(57)【要約】【課題】時間とともに３次元空間内で移動する計測対象物の実際の移動軌跡である実移動軌跡を、ステレオ画像処理を用いて計測した後、計測した実移動軌跡からノイズ成分を適切に除去して、より高精度な実移動軌跡を得ることができるステレオ画像処理方法を提供する。【解決手段】実移動軌跡はベース軌跡に近似していることが予めわかっており、ベース軌跡を入力する、あるいは計測対象物に関する物理情報を入力してベース軌跡を算出させるベース軌跡取得ステップＳ１３０と、実移動軌跡をベース軌跡成分と残りのズレ成分とに分離する軌跡成分分離ステップＳ１４０と、ズレ成分をフィルタリング処理するズレ成分フィルタリングステップＳ１５０と、ベース軌跡成分とフィルタリング処理後のズレ成分とを合成した合成軌跡成分に基づいて、フィルタリング処理後実移動軌跡を作成する軌跡成分合成ステップＳ１６０と、を有する。【選択図】図３
2017053691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像装置を用いて撮像した画像を画像処理装置に取り込んで、時間とともに３次元空間内で移動する計測対象物の実際の移動軌跡である実移動軌跡を計測した後、計測した前記実移動軌跡からノイズ成分を除去する、ステレオ画像処理方法であって、
前記実移動軌跡は、周期的な軌跡であるベース軌跡に近似していることが予めわかっており、
前記画像処理装置に前記ベース軌跡を入力する、あるいは、前記画像処理装置に前記計測対象物に関する物理情報を入力して前記画像処理装置にて前記ベース軌跡を算出させる、ベース軌跡取得ステップと、
前記画像処理装置にて、前記実移動軌跡から前記ベース軌跡の成分であるベース軌跡成分を取り除いて、前記実移動軌跡を、前記ベース軌跡成分と、残りの成分であるズレ成分と、に分離する軌跡成分分離ステップと、
前記画像処理装置にて、前記ズレ成分にフィルタリング処理を施す、ズレ成分フィルタリングステップと、
前記画像処理装置にて、前記ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記ズレ成分と、を合成して合成軌跡成分を求め、求めた前記合成軌跡成分に基づいて、前記実移動軌跡に前記フィルタリング処理を施したフィルタリング処理後実移動軌跡を作成する軌跡成分合成ステップと、を有する、
ステレオ画像処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のステレオ画像処理方法であって、
前記ベース軌跡は前記３次元空間内における円状軌跡であり、
前記軌跡成分分離ステップにて、
前記ベース軌跡を、
時間とともに変化する前記３次元空間内の前記計測対象物のＸ座標位置の変化を表したＸ方向ベース軌跡成分と、
時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＹ座標位置の変化を表したＹ方向ベース軌跡成分と、
時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＺ座標位置の変化を表したＺ方向ベース軌跡成分と、に分解するとともに、分解した各ベース軌跡成分のそれぞれを、最小二乗法を用いて、所定の三角関数波形にフィッティングさせる、
ステレオ画像処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載のステレオ画像処理方法であって、
前記実移動軌跡は前記円状軌跡に近似した軌跡であり、
前記軌跡成分分離ステップにて、
前記実移動軌跡を、
時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＸ座標位置の変化を表したＸ方向実移動軌跡成分と、
時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＹ座標位置の変化を表したＹ方向実移動軌跡成分と、
時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＺ座標位置の変化を表したＺ方向実移動軌跡成分と、に分解し、
前記Ｘ方向実移動軌跡成分から前記フィッティング後の前記Ｘ方向ベース軌跡成分を取り除いてＸ方向ズレ成分を求め、
前記Ｙ方向実移動軌跡成分から前記フィッティング後の前記Ｙ方向ベース軌跡成分を取り除いてＹ方向ズレ成分を求め、
前記Ｚ方向実移動軌跡成分から前記フィッティング後の前記Ｚ方向ベース軌跡成分を取り除いてＺ方向ズレ成分を求め、
前記ズレ成分フィルタリングステップにて、
前記Ｘ方向ズレ成分と前記Ｙ方向ズレ成分と前記Ｚ方向ズレ成分と、のそれぞれにフィルタリング処理を施し、
前記軌跡成分合成ステップにて、
前記Ｘ方向ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記Ｘ方向ズレ成分とを合成したＸ方向合成軌跡成分を作成し、
前記Ｙ方向ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記Ｙ方向ズレ成分とを合成したＹ方向合成軌跡成分を作成し、
前記Ｚ方向ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記Ｚ方向ズレ成分とを合成したＺ方向合成軌跡成分を作成し、
