JP2007078659A - Method and device for determining analysis condition of digital image correlation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル画像相関法の解析条件を決定する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for determining analysis conditions for a digital image correlation method.
荷重を加えた際の材料の変形、物体表面の温度分布変化等に関する計測、検査を行うために、同じ対象物について変化が生じる状態で時間間隔をおいて複数の画像を撮影し、画像解析により対象物の変形の計測、検査を行うデジタル画像相関法が用いられている。画像相関法では、対象物の変化を検出するセンサーにより直接計測するのではなく、対象物の変化する状況を経時的に撮影し、時間間隔をおいた前後の複数の画像を対比し、画像解析することにより、対象物の変化に関する測定データを得ることになる。 In order to measure and inspect the deformation of the material when the load is applied, the temperature distribution change of the object surface, etc., multiple images are taken at time intervals in a state where the same object is changing, and image analysis is performed. A digital image correlation method for measuring and inspecting deformation of an object is used. In the image correlation method, instead of directly measuring with a sensor that detects the change in the object, the situation where the object changes is photographed over time, and multiple images before and after a time interval are compared and image analysis is performed. By doing so, the measurement data regarding the change of the object is obtained.
この画像解析を行うに際し、測定、検査等の対象物の種類、形態や測定、検査の状況に応じて個々の場合に画像の解析条件を決定することが必要になるが、従来では試行錯誤的な方法を用いており、これは経験的な要因が多くあるため、新たな対象物の種類、形態のものについて解析、評価が困難になる。 When performing this image analysis, it is necessary to determine the analysis conditions of the image in each case according to the type, form, measurement, and inspection status of the object such as measurement and inspection. This method has many empirical factors, which makes it difficult to analyze and evaluate new object types and forms.
デジタル画像相関法を用いて対象物の変化の測定、検査を行う例として、材料の引張試験の場合について、図１を参照して説明する。図１（ａ）に示す試験片における任意の計測点Ａを含む部分（□の部分）を試験装置に対して固定された位置にあるデジタルカメラで経時的に撮影し、試験片に加える引張荷重が時間とともに一様に増大するような形で引張荷重を変化させていく場合を考える。ある時刻において図１（ａ）の試験片の□の部分における計測点Ａが図１（ｂ）に示す位置にあり、これを基準画像として、ｔ秒後には試験片が伸びて、計測点が図１（ｃ）におけるＡ′の位置になっているものとする。図１（ａ）、図１（ｂ）では拡大して示してある。 As an example of measuring and inspecting a change in an object using the digital image correlation method, a case of a material tensile test will be described with reference to FIG. A tensile load applied to the test piece by taking a part of the test piece shown in FIG. 1A including the arbitrary measurement point A (part of □) with a digital camera at a position fixed to the test apparatus over time. Consider a case in which the tensile load is changed in such a way that increases uniformly over time. At a certain time, the measurement point A in the □ portion of the test piece in FIG. 1 (a) is at the position shown in FIG. 1 (b). Using this as a reference image, the test piece expands after t seconds and the measurement point becomes It is assumed that the position is A ′ in FIG. 1A and 1B are enlarged.
デジタル画像相関法による計測方法では、図１（ｂ）の基準画像に対して、図１（ｃ）のｔ秒後の画像において計測点Ａがどの位置に移動したかを解析、評価することにより、任意の点の移動を計測する。画像のピクセル長さを単位として表した計測点Ａの公称画素移動量は、試験片の引張速度と、撮影枚数とにより、 In the measurement method based on the digital image correlation method, by analyzing and evaluating to which position the measurement point A has moved in the image after t seconds in FIG. 1C with respect to the reference image in FIG. Measure the movement of any point. The nominal pixel movement amount of the measurement point A expressed in units of the pixel length of the image depends on the tensile speed of the test piece and the number of shots.
