JPH0599623A - 変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】移動物体を微小かつ２次元方向の変位を高精度
で計測することを可能とする。 【構成】移動物体の表面に観測媒体を設け、この観測媒
体に複数の線を等配列に表すとともに、この観測媒体を
ＣＣＤカメラで撮像したとき、その撮像面上に結像した
各線の画像１７´の配列が各ＣＣＤ素子１９の配列から
位置ずれするよう各線の配列間隔が設定される。この観
測媒体をカメラで撮像して得られた画像を画像処理装置
に取り込み、前記観測媒体の画像につき線方向と直交す
る方向に走査して濃度分布Ａ，Ｂを計測した後、計測値
のピークＰ１，Ｐ２の位置Ｙ１，Ｙ２を検出し、ピーク
位置Ｙ１，Ｙ２の位置ずれ量を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、移動物体の変位，位
置，速度などを計測するのに用いられる変位計測装置に
関連し、殊にこの発明は、画像処理技術を用いて移動物
体の変位などを高精度に計測するための変位計測装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像処理技術が用いられた変位計
測装置として、移動物体を撮像して得られた濃淡画像信
号を画像処理装置に取り込んで２値化処理した後、その
２値画像の重心位置を計測し、その重心位置の基準位置
に対する位置ずれ量を計測して、移動物体の変位，位
置，速度などを算出するものが存在する。図７は、移動
物体を撮像して得られた２値画像１であって、Ｇがこの
２値画像１の重心位置、Ｇ０が移動前の基準位置２での
重心位置である。前記した従来の変位計測装置では、こ
れら重心位置Ｇ，Ｇ０間の位置ずれ量ｄを計測し、その
計測値から移動物体の変位，位置，速度などを算出する
ものである。

【０００３】図８は、画像処理によらない従来の変位計
測装置の構成を示す。この従来例は、光源３と受光体４
とを対向配置し、その中間位置に光路と直交して第１の
スリット板５を固定すると共に、この第１のスリット板
５と平行して第２のスリット板６を矢印方向に移動可能
に配備した構成のものである。各スリット板５，６に
は、同一幅のスリット７，８が同じ間隔で複数設けられ
ており、第２のスリット板６に計測対象の移動物体が連
繋されている。

【０００４】図９は、この変位計測装置の原理説明図で
あって、図９(1) が移動前の第１，第２の各スリット板
５，６の相対位置関係を、図９(2)が移動後の第１，第
２の各スリット板５，６間の相対位置関係を、それぞれ
示す。図９(1) の状態では、第１，第２の各スリット板
５，６のスリット７，８は完全に重なるため、光の透過
面積Ｓは最大となり、従って受光体４による透過光の受
光量は最大の値となる。

【０００５】図９(2) の状態では、第２のスリット板６
は移動物体の変位Ｄだけ位置ずれして、各スリット７，
８は完全に重ならないため、光の透過面積Ｓは狭めら
れ、従って受光体４による透過光の受光量は図９(1) の
ときより小さくなる。この受光体４での受光量は第２の
スリット板６の変位Ｄに応じて減少するから、透過光の
受光量を計測することにより第２のスリット板６の変位
Ｄ、すなわち移動物体の変位Ｄを算出できるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図７に示
す変位計測装置の場合、前記重心位置の位置ずれ量ｄは
画素単位の精度でしか得られないため、移動物体の微小
変位を高精度で計測することが困難である。また図８に
示す変位計測装置の場合、外乱光など、周囲の環境の影
響を受け易く、しかも１方向の変位しか計測できず、用
途が限定されるという問題がある。

【０００７】この発明は、上記問題に着目してなされた
もので、移動物体の微小かつ２次元方向の変位を高精度
で計測できる変位計測装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の変位計測装置
は、移動物体の表面に設けられる観測媒体と、前記観測
媒体を観測視野に含む撮像装置と、前記撮像装置より前
記観測媒体の画像を取り込み所定の画像処理を行って前
記移動物体の変位を計測する画像処理装置とから成る。
前記撮像装置は、複数の撮像素子が等配列された撮像面
を備えている。また前記観測媒体は、複数本の線が等配
列に表されるとともに、前記撮像面上に結像した各線の
画像の配列が各撮像素子の配列から位置ずれするよう各
線の配列間隔が設定される。さらに前記画像処理装置
は、前記観測媒体の画像につき線方向と直交する方向に
走査して画素毎の濃度を計測する手段と、濃度の計測値
のピーク位置を検出する手段と、前記ピーク位置の基準
位置に対する位置ずれ量を計測する手段とを備えてい
る。