作成した前記Ｘ方向合成軌跡成分と前記Ｙ方向合成軌跡成分と前記Ｚ方向合成軌跡成分とに基づいて、前記フィルタリング処理後実移動軌跡を作成する、
ステレオ画像処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のステレオ画像処理方法であって、
前記計測対象物は、玉軸受の玉であり、
前記ベース軌跡は、前記玉軸受の各個所の実際の寸法に基づいて算出された前記玉軸受の前記玉の理論公転軌跡であり、
前記実移動軌跡は、複数の前記撮像装置を用いて撮像した画像を前記画像処理装置に取り込んで、時間とともに前記３次元空間内を移動する前記玉の実際の公転軌跡である、
ステレオ画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間とともに３次元空間内で移動する計測対象物の実際の移動軌跡である実移動軌跡を、複数の撮像装置を用いて撮像した撮像画像に基づいて計測するステレオ画像処理にて計測した後、計測した実移動軌跡からノイズ成分を除去するステレオ画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等、球体を用いた軸受では、内輪と外輪の相対的な回転によって、内輪と外輪との間の空間内で球体（玉）が自転しながら周方向に公転する。このときの球体の挙動の解析は、回転時に発生する騒音の解析等、軸受を設計するうえで非常に重要である。そして球体の挙動の解析は、各時刻における各球体の位置を求めることで行われる。このため、球体の位置をより正確に求めることができる球体位置計測方法が望まれている。
【０００３】
例えば特許文献１には、２台の撮像手段（第１撮像手段と第２撮像手段）を用いて、回転動作中の深溝玉軸受の球体（玉）の３次元空間内の位置を計測する球体位置計測装置が記載されている。２台の撮像手段のそれぞれは、深溝玉軸受の方向に向けられており、各撮像手段の光軸の延長線上の交点の近傍に深溝玉軸受が配置されている。また各撮像手段は、自身の光軸に中心を有する円環状のリング照明をそれぞれ有している。そして画像処理部にて、各撮像手段の画像中から、リング照明からの照明が球体（玉）の表面で反射した反射光の位置を特定している。例えば第１時刻における第１撮像手段からの第１画像中の反射光の位置に基づいて第１撮像手段から見た第１球体の方向を特定し、第１時刻における第２撮像手段からの第２画像中の反射光の位置に基づいて第２撮像手段から見た第１球体の方向を特定することで、当該第１時刻における第１球体の、３次元空間内の位置を特定している。そして、第１時刻から第ｎ時刻のそれぞれの時刻において、３次元空間内の第１球体の位置を特定することで、第１球体の実移動軌跡を計測することができる。
【０００４】
また特許文献２には、光の像の画素値分布を計測し、モデル画素値分布を含むノイズを考慮に入れた修正モデル画素値分布を生成し、前記画素値分布及び前記修正モデル画素値分布に基づいて光の像の画像を解析する画像解析方法が開示されている。引用文献２に記載の画像解析方法では、光の像の画素値分布にノイズ（オフセットノイズ）が混入していても、ノイズが混入する前の本来の光の像を正確に解析できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０５５４９０号公報
【特許文献２】特開２００９−０３１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１にて計測された球体の３次元空間内の移動の軌跡である実移動軌跡には、種々のノイズが含まれていると考えられるので、これらのノイズを適切に除去する方法が望まれている。例えばノイズには、球体表面の潤滑油の状態の変化に伴うノイズ、計測対象物の振動に伴うノイズ、撮像手段の受光素子（ＣＣＤ等）のノイズ、リング照明以外の光源（室内照明等）からの反射光によるノイズ等、種々のノイズがある。しかし、特許文献１には、これらのノイズを除去する方法について開示がなされていない。
【０００７】
また特許文献２には、ノイズを除去する方法について開示がなされており、光の像の画素値分布から、一定量のオフセットノイズを除去する方法が開示されている。しかし、特許文献１に記載の球体位置計測装置にて計測された実移動軌跡中のノイズは、オフセットノイズとは異なるノイズ（上述した球体表面の潤滑油の状態の変化に伴うノイズ等）の割合が非常に大きいと考えられる。すなわち、特許文献１に記載の球体位置計測装置を用いて計測した移動軌跡に、特許文献２に記載の画像解析方法を適用しても、期待する結果（計測した実移動軌跡から適切にノイズを除去）を得ることができない。
【０００８】
