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JP7154527B2 - Displacement measuring device - Google Patents

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JP7154527B2 JP2021128932A JP2021128932A JP7154527B2 JP 7154527 B2 JP7154527 B2 JP 7154527B2 JP 2021128932 A JP2021128932 A JP 2021128932A JP 2021128932 A JP2021128932 A JP 2021128932A JP 7154527 B2 JP7154527 B2 JP 7154527B2
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悠 森時
躍 包
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、変位計測装置および変位計測方法に関し、例えば、モアレ法を利用して変位を計測する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a displacement measuring device and a displacement measuring method, and for example, to a technique for measuring displacement using a moiré method.

特許文献1には、サンプリングモアレ法を用いて対象表面における計測点の変位を計測する際に、対象面の傾き又は計測方向による誤差を低減可能にする変位取得装置が示される。当該変位取得装置は、予め、カメラと対象表面との相対位置をカメラの光軸と平行なz方向に変化させた状態と、z方向に直交するx方向に変化させた状態とでそれぞれ計測を行うことで、誤差を補正するための補正係数を求めておくものである。 Patent Literature 1 discloses a displacement acquisition device capable of reducing errors due to the inclination of the target surface or the measurement direction when measuring the displacement of the measurement points on the target surface using the sampling moire method. The displacement acquisition device measures the relative positions of the camera and the target surface in advance in a z-direction parallel to the optical axis of the camera and in an x-direction perpendicular to the z-direction. By doing so, a correction coefficient for correcting the error is obtained.

特許文献2には、単一カメラから得た画像に基づき、物体の面外変位(z(奥行き)方向への変位)を測定する方法が示される。当該方法では、物体に装着された周期模様をカメラで撮像した際に、物体とカメラとの距離に応じて画像上の周期模様のピッチが変化する性質を利用し、この性質にレンズの倍率の原理を組み合わせることで面外変位を算出する。この際に、画像上の周期模様のピッチは、サンプリングモアレ法により求めたモアレ縞の位相に基づいて算出される。 Patent Document 2 discloses a method for measuring out-of-plane displacement (displacement in the z (depth) direction) of an object based on an image obtained from a single camera. In this method, when a camera captures an image of a periodic pattern attached to an object, the pitch of the periodic pattern on the image changes according to the distance between the object and the camera. Out-of-plane displacement is calculated by combining principles. At this time, the pitch of the periodic pattern on the image is calculated based on the phase of moire fringes obtained by the sampling moire method.

非特許文献1には、基準格子と試料格子とが所定の勾配で交わることで作成される斜交モアレにおいて、基準格子のピッチと、試料格子のピッチおよび勾配と、モアレ縞のピッチとの関係を表す理論式(式(31))が示される。また、当該斜交モアレにおいて、基準格子のピッチと、試料格子のピッチおよび勾配と、モアレ縞の勾配との関係を表す理論式(式(32))が示される。 Non-Patent Document 1 describes the relationship between the pitch of the reference grid, the pitch and gradient of the sample grid, and the pitch of the moire fringes in the oblique moire created by intersecting the reference grid and the sample grid at a predetermined gradient. A theoretical formula (formula (31)) representing is shown. Further, in the oblique moiré, a theoretical formula (equation (32)) representing the relationship between the pitch of the reference grating, the pitch and gradient of the sample grating, and the gradient of moire fringes is shown.

特開2019-11984号公報JP 2019-11984 A 国際公開第2017/029905号WO2017/029905

篠原、“モアレ縞の幾何学”、繊維機械学会誌、Vol.37、No.6、1984年、p.253-262Shinohara, "Geometry of Moire fringes", Textile Machinery Society, Vol. 37, No. 6, 1984, p. 253-262

物体の変位を計測する方式として、互いに周期の異なる周期模様を重ねることで発生するモアレ縞を利用する方式が知られている。当該方式は、具体的には、周期模様を記したマーカを物体に装着し、当該マーカをカメラで撮像すると共に、そのマーカ画像に対して、サンプリングモアレ法等に基づくコンピュータ解析を行うものである。このようなモアレ縞を利用した変位計測方式は、通常、物体の面内変位を計測する際に用いられる。一方、物体の奥行き方向の変位を計測する場合には、レーザ光や光波等を利用した距離計が多く用いられている。 As a method for measuring the displacement of an object, a method using moire fringes generated by overlapping periodic patterns with different periods is known. Specifically, this method attaches a marker with a periodic pattern to an object, takes an image of the marker with a camera, and performs computer analysis of the marker image based on the sampling moire method or the like. . A displacement measurement method using such moire fringes is usually used to measure the in-plane displacement of an object. On the other hand, when measuring the displacement of an object in the depth direction, rangefinders using laser light, light waves, or the like are often used.

しかし、この場合、物体の面内変位を計測する際と、奥行き方向の変位を計測する際とで個別のハードウェアを用いた個別の解析処理が必要となる。その結果、変位計測に要するハード面または時間面でのコストが増大する恐れがある。一方、カメラで撮像されたマーカ画像を用いて奥行き方向の変位を計測する方式として、特許文献2に示されるような方式が知られている。ただし、当該方式では、サンプリングモアレ法に基づく複雑な画像解析が必要とされるため、処理負荷が増大や、記憶容量の増大を招く恐れがある。 However, in this case, separate analysis processing using separate hardware is required for measuring the in-plane displacement of the object and for measuring the displacement in the depth direction. As a result, there is a risk that the cost in terms of hardware or time required for displacement measurement will increase. On the other hand, as a method for measuring displacement in the depth direction using a marker image captured by a camera, a method as disclosed in Patent Document 2 is known. However, this method requires complicated image analysis based on the sampling moire method, which may lead to an increase in processing load and an increase in storage capacity.

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、小さい処理負荷または記憶容量でマーカ(ひいては物体)の奥行き方向の変位を計測可能な変位計測装置および変位計測方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and one of its objects is to provide a displacement measuring apparatus and a displacement measuring apparatus capable of measuring the displacement of a marker (and thus an object) in the depth direction with a small processing load or storage capacity. It is to provide a measuring method.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 A brief outline of typical inventions disclosed in the present application is as follows.

本発明の代表的な実施の形態による変位計測装置は、周期模様が記されたマーカを撮像する撮像部と、撮像部によって撮像されたマーカ画像に基づいてマーカの変位を計測する変位計測部と、を有する。変位計測部は、内部マーカ作成部と、モアレ画像作成部と、モアレ縞傾き算出部と、を有する。内部マーカ作成部は、マーカ画像に含まれる周期模様の形成方向を基準方向とした際に、基準方向に対して基準の傾きだけ傾いた方向に形成され、かつ予め周期が定められる基準の周期模様を含んだ内部マーカ画像を作成する。モアレ画像作成部は、第1の時点で撮像部によって撮像された第1のマーカ画像と、第2の時点で撮像部によって撮像された第2のマーカ画像とに対して、内部マーカ作成部で作成された同一の内部マーカ画像を重ね合わせることで第1のモアレ画像と第2のモアレ画像とをそれぞれ作成する。モアレ縞傾き算出部は、基準方向に対して第1のモアレ画像に含まれる第1のモアレ縞が成す第1の傾きと、基準方向に対して第2のモアレ画像に含まれる第2のモアレ縞が成す第2の傾きとをそれぞれ算出する。そして、変位計測部は、第1の傾きと、第2の傾きとを用いて所定の演算処理を行うことで、第1の時点と第2の時点との間で撮像部の光軸方向に生じたマーカの変位量を算出する。 A displacement measuring device according to a representative embodiment of the present invention includes an imaging unit that captures an image of a marker with a periodic pattern, and a displacement measuring unit that measures the displacement of the marker based on the marker image captured by the imaging unit. , has The displacement measurement unit has an internal marker creation unit, a moire image creation unit, and a moire fringe inclination calculation unit. The internal marker creating unit is a reference periodic pattern that is formed in a direction inclined by a reference inclination with respect to the reference direction when the formation direction of the periodic pattern included in the marker image is set as a reference direction, and whose period is determined in advance. Create an internal marker image containing The moire image creating unit generates a first marker image captured by the imaging unit at a first time point and a second marker image captured by the imaging unit at a second time point. A first moire image and a second moire image are created by superimposing the same created internal marker images. The moiré fringe tilt calculator calculates a first tilt formed by the first moiré fringes included in the first moiré image with respect to the reference direction and a second moiré pattern included in the second moiré image with respect to the reference direction. A second slope formed by the fringes is calculated. Then, the displacement measuring unit performs a predetermined arithmetic process using the first tilt and the second tilt, thereby obtaining a displacement in the optical axis direction of the imaging unit between the first point in time and the second point in time. Calculate the amount of displacement of the marker that has occurred.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。本発明の代表的な実施の形態によれば、小さい処理負荷または記憶容量でマーカ(ひいては物体)の奥行き方向の変位が計測可能になる。 Among the inventions disclosed in the present application, the effects obtained by representative ones are briefly described below. According to representative embodiments of the present invention, it is possible to measure the displacement of a marker (and thus an object) in the depth direction with a small processing load or memory capacity.

