(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像部が撮像した撮像領域の第１画像データを取得し、前記第１画像データから前記撮像領域における回転体の回転領域を抽出する領域抽出部と、
前記回転領域の抽出後に前記撮像部による前記撮像領域の撮像時期が互いに異なる２つの第２画像データを取得し、前記２つの第２画像データにおける前記回転領域から前記回転体の変位を求め、前記回転体の変位に基づく前記回転体の回転角度と前記２つの第２画像データを取得する時間間隔とに基づいて前記回転体の回転速度を計測する計測部とを備える
回転速度計測装置。
【請求項２】
前記領域抽出部は、前記撮像部による前記撮像領域の撮像時期が互いに異なる２つの前記第１画像データを取得し、前記２つの第１画像データにおける複数の特徴点の変位から前記回転体の回転領域を抽出する
請求項１に記載の回転速度計測装置。
【請求項３】
前記領域抽出部は、前記２つの第１画像データを取得する時間間隔である時間幅を変更する
請求項２に記載の回転速度計測装置。
【請求項４】
前記領域抽出部は、前記時間幅を徐々に大きくする
請求項３に記載の回転速度計測装置。
【請求項５】
前記撮像領域における前記回転領域以外の領域に定点を設定する定点設定部をさらに備え、
前記計測部は、前記２つの第２画像データにおける前記定点の変位を求め、前記回転体の変位から前記定点の変位を除いたうえで前記回転速度を計測する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転速度計測装置。
【請求項６】
前記領域抽出部は、物体の移動が検出されない固定領域と前記回転体に連動する物体の運動領域である連動領域とを抽出し、
前記定点設定部は、前記固定領域に一次定点を設定し、前記連動領域に二次定点を設定し、
前記計測部は、前記回転体の変位から前記一次定点の変位および前記二次定点の変位を除いたうえで前記回転速度を計測する
請求項５に記載の回転速度計測装置。
【請求項７】
前記回転体における特徴点の少なくとも１つを追跡点に設定する追跡点設定部と、
前記第２画像データにおける前記追跡点の到達領域を推定する推定部とをさらに備え、
前記計測部は、前記回転領域における前記追跡点の検出を前記到達領域から行い、前記到達領域にて前記追跡点が検出されると前記到達領域以外の前記回転領域における前記追跡点の検出を行うことなく、前記２つの第２画像データにおける前記追跡点の変位に基づく前記回転体の回転角度と前記２つの第２画像データを取得する時間間隔とに基づいて前記回転速度を計測する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転速度を計測する回転速度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転体の回転速度を非接触式で計測する回転速度計測装置が知られている。例えば特許文献１には、非接触式の回転速度計測装置の一例として光学式の装置が開示されている。特許文献１に記載の回転速度計測装置は、回転体に取り付けられた高反射部が通過する位置に照射光を照射する照射部と高反射部で反射した照射光の反射光を受光する受光部とを備える。そして、回転体の回転中に照射部から照射光を照射し、高反射部が通過するたびに発生する照射光の反射光を受光部が受光する時間間隔に基づき回転体の回転速度を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７４８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のような光学式の回転速度計測装置においては、照射光の反射光を受光できるように受光部の位置を調整しなければならない。そのため、近年では、回転体を撮像した画像を画像処理することにより回転速度を計測する回転速度計測装置が開発されている。こうした画像処理を用いた回転速度計測装置には、リアルタイムな回転速度の計測を可能にするうえで処理速度の向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、回転速度の計測時における処理速度を向上させた回転速度計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する回転速度計測装置は、撮像部が撮像した撮像領域の第１画像データを取得し、前記第１画像データから前記撮像領域における回転体の回転領域を抽出する領域抽出部と、前記回転領域の抽出後に前記撮像部による前記撮像領域の撮像時期が互いに異なる２つの第２画像データを取得し、前記２つの第２画像データにおける前記回転領域から前記回転体の変位を求め、前記回転体の変位に基づく前記回転体の回転角度と前記２つの第２画像データを取得する時間間隔とに基づいて前記回転体の回転速度を計測する計測部とを備える。
【０００７】
上記構成によれば、第１画像データから撮像領域における回転領域を抽出し、２つの第２画像データにおける回転領域から回転体の変位が求められる。そして回転体の変位に基づく回転体の回転角度と第２画像データを取得する時間間隔とに基づいて回転体の回転速度が計測される。すなわち、回転速度を計測するための処理の領域を撮像領域の一部とすることができる。その結果、回転速度計測装置の処理速度を向上させることができる。
【０００８】
上記回転速度計測装置において、前記領域抽出部は、前記撮像部による前記撮像領域の撮像時期が互いに異なる２つの前記第１画像データを取得し、前記２つの第１画像データにおける複数の特徴点の変位から前記回転体の回転領域を抽出することが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、２つの第１画像データにおける回転体の変位を確認することができる。その結果、回転体の回転領域を高い確度の下で抽出することができる。
上記回転速度計測装置において、前記領域抽出部は、前記２つの第１画像データを取得する時間間隔である時間幅を変更することが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、例えば、回転体が高速回転している場合には時間幅が小さいときに、また、回転体が低速回転している場合には時間幅が大きいときに回転体の変位を確認することができる。すなわち、回転体の回転速度に適した時間幅で回転体の変位を確認することができる。その結果、回転体の回転領域をさらに高い確度の下で抽出することができる。
