JP2020165893A - Displacement measurement device, displacement measurement method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変位測定装置、変位測定方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a displacement measuring device, a displacement measuring method, and a program.
物体の変位を測定する技術として、従来、機械的変位計やレーザ光を用いる非接触式変位センサが広く使われているが、これらのセンサを取り付けるための設置作業が手間とコストがかかるという問題点があった。 Conventionally, non-contact displacement sensors using a mechanical displacement meter or laser light have been widely used as a technique for measuring the displacement of an object, but there is a problem that installation work for mounting these sensors is laborious and costly. There was a point.
一方で、画像を用いた計測方法として、所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれた模様である規則模様を用いたモアレ画像変位計測法(サンプリングモアレ法)が開発されている(特許文献1及び特許文献2)。サンプリングモアレ法では、ピッチの1000分の1の精度で微小な面内変位分布を測定できる。 On the other hand, as a measurement method using an image, a moire image displacement measurement method (sampling moire method) using a regular pattern in which a predetermined pattern is repeatedly drawn at a predetermined pitch has been developed (Patent Document 1). And Patent Document 2). In the sampling moiré method, a minute in-plane displacement distribution can be measured with an accuracy of 1/1000 of the pitch.
図16は、従来のサンプリングモアレ法による物体の変位測定方法の一例を示す図である。一般的にサンプリングモアレ法による物体の変位測定方法では、表面に規則模様(格子マーカー101)を取付けた測定対象の物体103に正対する方向から、カメラ102(撮像素子を備えた光学式カメラ)で変形前後の当該物体103を撮影し、撮影した画像から変位量を算出する。
物体の変位には、面内変位と、面外変位とがある。面内変位は、カメラ102の素子面と平行な方向(x方向またはy方向)の変位である。面外変位は、カメラ102の素子面と垂直な方向(z方向)の変位である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a method of measuring displacement of an object by a conventional sampling moire method. Generally, in the method of measuring the displacement of an object by the sampling moire method, a camera 102 (an optical camera equipped with an image pickup element) is used from the direction facing the object 103 to be measured with a regular pattern (lattice marker 101) attached to the surface. The object 103 before and after the deformation is photographed, and the displacement amount is calculated from the photographed image.
Displacement of an object includes in-plane displacement and out-of-plane displacement. The in-plane displacement is a displacement in a direction (x direction or y direction) parallel to the element surface of the camera 102. The out-of-plane displacement is a displacement in the direction (z direction) perpendicular to the element surface of the camera 102.
しかしながら、物体に正対する方向からの変位測定では、物体とカメラとの間に障害物がある場合にカメラは物体の表面に取り付けられた格子マーカーの規則模様を撮影できず、測定困難となる場合がある。 However, in the case of displacement measurement from the direction facing the object, when there is an obstacle between the object and the camera, the camera cannot capture the regular pattern of the grid markers attached to the surface of the object, which makes measurement difficult. There is.
また、サンプリングモアレ法によって構造物の変位測定を行う場合、カメラと構造物との間に河川、海などがあり、構造物から適切な距離においてカメラを設置できない場合がある。また、サンプリングモアレ法によって構造物の変位測定を行う場合、構造物が河川や渓谷を跨ぐ橋梁である場合には、橋梁と正対する位置にカメラを設置できない場合がある。 Further, when the displacement of a structure is measured by the sampling moire method, there may be a river, the sea, etc. between the camera and the structure, and the camera may not be installed at an appropriate distance from the structure. Further, when measuring the displacement of a structure by the sampling moire method, if the structure is a bridge that straddles a river or a valley, the camera may not be installed at a position facing the bridge.
一方、物体の変位測定方法として面外変位を測定する方法がある。面外変位の測定には、レーザードップラー式変位計が主に用いられる。レーザードップラー式変位計は、面外変位の測定として、橋梁のたわみの測定にはしばしば用いられるが、レーザードップラー式変位計は高価であり、一度に一点しか測定できない。 On the other hand, as a method of measuring the displacement of an object, there is a method of measuring the out-of-plane displacement. A laser Doppler type displacement meter is mainly used for measuring out-of-plane displacement. Laser Doppler displacement gauges are often used to measure bridge deflection as a measure of out-of-plane displacement, but laser Doppler displacement gauges are expensive and can only measure one point at a time.
画像測定による面外変位の測定方法として、物体の表面の規則模様の格子ピッチの変化から面外変位を測定する方法が知られている。この方法は、図16と同様に、カメラと正対する面に配置された物体の表面の規則模様を撮影し、撮影された規則模様のピッチをモアレ法で解析し、格子ピッチの変化から面外変位を測定する方法である。 As a method of measuring the out-of-plane displacement by image measurement, a method of measuring the out-of-plane displacement from a change in the lattice pitch of a regular pattern on the surface of an object is known. In this method, as in FIG. 16, a regular pattern on the surface of an object placed on the surface facing the camera is photographed, the pitch of the photographed regular pattern is analyzed by the moire method, and the pattern is out of plane due to a change in the lattice pitch. This is a method of measuring displacement.
しかしながら、上記のピッチによる面外変位の測定では、物体とカメラとの間の距離が大きい場合、規則模様のピッチの変化が十分に捉えられず、面外変位が十分に高い精度において測定できない。面外変位の測定精度は、一般的に面内変位の測定精度の10分の1程度に低くなり、物体とカメラとの間の距離が遠くなればなるほど測定精度は低下する。 However, in the above-mentioned measurement of out-of-plane displacement by pitch, when the distance between the object and the camera is large, the change in the pitch of the regular pattern cannot be sufficiently captured, and the out-of-plane displacement cannot be measured with sufficiently high accuracy. The measurement accuracy of out-of-plane displacement is generally about one tenth of the measurement accuracy of in-plane displacement, and the greater the distance between the object and the camera, the lower the measurement accuracy.
本発明の目的は、以上の点に鑑みなされたもので、物体の面外変位の測定精度を向上させることができる方法の提供を目的とする。 An object of the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method capable of improving the measurement accuracy of out-of-plane displacement of an object.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれたマーカーであって、変位の算出対象である物体の表面に形成されたマーカーが撮像部によって撮像された画像を取得する画像取得部と、前記マーカーの前記ピッチを示すピッチ情報を取得するピッチ情報取得部と、前記撮像部の光軸の方向と、前記撮像部に対する前記物体の方向とのなす角度を示す角度情報を取得する角度情報取得部と、前記画像取得部によって取得された前記画像と、前記ピッチ情報取得部によって取得された前記ピッチ情報が示す前記ピッチとに基づいて、前記画像におけるみかけの変位であって、前記マーカーが撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する面内変位算出部と、前記角度情報取得部によって取得される角度情報が示す前記角度と、前記面内変位算出部によって算出される前記面内変位とに基づいて、前記撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位を算出する面外変位算出部と、を備える変位測定装置である。 The present invention has been made to solve the above problems, and one aspect of the present invention is a marker in which a predetermined pattern is repeatedly drawn at a predetermined pitch, and the surface of an object whose displacement is to be calculated. An image acquisition unit that acquires an image captured by the image pickup unit, a pitch information acquisition unit that acquires pitch information indicating the pitch of the marker, a direction of the optical axis of the image pickup unit, and the above. The angle information acquisition unit that acquires angle information indicating the angle formed by the direction of the object with respect to the imaging unit, the image acquired by the image acquisition unit, and the pitch information acquired by the pitch information acquisition unit indicate. In-plane displacement calculation that calculates the apparent displacement in the image based on the pitch, which is the displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the imaging surface on which the marker is imaged. In terms of displacement in the direction perpendicular to the imaging surface, based on the unit, the angle indicated by the angle information acquired by the angle information acquisition unit, and the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation unit. It is a displacement measuring device including an out-of-plane displacement calculation unit for calculating a certain out-of-plane displacement.
また、本発明の一態様は、上記の変位測定装置において、前記所定の方向とは、前記撮像面に平行な方向のうち前記物体の変位が最も小さい方向である。 Further, in one aspect of the present invention, in the displacement measuring device, the predetermined direction is the direction in which the displacement of the object is the smallest among the directions parallel to the imaging surface.
また、本発明の一態様は、上記の変位測定装置において、前記面外変位算出部は、前記面内変位算出部によって算出される前記面内変位を、前記角度情報取得部によって取得される角度情報が示す前記角度の正接によって除算することによって前記面外変位を算出する。 Further, in one aspect of the present invention, in the displacement measuring device, the out-of-plane displacement calculation unit obtains the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation unit by the angle information acquisition unit. The out-of-plane displacement is calculated by dividing by the tangent of the angle indicated by the information.
また、本発明の一態様は、所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれたマーカーであって、変位の算出対象である物体の表面に形成されたマーカーが撮像部によって撮像された画像を取得する画像取得過程と、前記マーカーの前記ピッチを示すピッチ情報を取得するピッチ情報取得過程と、前記撮像部の光軸の方向と、前記撮像部に対する前記物体の方向とのなす角度を示す角度情報を取得する角度情報取得過程と、前記画像取得過程によって取得された前記画像と、前記ピッチ情報取得過程によって取得された前記ピッチ情報が示す前記ピッチとに基づいて、前記画像におけるみかけの変位であって、前記マーカーが撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する面内変位算出過程と、前記角度情報取得過程によって取得される角度情報が示す前記角度と、前記面内変位算出過程によって算出される前記面内変位とに基づいて、前記撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位を算出する面外変位算出過程と、を有する変位測定方法である。 Further, one aspect of the present invention is a marker in which a predetermined pattern is repeatedly drawn at a predetermined pitch, and an image in which a marker formed on the surface of an object for which displacement is calculated is captured by an imaging unit is acquired. Image acquisition process, pitch information acquisition process for acquiring pitch information indicating the pitch of the marker, angle information indicating an angle formed by the direction of the optical axis of the imaging unit and the direction of the object with respect to the imaging unit. It is an apparent displacement in the image based on the angle information acquisition process for acquiring the image, the image acquired by the image acquisition process, and the pitch indicated by the pitch information acquired by the pitch information acquisition process. The in-plane displacement calculation process for calculating the in-plane displacement, which is the displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the imaging surface on which the marker is imaged, and the angle information acquired by the angle information acquisition process are An out-of-plane displacement calculation process for calculating an out-of-plane displacement, which is a displacement in a direction perpendicular to the imaging surface, based on the indicated angle and the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation process. It is a displacement measuring method to have.
また、本発明の一態様は、コンピュータに、所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれたマーカーであって、変位の算出対象である物体の表面に形成されたマーカーが撮像部によって撮像された画像を取得する画像取得ステップと、前記マーカーの前記ピッチを示すピッチ情報を取得するピッチ情報取得ステップと、前記撮像部の光軸の方向と、前記撮像部に対する前記物体の方向とのなす角度を示す角度情報を取得する角度情報取得ステップと、前記画像取得ステップによって取得された前記画像と、前記ピッチ情報取得ステップによって取得された前記ピッチ情報が示す前記ピッチとに基づいて、前記画像におけるみかけの変位であって、前記マーカーが撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する面内変位算出ステップと、前記角度情報取得ステップによって取得される角度情報が示す前記角度と、前記面内変位算出ステップによって算出される前記面内変位とに基づいて、前記撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位を算出する面外変位算出ステップと、を実行させるためのプログラムである。 Further, one aspect of the present invention is a marker in which a predetermined pattern is repeatedly drawn on a computer at a predetermined pitch, and a marker formed on the surface of an object for which displacement is calculated is imaged by an imaging unit. An image acquisition step for acquiring an image, a pitch information acquisition step for acquiring pitch information indicating the pitch of the marker, an angle formed by the direction of the optical axis of the imaging unit and the direction of the object with respect to the imaging unit. The apparent displacement in the image is based on the angle information acquisition step for acquiring the indicated angle information, the image acquired by the image acquisition step, and the pitch indicated by the pitch information acquired by the pitch information acquisition step. The displacement is acquired by the in-plane displacement calculation step for calculating the in-plane displacement, which is the displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the imaging surface on which the marker is imaged, and the angle information acquisition step. An out-of-plane displacement calculation step that calculates an out-of-plane displacement, which is a displacement in a direction perpendicular to the imaging surface, based on the angle indicated by the angle information and the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation step. It is a program to execute.
