える。【選択図】図１０
2014085156.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撮像して、前記測定対象物の変形前及び変形後における前記表面の第１画像及び第２画像をそれぞれ取得する撮像工程と、
前記撮像工程で取得された前記変形前の前記第１画像及び前記変形後の前記第２画像に基づいて前記測定対象物の平均変形率を算出する平均変形率算出工程と、
前記平均変形率の逆数を縮尺率として前記第２画像を縮小又は拡大して、前記第２画像の補正画像を取得する第１補正工程と、
前記第１画像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補正画像から特定するとともに、各エリアの移動量を算出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、
前記ひずみ算出工程で算出された前記測定対象物のひずみに前記平均変形率を乗じて前記ひずみを補正する第２補正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】
前記平均変形率算出工程では、前記測定対象物の表面における複数方向に対する平均変形率をそれぞれ算出し、
前記第１補正工程及び前記第２補正工程では、各方向に対する前記平均変形率を用いて前記第２画像を補正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】
前記平均変形率算出工程では、前記測定対象物の表面における少なくとも一方向に対する平均変形率をそれぞれ算出し、
前記第１補正工程及び前記第２補正工程では、前記少なくとも一方向に対する前記平均変形率を用いて前記第２画像を補正し、他の方向に対しては前記第２画像の補正を行わない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及び変形後における前記表面の第１画像及び第２画像を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記変形前の前記第１画像及び前記変形後の前記第２画像に基づいて前記測定対象物の平均変形率を算出する平均変形率算出部と、
前記平均変形率の逆数を縮尺率として前記第２画像を縮小又は拡大して、前記第２画像の補正画像を取得する第１補正部と、
前記第１画像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補正画像から特定するとともに、各エリアの移動量を算出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、
前記ひずみ算出部で算出された前記測定対象物のひずみに前記平均変形率を乗じて前記ひずみを補正する第２補正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精度良く画像認識でき、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撮像して、前記測定対象物の変形前及び変形後における前記表面の第１画像と第２画像をそれぞれ取得する撮像工程と、前記撮像工程で取得された前記変形前の前記第１画像及び前記変形後の前記第２画像に基づいて前記測定対象物の平均変形率を算出する平均変形率算出工程と、前記平均変形率の逆数を縮尺率として前記第２画像を縮小又は拡大して、前記第２画像の補正画像を取得する第１補正工程と、前記第１画像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補正画像から特定するとともに、各エリアの移動量を算出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、前記ひずみ算出工程で算出された前記測定対象物のひずみに前記平均変形率を乗じて前記ひずみを補正する第２補正工程とを備えることを特徴とする。
【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精度良く画像認識でき、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、第１補正工程にて測定対象物の平均変形率に基づいて変形後の第２画像を縮小又は拡大した補正画像を取得するようにしたので、変形後の目印の形状を変形前の目印の形状に近づけることができる。そのため、ひずみ算出工程にて変形後の目印と変形前の目印の相関を精度よく検出することができ、画像認識精度を向上させることができる。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。さらに、ひずみ算出後に、第２補正工程にて平均変形率を用いてひずみを真の値に戻すように再度補正するようにしたので、これらの工程により測定対象物におけるひずみの計測精度を向上させることができる。
【００１０】
幾つかの実施形態において、前記平均変形率算出工程では、前記測定対象物の表面における複数方向に対する平均変形率をそれぞれ算出し、前記第１補正工程及び前記第２補正工程では、各方向に対する前記平均変形率を用いて前記第２画像を補正するようにしてもよい。
このように、複数方向に対する平均変形率を用いて変形後の第２画像を補正するようにしたので、変形後の目印の形状を変形前の目印の形状により一層近づけることができ、画像認識精度の向上に寄与する。
【００１１】
幾つかの実施形態において、前記平均変形率算出工程では、前記測定対象物の表面における少なくとも一方向に対する平均変形率をそれぞれ算出し、前記第１補正工程及び前記第２補正工程では、前記少なくとも一方向に対する前記平均変形率を用いて前記第２画像を補正し、他の方向に対しては前記第２画像の補正を行わないようにしてもよい。
ひずみの種類によっては、測定対象物に、大幅に変形する方向とほとんど変形しない方向とが存在する場合がある。そのような場合には、大幅に変形する方向のみ第２画像を補正することによって、補正に要する画像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。
【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及び変形後における前記表面の第１画像及び第２画像を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記変形前の前記第１画像及び前記変形後の前記第２画像に基づいて前記測定対象物の平均変形率を算出する平均変形率算出部と、前記平均変形率の逆数を縮尺率として前記第２画像を縮小又は拡大して、前記第２画像の補正画像を取得する第１補正部と、前記第１画像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補正画像から特定するとともに、各エリアの移動量を算出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、前記ひずみ算出部で算出された前記測定対象物のひずみに前記平均変形率を乗じて前記ひずみを補正する第２補正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精度良く画像認識でき、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、第１補正部にて測定対象物の平均変形率に基づいて変形後の第２画像を縮小又は拡大した補正画像を取得するようにしたので、変形後の目印の形状を変形前の目印の形状に近づけることができ、画像認識精度を向上させることができる。さらに、ひずみ算出後に、第２補正部にて平均変形率を用いてひずみを真の値に戻すように再度補正する。これにより、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、測定対象物の平均変形率に基づいて変形後の第２画像を縮小又は拡大した補正画像を取得するようにしたので、変形後の目印の形状を変形前の目印の形状に近づけることができ、画像認識精度を向上させることができる。そして、ひずみ算出後に平均変形率を用いてひずみを真の値に戻すように再度補正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させることが可能となる。
