(57)【要約】【課題】  被測定物の変形等が大きい場合であっても確実に変位量を測定することができる変位計測装置を提供する。【解決手段】  少なくとも３枚の撮影画像に対し、画像対ごとに、変形前画像の測定対象領域に含まれる着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応付けられる変形後画像内の画素を、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）として決定し、ピクセル単位での変位量（ｍｘ，ｍｙ）を求める演算を測定領域画素について行う連続画像間ピクセル変位算出部と、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）とその隣接画素の画像情報に基づいて、サブピクセルオーダーでの照合画素変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求める連続画像間サブピクセル変位算出部と、画像の対ごとに算出された照合画素のピクセル単位の変位量とサブピクセルオーダーの変位量とを累積加算し、測定開始時点から測定終了時点までの変位量を算出する累積変位量算出部とを備える。【選択図】図１
2009198452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形する被測定物の測定対象領域について測定開始時点から測定終了時点までの変位量を計測する変位計測装置であって、
測定対象領域について測定開始時点、１以上の中間時点、測定終了時点を含む少なくとも３枚の撮影画像を蓄積する撮影画像蓄積部と、
蓄積された撮影画像から時系列的に連続する撮影画像を２枚ずつ順次抽出し、それぞれの画像の対において、先に撮影した画像を変形前画像とし、後に撮影した画像を変形後画像とし、変形前画像の測定対象領域に含まれる着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対し、変形後画像内において前記着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応付けられる画素を、着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）周辺の画像情報の相関量に基づいて探索することにより照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）として決定し、着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）と照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）とのピクセル単位での変位量（ｍｘ，ｍｙ）を求める演算を行い、さらに着目画素を次々と移動して変形前画像の測定領域内の各画素についての変形後画像内の照合画素を決定するとともにピクセル単位の変位量を算出する連続画像間ピクセル変位算出部と、
前記変形後画像内の照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）、および、前記照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）に隣接する画素の画像情報の相関量に基づいて、ピクセル単位以下のサブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）の変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求める連続画像間サブピクセル変位算出部と、
測定対象領域内の各画素について、画像の対ごとに算出されたピクセル単位の変位量とサブピクセルオーダーの変位量とを累積加算し、測定開始時点から測定終了時点までの変位量を算出する累積変位量算出部とを備えたことを特徴とする変位計測装置。
【請求項２】
前記連続画像間ピクセル変位算出部は、変形前画像に測定対象領域内の着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）および着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）周辺の微小領域に含まれる画素からなる基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）を設定し、変形後画像に探索画素ａｊ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）および探索画素ａｊ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）周辺の微小領域に含まれる画素からなる比較画像領域部Ａ（ａｊ）を設定し、基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）と比較画像領域部Ａ（ａｊ）とにおける画素同士の画像情報の相関量を、基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）に対する比較画像領域部Ａ（ａｊ）の位置を１画素ずつずらしながら算出することにより、算出された相関量に基づいていずれかの探索画素ａｊ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）を、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）として決定する請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項３】