(a)は、本発明の一実施の形態による変位計測システムの構成例を示す概略図であり、(b)および(c)は、(a)におけるマーカのそれぞれ異なる構成例を示す概略図である。1(a) is a schematic diagram showing a configuration example of a displacement measurement system according to an embodiment of the present invention, and (b) and (c) are schematic diagrams showing different configuration examples of markers in (a). be. 図1における変位計測装置の概略構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a schematic configuration example of a displacement measuring device in FIG. 1; FIG. 図2における変位計測部の主要部の詳細な構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration example of a main part of a displacement measuring unit in FIG. 2; 図3における内部マーカ作成部の処理内容の一例を説明する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of processing contents of an internal marker creation unit in FIG. 3; 図3におけるモアレ画像作成部の処理内容の一例を説明する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of processing contents of a moiré image creating unit in FIG. 3; FIG. 図3における検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。4 is a block diagram showing a detailed configuration example of a detection unit in FIG. 3; FIG. 図6におけるモアレ縞傾き算出部の詳細な処理内容の一例を説明する模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of detailed processing contents of a moiré fringe inclination calculator in FIG. 6 ; 図6におけるモアレ縞周期算出部の詳細な処理内容の一例を説明する模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of detailed processing contents of a moiré fringe period calculation unit in FIG. 6 ; 図2の撮像部が備える光学仕様の一部の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of part of the optical specifications of the imaging unit of FIG. 2; 本発明の実施の形態1による変位計測方法における処理内容の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing an example of processing contents in a displacement measuring method according to Embodiment 1 of the present invention; 図3および図6の変位計測部の動作検証結果の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of operation verification results of the displacement measuring unit of FIGS. 3 and 6; 本発明の実施の形態2による変位計測装置において、図3における検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration example of a detector in FIG. 3 in the displacement measuring device according to Embodiment 2 of the present invention; 本発明の実施の形態3による変位計測装置において、図3における検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。4 is a block diagram showing a detailed configuration example of a detector in FIG. 3 in the displacement measuring device according to Embodiment 3 of the present invention; FIG. 本発明の実施の形態3による変位計測方法における処理内容の一例を示すフロー図である。FIG. 10 is a flowchart showing an example of processing contents in a displacement measuring method according to Embodiment 3 of the present invention;

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまでも一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive appropriate modifications while keeping the gist of the invention are naturally included in the scope of the present invention. In addition, in order to make the description clearer, the drawings may schematically show the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual embodiment, but this is only an example, and the interpretation of the present invention is not intended. It is not limited.

また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。 In addition, in this specification and each figure, the same reference numerals may be given to the same elements as those described above with respect to the existing figures, and detailed description thereof may be omitted as appropriate.

(実施の形態1)
《変位計測システムの概略》
図1(a)は、本発明の実施の形態1による変位計測システムの構成例を示す概略図であり、図1(b)および図1(c)は、図1(a)におけるマーカのそれぞれ異なる構成例を示す概略図である。図1(a)に示す変位計測システムは、物体3に装着されたマーカ1と、カメラ等の撮像部を含む変位計測装置2とを有する。
(Embodiment 1)
《Overview of Displacement Measurement System》
FIG. 1(a) is a schematic diagram showing a configuration example of a displacement measurement system according to Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 1(b) and 1(c) show markers in FIG. 1(a). It is a schematic diagram showing a different configuration example. The displacement measurement system shown in FIG. 1(a) has a marker 1 attached to an object 3 and a displacement measurement device 2 including an imaging unit such as a camera.

物体3は、例えば、立坑工事等の建設現場において地盤上に設置された建造物や、または、地盤そのもの等である。変位計測装置2は、このような物体3に装着されたマーカ1を撮像し、撮像されたマーカ画像に基づいてマーカ1の変位(ひいては、地盤の変位)を計測する。これにより、地盤の変位状況を監視することができ、例えば、土砂崩れ等の事故発生の兆候を早期に検知できる。その結果、事故を未然に防止でき、作業者の安全を確保することが可能になる。 The object 3 is, for example, a building installed on the ground at a construction site such as shaft construction, or the ground itself. The displacement measuring device 2 captures an image of the marker 1 attached to the object 3, and measures the displacement of the marker 1 (and thus the displacement of the ground) based on the captured marker image. As a result, it is possible to monitor the displacement of the ground and, for example, detect early signs of an accident such as a landslide. As a result, accidents can be prevented and the safety of workers can be ensured.

明細書では、図1(a)に示されるように、カメラ(変位計測装置2)の光軸方向をZ軸とし、Z軸に直交する面の面方向において、一方向(水平方向)をX軸とし、当該一方向に直交する方向(垂直方向)をY軸とする。カメラ(変位計測装置2)は、マーカ1の面がXY面となるように設置される。マーカ1の面(XY面)には、図1(b)または図1(c)に示されるように、周期模様が記されている。 In the specification, as shown in FIG. 1( a ), the optical axis direction of the camera (displacement measuring device 2 ) is defined as the Z axis, and one direction (horizontal direction) in the plane direction perpendicular to the Z axis is defined as X A direction perpendicular to the one direction (perpendicular direction) is the Y-axis. The camera (displacement measuring device 2) is installed so that the plane of the marker 1 is the XY plane. A periodic pattern is marked on the surface (XY surface) of the marker 1 as shown in FIG. 1(b) or FIG. 1(c).

図1(b)に示すマーカ1aには、Y軸方向へ延伸し、X軸方向に沿ってピッチWで等間隔に並んだストライプ模様が記される。ただし、このようにX軸方向に並んだストライプ模様の代わりに、Y軸方向に並んだストライプ模様を用いてもよい。あるいは、X軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカと、Y軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカとを一組のマーカとして用いてもよい。これらは、変位の計測方向によって使い分けられる。 The marker 1a shown in FIG. 1B has a striped pattern extending in the Y-axis direction and arranged at equal intervals at a pitch W along the X-axis direction. However, instead of the striped pattern aligned in the X-axis direction, a striped pattern aligned in the Y-axis direction may be used. Alternatively, a marker with stripes aligned in the X-axis direction and a marker with stripes aligned in the Y-axis direction may be used as a set of markers. These are used properly depending on the measurement direction of displacement.

図1(c)に示すマーカ1bには、アレイ状にピッチWで等間隔に設置される黒レベルのラインの交点箇所のみを黒レベルに定めたようなチェッカ模様が記される。この場合、例えば、画像処理を用いて、Y軸方向に沿った平均化処理を行うことで、X軸方向に並んだストライプ模様(すなわち、図1(b)のような模様)を生成でき、X軸方向に沿った平均化処理を行うことで、Y軸方向に並んだストライプ模様を生成できる。その結果、画像処理上では、マーカ1bをX軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカとみなすことも、Y軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカとみなすことも可能である。 The marker 1b shown in FIG. 1(c) is marked with a checkered pattern in which only the intersections of black level lines, which are arranged in an array with a pitch W at equal intervals, are defined as black levels. In this case, for example, by performing averaging processing along the Y-axis direction using image processing, a striped pattern (that is, a pattern as shown in FIG. 1B) arranged in the X-axis direction can be generated. A stripe pattern arranged in the Y-axis direction can be generated by performing the averaging process along the X-axis direction. As a result, in terms of image processing, the marker 1b can be regarded as a marker with stripes aligned in the X-axis direction, or as a marker with stripes aligned in the Y-axis direction.

このようなマーカ1を用いた変位計測方式は、一般的に、マーカ1のX軸方向やY軸方向の変位を計測する際に用いられる。ただし、マーカ1の変位(ひいては、地盤の変位)は、X軸方向やY軸方向に限らず、Z軸方向に生じる場合がある。そこで、以下に示す実施の形態1の方式を用いることが有益となる。 A displacement measurement method using such a marker 1 is generally used when measuring the displacement of the marker 1 in the X-axis direction and the Y-axis direction. However, the displacement of the marker 1 (and thus the displacement of the ground) may occur not only in the X-axis direction and the Y-axis direction, but also in the Z-axis direction. Therefore, it is beneficial to use the method of the first embodiment described below.

《変位計測装置の概略》
図2は、図1における変位計測装置の概略構成例を示すブロック図である。図2に示す変位計測装置2は、マーカ1を撮像する撮像部10と、撮像部10によって撮像されたマーカ画像に基づいてマーカ1(ひいては物体3)の変位を計測する変位計測部20とを備える。撮像部10は、代表的には、デジタルカメラ等である。変位計測部20は、例えば、PC(Personal Computer)等の情報処理装置や、または、専用の画像処理装置等である。ただし、撮像部10および変位計測部20は、例えば、カメラ付きの情報処理装置等の形態で同一の装置内に実装されてもよい。
《Overview of Displacement Measuring Device》
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration example of the displacement measuring device in FIG. A displacement measuring device 2 shown in FIG. Prepare. The imaging unit 10 is typically a digital camera or the like. The displacement measuring unit 20 is, for example, an information processing device such as a PC (Personal Computer), or a dedicated image processing device. However, the imaging unit 10 and the displacement measuring unit 20 may be mounted in the same device in the form of an information processing device with a camera, for example.

撮像部10は、レンズ11と、イメージセンサ12と、演算部13と、データ格納部14と、通信インタフェース15とを備える。この内、演算部13、データ格納部14および通信インタフェース15は、互いにバスで接続される。演算部13、データ格納部14および通信インタフェース15は、例えば、1個のマイクロコントローラに実装されてもよい。 The imaging unit 10 includes a lens 11 , an image sensor 12 , a calculation unit 13 , a data storage unit 14 and a communication interface 15 . Among them, the calculation unit 13, the data storage unit 14, and the communication interface 15 are connected to each other via a bus. The calculation unit 13, the data storage unit 14 and the communication interface 15 may be implemented in one microcontroller, for example.