【０００９】

【作用】前記撮像面上に結像した観測媒体の各線の画像
の配列を各撮像素子の配列から位置ずれするよう観測媒
体における各線の配列間隔を設定するので、移動物体が
変位すると、濃度のピーク位置がずれ、その位置ずれ量
を計測することにより移動物体の変位，位置，速度など
の算出が可能である。前記各線の画像の配列と各撮像素
子の配列との位置ずれ量を小さくしかつ各線の配列を縦
横に設定することにより、移動物体の微小変位に対して
も前記ピーク位置がずれることになり、移動物体の微小
かつ２次元方向の変位を高精度に計測できる。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる変位計
測装置の外観を示している。図示例の変位計測装置は、
ＸＹテーブル１０のＸ軸およびＹ軸方向の各変位を計測
するためのもので、ＸＹテーブル１０の表面適所に観測
媒体として表示シート１１を貼付し、その表示シート１
１の真上位置に前記表示シート１１を観測視野に含むよ
うテレビカメラ１２が位置決め配置してある。このテレ
ビカメラ１２には画像処理装置１３が接続され、画像処
理装置１３にはモニタテレビ１４が設けられている。

【００１１】前記テレビカメラ１２は、ＣＣＤカメラで
あって、複数のＣＣＤ素子を縦横等間隔に整列配置して
撮像面が形成されている。

【００１２】前記表示シート１１には、図２(1) (2) に
示すように、一定幅ａを有する複数の縦線１５が等間隔
ｂに表された縦縞表示部１６と、同じ幅ａを有する複数
の横線１７が等間隔ｂに表された横縞表示部１８とがテ
レビカメラ１２の観測視野内に位置するよう隣接して設
けられており、各縦線１５がＸＹテーブル１０のＹ軸方
向に、各横線１７がＸＹテーブル１０のＸ軸方向に、そ
れぞれ一致するよう表示シート１１がＸＹテーブル１０
に貼付してある。

【００１３】図３は、表示シート１１の他の例を示すも
ので、前記線幅ａより小さな一定幅ｃを有する複数の縦
線１５および横線１７が等間隔ｂに格子状に表してあ
る。なお上記の縦線１５および横線１７はＸＹテーブル
１０の表面に直接表してもよい。

【００１４】前記縦線１５，１５間および横線１７，１
７間の各間隔ｂは、この表示シート１１を前記テレビカ
メラ１２で撮像したときに、前記撮像面上に結像した各
線の画像の配列が各ＣＣＤ素子の配列から位置ずれする
ように設定される。

【００１５】図４には、ＣＣＤ素子１９の配列と各横線
の画像１７′の配列との関係を一例として示してある。
この実施例においては、ＣＣＤ素子１９の幅ｇと各横線
の画像１７′の幅ｈとが一致しかつＣＣＤ素子１９，１
９間の間隔ｋに対する横線の画像１７′，１７′間の間
隔ｔが９／１０となるよう横線１７の幅ａおよび横線１
７，１７間の各間隔ｂが設定してある。なお縦線１５，
１５間の各間隔についても上記と同様に設定することは
勿論である。

【００１６】各横線の画像１７′が複数のＣＣＤ素子１
９より成る撮像面上に生成された場合において、これを
Ｙ軸方向（横線方向と直交する方向）に走査して１ライ
ン分の画素データ（濃度値）を計測すると、図４に示す
ような濃度分布Ａが得られる。この濃度分布Ａによれ
ば、ＣＣＤ素子１９と横線の画像１７′とは画素位置Ｙ
１において完全に重なるもので、従ってこの画素位置Ｙ
１での濃度が最大となって濃度分布ＡのピークＰ１が現
れる。

【００１７】また図５において、ＢはＸＹテーブル１０
がＹ軸方向に１／１０画素分だけ移動したときの濃度分
布であって、ＣＣＤ素子１９と横線の画像１７′とは画
素位置Ｙ２において完全に重なるため、その画素位置Ｙ
２に濃度分布ＢのピークＰ２が現れる。従って濃度分布
のピークの位置ずれ量を計測することによりＸＹテーブ
ル１０の変位を算出できるもので、この実施例では測定
精度は１／１０画素となる。もしＣＣＤ素子１９，１９
間の間隔ｋに対し横線の画像１７′，１７′間の間隔ｔ
が９９／１００となるよう横線１７，１７間の各間隔ｂ
を設定すれば、測定精度は１／１００画素となる。なお
この例ではピーク位置として山の頂点位置を求めている
が、谷の底部位置を求めてもよい。

【００１８】図５は、前記画像処理装置１３の構成例を
示す。図中、Ａ／Ｄ変換器２０はテレビカメラ１２より
取り込まれた表示シート１１の濃淡画像信号をディジタ
ル量の濃淡画像信号に変換して前処理回路２１へ出力す
る。前処理回路２１は前記濃淡画像にエッジ強調などの
前処理を施こすためのもので、前処理後の画像は画像メ
モリ２３に記憶される。

【００１９】計測部２４は前記画像メモリ２３より横縞
表示部１８および縦縞表示部１６の各画像を読み出し横
縞表示部１８の画像についてはＹ軸方向に、また縦縞表
示部１６の画像についてはＸ軸方向に、それぞれ走査し
て１走査ライン分の各画素データ（濃度）を計測してそ
の計測値をＣＰＵ２５へ出力する。