【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）は変形前の第１画像を示す図で、（ｂ）は変形後の第２画像を第１画像と比較して示した図である。
【図４】補正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４（４ａ，４ｂ）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４ａ、４ｂ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。
【００２１】
計測装置１０は、撮像装置３によって撮像された画像４を取り込むＩ／Ｆ部１６（図２参照）と、Ｉ／Ｆ部１６に取り込まれた画像４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に格納されている画像４及び各種プログラム１１ａ〜１１ｅ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４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により撮像された変形前の第１画像４ａ及び変形後の第２画像４ｂを含む画像４に基づいて測定対象物２の平均変形率を算出する平均変形率算出プログラム１１ｂと、平均変形率に基づいて変形後の第２画像４ｂの補正画像４ｂ’を取得する第１補正プログラム１１ｃと、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１１ｄと、このひずみ算出プログラム１１ｄにより算出されたひずみを平均変形率に基づいて補正する第２補正プログラム１１ｅと、が格納されている。
【００２４】
次に、撮像プログラム１１ａ、平均変形率算出プログラム１１ｂ、第１補正プログラム１１ｃ、ひずみ算出プログラム１１ｄ、第２補正プログラム１１ｅ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の表面を撮像した画像４ａ、４ｂが取得される。取得された画像４ａ、４ｂ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、変形前の第１画像４ａ及び変形後の第２画像４ｂが取得される。
【００２６】
＜平均変形率算出プログラム１１ｂが実行する処理について＞
演算部１３は、変形前の第１画像４ａ及び変形後の第２画像４ｂを記憶部１１から読み出して、第１画像４ａと第２画像４ｂとを対比させて、測定対象物２の全体の平均変形率を算出する。図３（ａ）は変形前の第１画像４ａを示す図で、（ｂ）は変形後の第２画像４ｂを第１画像４ａと比較して示した図である。なお、図３では、説明を簡単にするために不規則な目印のうち１つの目印のみを代表的に示している。また、図中左右方向をＸ軸方向として説明を行う。例えば、測定対象物２の変形前の第１画像４ａにおけるＸ軸方向の長さがＸ１であり、変形後の第２画像４ｂにおけるＸ軸方向の長さがＸ２である場合、Ｘ２／Ｘ１が測定対象物２のＸ軸方向における平均変形率となる。なお、平均変形率は、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向のように、複数の方向に対して取得してもよい。また、大きなひずみの発生する方向が予測可能な場合には、その方向のみ平均変形率を取得してもよい。その場合、他の方向についてはひずみが発生しても正確に画像認識可能なものと判断し、従来と同様に第１補正及び第２補正を行わずにひずみを算出できる。
ここで算出された平均変形率は、記憶部１１に格納される。
【００２７】
＜第１補正プログラム１１ｃが実行する処理について＞
演算部１３は、記憶部１１から平均変形率を読み出して、図３（ｂ）に示すように平均変形率の逆数を縮尺率として変形後の第２画像４ｂを縮小又は拡大して、第２画像４ｂの補正画像４ｂ’を取得する。例えば、上述したように平均変形率がＸ２／Ｘ１である場合、平均変形率の逆数Ｘ１／Ｘ２を縮尺率として第２画像４ｂを縮小又は拡大して補正画像４ｂ’を取得する。これにより、変形前の第１画像４ａの目印４０が、変形後の第２画像４ｂの目印４２のように大幅に変形してしまった場合であっても、全体の平均変形率を用いて第２画像４ｂを補正することによって、補正画像４ｂ’の目印４２’の形状を第１画像４ａの目印４０の形状に近づけることができ、後述する画像認識の精度を向上させることができる。こうして得られた補正画像４ｂ’は記憶部１１に格納される。
【００２８】
＜ひずみ算出プログラム１１ｄ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、変形前の第１画像４ａ及び補正画像４ｂ’を記憶部１１から読み出して、第１画像４ａと補正画像４ｂ’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。
【００２９】
変位量の算出には、変形前の画像４ａ及び補正画像４ｂ’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。
【００３０】
具体的には、図４に示すように、まず、変形前の画像４ａ及び補正画像４ｂ’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、変形前の画像４ａ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、変形前の画像４ａ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４ａａという。
また、補正画像４ｂ’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４ｂｂ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。
【００３１】
図５は、ターゲット画像４ａａと比較用画像４ｂｂ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４ａａと比較用画像４ｂｂ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。
【００３２】
図５に示すように、演算部１３は、比較用画像４ｂｂにターゲット画像４ａａを重ね合わせてターゲット画像４ａａの位置を上下左右にずらしながら、ターゲット画像４ａａと最も良い相関を得る位置を比較用画像４ｂｂ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。
【００３３】
上述した比較用画像４ｂｂにターゲット画像４ａａ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、補正画像４ｂ’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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、補正画像４ｂ’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。
【００３７】
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。
【００３８】
以下に、各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）の算出方法について説明する。
【００３９】
−−−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。
【００４０】
−−−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。
【００４１】