また、特許文献１に記載の球体位置計測装置にて計測された実移動軌跡は、玉軸受の玉（球体）の公転軌道の軌跡であるので、円状の軌跡となるはずである。種々のノイズ成分を含んだ円状の軌跡に一般的なフィルタリング処理を施すと、円状軌跡の中心位置がずれた軌跡となったり、円状の形状が歪んで楕円状の軌跡となったりして、ノイズ成分のみを適切に除去することができない。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、時間とともに３次元空間内で移動する計測対象物の実際の移動軌跡である実移動軌跡を、ステレオ画像処理を用いて計測した後、計測した実移動軌跡からノイズ成分を適切に除去して、より高精度な実移動軌跡を得ることができるステレオ画像処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係るステレオ画像処理方法は、次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、複数の撮像装置を用いて撮像した画像を画像処理装置に取り込んで、時間とともに３次元空間内で移動する計測対象物の実際の移動軌跡である実移動軌跡を計測した後、計測した前記実移動軌跡からノイズ成分を除去する、ステレオ画像処理方法であって、前記実移動軌跡は、周期的な軌跡であるベース軌跡に近似していることが予めわかっている。そして、前記画像処理装置に前記ベース軌跡を入力する、あるいは、前記画像処理装置に前記計測対象物に関する物理情報を入力して前記画像処理装置にて前記ベース軌跡を算出させる、ベース軌跡取得ステップと、前記画像処理装置にて、前記実移動軌跡から前記ベース軌跡の成分であるベース軌跡成分を取り除いて、前記実移動軌跡を、前記ベース軌跡成分と、残りの成分であるズレ成分と、に分離する軌跡成分分離ステップと、前記画像処理装置にて、前記ズレ成分にフィルタリング処理を施す、ズレ成分フィルタリングステップと、前記画像処理装置にて、前記ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記ズレ成分と、を合成して合成軌跡成分を求め、求めた前記合成軌跡成分に基づいて、前記実移動軌跡に前記フィルタリング処理を施したフィルタリング処理後実移動軌跡を作成する軌跡成分合成ステップと、を有する。
【００１１】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るステレオ画像処理方法であって、前記ベース軌跡は前記３次元空間内における円状軌跡であり、前記軌跡成分分離ステップにて、前記ベース軌跡を、時間とともに変化する前記３次元空間内の前記計測対象物のＸ座標位置の変化を表したＸ方向ベース軌跡成分と、時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＹ座標位置の変化を表したＹ方向ベース軌跡成分と、時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＺ座標位置の変化を表したＺ方向ベース軌跡成分と、に分解するとともに、分解した各ベース軌跡成分のそれぞれを、最小二乗法を用いて、所定の三角関数波形にフィッティングさせる。
【００１２】
次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係るステレオ画像処理方法であって、前記実移動軌跡は前記円状軌跡に近似した軌跡であり、前記軌跡成分分離ステップにて、前記実移動軌跡を、時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＸ座標位置の変化を表したＸ方向実移動軌跡成分と、時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＹ座標位置の変化を表したＹ方向実移動軌跡成分と、時間とともに変化する前記計測対象物の前記３次元空間内のＺ座標位置の変化を表したＺ方向実移動軌跡成分と、に分解する。そして、前記Ｘ方向実移動軌跡成分から前記フィッティング後の前記Ｘ方向ベース軌跡成分を取り除いてＸ方向ズレ成分を求め、前記Ｙ方向実移動軌跡成分から前記フィッティング後の前記Ｙ方向ベース軌跡成分を取り除いてＹ方向ズレ成分を求め、前記Ｚ方向実移動軌跡成分から前記フィッティング後の前記Ｚ方向ベース軌跡成分を取り除いてＺ方向ズレ成分を求める。また、前記ズレ成分フィルタリングステップにて、前記Ｘ方向ズレ成分と前記Ｙ方向ズレ成分と前記Ｚ方向ズレ成分と、のそれぞれにフィルタリング処理を施す。そして、前記軌跡成分合成ステップにて、前記Ｘ方向ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記Ｘ方向ズレ成分とを合成したＸ方向合成軌跡成分を作成し、前記Ｙ方向ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記Ｙ方向ズレ成分とを合成したＹ方向合成軌跡成分を作成し、前記Ｚ方向ベース軌跡成分と、前記フィルタリング処理後の前記Ｚ方向ズレ成分とを合成したＺ方向合成軌跡成分を作成し、作成した前記Ｘ方向合成軌跡成分と前記Ｙ方向合成軌跡成分と前記Ｚ方向合成軌跡成分とに基づいて、前記フィルタリング処理後実移動軌跡を作成する。
【００１３】