本発明によれば、物体の面外変位の測定精度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy of the out-of-plane displacement of an object.
(実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図1は、本実施形態に係る面外変位の測定方法の一例を示す図である。本実施形態では、構造物である物体3の面外変位を測定する。物体3の面外変位は、物体3の表面に設置されたマーカー1の面外変位として測定される。カメラ2は物体3と正対して遠方に設置され、物体3の表面に設置したマーカー1を撮影する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a method for measuring out-of-plane displacement according to the present embodiment. In this embodiment, the out-of-plane displacement of the object 3 which is a structure is measured. The out-of-plane displacement of the object 3 is measured as the out-of-plane displacement of the marker 1 placed on the surface of the object 3. The camera 2 is installed far away from the object 3 and photographs the marker 1 installed on the surface of the object 3.
カメラ2と物体3の間の距離を距離Dとする。カメラ2と物体3上の任意の点との間の画角を角度θとする。物体3上の点P1が面外変位により点Q1に変位した場合の面外変位を面外変位Δzとする。 Let the distance D be the distance between the camera 2 and the object 3. The angle of view between the camera 2 and an arbitrary point on the object 3 is defined as the angle θ. The out-of-plane displacement when the point P1 on the object 3 is displaced to the point Q1 due to the out-of-plane displacement is defined as the out-of-plane displacement Δz.
本実施形態に係る面外変位の測定方法では、まず面内変位Δyを算出する。ここで面内変位Δyは、面内変位のうち変位しない、もしくは変位が無視できる程度に小さい方向における、カメラ2によって撮像された画像におけるみかけの変位である。
本実施形態に係る面外変位の測定方法では、算出した面内変位Δyを角度θに基づいて面外変位Δzに換算することにより、物体の面外変位Δzを測定する。
In the method for measuring the out-of-plane displacement according to the present embodiment, the in-plane displacement Δy is first calculated. Here, the in-plane displacement Δy is an apparent displacement in the image captured by the camera 2 in a direction in which the in-plane displacement is not displaced or the displacement is negligibly small.
In the method for measuring the out-of-plane displacement according to the present embodiment, the out-of-plane displacement Δz of the object is measured by converting the calculated in-plane displacement Δy into the out-of-plane displacement Δz based on the angle θ.
ここでマーカー1には、所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれている。本実施形態では、マーカー1に繰り返して描かれた所定の模様に基づいた変位解析により、撮影された格子画像の変位前後の位相差から得られた面内変位Δyを算出する。
本実施形態では、面内変位Δyを算出するための変位解析の手法の一例として、サンプリングモアレ法を用いる場合について説明する。なお、変位解析の手法の他の例として、一般的なフーリエ変換法や窓付フーリエ変換法、またはウェーブレット変換法などの各種フーリエ変換法が用いられてもよい。
Here, a predetermined pattern is repeatedly drawn on the marker 1 at a predetermined pitch. In the present embodiment, the in-plane displacement Δy obtained from the phase difference before and after the displacement of the captured grid image is calculated by the displacement analysis based on the predetermined pattern repeatedly drawn on the marker 1.
In the present embodiment, a case where the sampling moire method is used will be described as an example of the displacement analysis method for calculating the in-plane displacement Δy. As another example of the displacement analysis method, various Fourier transform methods such as a general Fourier transform method, a Fourier transform method with a window, and a wavelet transform method may be used.
ここで図2を参照し、マーカー1について説明する。図2は、本実施形態に係るマーカー1の一例を示す図である。図2(a)に示すマーカー1aでは、矩形波格子が所定のピッチにおいて繰り返し描かれている。図2(b)に示すマーカー1bでは、アルファベットの文字「A」が所定のピッチにおいて繰り返し描かれている。図2(c)に示すマーカー1cでは、斜線が所定のピッチにおいて繰り返し描かれている。
マーカー1として、マーカー1a、マーカー1b、及びマーカー1cのいずれが用いられてもよい。また、マーカー1に描かれる規則模様の他の例について図6及び図7を参照し後述する。
Here, the marker 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of the marker 1 according to the present embodiment. In the marker 1a shown in FIG. 2A, a rectangular wave grid is repeatedly drawn at a predetermined pitch. In the marker 1b shown in FIG. 2B, the letter "A" of the alphabet is repeatedly drawn at a predetermined pitch. In the marker 1c shown in FIG. 2C, diagonal lines are repeatedly drawn at a predetermined pitch.
As the marker 1, any of the marker 1a, the marker 1b, and the marker 1c may be used. Further, another example of the regular pattern drawn on the marker 1 will be described later with reference to FIGS. 6 and 7.
図3は、本実施形態に係る測定システムMSの構成の一例を示す図である。測定システムMSは、面外変位測定装置10と、撮像部20とを備える。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the measurement system MS according to the present embodiment. The measurement system MS includes an out-of-plane displacement measuring device 10 and an imaging unit 20.
撮像部20は、マーカー1を撮像する。撮像部20は、撮像したマーカー1の画像を画像データPDとして面外変位測定装置10に供給する。撮像部20は、一例として、CCD(Charge Coupled Device)カメラやCMOS(Complementary metal−oxide−semiconductor)カメラなどの光学式カメラである。撮像部20は、図1のカメラ2に対応する。 The imaging unit 20 images the marker 1. The image capturing unit 20 supplies the captured image of the marker 1 as image data PD to the out-of-plane displacement measuring device 10. The image pickup unit 20 is, for example, an optical camera such as a CCD (Charge Coupled Device) camera or a CMOS (Complementary metal-oxide-semicondutor) camera. The imaging unit 20 corresponds to the camera 2 in FIG.
面外変位測定装置10は、画像データPDと、ピッチ情報PIと、角度情報AIとに基づいて、面外変位Δzを算出する。面外変位測定装置10は、パラメータ入力部11と、演算処理部12と、表示部13とを備える。面外変位測定装置10は、一例として、パーソナルコンピュータ(PC:Personal Computer)である。 The out-of-plane displacement measuring device 10 calculates the out-of-plane displacement Δz based on the image data PD, the pitch information PI, and the angle information AI. The out-of-plane displacement measuring device 10 includes a parameter input unit 11, an arithmetic processing unit 12, and a display unit 13. The out-of-plane displacement measuring device 10 is, for example, a personal computer (PC: Personal Computer).
パラメータ入力部11は、面外変位の測定に用いられるパラメータを入力する操作を受け付ける。面外変位の測定に用いられるパラメータには、一例として、マーカー1に繰り返し描かれた格子模様のピッチであるピッチp、及び撮像部20の光軸の方向と撮像部20から物体3の方向とのなす角度θがある。パラメータ入力部11は、一例として、キーボードやマウスなどを含んで構成される。 The parameter input unit 11 accepts an operation of inputting a parameter used for measuring the out-of-plane displacement. The parameters used for measuring the out-of-plane displacement include, for example, the pitch p, which is the pitch of the checkered pattern repeatedly drawn on the marker 1, the direction of the optical axis of the imaging unit 20, and the direction of the object 3 from the imaging unit 20. There is an angle θ formed by. The parameter input unit 11 includes a keyboard, a mouse, and the like as an example.
なお、パラメータ入力部11は、記憶装置に予め記憶されるパラメータを、面外変位の測定に用いられるパラメータとして取得してもよい。この記憶装置は、面外変位測定装置10と一体となって備えられてもよいし、面外変位測定装置10とは独立して備えられてもよい。 The parameter input unit 11 may acquire a parameter stored in advance in the storage device as a parameter used for measuring the out-of-plane displacement. This storage device may be provided integrally with the out-of-plane displacement measuring device 10 or may be provided independently of the out-of-plane displacement measuring device 10.
パラメータ入力部11は、演算処理部12に、ピッチ情報PI、及び角度情報AIを供給する。ここでピッチ情報PIとは、マーカー1のピッチpを示す情報である。角度情報AIとは、撮像部20の光軸の方向と、撮像部20に対する物体3の方向とのなす角度θを示す情報である。 The parameter input unit 11 supplies the pitch information PI and the angle information AI to the arithmetic processing unit 12. Here, the pitch information PI is information indicating the pitch p of the marker 1. The angle information AI is information indicating an angle θ formed by the direction of the optical axis of the imaging unit 20 and the direction of the object 3 with respect to the imaging unit 20.
演算処理部12は、面外変位Δzを算出するための処理である面外変位算出処理を実行する。演算処理部12は、画像取得部120と、ピッチ情報取得部121と、角度情報取得部122と、位相演算部123と、面内変位算出部124と、面外変位算出部125とを備える。 The arithmetic processing unit 12 executes an out-of-plane displacement calculation process, which is a process for calculating the out-of-plane displacement Δz. The calculation processing unit 12 includes an image acquisition unit 120, a pitch information acquisition unit 121, an angle information acquisition unit 122, a phase calculation unit 123, an in-plane displacement calculation unit 124, and an out-of-plane displacement calculation unit 125.
演算処理部12は、CPU(Central Processing Unit)により実現され、演算処理部12は、画像取得部120と、ピッチ情報取得部121と、角度情報取得部122と、位相演算部123と、面内変位算出部124と、面外変位算出部125とは、それぞれ、CPUがROM(Read Only Memory)からプログラムを読み込んで処理を実行することにより実現されるモジュールである。 The arithmetic processing unit 12 is realized by a CPU (Central Processing Unit), and the arithmetic processing unit 12 includes an image acquisition unit 120, a pitch information acquisition unit 121, an angle information acquisition unit 122, a phase calculation unit 123, and an in-plane. The displacement calculation unit 124 and the out-of-plane displacement calculation unit 125 are modules realized by the CPU reading a program from a ROM (Read Only Memory) and executing processing, respectively.
画像取得部120は、撮像部20から供給される画像データPDを取得する。
ピッチ情報取得部121は、パラメータ入力部11から供給されるピッチ情報PIを取得する。
角度情報取得部122は、パラメータ入力部11から供給される角度情報AIを取得する。
The image acquisition unit 120 acquires the image data PD supplied from the image pickup unit 20.
The pitch information acquisition unit 121 acquires the pitch information PI supplied from the parameter input unit 11.
The angle information acquisition unit 122 acquires the angle information AI supplied from the parameter input unit 11.
位相演算部123は、位相解析処理を実行する。位相演算部123は、位相解析処理において、画像取得部120が取得した画像データPDと、ピッチ情報取得部121が取得したピッチ情報PIとに基づいて、画像データPDをサンプリング処理して得られるモアレ画像の位相を算出する。 The phase calculation unit 123 executes the phase analysis process. In the phase analysis process, the phase calculation unit 123 samples the image data PD based on the image data PD acquired by the image acquisition unit 120 and the pitch information PI acquired by the pitch information acquisition unit 121. Calculate the phase of the image.
面内変位算出部124は、位相演算部123が算出した位相に基づいて、面内変位Δyを算出する。
面外変位算出部125は、面内変位算出部124が算出した面内変位Δyと、角度情報取得部122が取得した角度情報AIとに基づいて、面外変位Δzを算出する。
The in-plane displacement calculation unit 124 calculates the in-plane displacement Δy based on the phase calculated by the phase calculation unit 123.
The out-of-plane displacement calculation unit 125 calculates the out-of-plane displacement Δz based on the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124 and the angle information AI acquired by the angle information acquisition unit 122.
表示部13は、演算処理部12が出力する算出結果を表示する。演算処理部12の演算処理の結果には、面外変位Δzが含まれる。表示部13は、一例として、ディスプレイである。 The display unit 13 displays the calculation result output by the arithmetic processing unit 12. The result of the arithmetic processing of the arithmetic processing unit 12 includes the out-of-plane displacement Δz. The display unit 13 is, for example, a display.
図4は、本実施形態に係る面外変位測定処理の一例を示す図である。なお、本実施形態に係る面外変位測定処理では、y方向についての面内変位Δyは、変位しない、もしくは変位が無視できる程度に小さいとする。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the out-of-plane displacement measurement process according to the present embodiment. In the out-of-plane displacement measurement process according to the present embodiment, the in-plane displacement Δy in the y direction is assumed to be non-displaceable or small enough that the displacement can be ignored.