このようなデジタル画像相関法により、図２（ａ）のように金属等の弾性を有する均質な材料の試験片について引張試験を行う場合を考える。一般的にこのような材料には試験片の受ける応力が弾性限度以下における弾性変形域と、弾性限度を超えた場合の塑性変形域とがあり、試験片に加える引張荷重が時間とともに一様に増大するような形で引張荷重を変化させていく時に、図２（ｂ）のように弾性変形域では時間当たりの試験片上の任意の点の移動量（試験片の変形量）が小さく、塑性変形域においては変形量が大きくなる。このような試験片を撮影した画像を同一の条件で解析することを考えると、図２（ｃ）のように、変形が小さい弾性変形域では、全体として大きな部分を占める塑性変形域に影響されて、本来の一様な傾きの直線から外れて信頼性の低い結果となる。このように、デジタル画像相関法による評価解析では、画像フレーム毎の計測点の移動距離が大きすぎ、あるいは小さすぎると、信頼性の高い計測評価ができないことにもなる。 Consider a case in which a tensile test is performed on a test piece of a homogeneous material having elasticity such as metal as shown in FIG. 2A by such a digital image correlation method. In general, such materials have an elastic deformation range where the stress applied to the test piece is below the elastic limit and a plastic deformation range when the stress exceeds the elastic limit, and the tensile load applied to the test piece is uniform over time. When the tensile load is changed in such a way as to increase, the amount of movement of any point on the test piece per hour (the deformation amount of the test piece) is small in the elastic deformation range as shown in FIG. The amount of deformation increases in the deformation region. Considering that an image obtained by photographing such a test piece is analyzed under the same conditions, as shown in FIG. 2C, the elastic deformation region with small deformation is affected by the plastic deformation region occupying a large portion as a whole. Thus, the result is unreliable because it deviates from the original straight line with uniform inclination. As described above, in the evaluation analysis by the digital image correlation method, if the moving distance of the measurement point for each image frame is too large or too small, highly reliable measurement evaluation cannot be performed.
また、弾性変形域、塑性変形域において、時間間隔をおいた前後の複数の画像を対比する際に、複数の画像の時間間隔によって、得られるデータに基づく解析結果では、直接計測して得られた結果に対し、誤差を含むことがあり、画像解析により精確なデータを得るためには、複数の画像をどのように設定するかというような画像解析に関する条件を的確なものとすることが必要であった。 In addition, when comparing multiple images before and after time intervals in the elastic deformation region and plastic deformation region, the analysis results based on the obtained data are obtained by direct measurement according to the time intervals of the multiple images. In order to obtain accurate data through image analysis, the conditions related to image analysis, such as how to set multiple images, must be accurate. Met.
均質な材料からなる試験片の場合、引張試験の際に試験片の各部位は一様に変形するものであるが、複合材料からなる試験片の場合、試験片の部位により材質が異なり、試験片内部の局所的変形としてみれば変形量が一様でなくなる。図３は複合材料からなる試験片の引張試験の場合を示すものであり、例えば、図３（ａ）に示す試験片において、○の部位と□の部位とで材料の伸びの特性（ヤング率Ｅ、加工硬化指数ｎ）が異なる場合に、試験片に加える引張荷重が時間とともに一様に増大するように引張荷重を変化させていくと、図３（ｂ）のように部位により時間当たりの試験片の変形量が異なる。そのため、試験片中のある部分に関し良好になるように画像の解析条件を合わせると、他の部分に関して信頼性の高い解析評価が行えないことがある。すなわち、図３（ｃ）のようにある部位については○印のように良好な解析がなされるが、×印のように点線で表される本来の値から外れたものとなる。このように試験片が複合材料からなるもののほか、試験片が材料組成としては一様であっても、内部に欠陥や介在物があることによっても、部位により時間当たりの試験片の変計量が異なることになる。 In the case of a test piece made of a homogeneous material, each part of the test piece is uniformly deformed during a tensile test, but in the case of a test piece made of a composite material, the material differs depending on the part of the test piece, and the test is performed. When viewed as local deformation inside the piece, the amount of deformation is not uniform. FIG. 3 shows a tensile test of a test piece made of a composite material. For example, in the test piece shown in FIG. E, when the work hardening index n) is different, when the tensile load is changed so that the tensile load applied to the test piece increases uniformly with time, the per unit time as shown in FIG. The deformation amount of the test piece is different. Therefore, if the image analysis conditions are adjusted so that a certain part in the test piece is good, highly reliable analysis and evaluation may not be performed for the other part. That is, as shown in FIG. 3C, a certain part is analyzed well as indicated by a circle, but deviated from the original value represented by a dotted line as indicated by a cross. In addition to the specimens made of composite material, even if the specimens have a uniform material composition, there are defects and inclusions inside, so the variation of the specimens per hour depends on the location. Will be different.