レンズ11は、マーカ1からの光をイメージセンサ12に集光する。イメージセンサ12は、代表的には、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサや、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等であり、アレイ状に配置された複数の画素を含む。イメージセンサ12の各画素は、レンズ11で集光された光の光量に応じた電気信号を生成する。イメージセンサ12は、各画素で生成された電気信号を演算部13へ送信する。 A lens 11 converges the light from the marker 1 onto the image sensor 12 . The image sensor 12 is typically a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, or the like, and includes a plurality of pixels arranged in an array. Each pixel of the image sensor 12 generates an electrical signal corresponding to the amount of light condensed by the lens 11 . The image sensor 12 transmits the electric signal generated by each pixel to the calculation unit 13 .

データ格納部14は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、マイクロコントローラ内の内蔵メモリや、または、メモリカード等の外付けメモリ等に該当する。演算部13は、イメージセンサ12からの電気信号を受けてマーカ画像を生成し、生成したマーカ画像をデータ格納部14に格納する。この際に、演算部13は、マーカ画像を、撮像時刻の情報を付加した上でデータ格納部14に格納してもよい。 The data storage unit 14 is, for example, a nonvolatile memory such as a flash memory, and corresponds to a built-in memory within a microcontroller or an external memory such as a memory card. The calculation unit 13 receives the electrical signal from the image sensor 12 to generate a marker image, and stores the generated marker image in the data storage unit 14 . At this time, the calculation unit 13 may store the marker image in the data storage unit 14 after adding information on the imaging time.

演算部13は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、またはDSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサ13aと、RAM(Random Access Memory)13bとを備える。プロセッサ13aは、例えば、データ格納部14からRAM13bへ展開された所定のプログラムを実行することで、イメージセンサ12からの電気信号に応じたマーカ画像を作成する。 The calculation unit 13 includes a processor 13a such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor), and a RAM (Random Access Memory) 13b. The processor 13a creates a marker image corresponding to the electrical signal from the image sensor 12, for example, by executing a predetermined program developed from the data storage unit 14 to the RAM 13b.

通信インタフェース15は、変位計測部20(その中の通信インタフェース21)との間でデータの送受信を行う。その一つとして、通信インタフェース15は、データ格納部14に格納されたマーカ画像を変位計測部20へ送信する。通信インタフェース15と通信インタフェース21との間は、有線または無線で接続される。この際には、例えば、インターネット等の外部ネットワークを介して接続される形態を用いてもよい。 The communication interface 15 transmits and receives data to and from the displacement measurement unit 20 (communication interface 21 therein). As one of them, the communication interface 15 transmits the marker image stored in the data storage unit 14 to the displacement measurement unit 20 . The communication interface 15 and the communication interface 21 are connected by wire or wirelessly. In this case, for example, a form of connection via an external network such as the Internet may be used.

外部ネットワークを用いる場合には、例えば、無線通信用の通信インタフェース15を備えた撮像部10を建設現場に固定的に設置し、変位計測部20を建設会社の社内サーバ装置等に実装するような形態が有益となる。この場合、撮像部10は、撮像したマーカ画像を、逐次、外部ネットワークを介して社内サーバ装置に送信し、社内サーバ装置は、当該マーカ画像に基づいて変位計測を行う。 When using an external network, for example, the imaging unit 10 equipped with the communication interface 15 for wireless communication is fixedly installed at the construction site, and the displacement measurement unit 20 is mounted on the in-house server device of the construction company. Morphology is beneficial. In this case, the imaging unit 10 sequentially transmits the captured marker images to the in-house server device via the external network, and the in-house server device performs displacement measurement based on the marker images.

変位計測部20は、演算部22と、データ格納部23と、通信インタフェース21とを備える。演算部22、データ格納部23および通信インタフェース21は、互いにバスで接続される。例えば、変位計測部20を専用の画像処理装置等で構成する場合、演算部22、データ格納部23および通信インタフェース21は、1個のマイクロコントローラに実装されてもよい。データ格納部23は、例えばフラッシュメモリやハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。通信インタフェース21は、例えば、通信インタフェース15からのマーカ画像を受信し、それをデータ格納部23に格納する。 The displacement measurement unit 20 includes a calculation unit 22 , a data storage unit 23 and a communication interface 21 . The computing unit 22, the data storage unit 23, and the communication interface 21 are connected to each other via a bus. For example, when the displacement measurement unit 20 is configured by a dedicated image processing device or the like, the calculation unit 22, the data storage unit 23 and the communication interface 21 may be implemented in one microcontroller. The data storage unit 23 is, for example, a non-volatile memory such as flash memory or hard disk drive. The communication interface 21 receives, for example, the marker image from the communication interface 15 and stores it in the data storage section 23 .

演算部22は、CPU、GPU、またはDSP等のプロセッサ22aと、RAM22bとを備える。演算部22は、例えば、データ格納部23に格納されたマーカ画像に対して所定の画像処理を実行することで物体3の変位を計測する。この際に、プロセッサ22aは、例えば、データ格納部23からRAM22bへ展開された変位計測プログラムを実行することで変位計測を行う。なお、演算部22は、プロセッサ22aに限らず、一部または全てがFPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアで構成されてもよい。すなわち、演算部22は、ソフトウェア方式、ハードウェア方式、あるいはその組み合わせによって適宜構成されればよい。これは、撮像部10内に演算部13に関しても同様である。 The computing unit 22 includes a processor 22a such as a CPU, GPU, or DSP, and a RAM 22b. The calculation unit 22 measures the displacement of the object 3 by executing predetermined image processing on the marker image stored in the data storage unit 23, for example. At this time, the processor 22a performs displacement measurement by, for example, executing a displacement measurement program expanded from the data storage unit 23 to the RAM 22b. Note that the arithmetic unit 22 is not limited to the processor 22a, and part or all of it may be configured by hardware such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). That is, the calculation unit 22 may be appropriately configured by a software system, a hardware system, or a combination thereof. The same applies to the calculation section 13 in the imaging section 10 .

《変位計測部の詳細》
図3は、図2における変位計測部の主要部の詳細な構成例を示すブロック図である。図4は、図3における内部マーカ作成部の処理内容の一例を説明する模式図である。図5は、図3におけるモアレ画像作成部の処理内容の一例を説明する模式図である。図3の変位計測部20において、プロセッサ22aは、変位計測プログラムを実行することで実装される内部マーカ作成部31、モアレ画像作成部32および検出部33を備える。また、ここでは、マーカ1として、図1(b)に示したようなストライプ模様が記されたマーカ1aを用いる場合を例とする。
<<Details of the displacement measurement unit>>
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration example of the main part of the displacement measuring unit in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of processing contents of an internal marker creation unit in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of processing contents of a moiré image creating unit in FIG. In the displacement measurement unit 20 of FIG. 3, the processor 22a includes an internal marker creation unit 31, a moiré image creation unit 32, and a detection unit 33 implemented by executing a displacement measurement program. Here, as an example, a marker 1a having a striped pattern as shown in FIG. 1B is used as the marker 1. FIG.

内部マーカ作成部31は、図4に示されるように、基準方向(X軸方向、Y軸方向)に対して基準の傾きγだけ傾いた方向(X’軸方向、Y’軸方向)に形成され、かつ予め周期pが定められる基準の周期模様30を含んだ内部マーカ画像35を作成する。ここで、基準方向(X軸方向、Y軸方向)とは、撮像部10によって撮像されるマーカ画像に含まれる周期模様の形成方向であり、図1(b)におけるマーカ1aに記された周期模様の形成方向でもある。基準の傾きγは、非0[°]の値であればよく、プラス方向の値であっても、マイナス方向の値であってもよい。内部マーカ作成部31は、作成した内部マーカ画像35をデータ格納部23に格納する。 As shown in FIG. 4, the internal marker generator 31 forms markers in directions (X'-axis direction, Y'-axis direction) inclined by a reference inclination γ with respect to the reference direction (X-axis direction, Y-axis direction). An internal marker image 35 is created that includes a reference periodic pattern 30 whose period p is determined in advance. Here, the reference direction (X-axis direction, Y-axis direction) is the direction in which the periodic pattern included in the marker image captured by the imaging unit 10 is formed. It is also the direction in which the pattern is formed. The reference slope γ may be a value other than 0[°], and may be a positive value or a negative value. The internal marker creation unit 31 stores the created internal marker image 35 in the data storage unit 23 .

具体的には、内部マーカ作成部31は、例えば、内部マーカ画像35をコンピュータグラフィックス(CG)画像によって作成可能である。すなわち、図1(a)に示したような変位計測システムを構築直後の段階(変位が生じていない段階)で、図2の撮像部10によって撮像されるマーカ画像は、予めシミュレーション等を行うことで算出できる。内部マーカ作成部31は、この算出されたマーカ画像に基づいて基準方向(X軸方向、Y軸方向)を定めた上で内部マーカ画像35を作成すればよい。 Specifically, the internal marker creation unit 31 can create the internal marker image 35 using a computer graphics (CG) image, for example. That is, the marker image captured by the imaging unit 10 in FIG. 2 at the stage immediately after the construction of the displacement measurement system as shown in FIG. can be calculated by The internal marker creation unit 31 may create the internal marker image 35 after determining the reference direction (X-axis direction, Y-axis direction) based on the calculated marker image.