【００１１】
上記回転速度計測装置において、前記領域抽出部は、前記時間幅を徐々に大きくすることが好ましい。
上記構成によれば、高速で回転している回転体の回転領域が優先して抽出される。
【００１２】
上記回転速度計測装置は、前記撮像領域における前記回転領域以外の領域に定点を設定する定点設定部をさらに備え、前記計測部は、前記２つの第２画像データにおける前記定点の変位を求め、前記回転体の変位から前記定点の変位を除いたうえで前記回転速度を計測することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、第２画像データにおける回転体の変位から定点の変位、例えば撮像部の変位にともなう撮像領域のぶれを除いたうえで回転速度を計測することができる。その結果、計測結果に対する信頼度が高まる。
【００１４】
上記回転速度計測装置において、前記領域抽出部は、物体の移動が検出されない固定領域と前記回転体に連動する物体の運動領域である連動領域とを抽出し、前記定点設定部は、前記固定領域に一次定点を設定し、前記連動領域に二次定点を設定し、前記計測部は、前記回転体の変位から前記一次定点の変位および前記二次定点の変位を除いたうえで前記回転速度を計測することが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、撮像部そのものの変位に基づく撮像領域のぶれと回転体に連動している物体の変位とを回転体の変位から除いたうえで回転体の回転速度を計測することができる。その結果、計測部の計測結果に対する信頼度がさらに高まる。
【００１６】
上記回転速度計測装置は、前記回転体における特徴点の少なくとも１つを追跡点に設定する追跡点設定部と、前記第２画像データにおける前記追跡点の到達領域を推定する推定部とをさらに備え、前記計測部は、前記回転領域における前記追跡点の検出を前記到達領域から行い、前記到達領域にて前記追跡点が検出されると前記到達領域以外の前記回転領域における前記追跡点の検出を行うことなく、前記２つの第２画像データにおける前記追跡点の変位に基づく前記回転体の回転角度と前記２つの第２画像データを取得する時間間隔とに基づいて前記回転速度を計測することが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、回転領域における追跡点の検出が到達領域から行われ、到達領域において追跡点が検出されると到達領域以外の回転領域における追跡点の検出が行われることなく回転速度が計測される。その結果、回転速度計測装置の処理速度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記回転速度計測装置によれば、回転速度の計測時における処理速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の回転速度計測装置の概略構成を示す概略構成図である。
【図２】計測処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】背景、および、一次定点の候補点の一例を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）は撮像領域が平行移動した場合の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は定点設定情報を模式的に示す図である。
【図５】（ａ）は撮像領域が回転移動した場合の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は定点設定情報を模式的に示す図である。
【図６】（ａ）は所定の時間幅におけるエンジンおよび回転体の変位の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は領域抽出情報を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）は所定の時間幅におけるエンジンおよび回転体の変位の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は領域抽出情報を模式的に示す図である。
【図８】撮像領域から抽出された回転領域及び振動領域を模式的に示す図である。
【図９】（ａ）は回転領域における移動ベクトルの一例を示す図であり、（ｂ）は回転領域の移動ベクトルから振動領域の移動ベクトルを減算した移動ベクトルの一例を示す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は直線運動領域における移動ベクトルの規則性の一例を模式的に示す図である。
【図１１】撮像領域から抽出された各種領域、一次定点、および、二次定点の一例を模式的に示す図である。
【図１２】表示部による回転速度の表示の一例を示す図である。
【図１３】第２実施形態の回転速度計測装置の概略構成を示す概略構成図である。
【図１４】第２実施形態における本計測処理の一例を示す図である。
【図１５】（ａ）は第２画像データの一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は次の第２画像データの一例を到達領域とともに模式的に示す図である。
【図１６】変形例において、（ａ）は回転体の撮像状況の一例を示す図であり、（ｂ）は領域抽出情報を模式的に示す図であり、（ｃ）は抽出された回転領域の一例を示す図である。
【図１７】変形例において回転体の周辺を模式的に示す図であって、（ａ）は第２の背景の一例を示す図であり、（ｂ）は抽出準備画像データの初期データの一例を模式的に示す図であり、（ｃ）は新たに取得した第１画像データの一例を模式的に示す図であり、（ｄ）は更新された抽出準備画像データの一例を模式的に示す図であり、（ｅ）は第２の背景の抽出時における抽出準備画像データの一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
図１〜図１２を参照して、回転速度計測装置の第１実施形態について説明する。回転速度計測装置は、計測対象である回転体を撮像した画像データに対する画像処理により、回転体の単位時間あたりの回転数である回転速度を計測する。
【００２１】
図１に示すように、回転速度計測装置２０は、撮像領域１０を撮像する撮像部２１と、各種処理を行う処理部２２と、ユーザによって操作される操作部２３と、各種情報を表示する表示部２４とを備える。