前記連続画像間サブピクセル変位算出部は、変形後画像内の照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）、および、前記照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）に隣接する画素の画像情報の相関量に基づいて最小二乗曲面を作成し、最小二乗曲面から求めた極値に基づいて、サブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）の変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求める請求項１に記載の変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間経過とともに変形する被測定物の変形量を測定する変形計測装置に関する。本発明は例えば応力測定における変形計測に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の応力測定では、従来、ひずみゲージを測定部位に貼り付けて、ひずみや変位の測定が行われていた。ひずみゲージによる測定では、信頼性の高い測定データを得ることができるが、貼り付けた場所での局所的な測定データしか得られず、被測定物の全体的な変形状態を把握することができなかった。
【０００３】
そこで、ひずみゲージを貼り付けた特定の位置だけでなく、被測定物に設定した測定領域全体にわたって全視野的に変位量を測定する方法として、カメラ装置で撮影した撮影画像を解析して変位量を算出する方法が開示されている。すなわち、被測定物の変形前後の２つの画像を撮影し、被測定物に発生した変形を撮影画像同士の相関関係から求めるようにすることが開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、カメラ装置で撮影した画像を用いて画像同士の相関量から変位量を求める場合、ピクセル単位（１画素分の大きさ）で測定精度が定まることになるが、さらに測定精度を高めるために、撮影画像同士の画素情報（例えば輝度情報）の相関関係について最小二乗曲面を求めることにより、１画素分以下のいわゆるサブピクセルオーダーの変位量を計測する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−１８１０７５号公報
【特許文献２】特開２００６−３４３１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載されるように、変形前の撮影画像と変形後の撮影画像との画像比較を行って変位量を算出する方法によれば、画像に写し出された測定領域全体について、各部位ごとに、変位量を測定することができる。
しかしながら、被測定物の変形、ひずみが大きい場合、あるいは大きな回転移動が伴う場合には、変形前後の撮影画像間で比較することが困難な場合があった。すなわち、撮影画像同士の画素情報（例えば輝度情報）の相関が小さくなり、変形前の撮影画像に写る画素と変形後の画像に写る画素とを、正確に対応付けることが困難になっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、被測定物の変形、ひずみが大きい場合、あるいは大きな回転移動が伴う場合であっても、測定領域全体について、確実に変位量を測定することができる変位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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明は、変形前と変形後の撮影画像の他に、中間時点の変形状態を少なくとも１枚撮影し、時系列的に並ぶ２枚ずつの画像で状態変化を分割してそれぞれの変位量を測定し、最後に変位量を累積加算することにより求めるようにする。
すなわち、本発明の変形計測装置は、撮影画像蓄積部と、連続画像間ピクセル変位算出部と、連続画像間サブピクセル変位算出部と、累積変位量算出部とにより構成され、まず、撮影画像蓄積部が、測定対象領域について測定開始時点、１以上の中間時点、測定終了時点を含む少なくとも３枚の撮影画像を蓄積する。このとき中間時点の撮影画像の枚数は、変形が大きいほど多くするようにして、時系列的に並ぶ２枚の撮影画像間での変位量が大きくならないようにする。