次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係るステレオ画像処理方法であって、前記計測対象物は、玉軸受の玉であり、前記ベース軌跡は、前記玉軸受の各個所の実際の寸法に基づいて算出された前記玉軸受の前記玉の理論公転軌跡であり、前記実移動軌跡は、複数の前記撮像装置を用いて撮像した画像を前記画像処理装置に取り込んで、時間とともに前記３次元空間内を移動する前記玉の実際の公転軌跡である。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、種々のノイズを含んでいる実移動軌跡を、予めわかっているベース軌跡成分と、ズレ成分と、に分離する。ベース軌跡成分は、予めわかっている軌跡でありノイズはほとんど含まれていないと考えられるので、ベース軌跡成分にはフィルタリング処理を施さず、ズレ成分のみにフィルタリング処理を施してノイズ成分を除去する。そして、ベース軌跡成分とフィルタリング処理後のズレ成分とを合成した合成軌跡成分に基づいてフィルタリング処理後実移動軌跡を作成する。従って、予めわかっているベース軌跡成分は、そのまま維持されているので、例えばベース軌跡が円状軌跡であった場合、当該円状軌跡の中心位置がずれたり、円状軌跡の形状が楕円状に歪んだりすることを抑制することができる。従って、時間とともに３次元空間内で移動する計測対象物の実際の移動軌跡である実移動軌跡を、ステレオ画像処理を用いて計測した後、計測した実移動軌跡からノイズ成分を適切に除去して、より高精度な実移動軌跡を得ることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、円状軌跡であるベース軌跡を、Ｘ方向ベース軌跡成分と、Ｙ方向ベース軌跡成分と、Ｚ方向ベース軌跡成分と、の３次元空間内における３つの成分へと、適切に分解することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、軌跡成分分離ステップと、ズレ成分フィルタリングステップと、軌跡成分合成ステップと、を具体的かつ適切に実現することができる。これにより、計測した実移動軌跡からノイズ成分を適切に除去して、より高精度な実移動軌跡を得ることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、玉軸受の玉を計測対象物として、またベース軌跡を前記玉の理論公転軌跡（円状軌跡）として、計測した実移動軌跡からノイズ成分を適切に除去して、より高精度な実移動軌跡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のステレオ画像処理方法を適用した位置計測装置の全体構成を説明する図である。
【図２】撮像装置の構成と、照射光及び反射光を説明する図である。
【図３】画像処理装置の処理手順の例を説明するフローチャートである。
【図４】ステレオ画像処理にて計測された実移動軌跡の例であり、種々のノイズが含まれている状態の実移動軌跡の例を説明する図である。
【図５】図４に示した実移動軌跡を、Ｘ方向実移動軌跡成分とＹ方向実移動軌跡成分とＺ方向実移動軌跡成分とに分解することを説明する図である。
【図６】予めわかっている円状軌跡であるベース軌跡の例と、ベース軌跡をＸ方向ベース軌跡成分とＹ方向ベース軌跡成分とＺ方向ベース軌跡成分とに分解することを説明する図である。
【図７】Ｚ方向実移動軌跡成分をフーリエ変換して周波数の異なる複数の波形の足し合わせ表現した例を説明する図である。
【図８】図７に示した周波数の異なる複数の波形の周波数スペクトルの例を説明する図である。
【図９】Ｚ方向実移動軌跡成分を、Ｚ方向ベース軌跡成分とＺ方向ズレ成分とに分離した状態の例を説明する図である。
【図１０】Ｚ方向ズレ成分をフィルタリング処理した例を説明する図である。
【図１１】Ｚ方向ベース軌跡成分と、フィルタリング処理後のＺ方向ズレ成分と、を合成してＺ方向合成軌跡成分を作成する例を説明する図である。
【図１２】Ｘ方向合成軌跡成分とＹ方向合成軌跡成分とＺ方向合成軌跡成分とに基づいてフィルタリング処理後実移動軌跡を作成する例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。
●［位置計測装置の全体構成（図１）と、撮像装置の構造（図２）］
図１、図２を用いて、本発明のステレオ画像処理方法を適用した位置計測装置１の全体構成と、撮像装置１０の概略構造について説明する。図１に示す例は、光を反射する球体８１〜８６（計測対象物）を含む計測対象ユニット８０と、３次元空間内における球体８１〜８６の位置を計測する位置計測装置１の全体構成を示している。なお、計測対象ユニット８０における撮像装置１０、２０に対向する側の保持器は取り外されている。
【００２０】
計測対象ユニット８０は、図１の例では（深溝）玉軸受であり、外輪８０Ａと内輪８０Ｂと、外輪８０Ａと内輪８０Ｂとの間に形成された空間に収容された球体８１〜８６を有しており、基台９０に取り付けられている。また球体８１〜８６は、光を反射する鋼球であり、撮像装置１０、２０に対向している側に対して反対の側に設けられた保持器（図示省略）にて、それぞれの間隔が一定に保持されている。また、例えば内輪８０Ｂには回転する駆動軸が挿通され、外輪８０Ａに対して内輪８０Ｂが相対的に回転させられている。従って、球体８１〜８６は、自転しながら周方向に公転している。そして位置計測装置１は、自転しながら公転している球体８１〜８６の、３次元空間内における位置を計測する。そして計測された結果は、球体８１〜８６の挙動の解析に利用され、（深溝）玉軸受の設計に利用される。
【００２１】