【００２２】
撮像部２１は、撮像領域１０を所定のフレームレートで撮像するモノクロカメラである。撮像部２１は、撮像領域１０に回転体１１の正面全体が含まれるように配置され、フレームレートに応じた時間間隔で撮像領域１０の画像（静止画）を撮像し、その撮像した画像の画像データを処理部２２に連続的に出力する。画像データは、撮像領域１０の各所に割り当てられた画素に対して画素情報として輝度情報が対応付けられたデータである。撮像部２１は、例えば三脚等によって支持されていてもよいし、ユーザによって保持されていてもよい。図１に例示されるように、撮像部２１の撮像領域１０には、複数のブレード１１ａを有する回転体１１、回転体１１の回転軸が連結された出力軸を有して回転体１１に対して振動を与えるエンジン１２が位置している。また、撮像領域１０には、エンジン１２の振動の影響を受けずに直線運動するベルト１３，１４、エンジン１２の振動の影響を受けない４つの固定部材１５，１６，１７，１８が位置している。回転体１１は高速で回転し、エンジン１２は高速で振動している。また、ベルト１３，１４は、中速あるいは低速で直線運動している。
【００２３】
処理部２２は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたマイクロコンピュータで構成されている。処理部２２は、撮像部２１の画像データから生成した表示データを連続的に表示部２４に出力することにより、撮像領域１０の一部の動画像を表示部２４に表示する。処理部２２は、ユーザによる操作部２３の操作により、回転体１１の回転速度の計測開始を示す信号が入力されると回転速度の計測処理を開始し、回転速度の計測終了を示す信号が入力されると回転速度の計測処理を終了する。処理部２２は、回転体１１の回転速度の計測結果を示す信号を表示部２４に出力することにより、表示部２４に回転体１１の回転速度を表示する。
【００２４】
処理部２２は、撮像領域１０から背景を抽出する背景抽出部２６と、撮像領域１０に一次定点および二次定点を設定する定点設定部２７と、撮像領域１０から各種の領域を抽出する領域抽出部２８とを備える。また処理部２２は、本計測を行う際の各種のパラメータを設定するパラメータ設定部２９と、画像データに対する画像処理により回転速度を計測する計測部３０を備える。
【００２５】
以下、計測処理における各部の機能について詳しく説明する。
図２に示すように、計測処理において、処理部２２は、画像データに対する画像処理により回転体１１の回転速度を計測するための各種の情報を取得する準備処理（ステップＳ１０）を実行する。また、処理部２２は、画像データに対する画像処理により回転体１１の回転速度を計測する本計測処理（ステップＳ２０）を実行する。なお、以下では、準備処理において撮像部２１が撮像した画像データを第１画像データ、本計測処理において撮像部２１が撮像した画像データを第２画像データという。
【００２６】
ステップＳ１０の準備処理は、背景の抽出（ステップＳ１１）、一次定点の設定（ステップＳ１２）、各種領域の抽出（ステップＳ１３）、二次定点の設定（ステップＳ１４）、パラメータの設定（ステップＳ１５）で構成される。また、本計測処理（ステップＳ２０）は、回転速度の計測（ステップＳ２１）とパラメータの調整（ステップＳ２２）とで構成され、これらのステップが繰り返し実行される。
【００２７】
図３に示すように、ステップＳ１１である背景の抽出において、背景抽出部２６は、例えば平均背景法を用いて図３における斜線部分のように撮像領域１０から背景３５を抽出する。背景抽出部２６は、基準となる第１画像データにおける各画素の輝度情報と撮像時期の異なる複数の第１画像データにおける各画素の輝度の平均値との差が閾値以下である領域を背景３５として抽出する。なお、撮像領域１０において背景３５以外の領域は、何らかの物体が運動している運動領域である。
【００２８】
図３に示すように、ステップＳ１２の一次定点の設定において、定点設定部２７は、ステップＳ１１で抽出された背景３５から、互いに離間している複数の特徴点を一次定点に設定する。この一次定点は、撮像部２１そのものの変位に基づく撮像領域１０のぶれを計測するための定点であって、例えば画像データから表示データを抽出する際の補正機能に利用される定点である。一次定点は、空間的および時間的に安定して検出可能な特徴点であることが好ましい。
【００２９】
定点設定部２７は、背景３５のうちで輝度の微分値が大きい部分、すなわちコントラストが大きい特徴点を一次定点の候補点３６として設定する。そして定点設定部２７は、撮像時期の互いに異なる第１画像データに対してオプティカルフロー処理等を行うことにより複数の候補点３６のなかから選択的に一次定点を設定する。オプティカルフロー処理は、複数の画素で構成される等間隔格子のブロックで撮像領域１０を分割し、特徴点を含むブロックの画像データ間における移動を示す移動ベクトルを取得する処理である。定点設定部２７は、このオプティカルフロー処理を通じて、各ブロックと移動ベクトルとを対応付けた定点設定情報を生成する。そして定点設定部２７は、生成した定点設定情報に基づいて、撮像領域１０の外周に近い位置に位置する候補点３６を優先的に一次定点に選択する処理を行うことにより一次定点を設定する。
【００３０】
図４（ａ）は、撮像領域１０が撮像領域１０Ａへ平行移動した場合の一例を模式的に示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した平行移動時の定点設定情報３７Ａを模式的に示す図である。また、図５（ａ）は、撮像領域１０の左上の頂点を回転中心として撮像領域１０が撮像領域１０Ｂへ回転移動した場合の一例を模式的に示した図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した回転移動時の定点設定情報３７Ｂを模式的に示した図である。なお、図４（ｂ）および図５（ｂ）では、候補点３６に対応するブロックの移動ベクトルのみを示している。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、撮像領域１０が平行移動した定点設定情報３７Ａでは、候補点３６に対応するブロックに同じ方向の移動ベクトルが対応付けられている。この際、同じ大きさの移動ベクトルが対応付けられるブロックについては、撮像部２１からの距離が等しい候補点３６である可能性が高い。また、図５（ｂ）に示すように、撮像領域１０が回転移動した定点設定情報３７Ｂでは、候補点３６に対応するブロックには回転中心との位置関係に応じた方向および大きさの移動ベクトルが対応付けられている。定点設定部２７は、こうした定点設定情報に基づいて、他の候補点と異なる動きをする候補点を一次定点の候補から除外していくとともに、撮像領域１０の外周に近い位置に位置する候補点３６を優先的に一次定点に選択することで候補点のなかから複数の一次定点を設定する。なお、図３に示した候補点３６は、そのすべてが一次定点３８（図１１参照）に設定される。また、２つの画像データにおける一次定点の変位は、各ブロックを構成する画素の各々に対して撮像領域１０のぶれに基づく移動ベクトルが対応付けられることにより規定される。