ステップS10:撮像部20は、マーカー1を撮像する。ここで撮像部20は、マーカー1を動画として撮像する。撮像部20は、撮像したマーカー1の画像を画像データPDとして面外変位測定装置10に供給する。画像データPDには、複数のフレームのマーカー1の画像が含まれる。 Step S10: The imaging unit 20 images the marker 1. Here, the imaging unit 20 images the marker 1 as a moving image. The image capturing unit 20 supplies the captured image of the marker 1 as image data PD to the out-of-plane displacement measuring device 10. The image data PD includes images of markers 1 in a plurality of frames.
ステップS20:パラメータ入力部11は、面外変位の測定に用いられるパラメータを入力する操作を受け付ける。パラメータ入力部11は、パラメータとしてピッチpが入力されると、入力されたピッチpを示すピッチ情報PIを生成する。パラメータ入力部11は、パラメータとして角度θが入力されると、入力された角度θを示す角度情報AIを生成する。
パラメータ入力部11は、演算処理部12に、生成したピッチ情報PI、及び角度情報AIを供給する。
Step S20: The parameter input unit 11 accepts an operation of inputting a parameter used for measuring the out-of-plane displacement. When the pitch p is input as a parameter, the parameter input unit 11 generates a pitch information PI indicating the input pitch p. When the angle θ is input as a parameter, the parameter input unit 11 generates the angle information AI indicating the input angle θ.
The parameter input unit 11 supplies the generated pitch information PI and angle information AI to the arithmetic processing unit 12.
角度θは、一例として、使用するカメラ2のレンズの画角から算出される。なお、角度θの算出方法はこれに限らない。角度θは、撮影された画像の画素数と物体3の大きさとの関係から試算されてもよい。角度θは、カメラ2に測量センサを備えて、この測量センサによって算出されてもよい。角度θは、物体3についての設計図面がある場合、測定する箇所の幾何学的関係から算出されてもよい。 The angle θ is calculated from the angle of view of the lens of the camera 2 used as an example. The calculation method of the angle θ is not limited to this. The angle θ may be calculated from the relationship between the number of pixels of the captured image and the size of the object 3. The angle θ may be calculated by equipping the camera 2 with a surveying sensor. If there is a design drawing for the object 3, the angle θ may be calculated from the geometrical relationship of the measurement points.
ステップS30:演算処理部12は、面外変位算出処理を実行する。
ここで図5を参照し、面外変位算出処理の詳細について説明する。図5は、本実施形態に係る面外変位算出処理の一例を示す図である。図5のステップS100からステップS160の各処理は、図4のステップS30の処理に対応する。
Step S30: The arithmetic processing unit 12 executes the out-of-plane displacement calculation process.
Here, the details of the out-of-plane displacement calculation process will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of the out-of-plane displacement calculation process according to the present embodiment. Each process from step S100 to step S160 in FIG. 5 corresponds to the process in step S30 in FIG.
ステップS100:画像取得部120は、撮像部20から供給される画像データPDを取得する。画像取得部120は、取得した画像データPDを位相演算部123に供給する。
上述したように、画像取得部120は、変位の算出対象である物体3の表面に形成されたマーカー1が撮像部20によって撮像された画像データPDを取得する。
Step S100: The image acquisition unit 120 acquires the image data PD supplied from the image pickup unit 20. The image acquisition unit 120 supplies the acquired image data PD to the phase calculation unit 123.
As described above, the image acquisition unit 120 acquires the image data PD in which the marker 1 formed on the surface of the object 3 whose displacement is to be calculated is captured by the image pickup unit 20.
ステップS110:ピッチ情報取得部121は、パラメータ入力部11から供給されるピッチ情報PIを取得する。ピッチ情報取得部121は、取得したピッチ情報PIを位相演算部123に供給する。 Step S110: The pitch information acquisition unit 121 acquires the pitch information PI supplied from the parameter input unit 11. The pitch information acquisition unit 121 supplies the acquired pitch information PI to the phase calculation unit 123.
ステップS120:角度情報取得部122は、パラメータ入力部11から供給される角度情報AIを取得する。角度情報取得部122は、取得した角度情報AIを面外変位算出部125に供給する。 Step S120: The angle information acquisition unit 122 acquires the angle information AI supplied from the parameter input unit 11. The angle information acquisition unit 122 supplies the acquired angle information AI to the out-of-plane displacement calculation unit 125.
ステップS130:位相演算部123は、位相解析処理を実行する。位相演算部123は、位相解析処理において、画像取得部120が取得した画像データPDと、ピッチ情報取得部121が取得したピッチ情報PIとに基づいて、画像データPDをサンプリング処理して得られるモアレ画像の位相を算出する。 Step S130: The phase calculation unit 123 executes the phase analysis process. In the phase analysis process, the phase calculation unit 123 samples the image data PD based on the image data PD acquired by the image acquisition unit 120 and the pitch information PI acquired by the pitch information acquisition unit 121. Calculate the phase of the image.
(モアレ画像の位相の算出例)
ここで位相演算部123が、モアレ画像の位相を算出する位相解析処理の詳細について説明する。
位相演算部123は、一例として、特許文献1に記載の公知のサンプリングモアレ法を用いる。位相演算部123は、サンプリングモアレ法を用いることで、所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれたマーカー1に含まれる単一周波数成分を用いて測定対象物である物体3の変位分布を解析することができる。
(Example of calculating the phase of a moire image)
Here, the details of the phase analysis process in which the phase calculation unit 123 calculates the phase of the moire image will be described.
As an example, the phase calculation unit 123 uses the known sampling moire method described in Patent Document 1. By using the sampling moiré method, the phase calculation unit 123 analyzes the displacement distribution of the object 3 to be measured by using the single frequency component included in the marker 1 in which a predetermined pattern is repeatedly drawn at a predetermined pitch. can do.
図6は、本実施形態に係る繰り返し模様の一例を示す図である。
マーカー1に描かれる繰り返し模様として、図6に示す例えば、図6(b)に示す縞格子、図6(c)、(d)に示す2次元格子が利用可能である。中心点Uは、繰り返し模様の中心点を示す。図6(b)に示す縞格子は、垂直方向に一定のピッチで輝度が変化する。図6(c)、(d)に示す縞格子は、それぞれ垂直方向と水平方向に、それぞれ一定のピッチで輝度が変化する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a repeating pattern according to the present embodiment.
As the repeating pattern drawn on the marker 1, for example, the striped grid shown in FIG. 6 (b) and the two-dimensional grid shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d) can be used. The center point U indicates the center point of the repeating pattern. The brightness of the striped grid shown in FIG. 6B changes at a constant pitch in the vertical direction. The brightness of the striped grid shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d) changes at a constant pitch in the vertical direction and the horizontal direction, respectively.
なお、上述したように本実施形態では、面内変位Δyは、変位しない、もしくは変位が無視できる程度に小さい。そのため本実施形態では、マーカー1に描かれる繰り返し模様としては、水平方向(x方向)にピッチで輝度が変化する図6(a)に示す縞格子は採用しない。 As described above, in the present embodiment, the in-plane displacement Δy is not displaced or is small enough that the displacement can be ignored. Therefore, in the present embodiment, as the repeating pattern drawn on the marker 1, the striped grid shown in FIG. 6A whose brightness changes with a pitch in the horizontal direction (x direction) is not adopted.
次に、公知のサンプリングモアレ法について説明する。位相演算部123が取得した画像データPDに撮像されたマーカー1の繰り返し模様の輝度分布f(i,j)は、式(1)で表される。 Next, a known sampling moire method will be described. The luminance distribution f (i, j) of the repeating pattern of the marker 1 captured in the image data PD acquired by the phase calculation unit 123 is represented by the equation (1).
式(1)において、f(i,j)は、座標(i,j)における輝度値を示す。i、jは、それぞれ水平方向、垂直方向の座標値を示す。a、b、φ0、φは、それぞれ繰り返し模様の振幅、背景輝度、繰り返し模様の初期位相、繰り返し模様の位相である。Pは、画像上のピッチである。 In the formula (1), f (i, j) indicates the luminance value at the coordinates (i, j). i and j indicate coordinate values in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. a, b, φ 0 , and φ are the amplitude of the repeating pattern, the background brightness, the initial phase of the repeating pattern, and the phase of the repeating pattern, respectively. P is the pitch on the image.
位相演算部123には、パラメータとして所定の間引き間隔Tを設定しておく。間引き間隔Tは、2以上の整数であればよい。間引き間隔Tの単位は画素数である。間引き間隔Tは、Pと等しくてもよいし、異なっていてもよい。位相演算部123は、間引きの開始点kとして0からT−1までのそれぞれについて、垂直方向に間引きを行って、T個の間引き画像を生成する。ここで間引き画像を生成する処理は、空間的なダウンサンプリングに相当する。 A predetermined thinning interval T is set as a parameter in the phase calculation unit 123. The thinning interval T may be an integer of 2 or more. The unit of the thinning interval T is the number of pixels. The thinning interval T may be equal to or different from P. The phase calculation unit 123 performs thinning in the vertical direction for each of 0 to T-1 as the start point k of thinning, and generates T thinned images. Here, the process of generating the thinned image corresponds to spatial downsampling.
位相演算部123は、T個の間引き画像のそれぞれについて、互いに隣接する間引き後の画素の輝度値を補間して、間引き前と同様の間隔で配置された画素毎の輝度値を有するモアレ画像を生成する。間引き画像を生成する手法、モアレ画像を生成する手法は、それぞれ特許文献1に記載されている。
生成されたモアレ画像の輝度値fM(i,j;k)は、式(2)で表される。
The phase calculation unit 123 interpolates the brightness values of the thinned-out pixels adjacent to each other for each of the T thinned-out images, and creates a moire image having the brightness values of each pixel arranged at the same intervals as before the thinning-out. Generate. A method for generating a thinned image and a method for generating a moire image are described in Patent Document 1, respectively.
The brightness value f M (i, j; k) of the generated moire image is represented by the equation (2).
位相演算部123は、T個のモアレ画像のそれぞれについて、離散フーリエ変換を行い任意の空間周波数ωの成分における位相分布φM(i,j;ω)と振幅分布aM(i,j;ω)とを算出する。位相分布φM(i,j;ω)は、式(3)で表される。 The phase calculation unit 123 performs a discrete Fourier transform on each of the T moire images, and has a phase distribution φ M (i, j; ω) and an amplitude distribution a M (i, j; ω) in a component of an arbitrary spatial frequency ω. ) And is calculated. The phase distribution φ M (i, j; ω) is expressed by Eq. (3).
振幅分布aM(i,j;ω)は、式(4)で表される。 The amplitude distribution a M (i, j; ω) is expressed by Eq. (4).
位相演算部123は、各フレームについてマーカー毎に同様な処理を行って、モアレ画像の位相分布φM(i,j;ω)と振幅分布aM(i,j;ω)とを算出する。この位相分布φM(i,j;ω)が、上記のモアレ画像の位相に相当する。なお、位相演算部123は、基準時刻のフレームについて、モアレ画像の位相分布φM(i,j;ω)と振幅分布aM(i,j;ω)とをマーカー毎に予め取得しておく。 The phase calculation unit 123 performs the same processing for each marker for each frame, and calculates the phase distribution φ M (i, j; ω) and the amplitude distribution a M (i, j; ω) of the moire image. This phase distribution φ M (i, j; ω) corresponds to the phase of the above moire image. The phase calculation unit 123 acquires in advance the phase distribution φ M (i, j; ω) and the amplitude distribution a M (i, j; ω) of the moire image for each marker for the frame of the reference time. ..
位相演算部123は、各フレームにおける位相分布φ’M(i,j;ω)と基準時刻における位相分布φM(i,j;ω)との差である位相差ΔφM(i,j;ω)を算出する。 The phase calculation unit 123 has a phase difference Δφ M (i, j;) which is a difference between the phase distribution φ M (i, j; ω) in each frame and the phase distribution φ M (i, j; ω) at the reference time. ω) is calculated.