このように従来においては、画像の解析による材料の変形等のような、対象物に関する計測、検査を行うに際して、対象物の状況に対して解析条件を適合させることは考慮されておらず、良好な解析結果が得られないことがあった。そのため、対象物の状況に応じて最適な解析条件を設定し精度のよい解析を行うことが困難であった。そのため、精度のよい解析を行うために、対象物の状況に対して解析条件を最適化することが望まれていた。 Thus, in the past, when measuring and inspecting an object such as deformation of a material by analyzing an image, it is not considered that the analysis conditions are adapted to the state of the object, which is favorable. Results could not be obtained. For this reason, it has been difficult to set an optimal analysis condition according to the condition of the object and perform an accurate analysis. Therefore, in order to perform a highly accurate analysis, it has been desired to optimize the analysis conditions with respect to the situation of the object.
本発明は、このような課題を解決すべくなしたものであり、デジタル画像相関法の解析条件を決定する方法として、時間とともに変化する対象物を等時間間隔で継続する画像として経時的にデジタルカメラで撮影し、撮影された画像における対象物の変化が画像中の特定点の画素移動量によって特徴づけられる対象物の変化特性値を測定するデジタル画像相関法の解析条件を決定する方法であって、解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差の適合範囲を設定し、対象物の変化の速度をある時間内の撮影枚数で除した量をピクセル長さを単位として表したものを公称画素移動量として、時間的に前後する複数の画像中での公称画素移動量について解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差が前記設定された相対誤差の適合範囲となる公称画素移動量の範囲を適合パラメータとして決定することと、基準時点での画像を基準画像として取得し、基準画像よりも後に撮影された画像を変動画像として取得し、変動画像を基準画像と比較し、変動画像に対応する公称画素移動量についての相対誤差が設定された範囲内の相対誤差となる画像を選定し解析結果として取得することと、のステップからなるものである。 The present invention has been made to solve such problems. As a method for determining analysis conditions of the digital image correlation method, an object that changes with time is digitally converted over time as an image that continues at equal time intervals. This is a method for determining the analysis conditions of the digital image correlation method that measures the change characteristic value of an object photographed with a camera and characterized by the amount of pixel movement at a specific point in the image. This is the amount obtained by dividing the rate of change of the object by the number of shots taken within a certain period of time by setting the range of relative error between the change characteristic value obtained by analysis and the change characteristic value obtained from the measurement value obtained by the measuring device. Change characteristic value and measurement device obtained by analyzing the nominal pixel movement amount in a plurality of temporally changing images, where the pixel length is expressed in units of pixel as the nominal pixel movement amount Determining a nominal pixel movement range in which the relative error from the change characteristic value obtained from the measured value is the matching range of the set relative error as the matching parameter, and using the image at the reference time as the reference image Acquired images taken after the reference image as a fluctuation image, compare the fluctuation image with the reference image, and set a relative error for the nominal pixel movement amount corresponding to the fluctuation image within the set range. And selecting an image to be acquired as an analysis result.
対象物が材料の機械的試験片であり、変形する機械的試験片を撮影した画像から試験片の変形の特性を測定するものとしてもよい。 The object may be a mechanical test piece of material, and the deformation characteristics of the test piece may be measured from an image obtained by photographing the deforming mechanical test piece.