また、内部マーカ作成部31は、変位計測システムを構築直後の段階(変位が生じていない段階)で、図2の撮像部10に実際に撮像を行わせ、そのマーカ画像に対して基準の傾きγの回転処理を行うことで内部マーカ画像35を作成してもよい。この際に、当該内部マーカ画像35に含まれる周期模様の周期pは、変位が生じていないことを前提とすると、予めシミュレーション等を行うことで算出できる。 In addition, the internal marker creation unit 31 causes the imaging unit 10 in FIG. 2 to actually perform imaging at the stage immediately after the displacement measurement system is constructed (the stage at which no displacement has occurred), and determines the reference inclination of the marker image. The internal marker image 35 may be created by performing γ rotation processing. At this time, the period p of the periodic pattern included in the internal marker image 35 can be calculated by performing a simulation or the like in advance, assuming that no displacement has occurred.

図3のデータ格納部23には、時点[1]で撮像部10によって撮像された計測用マーカ画像36aと、時点[2]で撮像部10によって撮像された計測用マーカ画像36bとが格納されている。モアレ画像作成部32は、計測用マーカ画像36aと計測用マーカ画像36bのそれぞれ(計測用マーカ画像36と総称する)に対して、図5に示されるように、内部マーカ作成部31で作成した同一の内部マーカ画像35を重ね合わせることでモアレ画像37(すなわち、モアレ画像[1]とモアレ画像[2])を作成する。 The data storage unit 23 of FIG. 3 stores a measurement marker image 36a captured by the imaging unit 10 at time point [1] and a measurement marker image 36b captured by the imaging unit 10 at time point [2]. ing. The moiré image creating unit 32 creates moire images by the internal marker creating unit 31 as shown in FIG. A moiré image 37 (that is, moiré image [1] and moiré image [2]) is created by superimposing the same internal marker images 35 .

図5に示されるように、モアレ画像37には、周期(波長)λで変化するモアレ縞が含まれる。モアレ縞の延伸方向は、基準方向(ここでは、X軸方向)に対して傾きθを成す。明細書では、モアレ縞の延伸方向をX軸方向と呼び、モアレ縞の周期方向をY軸方向と呼ぶ。 As shown in FIG. 5, the moire image 37 includes moire fringes that change with a period (wavelength) λ. The extending direction of the moire fringes forms an inclination θ with respect to the reference direction (here, the X-axis direction). In the specification, the extending direction of the moiré fringes is called the X * axis direction, and the periodic direction of the moiré fringes is called the Y * axis direction.

図3の検出部33は、モアレ画像[1]とモアレ画像[2]とを用いて、時点[1]と時点[2]との間で生じたマーカ1(ひいては物体3)の変位量を検出する。その一つとして、検出部33は、例えば、モアレ画像[1]に含まれるモアレ縞の周期λと、モアレ画像[2]に含まれるモアレ縞の周期λとの周期差に基づいて、時点[1]と時点[2]との間で撮像部10の光軸方向(奥行き方向)に生じたマーカ1の変位量を算出する。 The detection unit 33 in FIG. 3 uses the moire image [1] and the moire image [2] to determine the amount of displacement of the marker 1 (and thus the object 3) occurring between the time points [1] and [2]. To detect. As one of them, the detection unit 33 detects the time point [ 1] and time point [2].

《検出部の詳細》
図6は、図3における検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。図7は、図6におけるモアレ縞傾き算出部の詳細な処理内容の一例を説明する模式図である。図8は、図6におけるモアレ縞周期算出部の詳細な処理内容の一例を説明する模式図である。図6に示す検出部33は、モアレ縞傾き算出部40と、モアレ縞周期算出部41と、奥行方向変位量算出部42とを備える。
<<Details of detector>>
FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration example of the detector in FIG. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an example of detailed processing contents of a moire fringe inclination calculator in FIG. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an example of detailed processing contents of a moire fringe period calculation unit in FIG. 6 . The detector 33 shown in FIG. 6 includes a moiré fringe inclination calculator 40 , a moiré fringe period calculator 41 , and a depth direction displacement amount calculator 42 .

モアレ縞傾き算出部40は、基準方向(例えば、X軸方向)に対してモアレ画像[1]に含まれるモアレ縞[1]が成す傾きθ1と、基準方向(X軸方向)に対してモアレ画像[2]に含まれるモアレ縞[2]が成す傾きθ2とをそれぞれ算出する。具体的には、図7に示されるように、モアレ縞傾き算出部40は、まず、各モアレ画像37に対して、各画素の輝度を“0”または“1”で2値化することで2値化画像50を作成する(ステップS10)。続いて、モアレ縞傾き算出部40は、2値化画像50に含まれる各ひし形模様51の頂点52を抽出する(ステップS11)。 The moiré fringe inclination calculator 40 calculates the inclination θ1 formed by the moiré fringes [1] included in the moiré image [1] with respect to the reference direction (for example, the X-axis direction) and the moiré with respect to the reference direction (X-axis direction). Inclination θ2 formed by moiré fringes [2] included in image [2] is calculated. Specifically, as shown in FIG. 7, the moiré fringe inclination calculator 40 first binarizes the luminance of each pixel with "0" or "1" for each moiré image 37. A binarized image 50 is created (step S10). Subsequently, the moire fringe inclination calculator 40 extracts the apex 52 of each rhombus pattern 51 included in the binarized image 50 (step S11).

次いで、モアレ縞傾き算出部40は、抽出した各頂点52を結ぶ近似的な直線53を検出する(ステップS12)。この際に、モアレ縞傾き算出部40は、例えば、ハフ変換を用いて直線53(すなわちモアレ縞)を検出することができる。その後、モアレ縞傾き算出部40は、予め定まっている基準方向(X軸方向)に対して直線53(モアレ縞の延伸方向)が成す傾きθを算出する(ステップS13)。なお、詳細には、ステップS12によって、2値化画像50内には、複数の直線53が検出され得る。この複数の直線53は、互いに傾きθが微小に異なり得る。この場合、モアレ縞傾き算出部40は、例えば、互いに異なる傾きθの平均値によって最終的な傾きθを算出する。 Next, the moire fringe inclination calculator 40 detects an approximate straight line 53 connecting the extracted vertices 52 (step S12). At this time, the moiré fringe inclination calculator 40 can detect the straight line 53 (that is, the moiré fringes) using, for example, Hough transform. After that, the moiré fringe inclination calculator 40 calculates an inclination θ formed by the straight line 53 (stretching direction of the moiré fringes) with respect to a predetermined reference direction (X-axis direction) (step S13). More specifically, a plurality of straight lines 53 can be detected in the binarized image 50 by step S12. The plurality of straight lines 53 may slightly differ in inclination θ from each other. In this case, the moiré fringe tilt calculator 40 calculates the final tilt θ by, for example, the average value of the tilts θ that are different from each other.

図6のモアレ縞周期算出部41は、モアレ縞傾き算出部40からの傾きθ1,θ2を受け、傾きθ1に基づく方向(Y軸方向)でモアレ縞[1]の周期λ1を算出し、傾きθ2に基づく方向(Y軸方向)でモアレ縞[2]の周期λ2を算出する。具体的には、図8に示されるように、モアレ縞周期算出部41は、各モアレ画像37における基準方向(X軸方向、Y軸方向)での各画素の輝度I(x,y)を、基準方向に対して傾きθを成す方向(X軸方向、Y軸方向)での各画素の輝度I(x,y)に変換する。これにより、モアレ縞の輝度分布は、Y軸座標(モアレ縞の周期方向)に沿って変化する三角関数で表すことができる。 The moiré fringe period calculator 41 in FIG. 6 receives the tilts θ1 and θ2 from the moiré fringe tilt calculator 40, calculates the period λ1 of the moiré fringes [1] in the direction (Y * -axis direction) based on the tilt θ1, Calculate the period λ2 of the moire fringes [2] in the direction (Y * -axis direction) based on the inclination θ2. Specifically, as shown in FIG. 8, the moire fringe period calculator 41 calculates the luminance I(x, y) of each pixel in the reference direction (X-axis direction, Y-axis direction) in each moire image 37 as , to luminance I * (x * , y * ) of each pixel in directions (X * -axis direction, Y * -axis direction) forming an inclination θ with respect to the reference direction. Thereby, the luminance distribution of the moire fringes can be represented by a trigonometric function that changes along the Y * -axis coordinate (periodic direction of the moire fringes).

そこで、モアレ縞周期算出部41は、Y軸方向に並んだ各画素の輝度Iを、式(1)に示される三角関数(この例ではcos関数)で近似する。この近似には、例えば、最小二乗法等が用いられる。また、三角関数は、sin関数であってもよい。そして、モアレ縞周期算出部41は、式(1)の近似式に基づいて、モアレ縞の周期λ[ピクセル]を算出する。なお、式(1)において、“y”は、Y軸方向に並んだ画素のY軸座標値であり、傾きθを介してX軸方向に並んだ画素のX軸座標値“x”と、Y軸方向に並んだ画素のY軸座標値“y”とに対応付けられる。また、“A”は振幅であり、“α”は初期位相であり、“B”は背景輝度である。 Therefore, the moiré fringe period calculator 41 approximates the luminance I * of each pixel arranged in the Y * axis direction by a trigonometric function (cos function in this example) shown in Equation (1). For this approximation, for example, the method of least squares or the like is used. Also, the trigonometric function may be a sine function. Then, the moiré fringe period calculator 41 calculates the moiré fringe period λ [pixel] based on the approximation formula (1). In equation (1), “y * ” is the Y * -axis coordinate value of pixels aligned in the Y * -axis direction, and the X-axis coordinate value “x ” and the Y-axis coordinate value “y” of the pixels arranged in the Y-axis direction. Also, "A" is the amplitude, "α" is the initial phase, and "B" is the background luminance.