ステップS140:面内変位算出部124は、面内変位を算出する。ここで面内変位算出部124は、式(5)に示すように、位相演算部123が算出した位相差ΔφM(i,j;ω)と繰り返し模様のピッチpとに基づいて変位分布Δy(i,j;ω)を算出する。 Step S140: The in-plane displacement calculation unit 124 calculates the in-plane displacement. Here, as shown in the equation (5), the in-plane displacement calculation unit 124 has a displacement distribution Δy based on the phase difference Δφ M (i, j; ω) calculated by the phase calculation unit 123 and the pitch p of the repeating pattern. (I, j; ω) is calculated.
式(5)において、pは測定対象物に表された模様のピッチの現実の長さを表す。pの単位は、ミリメートル、メートルなどである。位相演算部123は、変位量の算出に用いられるパラメータの一部を予め設定しておく。なお、上述のピッチPは、画像上における模様のピッチである点で、現実のピッチの値を示すpとは別個のパラメータである。ここで画像上における模様のピッチであるPは、画素数を単位とする。 In equation (5), p represents the actual length of the pitch of the pattern represented on the object to be measured. The unit of p is millimeters, meters, and the like. The phase calculation unit 123 presets some of the parameters used for calculating the displacement amount. The above-mentioned pitch P is a parameter that is different from p, which indicates an actual pitch value, in that it is the pitch of the pattern on the image. Here, P, which is the pitch of the pattern on the image, is in units of the number of pixels.
位相演算部123は、算出した変位分布Δy(i,j;ω)に振幅分布aM(i,j;ω)を乗算して得られた乗算値を周波数間で合成して、周波数間で平均された変位分布Δy(i,j)を算出する。ここで位相演算部123は、振幅分布aM(i,j;ω)の代わりに、振幅分布aM(i,j;ω)のパワーに比例する重み係数を変位分布Δy(i,j;ω)に乗算してもよい。 The phase calculation unit 123 multiplies the calculated displacement distribution Δy (i, j; ω) by the amplitude distribution a M (i, j; ω), synthesizes the multiplication values obtained between frequencies, and synthesizes the multiplication values between frequencies. The averaged displacement distribution Δy (i, j) is calculated. Here, the phase calculation unit 123 uses a weighting coefficient proportional to the power of the amplitude distribution a M (i, j; ω) instead of the amplitude distribution a M (i, j; ω) as a displacement distribution Δy (i, j; It may be multiplied by ω).
なお、上述したステップS130及びステップ140においては、単一周波数成分を用いて測定対象物の変位分布を解析する場合の一例について説明したが、これに限らない。ステップS130及びステップ140において複数の周波数成分を用いて測定対象物の変位分布を解析してもよい。 In steps S130 and 140 described above, an example of analyzing the displacement distribution of the object to be measured using a single frequency component has been described, but the present invention is not limited to this. The displacement distribution of the object to be measured may be analyzed using a plurality of frequency components in steps S130 and 140.
ここで繰り返し模様に含まれる複数の周波数成分を用いて測定対象物の変位分布を解析するための公知のサンプリングモアレ法について説明する。従って、図6(b)−(d)に例示される繰り返し模様以外にも、垂直方向への輝度の変動に規則性を有する繰り返し模様であれば利用することができる。
位相演算部123が取得した画像データが示す1つのマーカーにおいて表される繰り返し模様の輝度分布g(i,j)は、式(6)で表される。
Here, a known sampling moire method for analyzing the displacement distribution of the measurement object using a plurality of frequency components included in the repeating pattern will be described. Therefore, in addition to the repeating pattern illustrated in FIGS. 6 (b)-(d), any repeating pattern having regularity in the fluctuation of the brightness in the vertical direction can be used.
The luminance distribution g (i, j) of the repeating pattern represented by one marker indicated by the image data acquired by the phase calculation unit 123 is represented by the equation (6).
式(6)において、g(i,j)は、座標(i,j)における輝度値を示す。w、aw、φw、bは、それぞれ周波数成分の次数、w次の周波数成分の振幅、w次の周波数成分の初期位相である。wは、1以上であってW以下の整数である。Wは、周波数成分の最大次数を示す。Wは、サンプリング定理によりP/2よりも小さく、かつ2以上の整数であればよい。Pは、画像に表された規則性模様のピッチを示す。ここで画像上における模様のピッチであるPは、画素数を単位とする。位相演算部123は、最大次数Wを予め設定しておく。 In the formula (6), g (i, j) indicates the luminance value at the coordinates (i, j). w, a w , φ w , and b are the order of the frequency component, the amplitude of the w-th order frequency component, and the initial phase of the w-th order frequency component, respectively. w is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to W. W indicates the maximum order of the frequency component. W may be an integer smaller than P / 2 and 2 or more according to the sampling theorem. P indicates the pitch of the regular pattern represented in the image. Here, P, which is the pitch of the pattern on the image, is in units of the number of pixels. The phase calculation unit 123 presets the maximum degree W.
位相演算部123は、取得した規則性模様の画像を間引き間隔Tで垂直方向に対して間引いて間引き画像を生成する。位相演算部123は、間引きの開始点kとして0からT−1までのそれぞれについて、T個の間引き画像を生成する。位相演算部123は、T個の間引き画像のそれぞれについて、互いに隣接する間引き後の画素の輝度値を補間して、間引き前と同様の間隔で配置された画素毎の輝度値を有する位相がシフトしたモアレ画像を生成する。それぞれのモアレ画像の輝度値gM(i,j;m)は、式(7)で表される。 The phase calculation unit 123 thins out the acquired image of the regular pattern in the vertical direction at the thinning interval T to generate a thinned image. The phase calculation unit 123 generates T thinned-out images for each of 0 to T-1 as the thinning start point k. The phase calculation unit 123 interpolates the brightness values of the pixels after thinning out adjacent to each other for each of the T thinned-out images, and shifts the phase having the brightness values of each pixel arranged at the same intervals as before the thinning out. Generates a moire image. The luminance value g M (i, j; m) of each moire image is represented by the equation (7).
位相演算部123は、T個のモアレ画像のそれぞれについて、離散フーリエ変換を行い任意の周波数ωの成分における位相分布φM(i,j;ω)を算出する。位相演算部123は、式(3)が示す輝度値fM(i,j;m)に代えて、各次数の輝度値の周波数成分gw,M(i,j;m)を代入して各次数の位相分布φw,M(i,j;w,ω)を算出する。 The phase calculation unit 123 performs a discrete Fourier transform on each of the T moire images to calculate the phase distribution φ M (i, j; ω) in the component of an arbitrary frequency ω. The phase calculation unit 123 substitutes the frequency components g w, M (i, j; m) of the luminance values of each order in place of the luminance values f M (i, j; m) shown in the equation (3). The phase distribution φ w, M (i, j; w, ω) of each order is calculated.
面内変位算出部124は、位相差Δφw,M(i,j;w,ω)を式(5)の位相差ΔφM(i,j;ω)に代入し、第w次のピッチP/wを式(5)のピッチpに代入して変位分布Δy(i,j;w,ω)を算出する。ここで位相差Δφw,M(i,j;w,ω)は、位相演算部123が算出した各フレームにおける位相分布φ’w,M(i,j;w,ω)から基準時刻における位相分布φM(i,j;w,ω)を差し引いて得られる。 The in-plane displacement calculation unit 124 substitutes the phase difference Δφ w, M (i, j; w, ω) into the phase difference Δφ M (i, j; ω) in the equation (5), and the w-th order pitch P The displacement distribution Δy (i, j; w, ω) is calculated by substituting / w for the pitch p in the equation (5). Here, the phase difference Δφ w, M (i, j; w, ω) is the phase at the reference time from the phase distribution φ'w , M (i, j; w, ω) in each frame calculated by the phase calculation unit 123. It is obtained by subtracting the distribution φ M (i, j; w, ω).
面内変位算出部124は、算出した変位分布Δy(i,j;w,ω)に次数ならびに周波数毎の振幅分布aM(i,j;w,ω)を乗算して得られた乗算値を、次数ならびに周波数間で合成して、次数ならびに周波数間で平均した変位分布Δy(i,j)を算出してもよい。ここで、面内変位算出部124は、周波数毎の振幅分布aM(i,j;w,ω)に代えて、振幅分布aM(i,j;w,ω)のパワーに比例する重み係数を乗算してもよい。 The in-plane displacement calculation unit 124 multiplies the calculated displacement distribution Δy (i, j; w, ω) by the order and the amplitude distribution a M (i, j; w, ω) for each frequency. May be combined between the order and the frequency to calculate the displacement distribution Δy (i, j) averaged between the order and the frequency. Here, the in-plane displacement calculation unit 124 uses a weight proportional to the power of the amplitude distribution a M (i, j; w, ω) instead of the amplitude distribution a M (i, j; w, ω) for each frequency. You may multiply the coefficients.
なお、面内変位算出部124は、算出した変位分布Δx(i,j)のうち、各マーカーの代表点における変位量もしくは各マーカー内もしくはマーカー内の各領域内の変位量の画素間の平均値を、各マーカーに係る変位量として採用してもよい。ここで各マーカーの代表点とは、例えば、後述する中心点U、中心点U1、中心点U2である。 In addition, the in-plane displacement calculation unit 124 averages the displacement amount at the representative point of each marker or the displacement amount in each marker or in each region in the markers in the calculated displacement distribution Δx (i, j). The value may be adopted as the displacement amount for each marker. Here, the representative points of each marker are, for example, a center point U, a center point U 1 , and a center point U 2 , which will be described later.
なお、位相演算部123は、撮像部20から取得した画像データPDからモアレ画像の位相を算出する手法として、2段モアレ法を利用してもよい。2段モアレ法は、2段階のモアレ解析処理を有する手法である。
第1段階の処理は、取得した画像に対してサンプリングモアレ法を用いて第1段階のモアレ画像の位相分布を生成する処理である。第2段階の処理は、第2段階の繰り返し模様として第1段階のモアレ画像の位相分布に対してサンプリングモアレ法を用いて第2段階のモアレ画像の位相分布を生成する処理である。
The phase calculation unit 123 may use the two-stage moire method as a method for calculating the phase of the moire image from the image data PD acquired from the image pickup unit 20. The two-stage moiré method is a method having a two-stage moiré analysis process.
The first-stage process is a process of generating a phase distribution of the first-stage moire image by using the sampling moire method for the acquired image. The second-stage process is a process of generating the phase distribution of the second-stage moire image by using the sampling moire method for the phase distribution of the first-stage moire image as the repeating pattern of the second stage.
位相演算部123が2段モアレ法を用いる場合、面内変位算出部124は、第2段階のモアレ画像の位相分布から各マーカーの変位分布を生成し、生成した変位分布に基づく変位量を得る。 When the phase calculation unit 123 uses the two-stage moiré method, the in-plane displacement calculation unit 124 generates a displacement distribution of each marker from the phase distribution of the second-stage moiré image, and obtains a displacement amount based on the generated displacement distribution. ..
繰り返し模様の変化方向は、水平方向に交差する方向であれば、垂直方向に限られず、斜め方向であってもよい。斜め方向は、垂直方向と水平方向とのいずれにも交差する方向である。 The changing direction of the repeating pattern is not limited to the vertical direction as long as it intersects the horizontal direction, and may be an oblique direction. The diagonal direction is a direction that intersects both the vertical direction and the horizontal direction.
図7は、本実施形態に係る斜め方向の繰り返し模様の一例を示す図である。
図7(a)に例示される繰り返し模様では、図面に対して左上方向に輝度が一定ピッチで繰り返される。図7(b)、(c)に例示される繰り返し模様は、それぞれ2つの領域を有し、領域ごとに輝度の繰り返し方向が異なる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a repeating pattern in an oblique direction according to the present embodiment.
In the repeating pattern illustrated in FIG. 7A, the brightness is repeated at a constant pitch in the upper left direction with respect to the drawing. The repeating pattern illustrated in FIGS. 7B and 7C each has two regions, and the repeating direction of the luminance is different for each region.
図7(b)に例示される繰り返し模様は、垂直方向に2つの領域に区分され、図面に対して上方の領域R1bの中心点、下方の領域R2bの中心点が、それぞれ中心点U1、中心点U2となる。図面に対して上方の領域R1bの模様の繰り返し方向は、左上方向であるのに対して、下方の領域R2bの模様の繰り返し方向は、右上方向である。 The repeating pattern illustrated in FIG. 7B is divided into two regions in the vertical direction, and the center point of the region R1b above and the center point of the region R2b below with respect to the drawing are the center points U 1 and U 1 , respectively. It becomes the center point U 2 . The repeating direction of the pattern in the upper region R1b with respect to the drawing is the upper left direction, whereas the repeating direction of the pattern in the lower region R2b is the upper right direction.