−−−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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜第２補正プログラム１１ｅが実行する処理について＞
演算部１３は、記憶部１１から測定対象物２の各ひずみを読み出すとともに、平均変形率算出プログラムで算出された平均変形率を読み出す。そして、測定対象物２の各ひずみに平均変形率を乗じて各ひずみを補正する。例えば、図３に示すように、平均変形率の逆数Ｘ１／Ｘ２を縮尺率として変形後の第２画像４ｂを縮小又は拡大して補正画像４ｂ’を取得した場合、各ひずみに平均変形率Ｘ２／Ｘ１を乗じて真のひずみの値を算出する。
【００４４】
続いて、演算部１３は、再度、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）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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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を変形後の画像４ｂ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。
【００４９】
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を変形後の画像４ｂ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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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変形前の第１画像撮像工程（ステップＳ１３）へ移行する。
【００５５】
変形前の第１画像撮像工程（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変形前の測定対象物２の表面を撮像する。
撮像された変形前の第１画像４ａは共に、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。その後、所定期間が経過したり、測定対象物２に所定の荷重を付与したら、変形後の第２画像撮像工程（ステップＳ１４）へ移行する。
【００５６】
変形後の第２画像撮像工程（ステップＳ１４）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変形後の測定対象物２の表面を撮像する。
撮像された変形後の第２画像４ｂ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。変形後の測定対象物２の表面を撮像したら、平均変形率算出工程（ステップＳ１５）へ移行する。
【００５７】
平均変形率算出工程（ステップＳ１５）では変形前の第１画像撮像工程（ステップＳ１３）で取得された変形前の第１画像４ａ、及び、変形後の第２画像撮像工程（ステップＳ１４）で取得された変形後の第２画像４ｂに基づいて測定対象物２の平均変形率を算出する。このとき、少なくとも一つの方向に対して平均変形率を算出する。
算出された平均変形率は、変形方向とともに記憶部１１に格納される。測定対象物２の平均変形率を算出した後、第１補正工程（ステップＳ１６）へ移行する。
【００５８】
第１補正工程（ステップＳ１６）では、平均変形率の逆数を縮尺率として変形後の第２画像４ｂを縮小又は拡大して、第２画像の補正画像４ｂ’を取得する。このとき、平均変形率を複数の方向に対して取得した場合には、複数の方向に対して画像４ｂを縮小又は拡大する。
ここで得られた補正画像４ｂ’は記憶部１１に格納される。補正画像４ｂ’の取得後、ひずみ算出工程（ステップＳ１７）へ移行する。
【００５９】
ひずみ算出工程（ステップＳ１７）では、演算部１３が、変形前の画像４ａ及び補正画像４ｂ’を記憶部１１から読み出して、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。
これらの各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）を算出したら、第２補正工程（ステップＳ１８）へ移行する。
【００６０】
第２補正工程（ステップＳ１８）では、演算部１３が、各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）に、平均変形率算出工程（ステップＳ１５）で算出された平均変形率を乗じて各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を補正する。
各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出したら、各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）は、エリアＥｉｊ番号が付された各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図として記憶部１１に格納される。なお、メモリ１２に格納することとしてもよい。
これらの各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）を補正したら、出力工程（ステップＳ１９）へ移行する。
【００６１】
出力工程（ステップＳ１９）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。
【００６２】
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の平均変形率に基づいて変形後の第２画像４ｂを縮小又は拡大した補正画像４ｂ’を取得するようにしたので、変形後の目印の形状を変形前の目印の形状に近づけることができ、画像認識精度を向上させることができる。そして、ひずみ算出後に平均変形率を用いてひずみを真の値に戻すように再度補正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させることが可能となる。
【００６３】
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４ａ、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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】
【００６６】
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
４          画像
４ａ        変形前の画像
４ａａ      ターゲット画像
４ｂ        変形後の画像
４ｂｂ      比較用画像
４ｂ’      補正画像
１０        計測装置
１１        記憶部
１１ａ      撮像プログラム
１１ｂ      平均変形率算出プログラム
１１ｃ      第１補正プログラム
１１ｄ      ひずみ算出プログラム
１１ｅ      第２補正プログラム
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】
2014085156.tif 000003
【図２】
2014085156.tif 000004
【図３】
2014085156.tif 000005
【図４】
2014085156.tif 000006
【図５】
2014085156.tif 000007
【図６】
2014085156.tif 000008
【図７】
2014085156.tif 000009
【図８】
2014085156.tif 000010
【図１０】
2014085156.tif 000011
【図１１】
2014085156.tif 000012
【図１２】
2014085156.tif 000013
【図９】
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