Figure 0007154527000001
Figure 0007154527000001

図6の奥行方向変位量算出部42は、モアレ縞[1]の周期λ1と、モアレ縞[2]の周期λ2との周期差に基づいて、時点[1]と時点[2]との間で撮像部10の光軸方向(奥行き方向)に生じたマーカ1の変位量を算出する。具体的には、奥行方向変位量算出部42は、まず、モアレ縞の周期λと、図4に示した基準の周期模様30の周期pと、図5に示される基準の傾きβとを用いて、式(2)に基づいて、図5の計測用マーカ画像36に含まれる周期模様の周期であるマーカ画像周期wを算出する。 The depth direction displacement amount calculator 42 of FIG. 6 calculates the difference between the period λ1 of the moiré fringes [1] and the period λ2 of the moiré fringes [2] between the time point [1] and the time point [2]. , the amount of displacement of the marker 1 generated in the optical axis direction (depth direction) of the imaging unit 10 is calculated. Specifically, the depth direction displacement amount calculator 42 first uses the period λ of the moiré fringes, the period p of the reference periodic pattern 30 shown in FIG. 4, and the reference inclination β shown in FIG. Then, the marker image cycle w, which is the cycle of the periodic pattern included in the measurement marker image 36 of FIG. 5, is calculated based on the equation (2).

Figure 0007154527000002
Figure 0007154527000002

式(2)は、前述した非特許文献1に示される理論式(式(31))である。また、式(2)で用いられる基準の傾きβは、図5に示されるように、X軸方向に対してY’軸方向(周期模様のストライプラインの延伸方向)が成す傾きである。奥行方向変位量算出部42は、モアレ縞[1]の周期λ1とモアレ縞[2]の周期λ2とに対して、それぞれ、式(2)を用いた演算を行うことでマーカ画像周期w1とマーカ画像周期w2とを算出する。 Formula (2) is a theoretical formula (Formula (31)) shown in Non-Patent Document 1 mentioned above. Further, the reference inclination β used in Equation (2) is the inclination formed by the Y′-axis direction (the extending direction of the stripe lines of the periodic pattern) with respect to the X-axis direction, as shown in FIG. 5 . The depth direction displacement amount calculation unit 42 calculates the marker image period w1 and A marker image period w2 is calculated.

続いて、奥行方向変位量算出部42は、式(2)で算出されたマーカ画像周期w[ピクセル]と、図1(b)のマーカ1aに記された周期模様の周期W[mm]と、撮像部10(カメラ)における既知の光学仕様とに基づいて、撮像部10とマーカ1aとの間の撮影距離Dを算出する。図9は、図2の撮像部が備える光学仕様の一部の例を示す図である。図9に示されるように、マーカ面における周期W[mm]は、レンズ11を介してセンサ面におけるマーカ画像周期w[ピクセル]に対応する。レンズ11とセンサ面との距離は、ほぼ焦点距離fに等しい。このような関係を用いて、奥行方向変位量算出部42は、レンズ11とマーカ面との間の未知の撮影距離D[mm]を算出する。 Subsequently, the depth direction displacement amount calculation unit 42 calculates the marker image period w [pixels] calculated by the formula (2) and the period W [mm] of the periodic pattern marked on the marker 1a in FIG. , and the known optical specifications of the imaging unit 10 (camera), the imaging distance D between the imaging unit 10 and the marker 1a is calculated. FIG. 9 is a diagram showing an example of a part of the optical specifications of the imaging unit in FIG. 2. FIG. As shown in FIG. 9 , the period W [mm] on the marker plane corresponds to the marker image period w [pixels] on the sensor plane through the lens 11 . The distance between the lens 11 and the sensor surface is approximately equal to the focal length f. Using such a relationship, the depth direction displacement amount calculator 42 calculates an unknown shooting distance D [mm] between the lens 11 and the marker surface.

その算出方法の一例として、奥行方向変位量算出部42は、まず、式(3)に基づいて撮像面解像度DR[mm/ピクセル]を算出する。さらに、奥行方向変位量算出部42は、算出された撮像面解像度DR[mm/ピクセル]と、撮像部10の光学仕様に基づく既知の画素数PN[ピクセル]とを用いて、式(4)に基づいて撮像範囲IR[mm]を算出する。
DR=W/w …(3)
IR=DR×PN …(4)
As an example of the calculation method, the depth direction displacement amount calculation unit 42 first calculates the imaging surface resolution DR [mm/pixel] based on Equation (3). Furthermore, the depth direction displacement amount calculation unit 42 uses the calculated imaging surface resolution DR [mm/pixel] and the known number of pixels PN [pixel] based on the optical specifications of the imaging unit 10 to calculate the following equation (4) The imaging range IR [mm] is calculated based on.
DR=W/w (3)
IR=DR×PN (4)

一方、撮像部10の光学仕様に基づき、焦点距離fとセンササイズSSとを用いて式(5)の画角φ[°]が予め判明している。奥行方向変位量算出部42は、この画角φ[°]と、式(4)の撮像範囲IR[mm]とを用いて、式(6)に基づいて撮影距離D[mm]を算出する。そして、奥行方向変位量算出部42は、ある時点[1]でのモアレ画像[1]に基づいて算出された撮影距離(D[1])と、別の時点[2]でのモアレ画像[2]に基づいて算出された撮影距離(D[2])との差分を算出することで、時点[1]と時点[2]との間でZ軸方向(奥行き方向)に生じたマーカ1aの変位量を検出する。
φ=2×tan-1{SS/(2×f)} …(5)
D=IR/{2×tan(φ/2)} …(6)
On the other hand, based on the optical specifications of the imaging unit 10, the angle of view φ [°] of Equation (5) is known in advance using the focal length f and the sensor size SS. The depth direction displacement amount calculation unit 42 uses this angle of view φ [°] and the imaging range IR [mm] of Expression (4) to calculate the shooting distance D [mm] based on Expression (6). . Then, the depth direction displacement amount calculation unit 42 calculates the shooting distance (D[1]) calculated based on the moire image [1] at a certain point [1] and the moire image [ 2], the marker 1a generated in the Z-axis direction (depth direction) between time points [1] and [2] is calculated. Detects the amount of displacement of
φ=2×tan −1 {SS/(2×f)} (5)
D=IR/{2×tan(φ/2)} (6)

《変位計測方法》
図10は、本発明の実施の形態1による変位計測方法における処理内容の一例を示すフロー図である。まず、図3の内部マーカ作成部31は、図4に示したような内部マーカ画像35を作成する(ステップS101)。続いて、図3の変位計測部20は、撮像部10を用いてマーカ1を撮像することで計測用マーカ画像[1]を取得する(ステップS102)。次いで、図3のモアレ画像作成部32は、図5に示したように、計測用マーカ画像[1]に内部マーカ画像35を重ね合わせることでモアレ画像[1]を作成する(ステップS103)。
《Displacement measurement method》
FIG. 10 is a flowchart showing an example of processing contents in the displacement measuring method according to Embodiment 1 of the present invention. First, the internal marker creation unit 31 in FIG. 3 creates the internal marker image 35 as shown in FIG. 4 (step S101). Subsequently, the displacement measuring unit 20 in FIG. 3 acquires the measurement marker image [1] by imaging the marker 1 using the imaging unit 10 (step S102). Next, the moire image creating unit 32 in FIG. 3 creates a moire image [1] by superimposing the internal marker image 35 on the measurement marker image [1] as shown in FIG. 5 (step S103).

そして、図3(図6)の検出部33は、モアレ画像[1]を対象に、図7および図8で述べた各種処理を介してモアレ縞の周期[1]を検出する(ステップS104)。ここでは、例えば、図1(a)の変位計測システムを構築直後の段階(変位が生じていない初期時点)でステップS102~S104の処理が行われるものとする。この場合、ステップS104で検出されたモアレ縞の周期[1]は、変位が生じていない場合の基準用の周期となる。 Then, the detection unit 33 in FIG. 3 (FIG. 6) detects the period [1] of the moire fringes from the moire image [1] through the various processes described with reference to FIGS. 7 and 8 (step S104). . Here, for example, it is assumed that the processes of steps S102 to S104 are performed at the stage immediately after the construction of the displacement measuring system of FIG. In this case, the period [1] of the moire fringes detected in step S104 is the reference period when no displacement occurs.

その後、変位計測時点となるまで待機状態となる(ステップS105)。変位計測時点は、例えば、ユーザによって任意に定められるか、または、変位計測装置2が内部のタイマ等に基づき定期的(例えば、1日に1回等)に定めるものであってもよい。ステップS105で変位計測時点に達すると、変位計測部20は、ステップS106~S108において、ステップS102~S104の場合と同様の処理を行う。 After that, a standby state is established until the time of displacement measurement (step S105). For example, the displacement measurement time point may be arbitrarily determined by the user, or may be determined periodically (for example, once a day) by the displacement measuring device 2 based on an internal timer or the like. When the displacement measurement time is reached in step S105, the displacement measuring unit 20 performs the same processing as in steps S102 to S104 in steps S106 to S108.