【００２０】ＣＰＵ２５はマイクロコンピュータの制御
・演算の主体であって、前記計測部２４より入力した計
測値の微分演算または濃淡重心演算を行ってピーク位置
のＸ座標値およびＹ座標値を計測すると共に、ピーク位
置の基準位置に対する位置ずれ量を算出するもので、こ
のＣＰＵ２５にはバス２６を介してＲＯＭ２７やＲＡＭ
２８が格納されている。前記ＲＯＭ２７にはＸＹテーブ
ル１０の変位や位置などを計測するためのプログラムが
格納され、またＲＡＭ２８は各種データの読み書きに供
される。表示制御部２２は、前処理回路２１より濃淡画
像信号を入力し、Ｄ／Ａ変換器２９を経てビデオモニタ
１４へ出力する。

【００２１】図６は、上記変位計測装置の動作手順を示
す。同図のステップ１（図中「ＳＴ１」で示す）におい
て、テレビカメラ１２で撮像された表示シート１１の画
像を画像処理装置１３に取り込み、Ａ／Ｄ変換および前
処理を実行してその濃淡画像を画像メモリ２３に格納す
る。

【００２２】つぎのステップ２において、計測部２４は
縦縞表示部１６の画像をＸ軸方向に走査して１ライン分
の各画素データ（濃度）を計測してＣＰＵ２５へ出力す
る。ついでＣＰＵ２５は微分演算または濃淡重心演算を
実行してピーク位置のＸ座標値を求めてその値をＲＡＭ
２８に記憶させる（ステップ３，４）。つぎのステップ
５でＣＰＵ２５はピーク位置のＸ座標値の基準位置に対
する位置ずれ量Ｌｘを算出し、その算出結果を出力す
る。

【００２３】つぎにステップ６において、計測部２４は
横縞表示部１６の画像をＹ軸方向に走査して１ライン分
の各画素データ（濃度）を計測してＣＰＵ２５へ出力す
る。ついでＣＰＵ２５は微分演算または濃淡重心演算を
実行してピーク位置のＹ座標値を求めてその値をＲＡＭ
２８に記憶させる（ステップ７，８）。つぎのステップ
９でＣＰＵ２５はピーク位置のＹ座標値の基準位置に対
する位置ずれ量Ｌｙを算出し、その算出結果を出力す
る。このステップ１〜９の各手順は所定時間毎（１フレ
ーム期間毎）に繰り返し実施される（ステップ１０）。

【００２４】

【発明の効果】この発明は上記の如く、観測媒体と撮像
装置と画像処理装置とで構成し、前記観測媒体には複数
本の線を等配列に表しかつ撮像装置の撮像面上に結像し
た各線の画像の配列が各撮像素子の配列から位置ずれす
るよう各線の配列間隔を設定すると共に、画像処理装置
において、観測媒体の画像につき線方向と直交する方向
に走査して画素毎の濃度を計測し、濃度の計測値のピー
ク位置を検出した後、前記ピーク位置の基準位置に対す
る位置ずれ量を計測するようにしたから、移動物体の微
小変位に対しても前記ピーク位置が移動し、移動物体の
微小かつ２次元方向の変位を高精度に計測できるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる変位計測装置の外
観を示す斜面図である。

【図２】表示シートの表面に表された縦縞表示部および
横縞表示部を示す説明図である。

【図３】表示シートの他の実施例を示す説明図である。

【図４】変位計測の原理を示す説明図である。

【図５】この発明の変位計測装置の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図６】変位計測装置の動作の手順を示すフローチャー
トである。

【図７】従来の変位計測装置の原理を示す説明図であ
る。

【図８】従来の変位計測装置の構成を示す説明図であ
る。

【図９】図８の従来例の原理を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 表示シート １２ テレビカメラ １３ 画像処理装置 １５ 縦線 １７ 横線 １９ ＣＣＤ素子 ２４ 計測部 ２５ ＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動物体の表面に設けられる観測媒体
   と、前記観測媒体を観測視野に含む撮像装置と、前記撮
   像装置より前記観測媒体の画像を取り込み所定の画像処
   理を行って前記移動物体の変位を計測する画像処理装置
   とから成り、 前記撮像装置は、複数の撮像素子が等配列された撮像面
   を備え、 前記観測媒体は、複数本の線が等配列に表されるととも
   に、前記撮像面上に結像した各線の画像の配列が各撮像
   素子の配列から位置ずれするよう各線の配列間隔が設定
   され、 前記画像処理装置は、前記観測媒体の画像につき線方向
   と直交する方向に走査して画素毎の濃度を計測する手段
   と、濃度の計測値のピーク位置を検出する手段と、前記
   ピーク位置の基準位置に対する位置ずれ量を計測する手
   段とを備えて成る変位計測装置。