前記機械的試験片が変形特性について不均一な部分を有するものである場合に、試験片の任意の複数の計測点に対して画素移動量の範囲を適合パラメータとして決定するようにしてもよい。 When the mechanical test piece has a non-uniform portion with respect to deformation characteristics, the range of the pixel movement amount may be determined as an appropriate parameter for any of a plurality of measurement points of the test piece.
また、本発明は、デジタル画像相関法の解析条件を決定する装置として、時間とともに変化する対象物を等時間間隔で継続する画像として経時的にデジタルカメラで撮影し、撮影された画像における対象物の変化が画像中の特定点の画素移動量によって特徴づけられる対象物の変化特性値を測定するデジタル画像相関法の解析条件を決定する装置であって、解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差の適合範囲を設定し、対象物の変化の速度をある時間内の撮影枚数で除した量をピクセル長さを単位として表したものを公称画素移動量として、時間的に前後する複数の画像中での公称画素移動量について解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差が前記設定された相対誤差の適合範囲となる公称画素移動量の範囲を適合パラメータとして決定する手段と、前記経時的に撮影して得られた複数の画像のうち基準時点での基準画像及びそれ以後の変動画像を取得する画像取得手段と、該画像取得手段により取得された変動画像を基準画像と比較して変動画像に対応する公称画素移動量についての相対誤差が設定された範囲内の相対誤差となる画像を選定し解析結果として取得する判定制御手段と、を備えてなるものでもある。 Further, the present invention is an apparatus for determining the analysis conditions of the digital image correlation method, in which an object that changes with time is photographed with a digital camera over time as an image that continues at equal time intervals, and the object in the photographed image Is a device for determining an analysis condition of a digital image correlation method for measuring a change characteristic value of an object characterized by a pixel movement amount of a specific point in an image, and the change characteristic value obtained by the analysis and the measurement device Relative error tolerance range obtained from the measured value obtained from the measurement value is set, and the value obtained by dividing the rate of change of the object by the number of shots taken within a certain time in terms of pixel length is nominal. As the pixel movement amount, the change characteristic value obtained from the analysis with respect to the nominal pixel movement amount in a plurality of images moving back and forth in time and the change characteristic value obtained from the measurement value by the measuring device Means for determining, as an adaptation parameter, a range of a nominal pixel movement amount in which a relative error is an adaptation range of the set relative error, and a reference image at a reference time among the plurality of images obtained by photographing with time And an image acquisition means for acquiring a subsequent variation image, and a range in which a relative error with respect to a nominal pixel movement amount corresponding to the variation image is set by comparing the variation image acquired by the image acquisition means with a reference image. And a determination control means for selecting an image having a relative error and obtaining as an analysis result.
本発明によれば、変化する対象物を撮影した画像の解析により対象物の特性値について測定、検査するに際して、解析により得られる特性値とセンサーによる計測値から求められた特性値との相対誤差を設定範囲内にするように解析条件を決定するので、広範な対象物の状況に対して画像の解析の条件を適合させることができ、精度のよい解析を行うことができる。また、対象物の材質が均一でない複合的な組成のものであっても、各部位に対する解析を精度よく行うことが容易になされる。 According to the present invention, when measuring and inspecting a characteristic value of an object by analyzing an image obtained by photographing a changing object, a relative error between the characteristic value obtained by the analysis and the characteristic value obtained from the measurement value by the sensor Since the analysis conditions are determined so as to be within the set range, the image analysis conditions can be adapted to a wide range of object situations, and a highly accurate analysis can be performed. Moreover, even if the material of the object is a complex composition that is not uniform, it is easy to accurately analyze each part.