すなわち、変位計測部20は、撮像部10を用いてマーカ1を撮像することで計測用マーカ画像[n]を取得する(ステップS106)。モアレ画像作成部32は、計測用マーカ画像[n]にステップS101で作成された内部マーカ画像35を重ね合わせることでモアレ画像[n]を作成する(ステップS107)。検出部33は、モアレ画像[n]を対象に、モアレ縞の周期[n]を検出する(ステップS108)。 That is, the displacement measuring unit 20 acquires the measurement marker image [n] by capturing an image of the marker 1 using the imaging unit 10 (step S106). The moire image creation unit 32 creates a moire image [n] by superimposing the internal marker image 35 created in step S101 on the measurement marker image [n] (step S107). The detection unit 33 detects the period [n] of moiré fringes in the moiré image [n] (step S108).

その後、検出部33は、ステップS109において、ステップS104で検出した周期[1]と、ステップS108で検出した周期[n]との周期差に基づいて、式(2)~式(6)で述べたような処理を行うことで、マーカ1(ひいては物体3)に生じた初期時点からの奥行き方向(Z軸方向)の変位量を検出する(ステップS109)。その後、変位計測が不要となるまで、ステップS105~ステップS109の処理が繰り返し実行される(ステップS110)。その結果、この例では、変位計測時点毎に、初期時点からのマーカ1(ひいては物体3)の奥行き方向の変位量が検出される。 After that, in step S109, the detection unit 33 uses formulas (2) to (6) based on the period difference between the period [1] detected in step S104 and the period [n] detected in step S108. By performing such processing, the amount of displacement in the depth direction (Z-axis direction) from the initial time that occurred in the marker 1 (and thus the object 3) is detected (step S109). After that, the processing of steps S105 to S109 is repeatedly executed until displacement measurement becomes unnecessary (step S110). As a result, in this example, the amount of displacement in the depth direction of the marker 1 (and thus the object 3) from the initial point is detected at each displacement measurement point.

《動作検証結果》
図11は、図3および図6の変位計測部の動作検証結果の一例を示す図である。この例では、マーカ画像周期wが0.02倍単位で短くなる計測用マーカ画像36(実際のマーカ画像)が、図3の変位計測部20に順次入力されている。そして、その都度、図3および図6で述べた各種処理を経て、式(2)で算出されたマーカ画像周期wの算出値が示される。マーカ画像周期wが短くなるということは、図1(a)において、マーカ1と変位計測装置2との奥行き方向(Z軸方向)の距離が長くなることを意味する。
<< operation verification result >>
FIG. 11 is a diagram showing an example of operation verification results of the displacement measuring unit of FIGS. 3 and 6. FIG. In this example, measurement marker images 36 (actual marker images) whose marker image period w is shortened by 0.02 times are sequentially input to the displacement measuring unit 20 in FIG. Then, each time, the calculated value of the marker image period w calculated by the equation (2) is shown through the various processes described with reference to FIGS. 3 and 6 . Shortening the marker image period w means increasing the distance in the depth direction (Z-axis direction) between the marker 1 and the displacement measuring device 2 in FIG. 1(a).

図11に示されるように、式(2)に基づき算出されたマーカ画像周期wの算出値として、理想値に近い値が得られた。このように、理想値に近い算出値(w)が得られると、式(3)~式(6)で述べたような既知の光学仕様に基づいて、結果的に、奥行き方向(Z軸方向)の変位量を高精度で算出できることになる。 As shown in FIG. 11, a value close to the ideal value was obtained as the calculated value of the marker image period w calculated based on Equation (2). In this way, when a calculated value (w) close to the ideal value is obtained, based on the known optical specifications as described in equations (3) to (6), as a result, the depth direction (Z-axis direction ) can be calculated with high accuracy.

《各種変形例》
ここでは、図1(b)に示したような、X軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカ1aを用いる場合を例に説明を行った。ただし、その代わりに、Y軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカを用いてもよく、図1(c)に示したようなチェッカ模様が記されたマーカ1bを用いてもよい。マーカ1bを用いる場合、変位計測部20は、チェッカ模様を含んだマーカ画像を、画像処理によってX軸方向に並んだストライプ模様またはY軸方向に並んだストライプ模様に変換すればよい。
<<various modifications>>
Here, the case of using the marker 1a on which a stripe pattern arranged in the X-axis direction as shown in FIG. 1B is used has been described as an example. Alternatively, however, a marker with a striped pattern arranged in the Y-axis direction may be used, or a marker 1b with a checkered pattern as shown in FIG. 1(c) may be used. When the marker 1b is used, the displacement measuring unit 20 may convert the marker image including the checkered pattern into a striped pattern aligned in the X-axis direction or a striped pattern aligned in the Y-axis direction by image processing.

《実施の形態1の主要な効果》
以上、実施の形態1の変位計測装置および変位計測方法を用いることで、代表的には、小さい処理負荷または記憶容量でマーカ1(ひいては物体3)の奥行き方向の変位を計測可能になる。すなわち、サンプリングモアレ法等のような複雑な処理を用いることなく、マーカ1(ひいては物体3)の全体としての奥行き方向の変位量を検出できるようになる。その結果、例えば、立坑工事等の建設現場において、地盤の変位状況を監視することができ、作業者の安全を確保することが可能になる。また、レーザ光や光波等を利用した距離計を用いることなく奥行き方向の変位を計測できるため、コストを低減することも可能である。
<<Main effects of the first embodiment>>
As described above, by using the displacement measuring apparatus and displacement measuring method of the first embodiment, it is typically possible to measure the displacement of the marker 1 (and thus the object 3) in the depth direction with a small processing load or storage capacity. That is, it becomes possible to detect the displacement amount of the marker 1 (and thus the object 3) as a whole in the depth direction without using complicated processing such as the sampling moire method. As a result, for example, at a construction site such as shaft construction, it is possible to monitor the state of ground displacement and ensure the safety of workers. Moreover, since the displacement in the depth direction can be measured without using a rangefinder using a laser beam, light wave, or the like, the cost can be reduced.

さらに、奥行き方向の変位を高精度に計測することが可能になる。すなわち、例えば、図8において、モアレ縞の周期を、X軸方向またはY軸方向で算出する方式が考えられる。この場合、X軸方向またはY軸方向と、モアレ縞の周期方向とは異なるため、算出された周期に誤差が生じ得る。実施の形態1の方式を用いると、モアレ縞の周期方向を検出した上で、当該周期方向でモアレ縞の周期を算出できるため、高精度な周期が得られ、結果として、奥行き方向の変位を高精度に計測することが可能になる。 Furthermore, it becomes possible to measure the displacement in the depth direction with high accuracy. That is, for example, in FIG. 8, a method of calculating the period of moire fringes in the X-axis direction or the Y-axis direction is conceivable. In this case, since the X-axis direction or the Y-axis direction is different from the periodic direction of the moire fringes, an error may occur in the calculated period. When the method of Embodiment 1 is used, the periodic direction of the moire fringes can be detected and then the period of the moire fringes can be calculated in that periodic direction, so a highly accurate period can be obtained. It becomes possible to measure with high accuracy.

(実施の形態2)
《検出部の詳細》
図12は、本発明の実施の形態2による変位計測装置において、図3における検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。図12に示す検出部33は、図6の構成例と比較して、モアレ縞周期算出部41が設けられず、また、奥行方向変位量算出部42aの処理内容が異なっている。奥行方向変位量算出部42aは、図6の構成例と異なり、モアレ縞傾き算出部40からのモアレ縞[1]の傾きθ1と、モアレ縞[2]の傾きθ2と受けて、各モアレ縞の周期を算出することなく、奥行き方向に生じたマーカ1の変位量を算出する。
(Embodiment 2)
<<Details of detector>>
FIG. 12 is a block diagram showing a detailed configuration example of the detector in FIG. 3 in the displacement measuring device according to Embodiment 2 of the present invention. The detector 33 shown in FIG. 12 is not provided with the moiré fringe period calculator 41 and differs from the configuration example shown in FIG. 6 in the processing contents of the depth direction displacement amount calculator 42a. Unlike the configuration example of FIG. 6, the depth direction displacement amount calculation unit 42a receives the inclination θ1 of the moiré fringe [1] and the inclination θ2 of the moiré fringe [2] from the moiré fringe inclination calculator 40, and calculates each moiré fringe. The amount of displacement of the marker 1 in the depth direction is calculated without calculating the period of .

具体的には、奥行方向変位量算出部42aは、モアレ縞の傾きθと、図4に示した基準の周期模様30の周期pと、図5に示した基準の傾きβとを用いて、式(7)に基づき、図5の計測用マーカ画像36に含まれる周期模様の周期であるマーカ画像周期wを算出する。式(7)は、前述した非特許文献1に示される理論式(式(32))である。奥行方向変位量算出部42aは、モアレ縞[1]の傾きθ1とモアレ縞[2]の傾きθ2とに対して、それぞれ、式(7)を用いた演算を行うことでマーカ画像周期w1とマーカ画像周期w2とを算出する。 Specifically, the depth direction displacement amount calculation unit 42a uses the inclination θ of the moire fringes, the period p of the reference periodic pattern 30 shown in FIG. 4, and the reference inclination β shown in FIG. A marker image period w, which is the period of the periodic pattern included in the measurement marker image 36 of FIG. 5, is calculated based on the expression (7). Equation (7) is a theoretical equation (equation (32)) shown in Non-Patent Document 1 mentioned above. The depth direction displacement amount calculation unit 42a calculates the marker image period w1 and A marker image period w2 is calculated.