位置計測装置１は、撮像装置１０（撮像手段）及び撮像装置２０（撮像手段）と、画像処理装置７０（画像処理手段）とにて構成されている。なお、撮像装置の数は２台に限定されず、複数であればよい。また、撮像装置１０、２０の位置、及び姿勢（各撮像装置の光軸の方向）は、厳密な位置及び厳密な方向を必要とせず、撮像装置１０と撮像装置２０の互いの相対的な位置及び互いの相対的な姿勢（互いの光軸の方向）が、予めわかっていればよい。例えば、同一パターン図が描かれたキャリブレーションプレートを用いて、互いの相対的な位置及び互いの相対的な姿勢を求めることができる。なお、撮像装置の光軸とは、当該撮像装置内のレンズの中心と焦点とを通る直線であり、３次元空間内における撮像装置の姿勢とは、３次元空間内において当該撮像装置の光軸の向けられた方向を指す。
【００２２】
撮像装置１０は、図２に示すように、レンズ部１１、光源部１２、撮像部１３にて構成されている。レンズ部１１にはテレセントリックレンズ１１Ａが収容されており、光源部１２には光源１２Ａとハーフミラー１２Ｂが収容されており、撮像部１３には撮像素子１３Ｂや絞り１３Ａ等が収容されている。
【００２３】
ハーフミラー１２Ｂは、入射された光の一部を反射するとともに残りの光を透過する。そしてハーフミラー１２Ｂは、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に配置されているとともに撮像装置１０の光軸Ｊ１０に対して所定の角度で配置されて、光源１２Ａからの光の一部を照射光として光軸Ｊ１０に沿う方向に向けて反射する。なお、ハーフミラー１２Ｂは、計測対象物からの光（光軸Ｊ１０に平行な平行光）の一部を、撮像部１３に向けて透過する。
【００２４】
光源１２Ａは、例えばＬＥＤ照明やレーザ光であり、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に平行な照射光１２Ｓを、計測対象物に向けて照射するように配置されている。この場合、光源１２Ａは、計測対象物から取り込んだ平行光と干渉しないように光軸Ｊ１０から離れた位置に配置され、ハーフミラー１２Ｂにて反射された照射光が、光軸Ｊ１０に平行な平行光である照射光１２Ｓとなるように、位置が調整されている。また、光源１２Ａから照射する光の色はいずれの色でも良いが、赤色の波長の光とすることが、より好ましい。照射光の色を赤色とした場合、後述する撮像素子１３Ｂには、赤色の光の感度が他の色の光の感度よりも高いものを使用することが、より好ましい。
【００２５】
テレセントリックレンズ１１Ａは、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に配置され、例えば複数のレンズ群にて構成されている。そしてテレセントリックレンズ１１Ａは、計測対象物のどこからの光であっても光軸Ｊ１０に平行な光束を取り込む。従って、図２に示すように、光軸Ｊ１０に平行な照射光１２Ｓに対する球体８１の反射光Ｒ８１は、光軸Ｊ１０に平行である。そしてテレセントリックレンズ１１Ａは、この光軸Ｊ１０に平行な反射光Ｒ８１を、球体８１からの反射光Ｒ８１として取り込む。従って、撮像装置１０から見て、反射光Ｒ８１の方向の延長上に球体８１の中心８１Ｃが存在する。以上のテレセントリックレンズ１１Ａとハーフミラー１２Ｂと光源１２Ａにて、撮像装置１０の光軸Ｊ１０と同軸で光を照射して正反射された画像を取得することができる、いわゆる同軸落射照明を構成している。
【００２６】
撮像部１３には、ＣＣＤ等の複数の画素からなる撮像素子１３Ｂや、絞り１３Ａ等が収容されている。そして撮像装置１０は、画像処理装置７０からの制御信号に基づいて、撮像素子１３Ｂを用いて撮像した画像を作成し、作成した画像を画像処理装置７０に出力する。また、撮像装置２０の構造等については、撮像装置１０と同様であるので説明を省略する。なお、撮像装置１０は、球体の挙動の解析をするためには、例えば１００［ｆｐ］以上のフレームレートで画像を撮像可能な、いわゆるハイスピードカメラであることが好ましい。
【００２７】
画像処理装置７０は、例えばパーソナルコンピュータであり、撮像装置１０、２０に制御信号を出力して撮像装置１０、２０を同期させて画像を撮像し、撮像した画像を取り込む。そして撮像装置１０、２０から取り込んだ画像と、３次元空間内における撮像装置１０、２０の位置と、撮像装置１０、２０の光軸の方向と、に基づいて、３次元空間内における球体８１〜８６のそれぞれの中心の位置を求める。またハイスピードカメラを用いて、時刻に対応させた画像を連続して撮像し、時刻毎の画像から求めた球体８１〜８６の３次元空間内の位置を求めることで、球体８１〜８６の挙動（各球体の中心の移動の軌跡）を求めることができる。
【００２８】
●［画像処理装置７０の処理手順（図３）と、各処理の処理内容の具体的な例（図４〜図１２）］
次に図３に示すフローチャートを用いて、画像処理装置７０の処理手順について説明する。作業者が画像処理装置７０を起動すると、画像処理装置７０は、処理Ｓ１００を起動してステップＳ１１０へと処理を進める。
【００２９】
ステップＳ１１０にて画像処理装置７０は、作業者からの入力指示に基づいて、撮像装置１０と撮像装置２０を同期させて所定時間間隔で撮像する。そしてステップＳ１２０にて画像処理装置７０は、撮像装置１０と撮像装置２０から画像を取り込み、例えば球体８１の中心８１Ｃの、３次元空間内における実際の移動の軌跡（この場合、公転軌跡）である実移動軌跡を計測する（求める）。なお、ステップＳ１１０とステップＳ１２０は既存の処理であるので、詳細な説明については省略する。図４に、球体８１の中心８１Ｃの実移動軌跡を複数回（例えば数百回）計測した結果の例を示す。図４の例に示す実移動軌跡５０は、所定時間間隔で求めた位置の集合体であるので、複数の点の集合体である。本発明のステレオ画像処理方法は、以下に説明するステップＳ１３０以降の処理にて、図４の例に示すような実移動軌跡５０からノイズ成分を除去して、より精度よく実移動軌跡を求めるものである。