図7(c)に例示される繰り返し模様は、水平方向に2つの領域に区分され、図面に対して左方の領域R1cの中心点、右方の領域R2cの中心点が、それぞれ中心点U1、中心点U2となる。図面に対して左方の領域R1cの模様の繰り返し方向は、右上方向であるのに対して、右方の領域R2cの模様の繰り返し方向は、左上方向である。
図7(d)に例示される繰り返し模様は、図面に対して左上方向と右上方向のいずれにも輝度が一定ピッチで繰り返される2次元格子である。
The repeating pattern illustrated in FIG. 7C is divided into two regions in the horizontal direction, and the center point of the left region R1c and the center point of the right region R2c with respect to the drawing are the center points U, respectively. 1. It becomes the center point U 2 . The repeating direction of the pattern in the left region R1c with respect to the drawing is the upper right direction, whereas the repeating direction of the pattern in the right region R2c is the upper left direction.
The repeating pattern illustrated in FIG. 7D is a two-dimensional lattice in which the brightness is repeated at a constant pitch in both the upper left direction and the upper right direction with respect to the drawing.
従って、繰り返し方向が斜め方向である繰り返し模様であっても、面内変位算出部124は、垂直方向のピッチpが、ps/cosψとなる繰り返し模様として、変位量を算出することができる。ここで、psは、繰り返し方向への繰り返し模様のピッチを示し、ψは、垂直方向と繰り返し方向とのなす角度を示す。 Therefore, even repeating pattern repetition direction is an oblique direction, the in-plane displacement calculating section 124 can pitch p in the vertical direction, as a repeating pattern comprising a p s / cos, and calculates the amount of displacement. Here, p s denotes the pitch of the repetitive pattern in the repeat direction, [psi indicates the angle between the vertical and repeat direction.
また、繰り返し方向が斜め方向である繰り返し模様を用いることで、一方向の大きさが長手方向よりも小さい細長い試料であっても、面内変位算出部124は、長手方向のモアレ画像の位相差に基づいて測定精度を犠牲にせずに一方向の変位量を求めることができる。そのため、各マーカーの形状や設置場所の自由度を高くすることができる。例えば、マーカーの垂直方向の高さは、水平方向の幅に比べて小さくてもよい。マーカーの形状は平型であってもよいし、柱状であってもよい。そのため、マーカーの設置場所に対する条件が緩和される。但し、繰り返し方向は、水平方向から十分に離れた角度(例えば、角度θは、−75°〜75°)であることが望ましい。 Further, by using a repeating pattern in which the repeating direction is an oblique direction, the in-plane displacement calculation unit 124 can perform the phase difference of the moire image in the longitudinal direction even if the sample is elongated in one direction smaller than the longitudinal direction. It is possible to obtain the displacement amount in one direction without sacrificing the measurement accuracy based on the above. Therefore, the degree of freedom in the shape and installation location of each marker can be increased. For example, the vertical height of the marker may be smaller than the horizontal width. The shape of the marker may be flat or columnar. Therefore, the conditions for the marker installation location are relaxed. However, it is desirable that the repeating direction is an angle sufficiently distant from the horizontal direction (for example, the angle θ is −75 ° to 75 °).
上述したように、面内変位算出部124は、位相演算部123が算出した位相差と、ピッチpとに基づいて面内変位を算出する。ここで位相演算部123は、位相差を画像取得部120によって取得された変位前画像及び変位後画像に基づいて算出する。
つまり、面内変位算出部124は、画像取得部120によって取得された画像データPDと、ピッチ情報取得部121によって取得されたピッチ情報PIが示すピッチPとに基づいて、撮像部20によって撮像された画像におけるみかけの変位であって、マーカー1が撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する。
また、上述したように面内変位算出部124は、モアレ法に基づいて面内変位Δyを算出する。
As described above, the in-plane displacement calculation unit 124 calculates the in-plane displacement based on the phase difference calculated by the phase calculation unit 123 and the pitch p. Here, the phase calculation unit 123 calculates the phase difference based on the pre-displacement image and the post-displacement image acquired by the image acquisition unit 120.
That is, the in-plane displacement calculation unit 124 is imaged by the image pickup unit 20 based on the image data PD acquired by the image acquisition unit 120 and the pitch P indicated by the pitch information PI acquired by the pitch information acquisition unit 121. The in-plane displacement, which is the apparent displacement in the image and is the displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the imaging surface on which the marker 1 is imaged, is calculated.
Further, as described above, the in-plane displacement calculation unit 124 calculates the in-plane displacement Δy based on the moire method.
ここで所定の方向とは、面内変位のうち変位しない、もしくは変位が無視できる程度に小さい方向である。なお、所定の方向とは、撮像面に平行な方向のうち物体3の変位が最も小さい方向であればよい。 Here, the predetermined direction is a direction in which the displacement is not displaced or the displacement is negligible among the in-plane displacements. The predetermined direction may be the direction in which the displacement of the object 3 is the smallest among the directions parallel to the imaging surface.
図5に戻って面外変位測定処理の説明を続ける。
ステップS150:面外変位算出部125は、面内変位算出部124が算出した面内変位Δyと、角度情報取得部122が取得した角度情報AIとに基づいて、面外変位Δzを算出する。ここで面外変位算出部125は、式(8)を用いて、面内変位算出部124が算出した面内変位Δyを換算することによって面外変位Δzを算出する。
Returning to FIG. 5, the description of the out-of-plane displacement measurement process will be continued.
Step S150: The out-of-plane displacement calculation unit 125 calculates the out-of-plane displacement Δz based on the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124 and the angle information AI acquired by the angle information acquisition unit 122. Here, the out-of-plane displacement calculation unit 125 calculates the out-of-plane displacement Δz by converting the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124 using the equation (8).
式(8)の関係により、x方向またはy方向のいずれか一方の面内変位がゼロである場合、構造物の変位前後の画像を、サンプリングモアレ法を用いて面内変位がゼロである方向に変位解析を行うことにより、面内変位解析で得られた面内変位Δxまたは面内変位Δyから面外変位Δzを求めることができる。 Due to the relationship of equation (8), when the in-plane displacement in either the x-direction or the y-direction is zero, the image before and after the displacement of the structure is in the direction in which the in-plane displacement is zero using the sampling moire method. The out-of-plane displacement Δz can be obtained from the in-plane displacement Δx or the in-plane displacement Δy obtained by the in-plane displacement analysis.
また、式(8)の関係から、角度θが大きいほど、面外変位Δzの測定感度が大きくなり、精度の良い測定ができる。 Further, from the relation of the equation (8), the larger the angle θ, the higher the measurement sensitivity of the out-of-plane displacement Δz, and the more accurate the measurement can be performed.
上述したように、面外変位算出部125は、角度情報取得部122によって取得される角度情報AIが示す角度θと、面内変位算出部124によって算出される面内変位Δyとに基づいて、撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位Δzを算出する。 As described above, the out-of-plane displacement calculation unit 125 is based on the angle θ indicated by the angle information AI acquired by the angle information acquisition unit 122 and the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124. The out-of-plane displacement Δz, which is the displacement in the direction perpendicular to the imaging surface, is calculated.
ここで面外変位算出部125は、式(8)に基づいて面外変位Δzを算出する。つまり、面外変位算出部125は、面内変位算出部124によって算出される面内変位Δyを、角度情報取得部122によって取得される角度情報AIが示す角度θの正接によって除算することによって面外変位Δzを算出する。 Here, the out-of-plane displacement calculation unit 125 calculates the out-of-plane displacement Δz based on the equation (8). That is, the out-of-plane displacement calculation unit 125 divides the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124 by the tangent of the angle θ indicated by the angle information AI acquired by the angle information acquisition unit 122. The outer displacement Δz is calculated.
ステップS160:演算処理部12は、面外変位算出処理の結果として、面外変位Δzを表示部13に出力する。
以上で、演算処理部12は、面外変位算出処理を終了する。
Step S160: The arithmetic processing unit 12 outputs the out-of-plane displacement Δz to the display unit 13 as a result of the out-of-plane displacement calculation processing.
With the above, the calculation processing unit 12 ends the out-of-plane displacement calculation process.
図4に戻って面外変位測定処理の説明を続ける。
ステップS40:表示部13は、演算処理部12が出力する算出結果を表示する。表示部13は、算出結果として面外変位Δzを表示する。
以上で、測定システムMSは、面外変位測定処理を終了する。
Returning to FIG. 4, the description of the out-of-plane displacement measurement process will be continued.
Step S40: The display unit 13 displays the calculation result output by the arithmetic processing unit 12. The display unit 13 displays the out-of-plane displacement Δz as a calculation result.
This completes the out-of-plane displacement measurement process of the measurement system MS.
(撮像部の設置位置)
図8は、本実施形態に係るカメラ2の設置位置の一例を示す図である。比較のために図8(a)に従来の面外変位測定方法によるカメラの設置位置を示し、図8(b)に本実施形態の面外変位測定によるカメラの設置位置を示す。
(Installation position of imaging unit)
FIG. 8 is a diagram showing an example of the installation position of the camera 2 according to the present embodiment. For comparison, FIG. 8A shows the camera installation position by the conventional out-of-plane displacement measurement method, and FIG. 8B shows the camera installation position by the out-of-plane displacement measurement of the present embodiment.
図8では、物体3の面外変位Δzとして、橋梁3Bのたわみを測定する場合の一例について説明する。橋梁3Bでは、中央が最もたわみやすく、特にこの中央におけるたわみを測定することが求められる。図2、図6、及び図7において示したようなマーカーが、橋梁3Bの中央の床版の下部に予め貼り付けられる。 FIG. 8 describes an example in which the deflection of the bridge 3B is measured as the out-of-plane displacement Δz of the object 3. In the bridge 3B, the center is the most flexible, and it is particularly required to measure the deflection at this center. Markers as shown in FIGS. 2, 6 and 7 are pre-attached to the lower part of the central floor slab of the bridge 3B.
なお、マーカーが貼り付けられる代わりに、橋梁3Bの中央の床版の下部にマーカーとして規則模様が塗布されてもよい。つまり、マーカーは、変位の算出対象である物体の表面に形成される。 Instead of attaching the marker, a regular pattern may be applied as a marker to the lower part of the floor slab in the center of the bridge 3B. That is, the marker is formed on the surface of the object for which the displacement is calculated.
従来の面外変位測定方法では、格子ピッチの変化から面外変位を算出する。従来の面外変位測定方法では、カメラ2aを橋梁3Bの最もたわみやすい位置である中央の直下に設置することが多い。しかしながら、カメラ2aから橋梁3Bの床版までの距離Daが遠くなると、カメラ2aが撮像する画像における格子ピッチの変化はわずかであり、微小な面外変位を測定することは困難である。 In the conventional out-of-plane displacement measurement method, the out-of-plane displacement is calculated from the change in the lattice pitch. In the conventional out-of-plane displacement measurement method, the camera 2a is often installed directly below the center, which is the most flexible position of the bridge 3B. However, when the distance Da from the camera 2a to the floor slab of the bridge 3B becomes long, the change in the lattice pitch in the image captured by the camera 2a is slight, and it is difficult to measure a minute out-of-plane displacement.
一方、本実施形態ではカメラ2bを橋梁3Bの橋脚のそばに設置する。そのため、カメラ2bからみた橋梁3Bの中央の方向は、カメラレンズの光軸に対して角度θだけ傾いている。つまり、カメラ2bは、橋梁3Bの中央を斜めから撮影することになる。 On the other hand, in the present embodiment, the camera 2b is installed near the pier of the bridge 3B. Therefore, the central direction of the bridge 3B as seen from the camera 2b is tilted by an angle θ with respect to the optical axis of the camera lens. That is, the camera 2b photographs the center of the bridge 3B from an angle.