金属等の弾性材料からなる試験片に対して、引張試験を行って、デジタル画像相関法を用いて解析により得られた材料の特性である弾性変形域のヤング率Ｅ、塑性変形域の加工硬化指数ｎを、センサーによる計測値から求められたヤング率（Ｅ０）、センサーによる計測値から求められた加工硬化指数（ｎ０）とそれぞれ対比した相対誤差を求めて、画像相関法により得られる結果を評価、検討する。なお、以下の説明において、「画像」はコンピュータによる解析処理が可能なデジタル画像であり、「画像解析」、「画像相関法」等は、デジタル画像についてのものである。 A specimen made of an elastic material such as metal is subjected to a tensile test, and the Young's modulus E of the elastic deformation region, which is a characteristic of the material obtained by analysis using the digital image correlation method, work hardening in the plastic deformation region The index n is obtained by an image correlation method by obtaining a relative error in comparison with the Young's modulus (E 0 ) obtained from the measured value by the sensor and the work hardening index (n 0 ) obtained from the measured value by the sensor. Evaluate and review the results. In the following description, “image” is a digital image that can be analyzed by a computer, and “image analysis”, “image correlation method”, and the like are for a digital image.
図４は、弾性変形域において、横軸に公称画素移動量をとり、縦軸に画像相関法により得られたヤング率Ｅの相対誤差をとって、公称画素移動量に対してＥの相対誤差がどのようになるかを示している。画像相関法により得られたヤング率Ｅの相対誤差（ΔＥ）は、センサーを用いて直接計測された値から求められたヤング率（Ｅ０）に対する相対誤差であり、 FIG. 4 shows the relative error of E with respect to the nominal pixel movement amount by taking the nominal pixel movement amount on the horizontal axis and the relative error of Young's modulus E obtained by the image correlation method on the vertical axis in the elastic deformation region. Shows what happens. The relative error (Δ E ) of the Young's modulus E obtained by the image correlation method is a relative error with respect to the Young's modulus (E 0 ) obtained from a value directly measured using a sensor.
このグラフで、公称画素移動量が１２．４（ｐｉｘｅｌ／ｆｒａｍｅ）以上では、誤差が比較的小さくなっている。これは式（１）での相対誤差からすれば、弾性変形域において直接計測された値から求めたヤング率（Ｅ０）と公称画素移動量との差が大きくなっており、公称画素移動量が小さくなるにつれて計算誤差の影響が大きくなるためだと考えられる。 In this graph, when the nominal pixel movement amount is 12.4 (pixel / frame) or more, the error is relatively small. From the relative error in equation (1), the difference between the Young's modulus (E 0 ) obtained from the value directly measured in the elastic deformation region and the nominal pixel movement amount is large. This is considered to be because the influence of calculation error increases as becomes smaller.
図５は、塑性変形域において、横軸に公称画素移動量をとり、縦軸に加工硬化指数ｎの相対誤差をとって、公称画素移動量に対してｎの相対誤差がどのようになるかを示している。加工硬化指数ｎの相対誤差（Δｎ）は、センサーを用いて直接計測された値から求めた加工硬化指数（ｎ０）に対する相対誤差であり、 FIG. 5 shows how the relative error of n with respect to the nominal pixel movement amount is obtained by taking the nominal pixel movement amount on the horizontal axis and the relative error of the work hardening index n on the vertical axis in the plastic deformation region. Is shown. The relative error (Δ n ) of the work hardening index n is a relative error with respect to the work hardening index (n 0 ) obtained from a value directly measured using a sensor.
図５の場合にも、公称画素移動量が小さい範囲、大きい範囲において相対誤差が大きくなり、公称画素移動量が１０〜１５程度の時に相対誤差が小さく、良好な解析がなされることがわかる。 Also in the case of FIG. 5, it can be seen that the relative error becomes large in the range where the nominal pixel movement amount is small and large, and the relative error is small when the nominal pixel movement amount is about 10 to 15, so that a good analysis is performed.