【００３２】
ステップＳ１３の各種領域の抽出において、領域抽出部２８は、第１画像データに対する画像処理により撮像領域１０から各種の領域を抽出する。領域抽出部２８が抽出する領域は、固定領域、振動領域、回転領域、直線運動領域、および、不明領域である。固定領域は移動している物体が検出されない領域であり、振動領域は物体が振動している領域である。回転領域は物体が回転している領域であり、直線運動領域は物体が直線運動している領域である。不明領域は、これらのいずれにも該当しない領域である。
【００３３】
領域抽出部２８は、撮像時期が互いに異なる第１画像データに対してオプティカルフロー処理を行うことにより一次定点３８の変位を除いた各ブロックの移動を示す移動ベクトルを取得し、各ブロックの位置と移動ベクトルとを対応付けた領域抽出情報を生成する。
【００３４】
領域抽出部２８は、第１画像データに対して例えばラベリング処理やエッジ処理の画像処理を行うことにより撮像領域１０内に位置する物体の形状を示す形状情報を生成する。
領域抽出部２８は、領域抽出情報に基づく各ブロックの移動ベクトルの規則性と形状情報に基づく撮像領域１０内の物体の形状とを比較したうえで各種の領域を抽出する。領域抽出部２８は、領域抽出情報の移動ベクトルの大きさに基づき、第１画像データを取得する時間間隔である第１時間幅Ｄ１を適宜大きくしながら形状情報と領域抽出情報とを生成する。すなわち、領域抽出部２８は、高速の運動領域を優先的に抽出する。第１時間幅Ｄ１は、最小値が例えば撮像部２１のフレームレートに基づく最小時間であり、最大値が例えば１ｓである。
【００３５】
例えば、領域抽出部２８が画像処理の対象とする撮像時期のパターンは、［０ｍｓ，１ｍｓ，１０ｍｓ，１００ｍｓ，１０００ｍｓ］、［０ｍｓ，１００ｍｓ，２００ｍｓ，３００ｍｓ，４００ｍｓ］、［０ｓ，１ｓ，２ｓ，３ｓ，４ｓ］である。
【００３６】
図６〜図１１を参照して、回転体１１が回転している回転領域、エンジン１２が振動している振動領域、および、ベルト１３，１４が直線運動している直線運動領域が撮像領域１０から抽出される場合の一例について説明する。
【００３７】
上述したように、回転体１１およびエンジン１２は高速運動であり、ベルト１３，１４は中速あるいは低速運動である。そのため、回転体１１およびエンジン１２の運動領域がベルト１３，１４の運動領域よりも先行して抽出される。
【００３８】
例えば、図６（ａ）に示すように回転体１１およびエンジン１２が実線で示される位置から二点鎖線で示される位置に移動した場合の領域抽出情報４０Ａを図６（ｂ）に示す。また、図７（ａ）に示すように回転体１１およびエンジン１２が実線で示される位置から二点鎖線で示される位置に移動した場合の領域抽出情報４０Ｂを図７（ｂ）に示す。
【００３９】
図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、回転体１１が回転している領域に位置するブロックには、回転体１１の変位を示す移動ベクトルであって、回転体１１の回転中心に該当するブロックの周りを回転する規則性を有する移動ベクトル４１が対応付けられる。また、エンジン１２が振動している領域に位置するブロックには、同じ方向および同じ大きさであって比較的小さい第１時間幅Ｄ１において向きが異なる規則性を有する移動ベクトル４３が対応付けられる。この際、中速あるいは低速運動するベルト１３，１４が移動している領域については、領域の抽出に必要な大きさの移動ベクトルが検出されない。
【００４０】
図８に示すように、領域抽出部２８は、領域抽出情報４０Ａ，４０Ｂに例示した規則性を有する移動ベクトル４１の位置と形状情報に基づく物体の形状とを比較したうえで移動ベクトル４１と同様の規則性を有する領域を回転領域４５として抽出する。同様に、領域抽出部２８は、領域抽出情報４０Ａ，４０Ｂに例示した規則性を有する移動ベクトル４３の位置と形状情報に基づく物体の形状とを比較したうえで移動ベクトル４３と同様の規則性を有する領域を振動領域４６として抽出する。このとき、領域抽出部２８は、回転体１１の運動領域が確実に含まれる領域を回転領域４５として抽出するとともに振動しているエンジン１２が確実に含まれる領域を振動領域４６として抽出する。回転領域４５および振動領域４６以外の領域は未確定領域４７である。未確定領域４７は、ベルト１３，１４のように、たとえ何らかの物体が運動しているとしても上記第１時間幅Ｄ１では移動ベクトルの大きさが非常に小さいために適当な領域の抽出には至らない領域である。
【００４１】
また、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、例えば領域抽出情報４０Ｂにおいて、回転領域４５の移動ベクトル４１から振動領域４６の移動ベクトル４３を減算すると移動ベクトル４１よりも規則性が明確な移動ベクトル４８が得られる場合がある。こうした場合、領域抽出部２８は、回転領域４５に連動する連動領域に振動領域４６を設定する。
【００４２】
なお、回転領域４５の移動ベクトルは、回転体１１の回転速度に対して第１時間幅Ｄ１が大きすぎると規則性が失われる、もしくは、異なる規則性が観察される。領域抽出部２８は、回転領域４５の抽出後、当該回転領域４５における移動ベクトルの規則性が変化したとしてもその領域を回転領域４５に維持する。また、振動領域４６の移動ベクトルは、第１時間幅Ｄ１に応じた規則性を有する。そのため、領域抽出部２８は、振動領域４６の抽出後、当該振動領域４６における移動ベクトルが規則性を失うまで振動領域４６を維持する。
【００４３】
続いて、領域抽出部２８は、未確定領域４７から各種の領域を抽出するべく、適宜第１時間幅Ｄ１を大きくしながらオプティカルフロー処理を実行する。