【００３０】
図３のステップＳ１３０にて画像処理装置７０は、球体８１の中心８１Ｃのベース軌跡を取得し、ステップＳ１４０に進む。この場合の計測対象物は、図１に示すように、計測対象ユニット８０の（深溝）玉軸受の球体８１である。そして、回転動作中の（深溝）玉軸受において、時間とともに３次元空間内で移動する球体８１の中心８１Ｃの実際の移動軌跡が、図４の例に示す実移動軌跡５０である。ここで、実移動軌跡は、周期的な軌跡であるベース軌跡に近似することは、予めわかっている。計測対象ユニット８０は（深溝）玉軸受であるので、この（深溝）玉軸受の各個所の寸法（物理情報に相当）、及び外輪８０Ａと内輪８０Ｂとの相対的な回転方向と相対的な角速度（物理情報に相当）は、予めわかっているので、球体８１の中心８１Ｃの理論的な公転軌跡は円状軌跡であることが、わかっている。この理論公転軌跡がベース軌跡（図６中のベース軌跡５１を参照）に相当している。実際の（深溝）玉軸受が理想状態であり、計測結果に誤差が含まれていなければ、計測された実移動軌跡は理論公転軌跡となるはずであるが、実際の（深溝）玉軸受の種々の位置は、種々の形状誤差を有して理想的な形状ではなく、かつ計測結果にも種々の誤差が含まれているので、計測された実移動軌跡は、図４の例に示すような実移動軌跡５０となる。
【００３１】
またステップＳ１３０にて画像処理装置７０にベース軌跡５１を取得させる方法としては、以下の２とおりの方法があり、ベース軌跡５１（図６参照）を取得した画像処理装置７０は、ステップＳ１４０に進む。
（方法１）画像処理装置７０とは異なる機器に、計測対象物に関する物理情報（この場合、上述した計測対象ユニットの各寸法や角速度等）を入力し、当該機器にて算出した理論公転軌跡であるベース軌跡５１（図６参照）を、画像処理装置７０に入力（転送）する方法。
（方法２）画像処理装置７０に、計測対象物に関する物理情報（この場合、上述した計測対象ユニットの各寸法や角速度等）を入力し、画像処理装置７０にて理論公転軌跡であるベース軌跡５１（図６参照）を、算出する方法。
【００３２】
なおステップＳ１３０の処理は、画像処理装置７０にベース軌跡５１を入力する、あるいは画像処理装置７０に計測対象物に関する物理情報を入力して画像処理装置７０にてベース軌跡５１を算出させる、ベース軌跡取得ステップに相当している。
【００３３】
図３のステップＳ１４０にて画像処理装置７０は、実移動軌跡５０からベース軌跡５１の成分であるベース軌跡成分を取り除いて、実移動軌跡５０を、ベース軌跡成分と、残りの成分であるズレ成分と、に分離してステップＳ１５０に進む。
【００３４】
図４に示す実移動軌跡５０は、時間とともに［Ｘ座標位置、Ｙ座標位置、Ｚ座標位置］が変化した３次元空間内における移動の軌跡を、直交３軸のＸ軸とＹ軸とＺ軸で表現した３次元空間内の移動軌跡として表現されている。この３次元空間内に表現された実移動軌跡５０を、時間軸上に表現した軌跡に分解する。例えばステップＳ１４０にて画像処理装置７０は、図５に示すように、まず実移動軌跡５０を、Ｘ方向実移動軌跡成分５０Ｘと、Ｙ方向実移動軌跡成分５０Ｙと、Ｚ方向実移動軌跡成分５０Ｚと、に分解する。Ｘ方向実移動軌跡成分５０Ｘは、実移動軌跡５０を、時間とともに変化する計測対象物（球体８１の中心８１Ｃ）の３次元空間内のＸ座標位置の変化を表わしたものである。Ｙ方向実移動軌跡成分５０Ｙは、実移動軌跡５０を、時間とともに変化する計測対象物の３次元空間内のＹ座標位置の変化を表わしたものである。Ｚ方向実移動軌跡成分５０Ｚは、実移動軌跡５０を、時間とともに変化する計測対象物の３次元空間内のＺ座標位置の変化を表わしたものである。
【００３５】
次に画像処理装置７０は、図６に示すように、ベース軌跡５１を、Ｘ方向ベース軌跡成分５１Ｘと、Ｙ方向ベース軌跡成分５１Ｙと、Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚと、に分解する。Ｘ方向ベース軌跡成分５１Ｘは、ベース軌跡５１を、時間とともに変化する計測対象物（球体８１の中心８１Ｃ）の３次元空間内のＸ座標位置の変化を表わしたものである。Ｙ方向ベース軌跡成分５１Ｙは、ベース軌跡５１を、時間とともに変化する計測対象物の３次元空間内のＹ座標位置の変化を表わしたものである。Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚは、ベース軌跡５１を、時間とともに変化する計測対象物の３次元空間内のＺ座標位置の変化を表わしたものである。またベース軌跡５１は、上述したように理論公転軌跡であるので、円状軌跡であることがわかっている。そこで、画像処理装置７０は、例えば以下のようにして、Ｘ方向ベース軌跡成分５１Ｘ、Ｙ方向ベース軌跡成分５１Ｙ、Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚを、所定の三角関数波形へと、最小二乗フィッティングする。