以上の結果から、
（ア）弾性変形域では、実際の画素移動量が公称画素移動量に比べてかなり小さいため、ある程度大きな公称画素移動量で解析しなければ、精度の高い計測ができない、
（イ）塑性変形領域では、実際の画素移動量と公称画素移動量の違いが小さいため、公称画素移動量で解析してもある程度精度の高い計測ができる。しかし、大きすぎる公称画素移動量での計測は、得られるデータ数が少ないため、信頼性の高い公称応力−公称歪み線図を得ることができない、
と言える。
From the above results,
(A) In the elastic deformation region, the actual pixel movement amount is considerably smaller than the nominal pixel movement amount, and therefore, accurate measurement cannot be performed unless analysis is performed with a certain amount of nominal pixel movement amount.
(A) In the plastic deformation region, since the difference between the actual pixel movement amount and the nominal pixel movement amount is small, even if analysis is performed with the nominal pixel movement amount, measurement with a certain degree of accuracy can be performed. However, measurement with a nominal pixel displacement that is too large cannot provide a reliable nominal stress-nominal strain diagram because the number of data obtained is small.
It can be said.
弾性変形域のヤング率Ｅの相対誤差、組成変形域の加工硬化指数ｎの相対誤差を重ねたグラフを図６に示す。図６から公称画素移動量が１２〜１５（ｐｉｘｅｌ／ｆｒａｍｅ）の時に、弾性変形域、塑性変形域とも精度の高い計測ができていることがわかる。 FIG. 6 shows a graph in which the relative error of the Young's modulus E in the elastic deformation region and the relative error of the work hardening index n in the composition deformation region are superimposed. It can be seen from FIG. 6 that when the nominal pixel movement amount is 12 to 15 (pixel / frame), both the elastic deformation region and the plastic deformation region can be measured with high accuracy.
前述のごとく、材料の引張試験のように試験片が変形する状況を逐次撮影した画像を解析することにより材料の変形についての計測を行う場合に、画像中での試験片の変形量により実際の値と測定の値との誤差が異なり、正確な測定のためには、この誤差が最小になるような変形量に対応する画像を選択して画像解析を行うことが必要である。 As described above, when measuring the deformation of a material by analyzing an image obtained by sequentially photographing the state of deformation of the test piece as in the tensile test of the material, the actual amount of deformation of the test piece in the image is determined. There is a difference in error between the measured value and the measured value, and for accurate measurement, it is necessary to select an image corresponding to the deformation amount that minimizes this error and perform image analysis.
如上の引張試験の例では、このような誤差が最小となる時点を含み、公称画素移動量が１２〜１５（ｐｉｘｅｌ／ｆｒａｍｅ）の範囲を選択するのが妥当である。 In the above tensile test example, it is reasonable to select a range in which the nominal pixel movement amount is 12 to 15 (pixel / frame) including the time point at which such an error is minimized.
このように、材料の引張試験において画像相関法により解析を行う場合に、弾性変形域、塑性変形域ともに、公称画素移動量に対して相対誤差はグラフで示して下に凸となる傾向にあり、相対誤差が最小となる時の公称画素移動量の値よりも小さい場合、あるいは大きい場合のいずれも、相対誤差が大きくなる。このことから、精度よく解析を行うためには、相対誤差がある設定された値より小さくなる公称画素移動量の範囲を適合パラメータ範囲として決定し、この適合パラメータ範囲となる公称画素移動量となる撮影画像を解析の対象として選定するのがよい。相対誤差の適合範囲として、例えば、図４の場合では３％、図５の場合では１％というように決定される。 As described above, when analysis is performed by the image correlation method in a tensile test of a material, the relative error with respect to the nominal pixel movement amount tends to be convex downward in both the elastic deformation region and the plastic deformation region. When the relative error is the minimum, the relative error becomes large when the value is smaller or larger than the value of the nominal pixel movement amount. For this reason, in order to perform analysis with high accuracy, the range of the nominal pixel movement amount that is smaller than a set value with a relative error is determined as the adaptation parameter range, and the nominal pixel movement amount that becomes this adaptation parameter range is obtained. It is preferable to select a photographed image as an analysis target. For example, the relative error matching range is determined to be 3% in the case of FIG. 4 and 1% in the case of FIG.