連続画像間ピクセル変位算出部は、撮影画像蓄積部に蓄積された撮影画像から時系列的に連続する撮影画像を２枚ずつ順次抽出し、画像の対とする。それぞれの画像の対において、先に撮影した画像を変形前画像とし、後に撮影した画像を変形後画像とし、変形前画像の測定対象領域に含まれる着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対し、変形後画像内において着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応付けられる画素を、着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）周辺の画像情報（例えば輝度情報）の相関量に基づいて探索することにより照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）として決定する。さらに着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）と照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）とのピクセル単位での変位量（ｍｘ，ｍｙ）を求める演算を行う。さらに着目画素を次々と移動して変形前画像の測定領域内の各画素についての変形後画像内の照合画素を決定するとともにピクセル単位の変位量を算出する。このように画像の対ごとに、変形前画像の測定領域内の各画素（全画素）に対する変形後画像内の照合画素を決定するとともに、ピクセル単位の変位量を算出する。
連続画像間サブピクセル変位算出部は、変形後画像内の照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）、および、前記照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）に隣接する画素の画像情報（例えば輝度情報）の相関量に基づいて、ピクセル単位以下のサブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）の変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求める。すなわち、連続画像間ピクセル変位算出部によって、ピクセル単位で着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応付けられる照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）が決定されているが、さらに計測精度を高めるため、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）に隣接する画素の画像情報の相関量も含めて演算を行うようにして、ピクセル単位以下のサブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）の変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求める。このとき隣接画素の画像情報の相関量の取り込み方法としては、例えば最小二乗近似、最急降下法等をとることができる。
累積変位量算出部は、画像の対ごとに算出されたピクセル単位の変位量とサブピクセルオーダーの変位量とを累積加算し、測定開始時点から測定終了時点までの変位量を、測定対象領域内の各画素について算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、変位やひずみが大きな場合や回転移動が加わる場合であっても、中間時点での撮影画像を用いて変位量を分割して測定し、最終的に各変位量を累積加算することにより、確実に変位量を計測することができる。
また、本発明では、隣接する画像間で、着目画素に対応する照合画素の位置を求める際に、ピクセル単位での演算だけを行ってサブピクセルオーダーでの変位量演算を含まないようにして演算時間が膨大にならないようにし、変位量を求める際には、隣接する画像の対ごとに算出されたサブピクセルオーダーでの変位量を算出して、ピクセル単位での変位量とともに累積加算するようにしたので、計測精度を高めるとともに演算時間を抑えるようにすることができ、精度と演算時間とのバランスのとれた測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について、被測定物が引張試験機に取り付けた試験片である場合を例にして、図面を用いて説明する。なお被測定物は特に限定されず、変形前画像と変形後画像との比較が行えるものであれば適用できる。
【００１０】
（装置構成）
図１は本発明の一実施形態である変位計測装置の構成を示す図である。被測定物である試験片Ｓの上下端が、引張試験機の可動チャック１および固定チャック２に取り付けてある。可動チャック１を作動することにより試験片Ｓに荷重が負荷され、負荷荷重に応じて試験片Ｓが変形するようにしてある。また、試験片Ｓの横にはカメラ装置３（ＣＣＤカメラ）が配置してあり、試験片Ｓに設定した測定領域Ｋ（幅Ｄ、長さＬ）を写すことができるようにしてある。