図１０（ａ）に、ある第１時間幅Ｄ１を有する時刻ｔ５，ｔ６の第１画像データから得られる領域抽出情報４０Ｃを示す。また、図１０（ｂ）に、時刻ｔ５，ｔ６よりも第１時間幅Ｄ１の大きい第１時間幅Ｄ１を有する時刻ｔ７，ｔ８の第１画像データから得られる領域抽出情報４０Ｄを示す。なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）では、回転領域４５および振動領域４６の移動ベクトルを省略して示している。
【００４４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、ベルト１３，１４が直線運動している領域に位置するブロックには、第１時間幅Ｄ１によらずに方向が一定あって、第１時間幅Ｄ１が大きくなるほど大きさが大きくなる規則性を有する移動ベクトル４９，５０が対応付けられる。
【００４５】
図１１に示すように、領域抽出部２８は、領域抽出情報４０Ｃ，４０Ｄに示した規則性を有する移動ベクトル４９，５０の位置と形状情報に基づく物体の形状とを比較したうえで、移動ベクトル４９，５０と同様の規則性を有する領域を直線運動領域として抽出する。領域抽出部２８は、移動ベクトル４９と同様の規則性を有する領域を第１直線運動領域５３、移動ベクトル５０と同様の規則性を有する領域を第２直線運動領域５４として抽出する。
【００４６】
領域抽出部２８は、移動ベクトルの方向や大きさに規則性が認められない領域を不明領域として抽出する。不明領域は、第１時間幅Ｄ１の小さい時期に抽出されると、その後のオプティカルフロー処理において移動ベクトルに規則性が認められることはない。そのため、領域抽出部２８は、一旦不明領域として抽出された領域を不明領域に維持する。
【００４７】
領域抽出部２８は、例えば準備処理の開始から所定時間だけ経過するまでに適当な領域の抽出に必要な大きさの移動ベクトルが検出されない領域を固定領域５５として抽出する。また、領域抽出部２８は、各種領域の抽出（ステップＳ１３）の終了までに、上記回転領域、振動領域、直線運動領域、および、固定領域のいずれにも対応付けられていない領域を不明領域として抽出する。
【００４８】
領域抽出部２８は、撮像領域１０に未確定領域がなくなること、および、オプティカルフロー処理が所定の最大処理回数に到達すること、これらのいずれか一方が成立することを条件として、領域の抽出（ステップＳ１３）を終了する。
【００４９】
図１１に示すように、ステップＳ１４の二次定点の設定において、定点設定部２７は、領域の抽出（ステップＳ１３）において回転領域４５の連動領域として抽出された振動領域４６から互いに離間している複数の特徴点を二次定点５６に設定する。この二次定点５６は、回転体１１に連動するエンジン１２による回転体１１の回転軸のぶれを計測するための定点である。２つの画像データにおける二次定点の変位は、回転領域の各ブロックを構成する画素の各々に対して、連動領域における移動ベクトルであって一次定点の変位が除かれた移動ベクトルが対応付けられることにより規定される。
【００５０】
ステップＳ１５のパラメータの設定において、パラメータ設定部２９は、撮像領域１０のうちで回転体１１の回転速度を計測するための各種パラメータを設定する。
パラメータ設定部２９は、定点設定部２７が設定した一次定点３８および二次定点５６を回転体１１の変位を補正する定点に設定する。パラメータ設定部２９は、抽出された各種領域を撮像領域１０の各所に設定するとともに、本計測処理において回転体１１の回転速度を計測する際に画像処理を行う領域である処理領域を設定する。パラメータ設定部２９は、各種領域の抽出（ステップＳ１３）において抽出された回転領域４５を処理領域に設定する。また、パラメータ設定部２９は、回転領域４５の抽出時における領域抽出情報に基づいて、回転体１１の回転方向を設定するとともに、回転体１１のおおよその回転速度を演算し、本計測処理において第２画像データを取得する時間間隔である第２時間幅Ｄ２を設定する。この際、パラメータ設定部２９は、形状情報からブレード１１ａのピッチ角を取得し、回転速度に基づく回転体１１の回転角度θが該ピッチ角未満となるように第２時間幅Ｄ２を設定することが好ましい。
【００５１】
次に、本計測処理（ステップＳ２０）について説明する。
図２に示したように、本計測処理（ステップＳ２０）は、回転速度の計測（ステップＳ２１）とパラメータの調整（ステップＳ２２）とで構成され、これらのステップが繰り返し実行される。
【００５２】
ステップＳ２１の回転速度の計測において、計測部３０は、パラメータ設定部２９が設定した第２時間幅Ｄ２で第２画像データを取得する。計測部３０は、取得した２つの第２画像データに基づいて、一次定点３８の変位と二次定点５６の変位とを求める。また計測部３０は、取得した２つの第２画像データの回転領域４５に対して画像処理を行う。計測部３０は、例えば回転領域４５に対してオプティカルフロー処理を行い、回転体１１の変位から一次定点３８の変位および二次定点５６の変位を除いたうえで回転体１１の回転角度θを演算する。そして計測部３０は、回転体１１の回転角度θと第２時間幅Ｄ２とに基づき回転体１１の回転速度を計測する。回転体１１の回転速度が計測されると、処理部２２は、該回転速度を示す信号を表示部２４に出力し、表示部２４は、例えば図１２に示すように回転領域４５と回転速度とを関連付けて表示する。
【００５３】
なお、２回目以降のステップＳ２１において計測部３０が画像処理を行う２つの第２画像データは、当該ステップＳ２１にて取得する２つの第２画像データであってもよいし、前回のステップＳ２１にて取得した第２画像データと今回のステップＳ２１にて取得する第２画像データとであってもよい。
【００５４】
ステップＳ２２のパラメータの調整において、パラメータ設定部２９は、ステップＳ２１での画像処理の結果に基づいて、必要に応じて各種パラメータを再設定する。例えば、パラメータ設定部２９は、回転角度θがピッチ角以上になった場合、または、回転角度θがピッチ角以上になると推定される場合には、回転角度θがピッチ角未満となるように第２時間幅Ｄ２を再設定する。
【００５５】
なお、処理部２２は、準備処理において設定した一次定点３８の少なくとも１つが撮像領域１０から消失すると本計測処理を終了する。そして処理部２２は、一次定点３８の消失が限定的である場合には再び準備処理から計測処理を開始し、すべての一次定点３８が消失した場合には計測処理を終了する。
【００５６】
第１実施形態の回転速度計測装置２０によれば、以下に示す作用効果が得られる。