Figure 0007154527000003
Figure 0007154527000003

そして、奥行方向変位量算出部42aは、このマーカ画像周期w1とマーカ画像周期w2と周期差に基づいて、時点[1]と時点[2]との間で撮像部10の光軸方向(奥行き方向)に生じたマーカ1の変位量を算出する。具体的には、奥行方向変位量算出部42aは、実施の形態1の式(3)~式(6)で述べたように、マーカ画像周期wと、マーカ1に記された周期模様の周期Wと、撮像部10における既知の光学仕様とに基づいて撮影距離Dを算出する。そして、奥行方向変位量算出部42aは、マーカ画像周期w1とマーカ画像周期w2との周期差に伴う撮影距離Dの変化量を算出する。 Then, the depth direction displacement amount calculation unit 42a calculates the optical axis direction (depth direction) is calculated. Specifically, the depth direction displacement amount calculation unit 42a calculates the marker image period w and the period of the periodic pattern marked on the marker 1 as described in the formulas (3) to (6) of the first embodiment. A shooting distance D is calculated based on W and the known optical specifications of the imaging unit 10 . Then, the depth direction displacement amount calculator 42a calculates the amount of change in the photographing distance D due to the period difference between the marker image period w1 and the marker image period w2.

《実施の形態2の主要な効果および実施の形態1との比較》
以上、実施の形態2の変位計測装置を用いることで、実施の形態1で述べた効果と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態1の方式と比較して、モアレ縞の周期を算出する処理が不要となり、処理負荷または記憶容量をより小さくすることが可能になる。一方、奥行き方向の変位量の計測精度の観点では、実施の形態1の方式の方が望ましい。
<<Main effects of the second embodiment and comparison with the first embodiment>>
As described above, by using the displacement measuring device of the second embodiment, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. Furthermore, as compared with the method of the first embodiment, processing for calculating the period of moire fringes is not required, making it possible to further reduce processing load or storage capacity. On the other hand, from the viewpoint of the measurement accuracy of the displacement amount in the depth direction, the method of the first embodiment is preferable.

具体的には、実施の形態2の方式では、傾きθの算出精度が、奥行き方向の変位量の計測精度に直接的な影響を及ぼす。傾きθは、図7で述べたように、2値化画像50に対して頂点52を抽出することで算出される。この際に、頂点52の位置は、量子化誤差等の各種ノイズ成分によって適宜ばらつき得るため、傾きθの算出精度が低下する恐れがある。一方、実施の形態1の方式では、傾きθの算出精度が不十分であったとしても、式(1)に基づく三角関数での近似を行うことで周期λをある程度高精度に算出することができ、この周期λに基づいて奥行き方向の変位量を計測することが可能になる。 Specifically, in the method of the second embodiment, the calculation accuracy of the inclination θ directly affects the measurement accuracy of the displacement amount in the depth direction. The inclination θ is calculated by extracting the vertex 52 from the binarized image 50, as described with reference to FIG. At this time, the position of the vertex 52 may vary depending on various noise components such as quantization errors, so there is a possibility that the calculation accuracy of the slope θ may decrease. On the other hand, in the method of Embodiment 1, even if the calculation accuracy of the slope θ is insufficient, it is possible to calculate the period λ with a certain degree of accuracy by approximating the trigonometric function based on Equation (1). It is possible to measure the amount of displacement in the depth direction based on this cycle λ.

(実施の形態3)
《検出部の詳細》
図13は、本発明の実施の形態3による変位計測装置において、図3における検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。図13に示す検出部33は、奥行方向変位検出部60と、面方向変位検出部61とを備える。奥行方向変位検出部60は、図6と同様の構成を備える。面方向変位検出部61は、モアレ縞位相算出部65と、面方向変位量算出部66とを備える。モアレ縞位相算出部65は、モアレ画像[1]に含まれるモアレ縞[1]の位相α1と、モアレ画像[2]に含まれるモアレ縞[2]の位相α2とをそれぞれ算出する。
(Embodiment 3)
<<Details of detector>>
FIG. 13 is a block diagram showing a detailed configuration example of the detector in FIG. 3 in the displacement measuring device according to Embodiment 3 of the present invention. The detection unit 33 shown in FIG. 13 includes a depth direction displacement detection unit 60 and a plane direction displacement detection unit 61 . The depth direction displacement detector 60 has the same configuration as in FIG. The planar displacement detector 61 includes a moire fringe phase calculator 65 and a planar displacement amount calculator 66 . The moiré fringe phase calculator 65 calculates a phase α1 of moiré fringes [1] included in moiré image [1] and a phase α2 of moiré fringes [2] included in moiré image [2].

具体的には、図1(b)のマーカ1aを用いる場合、モアレ縞位相算出部65は、例えば、図8の各モアレ画像37(モアレ画像[1]およびモアレ画像[2])において、X軸方向に並んだ各画素の輝度Iを、式(8)に示される三角関数(この例ではcos関数)で近似する。この近似には、例えば、最小二乗法等が用いられる。また、三角関数は、sin関数であってもよい。
=A×cos{(x/λ)×2π+α}+B …(8)
Specifically, when the marker 1a in FIG. 1B is used, the moiré fringe phase calculator 65 calculates, for example, X The luminance IX of each pixel arranged in the axial direction is approximated by a trigonometric function (cos function in this example) shown in Equation (8). For this approximation, for example, the method of least squares or the like is used. Also, the trigonometric function may be a sine function.
I X =A X ×cos {(x/λ X )×2π+α X }+B X (8)

式(8)において、“A”は振幅であり、“x”はX軸方向に並んだ画素のX軸座標値であり、“λ”はモアレ縞の周期(波長)[ピクセル]であり、“α”は初期位相であり、“B”は背景輝度である。モアレ縞位相算出部65は、モアレ画像[1]に対して式(8)の近似を行い、その結果得られた“α”をモアレ縞[1]の位相α1として算出する。同様に、モアレ縞位相算出部65は、モアレ画像[2]に対して式(8)の近似を行い、その結果得られた“α”をモアレ縞[2]の位相α2として算出する。 In equation (8), “A X ” is the amplitude, “x” is the X-axis coordinate value of the pixels arranged in the X-axis direction, and “λ X ” is the period (wavelength) [pixel] of the moire fringes. , where “α X ” is the initial phase and “B X ” is the background luminance. The moiré fringe phase calculation unit 65 approximates the moiré image [1] by Equation (8), and calculates the resulting “α X ” as the phase α1 of the moiré fringe [1]. Similarly, the moiré fringe phase calculator 65 approximates the moiré image [2] by Equation (8), and calculates the resulting “α X ” as the phase α2 of the moiré fringe [2].

面方向変位量算出部66は、モアレ縞位相算出部65からのモアレ縞[1]の位相α1と、モアレ縞[2]の位相α2との位相差Δαに基づいて、時点[1]と時点[2]との間でマーカ1の面方向(ここではX軸方向)に生じた変位量を算出する。具体的には、面方向変位量算出部66は、位相差Δα[rad]と、図1(b)に示したマーカ1aにおける既知のピッチ(周期)W[mm]を用いて、式(9)によって変位量ΔU(ここでは、X軸方向の変位量ΔX)を算出する。
ΔU=(Δα/2π)×W …(9)
Based on the phase difference Δα between the phase α1 of the moiré fringes [1] and the phase α2 of the moiré fringes [2] from the moiré fringe phase calculator 65, the planar displacement amount calculator 66 calculates the time point [1] and the time point [2] and the amount of displacement in the surface direction of the marker 1 (here, the X-axis direction) is calculated. Specifically, using the phase difference Δα [rad] and the known pitch (cycle) W [mm] of the marker 1a shown in FIG. ), the displacement amount ΔU (here, the displacement amount ΔX in the X-axis direction) is calculated.
ΔU=(Δα/2π)×W (9)

《変位計測方法》
図14は、本発明の実施の形態3による変位計測方法における処理内容の一例を示すフロー図である。図14に示すフローでは、図10に示したフローと比較して、ステップS201~S203の処理が追加されている。ステップS201は、ステップS104とステップS105との間に挿入される。ステップS201において、モアレ縞位相算出部65は、モアレ画像[1]を対象に、モアレ縞[1]の位相[1]を検出する。
《Displacement measurement method》
FIG. 14 is a flowchart showing an example of processing contents in a displacement measuring method according to Embodiment 3 of the present invention. In the flow shown in FIG. 14, steps S201 to S203 are added as compared with the flow shown in FIG. Step S201 is inserted between steps S104 and S105. In step S201, the moiré fringe phase calculator 65 detects the phase [1] of the moiré fringes [1] for the moiré image [1].