上述の図1に示したように、物体がP1からQ1に変形、すなわち面外方向にΔz変位すると、カメラ2bが撮像する画像の上ではあたかもP1からP’1に変形しているように撮像される。このことは、本来測定したい面外変位Δzが見かけの面内変位Δyとして撮像されることを意味する。言い換えれば、精度の高い面内変位Δyを測定して、カメラ2bの画角や幾何学的な配置によるレンズの光軸から測定点のなす角度θを考慮することで、従来の面外変位測定方法では、測定困難だった面外変位を精度よく測定できる。
ここで測定点とは、変位を測定する物体の表面上の点である。マーカーは測定点に設置される。
As shown in FIG. 1 above, when the object is deformed from P1 to Q1, that is, when the object is displaced by Δz in the out-of-plane direction, the image captured by the camera 2b is imaged as if it is deformed from P1 to P'1. Will be done. This means that the out-of-plane displacement Δz that is originally desired to be measured is imaged as the apparent in-plane displacement Δy. In other words, the conventional out-of-plane displacement measurement is performed by measuring the in-plane displacement Δy with high accuracy and considering the angle θ formed by the measurement point from the optical axis of the lens due to the angle of view of the camera 2b and the geometric arrangement. With this method, out-of-plane displacement, which was difficult to measure, can be measured accurately.
Here, the measurement point is a point on the surface of the object for which the displacement is measured. The marker is placed at the measurement point.
ただし、この方法では物体の測定点において、面内変位と面外変位が同時に発生している場合は、面内変位と面外変位との両方の変位量が加算された量が、見かけ上の面内変位となる。
そこで、本実施形態では測定する物体は2次元の面内方向(x方向とy方向)において、どちらかの方向は変形しないまたはその変形量が無視できるほど少ないと仮定する。本実施形態では、この仮定の下で、変形しない方向の格子の見かけの面内変位を算出して、式(8)に示したように角度θを考慮した補正を行うことで、面外変位を測定する。
However, in this method, when in-plane displacement and out-of-plane displacement occur at the same time at the measurement point of the object, the sum of the displacement amounts of both the in-plane displacement and the out-of-plane displacement is apparent. It is an in-plane displacement.
Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the object to be measured does not deform in either of the two-dimensional in-plane directions (x direction and y direction), or the amount of deformation thereof is negligibly small. In the present embodiment, under this assumption, the apparent in-plane displacement of the grid in the non-deformable direction is calculated, and the out-of-plane displacement is corrected by considering the angle θ as shown in the equation (8). To measure.
したがって、本実施形態に係る面外変位測定方法は、3次元空間で3次元的に自由に変形できる物体の面外変位の測定に適用する場合、2次元の面内方向においてどちらかの方向は変形しないまたはその変形量が無視できるほど少ないと考えられる場合に比べて測定の精度は低くなると考えられる。本実施形態に係る面外変位測定方法は、橋梁やトンネルなどのインフラ構造物のように1方向が拘束されていると考えられる物体における面外変位を測定する場合に有効である。 Therefore, when the out-of-plane displacement measuring method according to the present embodiment is applied to the measurement of the out-of-plane displacement of an object that can be freely deformed three-dimensionally in a three-dimensional space, either direction is in the two-dimensional in-plane direction. It is considered that the measurement accuracy is lower than that in the case where the deformation is not considered or the amount of the deformation is considered to be negligibly small. The out-of-plane displacement measuring method according to the present embodiment is effective when measuring out-of-plane displacement in an object that is considered to be constrained in one direction, such as an infrastructure structure such as a bridge or a tunnel.
図8(b)の例の場合、橋梁3Bは列車の通過に伴い、列車の進行方向(y方向)と上下方向(z方向)には変形するが、列車の進行方向と垂直な方向(x方向)では、地震や強風などの強い外力を加えない限り変形しないと考えられる。 In the case of the example of FIG. 8B, the bridge 3B deforms in the traveling direction (y direction) and the vertical direction (z direction) of the train as the train passes, but the direction (x) perpendicular to the traveling direction of the train. In the direction), it is considered that it will not deform unless a strong external force such as an earthquake or strong wind is applied.
このことを利用して、2次元のマーカー1を撮影して、y方向から算出される面内変位Δyをそのままy方向の面内変位として算出し、x方向から算出される面内変位dxを列車の重量による橋梁3Bのたわみである面外変位Δzに換算することで、カメラ2bから測定対象である橋梁3Bの中央までの距離が遠くなっても、面外変位Δzを従来よりも高い精度において測定できるようになる。 Taking advantage of this, the two-dimensional marker 1 is photographed, the in-plane displacement Δy calculated from the y direction is calculated as it is as the in-plane displacement in the y direction, and the in-plane displacement dx calculated from the x direction is calculated. By converting to the out-of-plane displacement Δz, which is the deflection of the bridge 3B due to the weight of the train, the out-of-plane displacement Δz is more accurate than before even if the distance from the camera 2b to the center of the bridge 3B to be measured is long. Will be able to measure at.
ここで図9を参照し、測定点の他の選び方の例について説明する。図9は、本実施形態に係る測定点の一例を示す図である。測定点は測定対象である物体の任意の点に複数選んでよい。図9では、橋梁3Bの面外変位の測定点として、測定点M1−2、測定点M1−3、及び基準点A1が示されている。 Here, with reference to FIG. 9, an example of another method of selecting the measurement point will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of measurement points according to the present embodiment. A plurality of measurement points may be selected at any point of the object to be measured. In FIG. 9, measurement points M1-2, measurement points M1-3, and reference points A1 are shown as measurement points for the out-of-plane displacement of the bridge 3B.
複数の測定点を選ぶ場合、複数の測定点毎に、マーカー1が設置される。マーカー1−1は、基準点A1に設置される。マーカー1−2は、測定点M1−2に設置される。マーカー1−3は、測定点M1−3に設置される。
複数の測定点は、カメラ2bからみてカメラ2bの画角Vの範囲内に位置する。したがって、複数の測定点毎に設置されたマーカー1−1、マーカー1−2、及びマーカー1−3は、カメラ2bによって1つのフレームに同時に撮像される。
When selecting a plurality of measurement points, a marker 1 is installed for each of the plurality of measurement points. The marker 1-1 is installed at the reference point A1. Markers 1-2 are placed at measurement point M1-2. Markers 1-3 are placed at measurement points M1-3.
The plurality of measurement points are located within the range of the angle of view V of the camera 2b as viewed from the camera 2b. Therefore, the markers 1-1, the markers 1-2, and the markers 1-3 installed at each of the plurality of measurement points are simultaneously imaged in one frame by the camera 2b.
複数の測定点を選ぶ場合、測定対象物の変位分布が算出されてよい。また、複数の測定点を選ぶ場合、同じ撮影画像の中において変位のないまたは変位量が少ない点と基準点A1における変位量との相対変位を取ることによって、カメラ2bのぶれの影響を低減でき、変位測定の精度の向上が期待できる。 When selecting a plurality of measurement points, the displacement distribution of the object to be measured may be calculated. Further, when a plurality of measurement points are selected, the influence of the shake of the camera 2b can be reduced by taking a relative displacement between a point having no displacement or a small displacement amount and the displacement amount at the reference point A1 in the same captured image. , The accuracy of displacement measurement can be expected to improve.
(橋梁直下からの撮影による面外変位測定)
図10から図15を参照し、橋梁直下からの撮影による面外変位測定について説明する。
本実施形態に係る面外変位の測定方法による、橋梁直下からの撮影による面外変位測定により、橋梁のたわみ(面外変位)の測定を行った。特許文献1に記載されるような従来の面外変位測定方法による測定結果と比較することで、本実施形態に係る面外変位測定方法の有効性を確認する。
(Measurement of out-of-plane displacement by shooting from directly below the bridge)
With reference to FIGS. 10 to 15, out-of-plane displacement measurement by photographing from directly below the bridge will be described.
The deflection (out-of-plane displacement) of the bridge was measured by measuring the out-of-plane displacement by photographing from directly below the bridge by the method for measuring the out-of-plane displacement according to the present embodiment. The effectiveness of the out-of-plane displacement measuring method according to the present embodiment is confirmed by comparing with the measurement result by the conventional out-of-plane displacement measuring method as described in Patent Document 1.
図10は、本実施形態に係る測定対象の橋梁3Cの一例を示す図である。橋梁3Cでは橋桁間の距離は30メートルであり、橋梁3Cの床版から地面までの高さは約16メートルである。橋梁3Cの橋脚の根元には、デジタルカメラ2cが備えられている。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the bridge 3C to be measured according to the present embodiment. In the bridge 3C, the distance between the bridge girders is 30 meters, and the height from the floor slab of the bridge 3C to the ground is about 16 meters. A digital camera 2c is provided at the base of the pier of the bridge 3C.
図11は、本実施形態に係る変位測定のセットアップの一例を示す図である。
本実施形態では、測定用の格子マーカーの規則模様として、マーカー1cを使用した。マーカー1cは、図2(c)や図7(b)に示したような一組の斜め方向の格子対が所定のピッチにおいて繰り返し描かれたマーカーである。マーカー1cのピッチと角度はそれぞれ71ミリメートル、45度及び、88ミリメートル、−45度である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a displacement measurement setup according to the present embodiment.
In this embodiment, the marker 1c is used as a regular pattern of the grid marker for measurement. The marker 1c is a marker in which a set of diagonal grid pairs as shown in FIGS. 2 (c) and 7 (b) are repeatedly drawn at a predetermined pitch. The pitch and angle of the marker 1c are 71 mm, 45 degrees and 88 mm, -45 degrees, respectively.
図12は、本実施形態に係るマーカー1cの設置位置の一例を示す図である。マーカー1cとして、マーカー1c−1、マーカー1c−2、マーカー1c−3、マーカー1c−4、マーカー1c−A、及びマーカー1c−Bは、橋梁3Cの底面の6箇所に設置されている。図12では、マーカー1cとして、マーカー1c−1、マーカー1c−2、マーカー1c−3、マーカー1c−4、マーカー1c−A、及びマーカー1c−Bが撮像された画像が示されている。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the installation position of the marker 1c according to the present embodiment. As the marker 1c, the marker 1c-1, the marker 1c-2, the marker 1c-3, the marker 1c-4, the marker 1c-A, and the marker 1c-B are installed at six positions on the bottom surface of the bridge 3C. In FIG. 12, as the marker 1c, an image in which the marker 1c-1, the marker 1c-2, the marker 1c-3, the marker 1c-4, the marker 1c-A, and the marker 1c-B are imaged is shown.
底面の6箇所のうち橋脚側の2カ所を基準点とし、残り4カ所を測定点として測定を行った。マーカー1c−1及びマーカー1c−3は、橋梁中央(1/2点)に位置する測定点M1及び測定点M3にそれぞれ設置した。マーカー1c−2及びマーカー1c−4は、橋梁中央と橋脚の中間地点(1/4点)に位置する測定点M2及び測定点M4にそれぞれ設置した。マーカー1c−A、及びマーカー1c−Bは、橋脚の付近に位置する基準点A及び基準点Bにそれぞれ設置した。測定点M1、測定点M2及び基準点Aは、列車の上り線の直下に位置する。測定点M3、測定点M4及び基準点Bは、列車の下り線の直下に位置する。 Of the 6 points on the bottom, 2 points on the pier side were used as reference points, and the remaining 4 points were used as measurement points for measurement. Markers 1c-1 and 1c-3 were installed at measurement points M1 and measurement points M3 located at the center of the bridge (1/2 point), respectively. Markers 1c-2 and 1c-4 were installed at measurement points M2 and measurement points M4 located at intermediate points (1/4 points) between the center of the bridge and the piers, respectively. Markers 1c-A and 1c-B were installed at reference points A and B located near the piers, respectively. The measurement point M1, the measurement point M2, and the reference point A are located directly below the up line of the train. The measurement point M3, the measurement point M4, and the reference point B are located directly below the down line of the train.
橋梁3Cの真下にデジタルカメラ2cを設置し、デジタルカメラ2cから約16メートル離れた橋梁の床版部にあらかじめ貼り付けられた格子マーカーを橋梁の上り線を列車が通過する際に動画撮影を行い、サンプリングモアレ法により面外変位を測定する。動画の撮影フレームレートは、一例として24fpsである。 A digital camera 2c is installed directly under the bridge 3C, and a video is taken when the train passes the up line of the bridge with a lattice marker attached in advance to the floor slab of the bridge about 16 meters away from the digital camera 2c. , The out-of-plane displacement is measured by the sampling moire method. The shooting frame rate of the moving image is 24 fps as an example.