（１）領域抽出部２８は、準備処理において、回転体１１が回転している領域である回転領域４５を撮像領域１０から抽出する。そして計測部３０は、その回転領域４５を処理領域とする画像処理によって回転速度を計測する。こうした構成によれば、回転速度を計測する際の画像処理の対象を撮像領域１０の一部とすることができる。その結果、回転速度の計測時における回転速度計測装置２０の処理速度を向上させることができる。
【００５７】
（２）領域抽出部２８は、第１時間幅Ｄ１だけ離れた２つの第１画像データに対する画像処理により回転領域４５を抽出する。すなわち、領域抽出部２８は、第１時間幅Ｄ１における回転体１１の変位に基づいて回転領域４５を抽出する。その結果、例えば１つの第１画像データ、すなわち形状情報のみに基づき回転領域４５を抽出する場合に比べて、回転体１１の回転領域４５を高い確度の下で抽出することができる。
【００５８】
（３）ここで、例えば、回転体１１が低速で回転しているときに２つの第１画像データを小さい第１時間幅Ｄ１で取得した場合には、回転体１１の変位が小さすぎてしまう。また例えば、回転体１１が高速で回転しているときに２つの第１画像データを大きい第１時間幅Ｄ１で取得したときには、回転体１１の変位が大きすぎてしまう。こうした場合、回転体１１の回転に関わる移動ベクトルを取得することができず、回転領域４５の抽出が困難になるおそれがある。この点、領域抽出部２８は、領域の抽出（ステップＳ１３）において、第１時間幅Ｄ１を変更可能に構成されている。そのため、回転体１１が高速で回転している場合には第１時間幅Ｄ１が小さいときに、また、回転体１１が低速で回転している場合には第１時間幅Ｄ１が大きいときに回転体１１の変位を確認することができる。その結果、回転体１１の回転領域４５をさらに高い確度の下で抽出することができる。
【００５９】
（４）領域抽出部２８は、領域の抽出（ステップＳ１３）において、第１時間幅Ｄ１を適宜大きくしながら第１画像データを取得する。こうした構成によれば、高速の運動領域が優先して抽出される。その結果、撮像領域１０における回転領域４５の抽出を効率よく行うことができる。
【００６０】
（５）定点設定部２７は、回転領域４５以外の領域に撮像部２１そのものの変位に基づく撮像領域１０のぶれを計測する一次定点３８を設定する。また、定点設定部２７は、回転領域４５の連動領域である振動領域４６に二次定点５６を設定する。そして計測部３０は、回転体１１の変位から一次定点３８の変位および二次定点５６の変位を除いたうえで回転体１１の回転速度を計測する。すなわち、撮像部２１の変位に基づく撮像領域１０のぶれと回転体１１の回転軸のぶれに影響を与える物体の変位とを回転体１１の変位から除いたうえで回転速度を計測する。その結果、回転速度の精度を高めることができる。
【００６１】
（６）処理部２２は、各画素に輝度情報が対応付けられた画像データを処理する。そのため、処理部２２が例えばカラー情報を含む画像データを処理する場合に比べて、処理部２２の処理速度が向上する。また、撮像部２１がモノクロカメラであることから、例えば、カラー情報を含む画像データを輝度情報の画像データに変換する必要もない。これにより、回転速度計測装置２０の処理速度を効率よく向上させることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図１３〜図１５を参照して、回転速度計測装置の第２実施形態について説明する。
なお、第２実施形態の回転速度計測装置は、第１実施形態の回転速度計測装置と主要な構成が同じである。そのため、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
【００６３】
図１３に示すように、回転速度計測装置６０において、処理部２２は、背景抽出部２６、定点設定部２７、領域抽出部２８、パラメータ設定部２９、および、計測部３０に加えて、推定部６１を備えている。
【００６４】
準備処理（ステップＳ１０）のパラメータの設定（ステップＳ１５）において、パラメータ設定部２９は、回転体１１の回転方向および第２時間幅Ｄ２の設定の他、追跡点設定部として回転体１１の特徴点の少なくとも１つを追跡点６３に設定する。追跡点６３は、回転体１１のうちでコントラストが大きい特徴点であることが好ましく、例えば回転体１１のエッジ部分であってもよいし、回転体１１が有する傷や回転体１１に貼付けられた目印であってもよい。
【００６５】
図１４に示すように、回転速度計測装置６０において、本計測処理（ステップＳ２０）は、回転速度の計測（ステップＳ２１）、パラメータの調整（ステップＳ２２）の他、到達領域の推定（ステップＳ２３）で構成され、これらが繰り返し実行される。なお、２回目以降のステップＳ２１で計測部３０が画像処理を行う２つの第２画像データは、前回のステップＳ２１にて取得した第２画像データと今回のステップＳ２１に取得した第２画像データとである。
【００６６】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、到達領域の推定（ステップＳ２３）において、推定部６１は、次に取得する第２画像データにおける追跡点６３の到達領域６４を推定する。推定部６１は、パラメータ設定部２９が設定した回転体１１の回転方向および第２時間幅Ｄ２、直前の第２画像データにおける追跡点６３の座標、計測部３０の計測結果である回転速度に基づいて到達領域６４を推定する。推定部６１は、回転速度に基づく回転角度θだけ追跡点６３が変位するものとして追跡点６３の到達座標を演算し、回転領域４５における到達座標の周辺領域を到達領域６４に設定する。
【００６７】
回転速度の計測（ステップＳ２１）において、計測部３０は、第２画像データの回転領域４５に対する画像処理により追跡点６３を検出する。この際、計測部３０は、到達領域６４に対する画像処理を優先して行い、到達領域６４にて追跡点６３を検出すると回転領域４５に対する画像処理を終了する。計測部３０は、検出した追跡点６３の座標に基づいて、一次定点３８および二次定点５６の変位を回転体１１の変位から除いたうえで回転体１１の回転角度θを演算する。そして計測部３０は、回転角度θと第２時間幅Ｄ２とに基づいて回転体１１の回転速度を計測する。
【００６８】
第２実施形態の回転速度計測装置６０によれば、第１実施形態の（１）〜（６）に記載した作用効果に加えて以下に示す作用効果が得られる。