ステップS202,S203は、ステップS109とステップS110との間に順次挿入される。ステップS202において、モアレ縞位相算出部65は、モアレ画像[n]を対象に、モアレ縞[n]の位相[n]を検出する。ステップS203において、面方向変位量算出部66は、ステップS201で検出されたモアレ縞[1]の位相[1]と、ステップS202で検出されたモアレ縞[n]の位相[n]との位相差を検出し、式(9)に基づいて、マーカ1の面方向(ここではX軸方向)に生じた変位量を検出する。 Steps S202 and S203 are sequentially inserted between steps S109 and S110. In step S202, the moiré fringe phase calculator 65 detects the phase [n] of the moiré fringes [n] for the moiré image [n]. In step S203, the in-plane displacement amount calculation unit 66 calculates the position of the phase [1] of the moiré fringes [1] detected in step S201 and the phase [n] of the moiré fringes [n] detected in step S202. The phase difference is detected, and the amount of displacement generated in the plane direction (here, the X-axis direction) of the marker 1 is detected based on Equation (9).

《実施の形態3の主要な効果》
以上、実施の形態3の変位計測装置および変位計測方法を用いることで、実施の形態1で述べたような各種効果に加えて、単一の撮像部10を用いて取得したマーカ画像に基づいて、マーカ1(ひいては物体3)の面方向(X軸方向またはY軸方向)の変位と、奥行き方向(Z軸方向)の変位の両方を計測可能になる。その結果、低コストで効率的な変位計測を行えるようになる。
<<Main effects of the third embodiment>>
As described above, by using the displacement measuring device and the displacement measuring method of the third embodiment, in addition to the various effects described in the first embodiment, based on the marker image acquired using the single imaging unit 10 , both the displacement in the plane direction (X-axis direction or Y-axis direction) and the displacement in the depth direction (Z-axis direction) of the marker 1 (and thus the object 3) can be measured. As a result, low-cost and efficient displacement measurement can be performed.

すなわち、図1(b)のマーカ1aの代わりに、Y軸方向に並んだストライプ模様が記されたマーカを用いることで、Y軸方向とZ軸方向の変位計測が可能になる。また、図1(b)のマーカ1aの代わりに、図1(c)のマーカ1bを用いることで、X軸方向およびY軸方向と、Z軸方向の変位計測が可能になる。なお、Y軸方向の変位計測を行う際には、式(8)と同様にして、Y軸方向に並んだ各画素の輝度(I)を三角関数で近似すればよい。 That is, displacement measurement in the Y-axis direction and the Z-axis direction becomes possible by using a marker with a striped pattern arranged in the Y-axis direction instead of the marker 1a in FIG. 1(b). Also, by using the marker 1b in FIG. 1C instead of the marker 1a in FIG. 1B, displacement measurement in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction becomes possible. When measuring the displacement in the Y-axis direction, the brightness (I Y ) of each pixel arranged in the Y-axis direction should be approximated by a trigonometric function in the same manner as in Equation (8).

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although the invention made by the inventor has been specifically described above based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention.

1,1a,1b…マーカ、2…変位計測装置、3…物体、10…撮像部、20…変位計測部、30…基準の周期模様、31…内部マーカ作成部、32…モアレ画像作成部、35…内部マーカ画像、36,36a,36b…計測用マーカ画像、37…モアレ画像、40…モアレ縞傾き算出部、41…モアレ縞周期算出部、42,42a…奥行方向変位量算出部、65…モアレ縞位相算出部、66…面方向変位量算出部、p,W,λ…周期、w…マーカ画像周期、β,γ,θ…傾き 1, 1a, 1b... Marker 2... Displacement measuring device 3... Object 10... Imaging unit 20... Displacement measuring unit 30... Reference periodic pattern 31... Internal marker creating unit 32... Moiré image creating unit 35... Internal marker image 36, 36a, 36b... Marker image for measurement 37... Moire image 40... Moire fringe inclination calculator 41... Moiré fringe period calculator 42, 42a... Depth direction displacement amount calculator 65 Moire fringe phase calculator 66 In-plane displacement amount calculator p, W, λ cycle, w marker image cycle, β, γ, θ slope

Claims (5)

周期模様が記されたマーカを撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像されたマーカ画像に基づいて前記マーカの変位を計測する変位計測部と、
を有する変位計測装置であって、
前記変位計測部は、
前記マーカ画像に含まれる周期模様の形成方向を基準方向とした際に、前記基準方向に対して基準の傾きだけ傾いた方向に形成され、かつ予め周期が定められる基準の周期模様を含んだ内部マーカ画像を作成する内部マーカ作成部と、
第1の時点で前記撮像部によって撮像された第1のマーカ画像と、第2の時点で前記撮像部によって撮像された第2のマーカ画像とに対して、前記内部マーカ作成部で作成された同一の前記内部マーカ画像を重ね合わせることで第1のモアレ画像と第2のモアレ画像とをそれぞれ作成するモアレ画像作成部と、
前記基準方向に対して前記第1のモアレ画像に含まれる第1のモアレ縞が成す第1の傾きと、前記基準方向に対して前記第2のモアレ画像に含まれる第2のモアレ縞が成す第2の傾きとをそれぞれ算出するモアレ縞傾き算出部と、
前記第1の傾きと、前記基準の周期模様の周期と、前記基準の傾きとに基づいて前記第1のマーカ画像に含まれる周期模様の周期である第1のマーカ画像周期を算出し、前記第2の傾きと、前記基準の周期模様の周期と、前記基準の傾きとに基づいて前記第2のマーカ画像に含まれる周期模様の周期である第2のマーカ画像周期を算出し、前記第1のマーカ画像周期と、前記第2のマーカ画像周期との周期差に基づいて、前記第1の時点と前記第2の時点との間で前記撮像部の光軸方向に生じた前記マーカの変位量を算出する奥行方向変位量算出部と、
を有する、
変位計測装置。
an imaging unit that captures an image of a marker marked with a periodic pattern;
a displacement measuring unit that measures the displacement of the marker based on the marker image captured by the imaging unit;
A displacement measuring device having
The displacement measuring unit
When the forming direction of the periodic pattern included in the marker image is taken as a reference direction, an interior including a reference periodic pattern formed in a direction inclined by a reference inclination with respect to the reference direction and having a predetermined period. an internal marker creation unit that creates a marker image;
Created by the internal marker creating unit for a first marker image captured by the imaging unit at a first time point and a second marker image captured by the imaging unit at a second time point a moire image creation unit that creates a first moire image and a second moire image by superimposing the same internal marker images;
A first tilt formed by the first moire fringes included in the first moire image with respect to the reference direction and a second moire fringe included in the second moire image with respect to the reference direction. a moire fringe tilt calculator that calculates the second tilt and
calculating a first marker image period, which is a period of a periodic pattern included in the first marker image, based on the first inclination, the period of the reference periodic pattern, and the reference inclination; calculating a second marker image period, which is the period of the periodic pattern included in the second marker image, based on the second inclination, the period of the reference periodic pattern, and the reference inclination; Based on the period difference between the one marker image period and the second marker image period, the number of the markers generated in the optical axis direction of the imaging unit between the first time point and the second time point is determined. a depth direction displacement amount calculation unit that calculates the amount of displacement;
has a
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記モアレ縞傾き算出部は、前記第1のモアレ縞と前記第2のモアレ縞とをそれぞれハフ変換を用いて検出することで前記第1の傾きと前記第2の傾きとを算出する、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The moiré fringe tilt calculator calculates the first tilt and the second tilt by detecting the first moiré fringes and the second moiré fringes using a Hough transform, respectively.
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記奥行方向変位量算出部は、
前記第1のマーカ画像周期と、前記マーカに記された周期模様の周期と、前記撮像部における既知の光学仕様とに基づいて前記撮像部と前記マーカとの間の第1の撮影距離を算出し、
前記第2のマーカ画像周期と、前記マーカに記された周期模様の周期と、前記撮像部における既知の光学仕様とに基づいて前記撮像部と前記マーカとの間の第2の撮影距離を算出する、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The depth direction displacement amount calculation unit,
A first photographing distance between the imaging unit and the marker is calculated based on the first marker image period, the period of the periodic pattern marked on the marker, and known optical specifications of the imaging unit. death,
A second photographing distance between the imaging unit and the marker is calculated based on the second marker image period, the period of the periodic pattern marked on the marker, and known optical specifications of the imaging unit. do,
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記奥行方向変位量算出部は、前記第1の傾き又は前記第2の傾きを“θ”、前記基準の周期模様の周期を“p”、前記基準の傾きを“β”として、次の式に基づいて前記第1のマーカ画像周期または前記第2のマーカ画像周期である“w”を算出する、
Figure 0007154527000004
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The depth direction displacement amount calculation unit uses the following formula, where the first inclination or the second inclination is "θ", the period of the reference periodic pattern is "p", and the reference inclination is "β". calculating the first marker image period or the second marker image period "w" based on
Figure 0007154527000004
Displacement measuring device.
請求項2記載の変位計測装置において、
前記モアレ縞傾き算出部は、前記第1のモアレ画像および前記第2のモアレ画像のそれぞれに対して、各画素の輝度を2値化することで2値化画像を作成し、前記2値化画像に含まれるひし形模様の頂点を抽出し、抽出した頂点を結ぶ近似的な直線をハフ変換を用いて検出することで前記第1の傾きと前記第2の傾きとを算出する、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 2,
The moiré fringe inclination calculator generates a binarized image by binarizing the luminance of each pixel of each of the first moiré image and the second moiré image, and performs the binarization. Calculating the first slope and the second slope by extracting the vertices of the rhombus pattern included in the image and detecting an approximate straight line connecting the extracted vertices using a Hough transform;
Displacement measuring device.
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