カメラ装置３は、負荷荷重が加えられる前の画像（測定開始画像）と負荷荷重が加えられた後の画像(中間画像、測定終了画像)を撮影し、これら画像を制御部１０に送信するようにしてある。なお、カメラ装置に撮影間の時間間隔を調整する撮影間隔調整機構を設けておけば、より簡単に画像間の時間間隔を調整することができる。
【００１１】
制御部１０は、ＣＰＵ、メモリを備えたコンピュータ装置で構成され、さらに表示装置１０ａ（例えば液晶パネル）、入力装置１０ｂ（例えばキーボード、マウス）が付設され、表示装置１０ａに撮影画像を表示し、入力装置１０ｂを介して制御に必要なさまざまな入力を行うことができるようにしてある。例えば本発明に関連する入力操作の一つとして、測定領域Ｋの設定を行うことができるようにしてある。制御部１０は、さらに、データ入出力装置１０ｃ（例えばＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置）が付設されることもあり、その場合は、デジタルカメラなどの外部カメラ装置で撮影した画像データを、データ入出力装置１０ｃを介して入出力できるようにしてある。
【００１２】
制御部１０で行われる演算処理を説明するため、制御部１０を機能ブロックごとに分けて説明すると、撮影画像蓄積部１１と、連続画像間ピクセル変位算出部１２と、連続画像間サブピクセル変位算出部１３と、累積変位量算出部１４とにより構成される。
【００１３】
撮影画像蓄積部１１は、測定対象領域を含む領域について、測定開始時点、中間時点、測定終了時点を含む３枚以上の撮影画像を蓄積する処理を行う。撮影画像はカメラ装置３から取得してもよいし、外部カメラ装置で取得した画像を、データ入出力装置１０ｃを介して取得してもよい。蓄積する撮影画像の枚数は、中間時点の撮影画像の枚数により変化することになる。測定開始時点から測定終了時点までの間に必要な撮影画像の枚数は、被測定物全体の輝度分布等にも依存するが、変形、ひずみの大きさに応じて、あるいは回転移動が伴う場合は回転の大きさに応じて、時系列的に並ぶ画像間での変位量があまり大きくならないように適宜の数の画像が蓄積される。
【００１４】
連続画像間ピクセル変位算出部１２は、撮影画像蓄積部１１に蓄積された撮影画像から時系列的に連続する撮影画像を２枚ずつ順次抽出し、画像の対とする。例えば、図２は３枚の撮影画像Ｇ１（測定開始画像），Ｇ２（中間画像），Ｇ３（測定終了画像）の場合であるが、Ｇ１−Ｇ２対、Ｇ２−Ｇ３対が抽出されることになる。さらにＧ４，Ｇ５と増えるに場合は、Ｇ３−Ｇ４対、Ｇ４−Ｇ５対が加わる。
【００１５】
そして、連続画像間ピクセル変位算出部１２は、それぞれの画像の対において、先に撮影した画像を変形前画像（図２で「前」と記す）とし、後に撮影した画像を変形後画像（図２で「後」と記す）とし、変形前画像の測定対象領域に含まれる着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対し、変形後画像内において着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応付けられる画素を、着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）周辺の画像情報（例えば輝度情報）の相関量に基づいて探索することにより照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）として決定する。
具体的には、Ｇ１−Ｇ２対においては、画像Ｇ１上の着目画素ｂ１（ｘ１，ｙ１）に対応する画像Ｇ２上の１つの画素（すなわち着目画素のＧ２上での移動先と考えられる画素）を、着目画素ｂ１（ｘ，ｙ）周辺の輝度情報に基づいて探索し、照合画素ａ１（ｘ１＋ｍｘ１，ｙ１＋ｍｙ１）として決定する。なお、輝度情報の相関量に基づいて照合画素を探索する具体的方法については後述する。
Ｇ２上の照合画素ａ１（ｘ１＋ｍｘ１，ｙ１＋ｍｙ１）が定まると、着目画素ｂ１（ｘ１，ｙ１）と、照合画素ａ１（ｘ１＋ｍｘ１，ｙ１＋ｍｙ１）との間のピクセル単位での変位量（ｍｘ１，ｍｙ１）が求まる。１つの着目画素についての処理を終えると、１画素分シフトさせて新たな着目画素に対し、同様の演算を繰り返す。そして測定領域全体にわたって同様の処理を繰り返す。
【００１６】
続いて、連続画像間ピクセル変位算出部１２は、Ｇ２−Ｇ３対で同様の探索を行うため、これまでの演算で決定されたＧ２上の照合画素ａ１（ｘ１＋ｍ１ｘ，ｙ１＋ｍ１ｙ）を、Ｇ２上の着目画素ｂ２（ｘ２，ｙ２）として設定し、次のＧ２−Ｇ３対の演算においては、画像Ｇ２を変更前画像として扱う。すなわち、以下の置換を行う。
ｘ２＝ｘ１＋ｍ１ｘ        （１）
ｙ２＝ｙ１＋ｍ１ｙ        （２）
そして、同様の探索演算を行うことにより、変更後画像となる画像Ｇ３上の照合画素ａ２（ｘ２＋ｍ２ｘ，ｙ２＋ｍ２ｙ）を決定する。