上り線を列車TRが通過するため、測定点M1、測定点M2、及び基準点Aの直上を列車TRが通過することになる。橋梁3Cでは、x方向に面内変位が発生するため、y方向には面内変位が生じないと仮定して、面外方向の変位を解析した。ここでx方向は、列車TRの通過方向である。y方向は、列車TRの通過方向に垂直な方向である。 Since the train TR passes through the up line, the train TR passes directly above the measurement point M1, the measurement point M2, and the reference point A. In the bridge 3C, since in-plane displacement occurs in the x direction, it is assumed that in-plane displacement does not occur in the y direction, and the displacement in the out-of-plane direction is analyzed. Here, the x direction is the passing direction of the train TR. The y direction is a direction perpendicular to the passing direction of the train TR.
図13は、本実施形態に係るy方向の変位測定のセッティングの一例を示す図である。面外変位計算の際の画角は、上述の図12の画像上のピクセル数から計算した。図13における画角θ1及びθ2は、いずれも15°となった。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a setting for displacement measurement in the y direction according to the present embodiment. The angle of view in the out-of-plane displacement calculation was calculated from the number of pixels on the image of FIG. 12 described above. The angles of view θ1 and θ2 in FIG. 13 were both 15 °.
本実施形態に係る面外変位測定方法と従来の測定方法(正対方向からの変位測定)との比較のため、本実施形態に係る面外変位測定方法による測定と同時に、橋梁から30m離れた位置から橋梁側面(上り線側の側面)を撮影し、橋梁の上下方向の変位を測定した。測定位置の関係は、本実施形態に係る面外変位測定方法の測定点M1に相当する。つまり、橋梁の中央の上り線側に格子マーカーを設置した。従来の測定方法においても、本実施形態に係る面外変位測定方法と同様にシネマカメラで動画撮影をし、格子マーカーとして格子ピッチ50mmの2次元のドット格子マーカーを使用した。 In order to compare the out-of-plane displacement measurement method according to this embodiment with the conventional measurement method (displacement measurement from the facing direction), at the same time as the measurement by the out-of-plane displacement measurement method according to this embodiment, the distance from the bridge is 30 m. The side surface of the bridge (the side surface on the up line side) was photographed from the position, and the vertical displacement of the bridge was measured. The relationship between the measurement positions corresponds to the measurement point M1 of the out-of-plane displacement measurement method according to the present embodiment. In other words, a grid marker was installed on the up line side of the center of the bridge. Also in the conventional measurement method, a moving image was taken with a cinema camera in the same manner as in the out-of-plane displacement measurement method according to the present embodiment, and a two-dimensional dot grid marker having a grid pitch of 50 mm was used as the grid marker.
図14及び図15は、本実施形態に係る面外変位の測定結果の一例を示す図である。図14(a)は、比較のための従来の測定方法による同条件の変位量のグラフを示す。図14(b)は、本実施形態に係る面外変位測定方法で測定点M1の面外変位を解析した場合の橋梁の変位量のグラフを示す。また、図15(a)に図12における測定点M2、図15(b)には測定点M3、図15(c)には測定点M4における面外変位の測定結果をそれぞれ示す。 14 and 15 are diagrams showing an example of the measurement result of the out-of-plane displacement according to the present embodiment. FIG. 14A shows a graph of the amount of displacement under the same conditions by the conventional measurement method for comparison. FIG. 14B shows a graph of the displacement amount of the bridge when the out-of-plane displacement of the measurement point M1 is analyzed by the out-of-plane displacement measuring method according to the present embodiment. Further, FIG. 15A shows the measurement results of the measurement point M2 in FIG. 12, FIG. 15B shows the measurement results of the measurement point M3, and FIG. 15C shows the measurement results of the out-of-plane displacement at the measurement point M4.
図14(a)と図14(b)を比較すると、本実施形態に係る面外変位測定方法と従来の測定方法ではほぼ同等の変位量のピーク値が得られており、全体としても10%以内の誤差となっていることが確認できた。本実施形態に係る面外変位測定方法において、規則模様の大きさ、ピッチ及び形状を適切に選択することにより、精度の更なる改善が期待できる。 Comparing FIGS. 14 (a) and 14 (b), the out-of-plane displacement measuring method and the conventional measuring method according to the present embodiment have obtained peak values of substantially the same amount of displacement, which is 10% as a whole. It was confirmed that the error was within. In the out-of-plane displacement measuring method according to the present embodiment, further improvement in accuracy can be expected by appropriately selecting the size, pitch and shape of the regular pattern.
図14(b)と図15との測定結果から、本実施形態に係る面外変位測定方法によって、列車TRが通過する時の複数の測定点の変位が同時に測定できることを確認できた。これは従来の測定方法にない利点である。図14(b)と図15(a)を比較すると、即ち測定点M1と測定点M2を比較すると、波形のピーク値がほぼ半分近い値となっており、測定点M2(橋梁の1/4点)の変位量としては妥当な値が得られていることが確認できた。 From the measurement results of FIGS. 14 (b) and 15, it was confirmed that the out-of-plane displacement measuring method according to the present embodiment can simultaneously measure the displacements of a plurality of measurement points when the train TR passes. This is an advantage not found in conventional measurement methods. Comparing FIG. 14 (b) and FIG. 15 (a), that is, comparing the measurement point M1 and the measurement point M2, the peak value of the waveform is almost half, and the measurement point M2 (1/4 of the bridge). It was confirmed that a reasonable value was obtained as the displacement amount of the point).
図14と図15に示す解析結果を比較すると、列車TRの通過した側の変位と、列車TRが通過していない側の変位の差が見られる。すなわち、測定点M3及び測定点M4の変位は、測定点M1と比較して小さい値となっていることが確認できる。以上の結果から、単一のカメラで物体から遠く離れても全視野で高精度な面外変位が測定できることが確認できた。 Comparing the analysis results shown in FIGS. 14 and 15, the difference between the displacement on the side through which the train TR has passed and the displacement on the side through which the train TR has not passed can be seen. That is, it can be confirmed that the displacements of the measurement points M3 and the measurement points M4 are smaller than those of the measurement points M1. From the above results, it was confirmed that a single camera can measure highly accurate out-of-plane displacement in the entire field of view even if it is far away from the object.
以上に説明したように、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)は、画像取得部120と、ピッチ情報取得部121と、角度情報取得部122と、面内変位算出部124と、面外変位算出部125とを備える。
画像取得部120は、所定の模様が所定のピッチpにおいて繰り返し描かれたマーカーであって、変位の算出対象である物体3の表面に形成されたマーカー1が撮像された画像(この一例において、画像データPD)を取得する。
ピッチ情報取得部121は、マーカー1のピッチpを示すピッチ情報PIを取得する。
角度情報取得部122は、撮像部20の光軸の方向と、撮像部20に対する物体3の方向とのなす角度θ示す角度情報AIを取得する。
位相演算部123は、画像取得部120によって取得された画像(この一例において、画像データPD)と、ピッチ情報取得部121によって取得されたピッチ情報PIが示すピッチpとに基づいて、撮像部20によって撮像された画像におけるみかけの変位であって、マーカー1が撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位Δyを算出する。
面外変位算出部125は、角度情報取得部122によって取得される角度情報AIが示す角度θと、面内変位算出部124によって算出される面内変位Δyとに基づいて、撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位Δzを算出する。
As described above, the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10) includes an image acquisition unit 120, a pitch information acquisition unit 121, an angle information acquisition unit 122, and a surface. It includes an internal displacement calculation unit 124 and an out-of-plane displacement calculation unit 125.
The image acquisition unit 120 is an image in which a predetermined pattern is repeatedly drawn at a predetermined pitch p, and the marker 1 formed on the surface of the object 3 for which the displacement is calculated is captured (in this example, in this example). Image data PD) is acquired.
The pitch information acquisition unit 121 acquires the pitch information PI indicating the pitch p of the marker 1.
The angle information acquisition unit 122 acquires the angle information AI indicating the angle θ formed by the direction of the optical axis of the imaging unit 20 and the direction of the object 3 with respect to the imaging unit 20.
The phase calculation unit 123 uses the image acquisition unit 20 based on the image acquired by the image acquisition unit 120 (image data PD in this example) and the pitch p indicated by the pitch information PI acquired by the pitch information acquisition unit 121. The in-plane displacement Δy, which is the apparent displacement in the image captured by the image, and is the displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the imaging surface on which the marker 1 is imaged, is calculated.
The out-of-plane displacement calculation unit 125 is perpendicular to the imaging surface based on the angle θ indicated by the angle information AI acquired by the angle information acquisition unit 122 and the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124. The out-of-plane displacement Δz, which is the displacement in the direction, is calculated.
この構成により、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、面外変位Δzの測定精度よりも高い面内変位Δyを算出してこの面内変位Δyを面外変位Δzに変換することができるため、物体3の面外変位Δzの測定精度を向上させることができる。 With this configuration, in the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10), the in-plane displacement Δy higher than the measurement accuracy of the out-of-plane displacement Δz is calculated and the in-plane displacement Δy is calculated. Since it can be converted into the out-of-plane displacement Δz, the measurement accuracy of the out-of-plane displacement Δz of the object 3 can be improved.
従来の面外変位の測定方法では、物体とカメラとの間の距離が大きい場合、規則模様のピッチの変化が十分に捉えられず、面外変位が十分に高い精度において測定することが困難であった。面外変位の測定精度は、一般的に面内変位の測定精度よりは10倍も低くピッチの100分の1程度であり、距離が遠くなればなるほど測定精度は低下する。
本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、特に撮像部20と離れた位置にある物体3の面外変位Δzを測定する場合に有効である。本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、ピッチの1000分の1の精度で微小な面内変位分布を測定できる。
With the conventional method of measuring out-of-plane displacement, when the distance between the object and the camera is large, the change in the pitch of the regular pattern cannot be sufficiently captured, and it is difficult to measure the out-of-plane displacement with sufficiently high accuracy. there were. The measurement accuracy of the out-of-plane displacement is generally 10 times lower than the measurement accuracy of the in-plane displacement and is about 1/100 of the pitch, and the measurement accuracy decreases as the distance increases.
The displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10) is particularly effective when measuring the out-of-plane displacement Δz of the object 3 located at a position away from the imaging unit 20. The displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10) can measure a minute in-plane displacement distribution with an accuracy of 1/1000 of the pitch.
また、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、カメラ及び格子マーカーの設置に制約があり物体の変位測定が困難な場合において、カメラと格子マーカーとの設置に柔軟性を持たせ、物体の変位測定における制約を緩和することができる。 Further, in the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10), when the installation of the camera and the lattice marker is restricted and it is difficult to measure the displacement of the object, the camera and the lattice marker are used. It can give flexibility to the installation and relax the restrictions in measuring the displacement of an object.
従来の面外変位の測定方法では、測定対象の物体が橋梁である場合、高架橋のように橋脚が数メートルや数十メートルあり橋脚が高い場合には、十分な精度が得られないだけでなく、橋梁中央の直下にカメラを設置する必要があるため、橋梁が河川や渓谷を跨ぐ場合にカメラの設置が困難である。 In the conventional method of measuring out-of-plane displacement, when the object to be measured is a bridge, when the pier is several meters or tens of meters and the pier is high like a viaduct, not only sufficient accuracy cannot be obtained. Since it is necessary to install the camera directly under the center of the bridge, it is difficult to install the camera when the bridge straddles a river or valley.
一方、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、カメラを測定位置に正対する位置に配置する必要がないため、構造物の測定において、カメラの設置が困難な場所においても構造物の変位及び振動が測定できるため、測定における場所の制約が従来に比べて少なく様々な構造物の変位及び振動を測定することが可能となる。このことから、特に電車が通過する高架橋や高速道路などの橋梁のたわみ測定に有効である。 On the other hand, in the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10), it is not necessary to arrange the camera at a position facing the measurement position, so that the camera is installed in the measurement of the structure. Since the displacement and vibration of the structure can be measured even in a difficult place, the displacement and vibration of various structures can be measured with less restrictions on the place in the measurement as compared with the conventional case. For this reason, it is particularly effective for measuring the deflection of bridges such as viaducts and highways through which trains pass.