【００３６】
例えば画像処理装置７０は、球体８１の玉挙動時系列データｄｔを以下の関数ｆ（ｔ）を用いて最小二乗フィッティングする。なお、ｆ（ｔ）は非線形関数であるので、パラメータ（Ｐ1〜Ｐ7）の初期値は、計測対象物に関する物理情報（この場合、計測対象ユニットの各寸法や角速度等）も考慮に入れて、以下のように定め、逐次最適化法によってパラメータを更新する。なお、球体８１の公転周波数は、この場合、内輪８０Ｂの回転速度と、（深溝）玉軸受の各個所の寸法等から決定される。また以降の説明において、Ｘ方向ベース軌跡成分５１Ｘ、Ｙ方向ベース軌跡成分５１Ｙ、Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚは、この最小二乗フィッティング後の軌跡成分であるものとする。
ｆ（ｔ）＝Ｐ1ｓｉｎ（２πＰ2ｔ＋Ｐ3）＋Ｐ4ｓｉｎ（２πＰ5ｔ＋Ｐ6）＋Ｐ7
Ｐ1＝［ｍａｘ（ｄｔ）−ｍｉｎ（ｄｔ）］／２
ｍａｘ（ｄｔ）：玉挙動時系列データｄｔの最大値
ｍｉｎ（ｄｔ）：玉挙動時系列データｄｔの最小値
Ｐ2＝球体８１の公転周波数
Ｐ3＝Ｐ4＝Ｐ6＝０
Ｐ5＝３Ｐ2
Ｐ7＝ａｖｅｒａｇｅ（ｄｔ）（＝玉挙動時系列データ（ｄｔ）の平均値）
【００３７】
次に画像処理装置７０は、例えば図５に示すＺ方向実移動軌跡成分５０Ｚから、図６に示す（最小二乗法でフィッティング後の）Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚを取り除いてＺ方向ズレ成分５２Ｚ（図９参照）を求める。例えば、画像処理装置７０は、図７に示すように、Ｚ方向実移動軌跡成分５０Ｚをフーリエ変換して、周波数ｆ０の波形５０Ｚ［ｆ０］、周波数ｆ１の波形５０Ｚ［ｆ１］、周波数ｆ２の波形５０Ｚ［ｆ２］、周波数ｆ３の波形５０Ｚ［ｆ３］・・・を得る。図８に、これらの各波形の周波数と振幅の関係を示す。この場合、最も振幅の大きな周波数ｆ０の波形５０Ｚ［ｆ０］は、ベース軌跡５１のＺ方向ベース軌跡成分５１Ｚ（図６参照）である。従って、フーリエ変換後の波形５０Ｚ［ｆ０］、波形５０Ｚ［ｆ１］、波形５０Ｚ［ｆ２］・・・の中から波形５０Ｚ［ｆ０］を取り除いた残りの波形である波形５０Ｚ［ｆ１］、波形５０Ｚ［ｆ２］、波形５０Ｚ［ｆ２］・・・を加算した波形が、Ｚ方向ズレ成分５２Ｚ（図９参照）である。このように、画像処理装置７０は、図９に示すように、Ｚ方向実移動軌跡成分５０Ｚを、（最小二乗法でフィッティング後の）Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚと、Ｚ方向ズレ成分５２Ｚと、に分離する。また画像処理装置７０は、Ｘ方向についても同様に、Ｘ方向実移動軌跡成分５０Ｘ（図５参照）を、（最小二乗法でフィッティング後の）Ｘ方向ベース軌跡成分５１Ｘ（図６参照）と、Ｘ方向ズレ成分（図示省略）と、に分離する。また画像処理装置７０は、Ｙ方向についても同様に、Ｙ方向実移動軌跡成分５０Ｙ（図５参照）を、（最小二乗法でフィッティング後の）Ｙ方向ベース軌跡成分５１Ｙ（図６参照）と、Ｙ方向ズレ成分（図示省略）と、に分離する。
【００３８】
このステップＳ１４０の処理は、画像処理装置７０にて、実移動軌跡５０からベース軌跡５１の成分であるベース軌跡成分（５１Ｘ、５１Ｙ、５１Ｚ）を取り除いて、実移動軌跡５０を、ベース軌跡成分と、残りの成分であるズレ成分と、に分離する軌跡成分分離ステップに相当している。
【００３９】
図３のステップＳ１５０にて画像処理装置７０は、ズレ成分にフィルタリング処理を施してステップＳ１５０に進む。画像処理装置７０は、ステップＳ１４０にて実移動軌跡をベース軌跡成分とズレ成分とに分離したが、ベース軌跡成分にはフィルタリング処理を施さず、ズレ成分のみにフィルタリング処理を施す。
【００４０】
画像処理装置７０は、例えば図１０に示すように、ステップＳ１４０にて求めたＺ方向ズレ成分５２Ｚにフィルタリング処理を施し、フィルタリング処理後Ｚ方向ズレ成分５３Ｚを求める。フィルタリング処理は、例えばローパスフィルタ処理であり、図８の例において、カットオフ周波数ｆｃ以上の周波数の波形をカットする。なおカットオフ周波数ｆｃの値は、適宜設定される。また、フィルタリング処理後のＺ方向ズレ成分が、まだ複数の点の集合体である場合は、最小二乗法を用いて、１本の波形となるように、フィルタリング処理後Ｚ方向ズレ成分５３Ｚを求めるようにしてもよい。また画像処理装置７０は、Ｘ方向についても同様に、ステップＳ１４０にて求めたＸ方向ズレ成分にフィルタリング処理を施し、フィルタリング処理後Ｘ方向ズレ成分（図示省略）を求める。また画像処理装置７０は、Ｙ方向についても同様に、ステップＳ１４０にて求めたＹ方向ズレ成分にフィルタリング処理を施し、フィルタリング処理後Ｙ方向ズレ成分（図示省略）を求める。
【００４１】
ステップＳ１５０の処理は、画像処理装置７０にて、ズレ成分にフィルタリング処理を施す、ズレ成分フィルタリングステップに相当している。
【００４２】
図３のステップＳ１６０にて画像処理装置７０は、ステップＳ１４０にて分離したベース軌跡成分と、ステップＳ１５０にて求めたフィルタリング処理後ズレ成分と、を合成（加算）して合成軌跡成分（図１１参照）を求め、求めた合成軌跡成分に基づいて、フィルタリング処理後実移動軌跡５５（図１２参照）を作成する。
【００４３】