Ｇ３上の照合画素ａ２（ｘ２＋ｍｘ２，ｙ２＋ｍｙ２）が定まると、着目画素ｂ２（ｘ２，ｙ２）と、照合画素ａ２（ｘ２＋ｍｘ２，ｙ２＋ｍｙ２）との間のピクセル単位での変位量（ｍ２ｘ，ｍ２ｙ）が求まる。そして測定領域全体にわたって同様の処理を繰り返す。
以下、さらに他の画像対が存在する場合には、同様の探索演算および変位量の算出を繰り返す。
【００１７】
以上の演算を繰り返すことにより、画像Ｇ１（測定開始画像）上の測定領域の各画素に対応するＧ２（中間画像）上の画素、さらにＧ２上の測定領域の各画素に対応するＧ３（測定終了画像）の画素を決定し、測定開始画像上の画素から測定終了画像上の画素までの対応付けができるようにする。
【００１８】
ここで、連続画像間ピクセル変位算出部１２が、輝度情報の相関量に基づいて照合画素を探索する具体的方法について説明する。
図３は変形前画像と変形後画像との画素同士の対応関係を求める画像照合を説明する図である。
変形前画像には、図３（ａ）に示すように、変形後画像との対応を付けようとする着目画素を設定する。以後、この変形前画像における着目画素を、計測着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）という。そして計測着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）を中心とするｄｘ×ｄｙの微小領域を設定する。以後、この微小領域を基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）という。基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）は、計測着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応する変形後画像の画素を探索する際に、画像照合を行う領域である。この領域内に含まれる画素数を大きくとると画像照合の精度が高まる反面、演算時間が長くかかるようになる。具体的には、ｄｘ、ｄｙとして２０〜１００画素程度を設定する。
【００１９】
一方、変形後画像には、図３（ｂ）に示すように、上記計測着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）との対応関係を求めようとして着目する着目画素を設定する。以後、この変形後画像における着目画素を、探索着目画素ａｊ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）という。そして探索着目画素ａｊ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）を中心とするｄｘ×ｄｙ（上記基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）と同サイズ）の微小領域を設定する。以後、この微小領域を比較画像領域部Ａ（ａｊ）という。比較画像領域部Ａ（ａｊ）は、基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）との画像照合が行われる領域である。中心となる探索着目画素ａｊ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）は、演算の際に１画素分ずつシフトすることで、比較画像領域部Ａ（ａｊ）の位置が次々と移動するようになる。
【００２０】
そして、比較画像領域部Ａ（ａｊ）の位置を次々とシフトさせたときの各比較画像領域部Ａ（ａｊ）の画像情報と、基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）の画像情報とに基づいて、互いの相関関係を求める。ここでは相関関係を求めるための画像情報として輝度情報を用いる。なお、カラー画像であればＲＧＢ情報等の色情報をとることもできる。
【００２１】
画像照合のために用いる輝度情報の相関値Ｒとして、基準画像領域部Ｂ（ｂｉ）に含まれる各画素の輝度値と、比較画像領域部Ａ（ａｊ）において対応する各画素の輝度値との残差二乗和、または、下記式（３）で表される輝度値の残差ノルムＲｉｊ（ｂｉ，ａｊ）（輝度値の残差二乗和の平方根）を用いる。
Ｒｉｊ（ｂｉ，ａｊ）＝｜｜Ａ（ａｊ）−Ｂ（ｂｉ）｜｜        ・・・（３）
【００２２】
そして、残差ノルムＲｉｊ（ｂｉ，ａｊ）が最小となるときの比較画像領域部Ａ（ａｊ）が最も相関性の高い領域となるので、これを求め、そのときの探索着目画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）を照合画素位置として求める。ここでｍｘ、ｍｙは、残差ノルムが最小となる画素のΔｘ、Δｙであり、これが変位前の位置から変位後の位置までの変位量（変位解）となる。
【００２３】
なお、上記例では、画素同士の画像情報の相関量として、残差ノルムＲｉｊ（ｂｉ，ａｊ）を好ましい例として用いたが、微小領域内の画素同士の比較を行う際に、類似度を数値化できる相関量であればこれ以外でもよい。例えば、着目画素に近いほど重みを付けるようにして微小領域内の画素の輝度値の重み付き平均値を相関量としてもよい。