相対誤差が設定値より小さくなる適合範囲の画像を選定する手順は、例えば図７に示すフローに従ってなされる。 The procedure for selecting an image in a suitable range in which the relative error is smaller than the set value is performed, for example, according to the flow shown in FIG.
図７において、まず相対誤差の適合範囲を設定し、その適合範囲となる公称画素移動量の範囲を適合パラメータとして決定する。その上で、試験片の所定部分について等時間間隔の画像を経時的にデジタルカメラで撮影し、ある時点での画像を基準画像（ｐ０）として取得する。次に、時間の経過とともに変形が進行した試験片を撮影したｎ枚目の画像（ｐｎ）を取得する。基準画像（ｐ０）とｎ枚目の画像（ｐｎ）とを比較し、ｎ枚目の画像（ｐｎ）に対応する公称画素移動量についての相対誤差が設定された範囲内の相対誤差となるものであるか否かを判別する。 In FIG. 7, first, a matching range of relative errors is set, and a range of the nominal pixel movement amount that is the matching range is determined as a matching parameter. After that, images at equal time intervals are taken with a digital camera over time for a predetermined portion of the test piece, and an image at a certain time is acquired as a reference image (p 0 ). Next, an n-th image (p n ) obtained by photographing a test piece whose deformation has progressed over time is acquired. Comparing the reference image (p 0) and n th image (p n), relative error in the range of relative error is set for a nominal pixel shift amount corresponding to the n-th image (p n) It is determined whether or not.
公称画素移動量が設定された範囲内の相対誤差となるものであれば、この画像（ｐｎ）を解析結果として取得する。 If the nominal pixel movement amount is a relative error within the set range, this image (p n ) is acquired as an analysis result.
設定された範囲内でない場合に、
１）画像（ｐｎ）の公称画素移動量が設定された範囲内の相対誤差となる公称画素移動量の適合範囲よりより大きければ、（ｎ−１）枚目の画像（ｐｎ―１）を取得して、同様に公称画素移動量が適合範囲内にあるか否かを判別し、依然として大きければ、（ｎ−２）枚目の画像（ｐｎ−２）に対して判断するというように適合範囲内となるまで反復し、適合範囲内となった時にその画像を解析結果として取得する。
２）画像（ｐｎ）の公称画素移動量が設定された範囲内の相対誤差となる公称画素移動量の適合範囲よりより小さければ、（ｎ＋１）枚目の画像（ｐｎ＋１）を取得して、同様に公称画素移動量が適合範囲内にあるか否かを判別し、依然として小さければ、（ｎ＋２）枚目の画像（ｐｎ＋２）に対して判断するというように適合範囲内となるまで反復し、適合範囲内となった時にその画像を解析結果として取得する。
If it is not within the set range,
1) If the nominal pixel movement amount of the image (p n ) is larger than the matching range of the nominal pixel movement amount that is a relative error within the set range, the (n−1) th image (p n−1 ) Similarly, it is determined whether or not the nominal pixel movement amount is within the matching range, and if it is still large, it is determined for the (n−2) th image (p n−2 ). It repeats until it becomes in a suitable range, and when it becomes in a suitable range, the image is acquired as an analysis result.
2) If the nominal pixel movement amount of the image (p n ) is smaller than the matching range of the nominal pixel movement amount that is a relative error within the set range, the (n + 1) th image (p n + 1 ) is acquired. In the same manner, it is determined whether or not the nominal pixel movement amount is within the conforming range, and if it is still small, it is repeated until it is within the conforming range, such as determining with respect to the (n + 2) -th image (p n + 2 ). Then, the image is acquired as an analysis result when it falls within the conforming range.
このようにして、公称画素移動量が設定された相対誤差のものとなる画像を取得し、精度よい解析を行うことができる。 In this way, it is possible to acquire an image having a relative error with the nominal pixel movement amount set, and perform an accurate analysis.