（７）推定部６１は、次に取得する第２画像データにおける追跡点６３の到達領域６４を推定する。計測部３０は、到達領域６４に対する画像処理を優先して行い、該到達領域６４において追跡点６３が検出された場合には、回転領域４５に対する画像処理を終了する。こうした構成によれば、回転速度を計測するうえで、画像処理の対象をさらに限定することが可能である。その結果、回転速度計測装置６０の処理速度をさらに向上させることができる。
【００６９】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第２実施形態において、２回目以降のステップＳ２１で計測部３０が画像処理を行う２つの第２画像データは、当該ステップＳ２１にて取得する２つの第２画像データであってもよい。こうした場合、推定部６１は、ステップＳ２３において、次のステップＳ２１において取得する２つの第２画像データの各々について到達領域６４を推定する。
【００７０】
・第２実施形態において、複数の特徴点が追跡点６３に設定されてもよい。この場合、推定部６１は、複数の追跡点６３の各々について到達領域６４を推定する。
・領域抽出部２８は、例えば回転体１１に連動する物体の変位が僅かである場合等には連動領域を抽出しなくともよい。また、領域抽出部２８が抽出する領域の種類は、回転領域のみであってもよい。これらの場合、処理部２２は、ステップＳ１４において二次定点を設定することなくステップＳ１５に移行する。こうした構成によれば、準備処理に要する時間を短縮可能であるとともに、二次定点が設定されない分だけ計測時における処理速度が向上する。
【００７１】
・定点設定部２７は、一次定点３８のみを定点として設定してもよい。こうした構成によれば、撮像部２１そのものの変位に基づく撮像領域１０のぶれを除いたうえで回転体１１の回転速度を計測することができる。こうした構成は、例えば、回転体１１の回転軸のぶれが僅かである場合に有効である。
【００７２】
・定点設定部２７は、二次定点５６のみを定点として設定してもよい。こうした構成によれば、回転体１１の回転軸のぶれに影響を与える物体の変位を回転体１１の変位から除いたうえで回転速度を計測することができる。こうした構成は、例えば、撮像部２１が固定されている場合に有効である。
【００７３】
・処理部２２は、背景抽出部２６を備えていなくともよい。この場合、定点設定部２７は、第１画像データに基づく形状情報に基づいて候補点３６を設定し、以後の第１画像データにおいて直線移動や回転移動について他の候補点３６とは異なる動きをする候補点３６を一次定点の候補から除外していく。そして、領域抽出部２８によって固定領域として抽出された領域に位置する候補点３６を一次定点３８に設定する。
【００７４】
・領域抽出部２８は、第１時間幅Ｄ１を最大値から適宜小さくしながら各種領域を抽出してもよい。こうした構成によれば、固定領域や低速の運動領域ほど優先して抽出されることから、例えば、領域抽出部２８によって固定領域として抽出された領域に一次定点を設定することができる。
【００７５】
・領域抽出部２８は、第１時間幅Ｄ１を適宜変更しながら第１画像データを取得する。これを変更して、領域抽出部２８は、互いに異なる所定の第１時間幅Ｄ１ごとに第１画像データを取得するようにしてもよい。
【００７６】
・第１時間幅Ｄ１の変更は、撮像部２１のフレームレートの変更によって行われてもよいし、撮像部２１のフレームレートを変更することなく、第１画像データを取得するタイミングの変更によって行われてもよい。なお、第２時間幅Ｄ２についても同様である。
【００７７】
・領域抽出部２８は、画像処理により各種領域を抽出すればよい。そのため、領域抽出部２８は、例えば、最初に取得した第１画像データから撮像領域１０内にある各物体のテンプレートを作成し、その後に取得する第１画像データに対して物体ごとにテンプレートマッチングを行うことにより各種領域を抽出してもよい。
【００７８】
・また例えば、領域抽出部２８は、予め回転体と判断される形状を保持しておくことで、１つの第１画像データから回転体１１の回転領域４５を抽出してもよい。こうした構成によれば、回転領域の抽出に要する時間を短縮することができる。
【００７９】
・撮像部２１は、モノクロカメラに限らず、例えば画像データの各画素について画素情報として複数の色情報を含むカラーカメラであってもよい。この場合、処理部２２は、計測処理にて用いる画像データについて、色情報を含む画像データを輝度情報からなる画像データに変換する変換部を備えることが好ましい。また、処理部２２は、複数の色情報のうちの１つの色成分の値を用いて各種の処理を行ってもよい。こうした構成によれば、各画素について複数の色情報を含む画像データを処理対象として回転速度を計測する場合の処理速度が向上する。
【００８０】
・例えば、回転体と連動する物体によって回転体が撮像領域１０内を移動する場合、領域抽出部２８は、回転体の軌跡上のすべての領域を回転領域として抽出してもよい。
・撮像領域１０に複数の回転体が存在する場合、領域抽出部２８は各回転体について回転領域を設定し、パラメータ設定部２９は各回転領域を処理領域に設定する。そして計測部３０は、各処理領域に対する画像処理により回転体の各々についての回転速度を計測する。すなわち、複数の回転体について別個に回転領域が設定され、各回転領域を処理領域として画像処理が行われる。こうした構成によれば、計測時の処理速度を向上させつつ、複数の回転体についての回転速度を計測することが可能である。
【００８１】
・図１６（ａ）に示すように回転体１１の前方に障害物６５が存在しているとき、回転体１１付近の領域抽出情報は、図１６（ｂ）のように示される。図１６（ｂ）に示すように、回転体１１が回転している領域の各ブロックには移動ベクトル６６が対応付けられるが、障害物６５に対応する各ブロックには移動ベクトル６６のような移動ベクトルは対応付けられない。こうした場合、領域抽出部２８は、図１６（ｃ）に示すように、障害物６５を固定領域６８として抽出し、撮像部２１によって回転体１１が撮像される領域を回転領域６９として抽出する。そして計測部３０は、回転領域６９を処理領域とする画像処理を第２画像データに行うことにより回転体１１の回転速度を計測する。
【００８２】