【００２４】
このようにして、連続画像間ピクセル変位算出部１２によって求められた変位量ｍｘ、ｍｙは、ピクセル単位での変位量である。測定精度を上げるには、サブピクセルオーダー（ピクセル単位以下）での変位量の測定が要求されるので、続いて、連続画像間サブピクセル変位算出部１３により、精度を高めるための演算処理を行う。
【００２５】
図４は、ピクセル単位で求めた変位量（変位解）を元にして、サブピクセルオーダーでの変位量を求める演算処理を説明する図である。なお、この図はｘ方向のみを示すが、ｙ方向についても同様である。
変位量としてピクセル単位での計測値よりも正しい値は、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）を中心とした１ピクセルの変動幅内に存在する。そこで連続画像間ピクセル変位算出部１２により求められた、輝度値の残差ノルムＲｉｊ（ｂｉ，ａｊ）が最小となる照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）の位置座標を基準として、変形後画像内の照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）、および、ｘ、ｙ方向の±１画素ずつを加えた隣接する合計９点（３画素×３画素）の画素情報の相関量を求める。具体的にはこれら９点の輝度相関値から、下記式（４）により示される最小二乗曲面ｇ（ｘ、ｙ）を作成する。
ｇ（ｘ、ｙ）＝  ａｘ２＋ｂｘ＋ｃｙ２＋ｄｙ＋ｅｘｙ＋ｆ    ・・・（４）
ここでａ〜ｆは最小二乗法により得られる係数である。
【００２６】
例えば、ｘ座標の一次元方向については図４に示すように、変形後画像内の照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ）、および、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ）に隣接する画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ−１）、画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ＋１）の画像情報の相関量に基づいて最小二乗曲面を作成し、最小二乗曲面から求めた極値に基づいて、サブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ）の変位量（Δｘｋ）を求める。二次元座標系においては、変形後画像内の照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）、および、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ±１，ｙ＋ｍｙ±１）の合計９個の隣接する画素の画像情報の相関量に基づいて最小二乗曲面を作成し、最小二乗曲面から求めた極値に基づいて、サブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）の変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求める。
【００２７】
この式に基づいて最小二乗近似を実行することにより、最小二乗曲面ｇ（ｘ、ｙ）の各係数が決定され、曲面式が得られる。
そして、得られた曲面式が極値をとるときの座標の変化（Δｘｋ，Δｙｋ）を求めることにより、サブピクセルオーダーで変位量Δｘｋ，Δｙｋ（変位解）が算出されることになる。
以後、測定領域内の各画素、および各画像対に対し、同様の処理を繰り返す。
図２の例に対応して説明すると、Ｇ１−Ｇ２対における照合画素ａ１（ｘ１＋ｍ１ｘ，ｙ１＋ｍ１ｙ）に対応して、極値の座標（ｘ１＋ｍ１ｘ＋Δｘ１ｋ，ｙ１＋ｍ１ｙ＋Δｙ１ｋ）が求まり、変位量Δｘ１ｋ，Δｙ１ｋ（変位解）が決定される。同様に、Ｇ２−Ｇ３対における照合画素ａ２（ｘ２＋ｍｘ２，ｙ２＋ｍｙ２）に対応して、極値の座標（ｘ２＋ｍｘ２＋Δｘ２ｋ，ｙ２＋ｍｙ２＋Δｙ２ｋ）が求まり、変位量Δｘ２ｋ，Δｙ２ｋ（変位解）が決定される。
【００２８】
なお、上述例では極値を求める上で、最小二乗曲面近似を用いたが、これに代えて、最急降下法など他の近似法を用いてもよい。
【００２９】
次に累積変位量算出部１４について説明する。累積変位量算出部１４は、測定対象領域内の各画素について、画像の対ごとに算出されたピクセル単位の変位量とサブピクセルオーダーの変位量とを累積加算し、測定開始時点から測定終了時点までの変位量を算出する。
図２の具体例で説明すると、Ｇ１（測定開始画像）からＧ２（中間画像）を経てＧ３（測定終了画像）までのピクセル単位の変位量およびサブピクセルオーダーの変位量の総和（Ｘ、Ｙ）を求める。すなわち、
Ｘ＝ｍｘ１＋ｍｘ２＋ｍｘ３＋Δｘ１ｋ＋Δｘ２ｋ＋Δｘ３ｋ
Ｙ＝ｍｘ１＋ｍｘ２＋ｍｘ３＋Δｘ１ｋ＋Δｘ２ｋ＋Δｘ３ｋ
となる。
このように、中間画像を介在させて変位量を累積加算することにより、測定開始画像から測定終了画像までに大きな変位が生じている場合でも、画素間の対応が付くようになり、変位量の総和を計測することができる。