画像処理装置７０は、例えば図１１に示すように、ステップＳ１４０にて分離した（フィッティング後の）Ｚ方向ベース軌跡成分５１Ｚと、ステップＳ１５０にて求めたフィルタリング処理後Ｚ方向ズレ成分５３Ｚと、を合成（加算）して、Ｚ方向合成軌跡成分５４Ｚを求める。また画像処理装置７０は、Ｘ方向についても同様に、ステップＳ１４０にて分離した（フィッティング後の）Ｘ方向ベース軌跡成分５１Ｘと、ステップＳ１５０にて求めたフィルタリング処理後Ｘ方向ズレ成分（図示省略）と、を合成（加算）して、Ｘ方向合成軌跡成分５４Ｘ（図１２参照）を求める。また画像処理装置７０は、Ｙ方向についても同様に、ステップＳ１４０にて分離した（フィッティング後の）Ｙ方向ベース軌跡成分５１Ｙと、ステップＳ１５０にて求めたフィルタリング処理後Ｙ方向ズレ成分（図示省略）と、を合成（加算）して、Ｙ方向合成軌跡成分５４Ｙ（図１２参照）を求める。
【００４４】
そして画像処理装置７０は、図１２に示すように、Ｘ方向合成軌跡成分５４Ｘと、Ｙ方向合成軌跡成分５４Ｙと、Ｚ方向合成軌跡成分５４Ｚと、に基づいて、フィルタリング処理後実移動軌跡５５を作成して処理を終了する。例えば時刻［ｔ１］において、Ｘ方向合成軌跡成分５４Ｘから求められたＸ座標位置がＸ［ｔ１］、Ｙ方向合成軌跡成分５４Ｙから求められたＹ座標位置がＹ［ｔ１］、Ｚ方向合成軌跡成分５４Ｚから求められたＺ座標位置がＺ［ｔ１］、であった場合、３次元空間内の位置（Ｘ［ｔ１］、Ｙ［ｔ１］、Ｚ［ｔ１］）が特定される。これらの特定された位置の集合体が、フィルタリング処理後実移動軌跡５５である。
【００４５】
ステップＳ１６０の処理は、画像処理装置７０にて、ベース軌跡成分と、フィルタリング処理後のズレ成分と、を合成して合成軌跡成分を求め、求めた合成軌跡成分に基づいて、実移動軌跡５０にフィルタリング処理を施したフィルタリング処理後実移動軌跡５５を作成する軌跡成分合成ステップに相当する。
【００４６】
以上、本発明のステレオ画像処理方法は、予め近似することがわかっているベース軌跡成分を実移動軌跡から取り除いたズレ成分のみにフィルタリング処理を施しているので、オフセットノイズとは異なる種々のノイズを適切に除去することができる。また、ベース軌跡成分（理論公転軌跡の成分）にはフィルタリング処理を施していないので、フィルタリング処理後実移動軌跡５５は、中心位置がずれたり、楕円状に歪んだりすることなく、ノイズ成分のみが適切に除去されている。これにより、減衰量が比較的大きなフィルタを適用可能であり、計測対象物（この場合、（深溝）玉軸受の球体８１）の挙動を、精度よく計測することができるので、回転時に発生する騒音の解析等、軸受を設計する際のデータとして充分利用することができる。
【００４７】
本発明のステレオ画像処理方法の処理手順は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
【００４８】
また、本実施の形態にて説明したステレオ画像処理方法では、３次元空間内における（深溝）玉軸受の球体の位置の実移動軌跡の例を用いて、（深溝）玉軸受の球体（玉）の挙動計測方法として説明した。しかし、計測対象物は、（深溝）玉軸受の球体に限定されるものではなく、時間とともに３次元空間内で移動する種々の物体を計測対象物とすることができる。ただし、実移動軌跡は、周期的な軌跡であるベース軌跡に近似していることが予めわかっている必要がある。
【符号の説明】
【００４９】
１        位置計測装置
１０、２０    撮像装置（撮像手段）
１１      レンズ部
１１Ａ    テレセントリックレンズ
１２      光源部
１２Ａ    光源
１２Ｂ    ハーフミラー
１２Ｓ    照射光
１３      撮像部
１３Ａ    絞り
１３Ｂ    撮像素子
５０      実移動軌跡
５０Ｘ    Ｘ方向実移動軌跡成分
５０Ｙ    Ｙ方向実移動軌跡成分
５０Ｚ    Ｚ方向実移動軌跡成分
５１      ベース軌跡
５１Ｘ    Ｘ方向ベース軌跡成分
５１Ｙ    Ｙ方向ベース軌跡成分
５１Ｚ    Ｚ方向ベース軌跡成分
５２Ｚ    Ｚ方向ズレ成分
５３Ｚ    フィルタリング処理後Ｚ方向ズレ成分
５４Ｘ    Ｘ方向合成軌跡成分
５４Ｙ    Ｙ方向合成軌跡成分
５４Ｚ    Ｚ方向合成軌跡成分
５５      フィルタリング処理後実移動軌跡
７０      画像処理装置（画像処理手段）
８０      計測対象ユニット
８０Ａ    外輪
８０Ｂ    内輪
８１〜８６    球体（計測対象物）
８１Ｃ    （球体の）中心
【図１】
2017053691.tif 000003
【図２】
2017053691.tif 000004
【図３】
2017053691.tif 000005
【図４】
2017053691.tif 000006
【図５】
2017053691.tif 000007
【図６】
2017053691.tif 000008
【図７】
2017053691.tif 000009
【図８】
2017053691.tif 000010
【図９】
2017053691.tif 000011
【図１０】
2017053691.tif 000012
【図１１】
2017053691.tif 000013
【図１２】
2017053691.tif 000014