また、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、所定の方向とは、撮像面に平行な方向のうち物体3の変位が最も小さい方向(この一例において、y方向)である。
この構成により、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、面外変位Δzを算出するのに用いるみかけの面内変位Δyの誤差を最小にできるため、所定の方向が撮像面に平行な方向のうち物体3の変位が最も小さい方向でない場合に比べて、面外変位Δzの測定精度を向上できる。ここでみかけの面内変位Δyの誤差とは、面内変位Δyがゼロである場合に対する誤差である。
Further, in the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10), the predetermined direction is the direction in which the displacement of the object 3 is the smallest among the directions parallel to the imaging surface (in this example). , Y direction).
With this configuration, the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10) can minimize the error of the apparent in-plane displacement Δy used for calculating the out-of-plane displacement Δz. The measurement accuracy of the out-of-plane displacement Δz can be improved as compared with the case where the predetermined direction is parallel to the imaging surface and the displacement of the object 3 is not the smallest. Here, the error of the apparent in-plane displacement Δy is an error with respect to the case where the in-plane displacement Δy is zero.
また、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、面外変位算出部125は、面内変位算出部124によって算出される面内変位Δyを、角度情報取得部122によって取得される角度情報AIが示す角度θの正接によって除算することによって面外変位Δzを算出する。
この構成により、本実施形態に係る変位測定装置(この一例において、面外変位測定装置10)では、物体3の測定点が撮像部20の光軸から角度θだけずれた位置にある場合に角度θのずれを補正して面外変位Δzを算出できるため、面内変位Δyを角度θの正接によって除算することによって面外変位Δzを算出しな場合に比べて面外変位Δzの測定精度を向上できる。
Further, in the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10), the out-of-plane displacement calculation unit 125 obtains the in-plane displacement Δy calculated by the in-plane displacement calculation unit 124 as angle information. The out-of-plane displacement Δz is calculated by dividing by the tangent of the angle θ indicated by the angle information AI acquired by the acquisition unit 122.
With this configuration, in the displacement measuring device according to the present embodiment (in this example, the out-of-plane displacement measuring device 10), the angle is when the measurement point of the object 3 is located at a position deviated by an angle θ from the optical axis of the imaging unit 20. Since the out-of-plane displacement Δz can be calculated by correcting the deviation of θ, the measurement accuracy of the out-of-plane displacement Δz can be improved as compared with the case where the out-of-plane displacement Δz is not calculated by dividing the in-plane displacement Δy by the tangent of the angle θ. Can be improved.
なお、上述した実施形態における変位測定装置の一部、例えば、画像取得部120、ピッチ情報取得部121、角度情報取得部122、位相演算部123、面内変位算出部124、及び面外変位算出部125をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、面外変位測定装置10に内蔵されたコンピュータシステムであって、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態における面外変位測定装置10の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。面外変位測定装置10の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
A part of the displacement measuring device in the above-described embodiment, for example, the image acquisition unit 120, the pitch information acquisition unit 121, the angle information acquisition unit 122, the phase calculation unit 123, the in-plane displacement calculation unit 124, and the out-of-plane displacement calculation. The unit 125 may be realized by a computer. In that case, the program for realizing this control function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by the computer system and executed. The "computer system" referred to here is a computer system built in the out-of-plane displacement measuring device 10, and includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Furthermore, a "computer-readable recording medium" is a medium that dynamically holds a program for a short period of time, such as a communication line when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In that case, a program may be held for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client. Further, the above-mentioned program may be a program for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be a program for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.
Further, a part or all of the out-of-plane displacement measuring device 10 in the above-described embodiment may be realized as an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration). Each functional block of the out-of-plane displacement measuring device 10 may be made into a processor individually, or a part or all of them may be integrated into a processor. Further, the method of making an integrated circuit is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. Further, when an integrated circuit technology that replaces an LSI appears due to advances in semiconductor technology, an integrated circuit based on this technology may be used.
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like are made without departing from the gist of the present invention. It is possible to do.
本発明は、サンプリングモアレ法などの位相解析方法に基づいて物体の面外変位を遠い距離からの撮影でも解析できるため、画像撮影場所の制約が緩和され、構造物の変位計測が可能な範囲を拡張することが可能となる。 Since the present invention can analyze the out-of-plane displacement of an object even when photographed from a long distance based on a phase analysis method such as the sampling moire method, restrictions on the image capturing location are relaxed and the range in which the displacement of the structure can be measured is expanded. It can be expanded.
例えば、橋梁が河川や渓谷、海などを跨ぐ場合、橋脚の根元にカメラを設置して測定ができるため、従来の方法では困難であった場所での変位測定が可能となる。 For example, when a bridge straddles a river, a valley, the sea, or the like, a camera can be installed at the base of the pier for measurement, so that displacement can be measured in a place that was difficult with the conventional method.
また、橋梁の下にカメラを設置するため、雨や雪の測定への影響を少なくできる。 In addition, since the camera is installed under the bridge, the effect on rain and snow measurements can be reduced.
本発明は、サンプリングモアレ法などの位相解析方法により得られた面内変位量から面外変位を求めているため、カメラと測定対象物との距離が離れている場合でも、従来の測定方法に比べて精度の良い変位計測が可能となる。 Since the present invention obtains the out-of-plane displacement from the amount of in-plane displacement obtained by a phase analysis method such as the sampling moire method, the conventional measurement method can be used even when the distance between the camera and the object to be measured is large. Compared to this, it is possible to measure displacement with higher accuracy.
上述した実施形態では、橋梁構造物のたわみ計測を例に示したが、本発明は、小さいスケールの構造体の面外変位測定にも応用できる。 In the above-described embodiment, the deflection measurement of the bridge structure is shown as an example, but the present invention can also be applied to the out-of-plane displacement measurement of a small-scale structure.
10…面外変位測定装置、120…画像取得部、121…ピッチ情報取得部、122…角度情報取得部、124…面内変位算出部、125…面外変位算出部、20…撮像部、1…マーカー、3…物体 10 ... Out-of-plane displacement measuring device, 120 ... Image acquisition unit, 121 ... Pitch information acquisition unit, 122 ... Angle information acquisition unit, 124 ... In-plane displacement calculation unit, 125 ... Out-of-plane displacement calculation unit, 20 ... Imaging unit, 1 ... marker, 3 ... object
Claims (5)
前記マーカーの前記ピッチを示すピッチ情報を取得するピッチ情報取得部と、
前記撮像部の光軸の方向と、前記撮像部に対する前記物体の方向とのなす角度を示す角度情報を取得する角度情報取得部と、
前記画像取得部によって取得された前記画像と、前記ピッチ情報取得部によって取得された前記ピッチ情報が示す前記ピッチとに基づいて、前記画像におけるみかけの変位であって、前記マーカーが撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する面内変位算出部と、
前記角度情報取得部によって取得される角度情報が示す前記角度と、前記面内変位算出部によって算出される前記面内変位とに基づいて、前記撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位を算出する面外変位算出部と、
を備える変位測定装置。 An image acquisition unit in which a predetermined pattern is repeatedly drawn at a predetermined pitch, and a marker formed on the surface of an object for which displacement is calculated acquires an image captured by the imaging unit.
A pitch information acquisition unit that acquires pitch information indicating the pitch of the marker, and
An angle information acquisition unit that acquires angle information indicating an angle formed by the direction of the optical axis of the imaging unit and the direction of the object with respect to the imaging unit.
Based on the image acquired by the image acquisition unit and the pitch indicated by the pitch information acquired by the pitch information acquisition unit, which is an apparent displacement in the image and the marker is imaged. An in-plane displacement calculation unit that calculates in-plane displacement, which is a displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the surface,
Out-of-plane displacement, which is a displacement in a direction perpendicular to the imaging surface, based on the angle indicated by the angle information acquired by the angle information acquisition unit and the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation unit. Out-of-plane displacement calculation unit that calculates displacement,
Displacement measuring device.
請求項1に記載の変位測定装置。 The displacement measuring device according to claim 1, wherein the predetermined direction is a direction in which the displacement of the object is the smallest among the directions parallel to the imaging surface.
請求項1または請求項2に記載の変位測定装置。 The out-of-plane displacement calculation unit divides the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation unit by the tangent of the angle indicated by the angle information acquired by the angle information acquisition unit, thereby causing the out-of-plane displacement. The displacement measuring device according to claim 1 or 2.
前記マーカーの前記ピッチを示すピッチ情報を取得するピッチ情報取得過程と、
前記撮像部の光軸の方向と、前記撮像部に対する前記物体の方向とのなす角度を示す角度情報を取得する角度情報取得過程と、
前記画像取得過程によって取得された前記画像と、前記ピッチ情報取得過程によって取得された前記ピッチ情報が示す前記ピッチとに基づいて、前記画像におけるみかけの変位であって、前記マーカーが撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する面内変位算出過程と、
前記角度情報取得過程によって取得される角度情報が示す前記角度と、前記面内変位算出過程によって算出される前記面内変位とに基づいて、前記撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位を算出する面外変位算出過程と、
を有する変位測定方法。 An image acquisition process in which a predetermined pattern is a marker repeatedly drawn at a predetermined pitch, and a marker formed on the surface of an object for which displacement is calculated acquires an image captured by an imaging unit.
A pitch information acquisition process for acquiring pitch information indicating the pitch of the marker, and
An angle information acquisition process for acquiring angle information indicating an angle formed by the direction of the optical axis of the imaging unit and the direction of the object with respect to the imaging unit.
Based on the image acquired by the image acquisition process and the pitch indicated by the pitch information acquired by the pitch information acquisition process, which is an apparent displacement in the image and the marker is imaged. The in-plane displacement calculation process for calculating the in-plane displacement, which is the displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the plane, and
Out-of-plane displacement, which is a displacement in a direction perpendicular to the imaging surface, based on the angle indicated by the angle information acquired by the angle information acquisition process and the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation process. Out-of-plane displacement calculation process to calculate displacement and
Displacement measurement method having.
所定の模様が所定のピッチにおいて繰り返し描かれたマーカーであって、変位の算出対象である物体の表面に形成されたマーカーが撮像部によって撮像された画像を取得する画像取得ステップと、
前記マーカーの前記ピッチを示すピッチ情報を取得するピッチ情報取得ステップと、
前記撮像部の光軸の方向と、前記撮像部に対する前記物体の方向とのなす角度を示す角度情報を取得する角度情報取得ステップと、
前記画像取得ステップによって取得された前記画像と、前記ピッチ情報取得ステップによって取得された前記ピッチ情報が示す前記ピッチとに基づいて、前記画像におけるみかけの変位であって、前記マーカーが撮像される撮像面に平行な方向のうちの所定の方向についての変位である面内変位を算出する面内変位算出ステップと、
前記角度情報取得ステップによって取得される角度情報が示す前記角度と、前記面内変位算出ステップによって算出される前記面内変位とに基づいて、前記撮像面に垂直な方向についての変位である面外変位を算出する面外変位算出ステップと、
を実行させるためのプログラム。 On the computer
An image acquisition step in which a predetermined pattern is a marker repeatedly drawn at a predetermined pitch, and a marker formed on the surface of an object for which displacement is calculated acquires an image captured by an imaging unit.
A pitch information acquisition step for acquiring pitch information indicating the pitch of the marker, and
An angle information acquisition step for acquiring angle information indicating an angle formed by the direction of the optical axis of the imaging unit and the direction of the object with respect to the imaging unit.
Based on the image acquired by the image acquisition step and the pitch indicated by the pitch information acquired by the pitch information acquisition step, the image is an apparent displacement in the image and the marker is imaged. An in-plane displacement calculation step that calculates an in-plane displacement, which is a displacement in a predetermined direction among the directions parallel to the surface, and
Out-of-plane displacement, which is a displacement in a direction perpendicular to the imaging surface, based on the angle indicated by the angle information acquired by the angle information acquisition step and the in-plane displacement calculated by the in-plane displacement calculation step. Out-of-plane displacement calculation step to calculate displacement and
A program to execute.
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