【００３０】
（測定動作）
つぎに、上記変位計測装置による試験片の変形を測定する際の測定動作の手順について説明する。図５は、本発明の測定動作の手順を示すフローチャートである。
【００３１】
計測装置を起動し、測定開始画像、中間画像、測定終了画像まで、時系列的に撮影を行い、撮影画像をメモリに蓄積する（Ｓ１０１）。この間、引張試験機の可動チャック１を作動して負荷荷重を連続的に増大していき、試験片に大きな変形が加わるようにする。撮影する中間画像の枚数は、変形の大きさに応じて適宜の枚数にする。
【００３２】
続いて、連続画像間ピクセル変位算出部１２により、時系列的に若い方から画像対を抽出し、変形前画像の測定対象領域に含まれる着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対し、変形後画像内において着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）に対応付けられる画素を、着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）周辺の画像情報（例えば輝度情報）の相関量に基づいて探索することにより照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）として決定し、ピクセル単位の変位量（ｍｘ，ｍｙ）を算出する（Ｓ１０２）。
【００３３】
続いて、連続画像間サブピクセル変位算出部１３により、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）、および、照合画素ａｊ（ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ）に隣接する画素の輝度情報の相関量に基づいて最小二乗近似を行い、サブピクセルオーダーでの着目画素ｂｉ（ｘ，ｙ）の変位量（Δｘｋ，Δｙｋ）を求めて精度を高める演算処理を行う（Ｓ１０３）。
【００３４】
計測中の画像対において測定領域全体の画素について、対応する照合画素を決定したかを判定する（Ｓ１０４）。未決定の画素がある場合は１画素分シフトさせて（Ｓ１０５）、Ｓ１０２に戻り、同様の処理を繰り返す。測定領域のすべての画素について対応する照合画素を決定したときはＳ１０６に進む。
【００３５】
計測中の画像対について測定領域全体の画素の照合画素を決定し終えた場合は、測定開始画像から測定終了画像までのすべての画像対に対して、計測を終えたかを判定する（Ｓ１０６）。画像対すべてについての計測を終えていない場合は画像対を１つ移動して（Ｓ１０７）、Ｓ１０２以降の処理を繰り返す。すべての画像対について終了した場合はＳ１０８に進む。
【００３６】
続いて、累積変位量算出部１４により、時系列的に並ぶ測定開始画像、中間画像、測定終了画像の測定対象領域内の各画素について、測定開始時点から測定終了時点までの対応関係を求めるととともに、画像対ごとに算出されたピクセル単位の変位量とサブピクセルオーダーの変位量とを累積加算し、測定開始時点から測定終了時点までの全変位量を算出する（Ｓ１０８）。
【００３７】
以上の処理手順により、変位量の大きさに関わらず、測定開始時点から測定終了時点までの全変位量を求めることができる。
【００３８】
本発明の実施例として、引張試験機に取り付けた試験片の変形を例に説明したが、既述のように、本発明は変形前後の画像比較ができるものであれば、他の計測においても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、時間経過とともに変形する被測定物の変位量を測定する変位測定装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態である変位計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】測定開始画像から測定終了画像まで画像対ごとに行う演算処理を説明する図。
【図３】変形前画像と変形後画像との画素同士の対応関係を説明する図。
【図４】ピクセル単位で求めた変位量（変位解）を元にして、サブピクセルオーダーでの変位量を求める演算処理を説明する図。
【図５】本発明の一実施形態である変位計測装置により変位量を計測する際のフローチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１：  可動チャック
２：  固定チャック
３：  カメラ装置（ＣＣＤカメラ）
１０：  制御部
１０ａ：  表示装置
１０ｂ：  入力装置
１０ｃ：  データ入出力装置
１１：  撮影画像蓄積部
１２：  連続画像間ピクセル変位算出部
１３：  連続画像間サブピクセル変位算出部
１４：  累積変位量算出部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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