・計測部３０が第２画像データに対して行う画像処理は、オプティカルフロー処理に限らず、例えばテンプレートマッチング処理であってもよい。この場合、領域抽出部２８は、例えば、１つあるいは複数の第１画像データから回転体１１のテンプレートを作成する。計測部３０は、２つの第２画像データに対して回転領域４５を処理領域とするテンプレートマッチング処理を行い、２つの第２画像データの各々についてテンプレートに対する回転体１１の回転角度を求める。そして計測部３０は、その求めた回転角度の差と第２時間幅Ｄ２とに基づいて回転速度を計測する。こうした構成であっても、テンプレートマッチング処理を行う領域が回転領域４５に限定されることで回転速度計測装置の処理速度を向上させることができる。また、計測部３０は、回転領域４５から１つの画素あるいは互いに隣接する複数の画素からなる特定領域を選択し、該特定領域における回転体１１の有無に応じて回転速度を計測してもよい。
【００８３】
・領域抽出部２８は、背景抽出部２６によって背景３５として抽出された領域とは異なる移動ベクトルのパターンを有する領域、すなわち運動領域から回転領域４５を抽出するように構成されてもよい。こうした構成によれば、回転領域４５を抽出する領域が運動領域に限定されるため、回転領域４５を抽出する際の処理速度を向上させることができる。
【００８４】
・背景抽出部２６は、上記背景３５を第１の背景、背景３５以外の運動領域において物体の一部と物体の背後部分とが交互に観察される領域から選択的に抽出した画素情報の集合を第２の背景として抽出してもよい。すなわち、第１の背景は、時間に対して画素情報が変化しない領域において常に変化しない画像情報の集合であり、第２の背景は、時間に対して画素情報が変化する領域において変化しない画像情報の集合である。
【００８５】
例えば、図１７（ａ）に示すように、回転体１１が回転する回転領域４５のうちで回転体１１のブレード１１ａが通過する領域の各所においては、撮像時期に応じてブレード１１ａあるいは回転体１１の背後にあるエンジン１２が観察される。背景抽出部２６は、こうした領域の中から移動のない画素情報の集合を第２の背景３５Ｂとして抽出する。背景抽出部２６は、複数の第１画像データにおいて回転体と背景とを判定する特徴情報が検出された画素群を示す抽出準備画像データを生成し、この抽出準備画像データに基づいて第２の背景３５Ｂを設定する。ここでいう特徴情報としては、例えば、回転体の背後部分の輝度よりも回転体の輝度が大きいことが挙げられる。また、他の特徴情報としては、回転体の背後は輝度変化の大きく、かつ、移動が認められない模様であることが挙げられる。
【００８６】
図１７（ｂ）に示すように、背景抽出部２６は、第２の背景３５Ｂを抽出する処理において、最初に取得した第１画像データから事前に指示した背景と回転体の特徴情報に基づいて第２の背景３５Ｂを構成する画素群７０を示す抽出準備画像データを生成する。そして背景抽出部２６は、新たに第１画像データを取得するたびに抽出準備画像データを更新する。
【００８７】
図１７（ｃ）に示すように、背景抽出部２６は、抽出準備画像データと新たに取得した第１画像データとについて各画素の画素情報を比較する。そして背景抽出部２６は、図１７（ｄ）に示すように、抽出準備画像データおよび第１画像データのいずれか一方において背景であると判定された画素を抽出し、それらの画素からなる画素群７１を新たに設定することにより抽出準備画像データを更新する。この更新された抽出準備画像データは、次の第１画像データとの比較に用いられる。
【００８８】
図１７（ｅ）に示すように、背景抽出部２６は、こうした抽出準備画像データの更新を所定回数だけ行い、おおよそ回転中心と認められる点を中心とした円となるように画素群の中心側境界７２ａを整形する。そして背景抽出部２６は、その最新の抽出準備画像データの画素群７２に基づいて第２の背景３５Ｂを抽出する。
【００８９】
・回転速度計測装置は、処理部２２による回転速度の計測が行われる構成であればよく、撮像部を備えていなくともよい。すなわち、回転速度計測装置は、例えばユーザが用意した撮像部が接続ケーブルを介して接続される構成であってもよい。
【００９０】
・処理部２２は、例えば上述した工程を経て回転体１１の回転速度を計測する計測プログラムといったコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体を用いて該コンピュータプログラムがインストールされたコンピュータによって構成されてもよい。
【００９１】
・回転速度計測装置は、回転速度のみならず、例えばベルト１３，１４の移動速度やエンジン１２の振動速度を画像処理により計測することも可能である。これらの計測結果は、回転速度の計測結果（図１２参照）と併せて表示部２４に表示してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…撮像領域、１１…回転体、１２…エンジン、１３，１４…ベルト、１５，１６，１７，１８…固定部材、２０…回転速度計測装置、２１…撮像部、２２…処理部、２３…操作部、２４…表示部、２６…背景抽出部、２７…定点設定部、２８…領域抽出部、２９…パラメータ設定部、３０…計測部、３５…背景、３５Ｂ…第２の背景、３６…候補点、３７Ａ，３７Ｂ…定点設定情報、３８…一次定点、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…領域抽出情報、４１，４３…移動ベクトル、４５…回転領域、４６…振動領域、４７…未確定領域、４８，４９，５０…移動ベクトル、５３…第１直線運動領域、５４…第２直線運動領域、５５…固定領域、５６…二次定点、６０…回転速度計測装置、６１…推定部、６３…追跡点、６４…到達領域、６５…障害物、６６…移動ベクトル、６８…固定領域、６９…回転領域、７０，７１，７２…画素群、７２ａ…中心側境界。
【図１】
0006431811.tif 000002
【図２】
0006431811.tif 000003
【図３】
0006431811.tif 000004
【図４】
0006431811.tif 000005
【図５】
0006431811.tif 000006
【図６】
0006431811.tif 000007
【図７】
0006431811.tif 000008
【図８】
0006431811.tif 000009
【図９】
0006431811.tif 000010
【図１０】
0006431811.tif 000011
【図１１】
0006431811.tif 000012
【図１２】
0006431811.tif 000013
【図１３】
0006431811.tif 000014
【図１４】
0006431811.tif 000015
【図１５】
0006431811.tif 000016
【図１６】
0006431811.tif 000017
【図１７】
0006431811.tif 000018