この引張試験では、試験片が均質の材料からなるものとしており、引張荷重を加えた時に試験片の部位により変形量が異なることなく、一様に変形するものとしていた。試験片が均質のものでなく、複合的な材質のもので構成される場合、引張荷重を加えた時に、試験片は内部的に一様に変形するのではなく、各部位の材料組成により異なった変形量となる。この場合に画像相関法を用いると、試験片の部位毎に実際の画素移動量が異なることになる。 In this tensile test, the test piece is made of a homogeneous material, and when a tensile load is applied, the amount of deformation does not vary depending on the portion of the test piece, and the test piece is uniformly deformed. When the specimen is not homogeneous and is composed of a composite material, the specimen does not deform uniformly internally when a tensile load is applied, but differs depending on the material composition of each part. The amount of deformation. In this case, when the image correlation method is used, the actual pixel movement amount differs for each part of the test piece.
このように均質でない複合材料からなる試験片では、試験片の部位に応じて変形量が異なるため、試験片の特定の位置を撮像して試験片の特性として代表させることはできない。そのため、試験片における任意の点それぞれについての移動量、移動方向等を画像相関法により解析、評価する必要がある。このような複合材料からなる試験片における組成分布は一般的に不規則なものであるので、画像撮影により解析を行う場合にも、試験片を規則的に格子状に分割して把える手法でなく、任意の点を節点とするフリーメッシュの手法を用いるべきである。 In such a test piece made of a non-homogeneous composite material, the amount of deformation differs depending on the part of the test piece. Therefore, a specific position of the test piece cannot be imaged and represented as a characteristic of the test piece. Therefore, it is necessary to analyze and evaluate the moving amount, moving direction, etc. for each arbitrary point on the test piece by the image correlation method. Since the composition distribution in a test piece made of such a composite material is generally irregular, even when analyzing by image photographing, it is a technique to grasp the test piece in a regular grid pattern. Instead, the free mesh method with nodes at any point should be used.
フリーメッシュの手法により、試験片における任意の点を節点として、試験片の部位に応じて異なる画素移動量の適合範囲を設定し、各部位に応じて前述した解析条件の決定、画像の解析を行うことにより、局所的に変化する材料の評価が画像相関法により精度よくなされる。 By using the free mesh method, using any point on the test piece as a node, set a suitable range of pixel movement according to the part of the test piece, and determine the analysis conditions and image analysis described above for each part. By performing, the evaluation of the locally changing material is performed with high accuracy by the image correlation method.
以上は、材料の引張試験の場合を例として説明したが、この画像相関法による材料特性の解析、評価は、対象物を撮影した画像をもとに行うのであり、センサーにより直接測定した値との相対誤差を適合範囲内にするような公称画素移動量の適合範囲が決定されるのであれば、引張試験に限らず、圧縮試験、曲げ試験、座屈試験等、他の試験の場合でも同様になし得る。 In the above, the case of the tensile test of the material has been described as an example, but the analysis and evaluation of the material characteristics by this image correlation method are performed based on the image obtained by photographing the object, and the values measured directly by the sensor If the matching range of the nominal pixel movement is determined so that the relative error is within the fitting range, not only the tensile test but also other tests such as compression test, bending test, buckling test, etc. It can be done.
このように、公称画素移動量の適合範囲が決定され、画像の解析により得られる変形特性値とセンサーでの測定値から求められる変形特性値との相対誤差を適合範囲内とすることができるのは、画像相関法として一般的なことであり、対象物の特性によるものではない。ただし、センサーにより直接測定した値との相対誤差に関して、用いられる撮影装置の特性、条件等による差違は生ずるが、画像相関法により精度よく解析、評価を行い得ること自体には変わりない。 In this way, the matching range of the nominal pixel movement amount is determined, and the relative error between the deformation characteristic value obtained by analyzing the image and the deformation characteristic value obtained from the sensor measurement value can be within the matching range. Is common as an image correlation method and does not depend on the characteristics of an object. However, regarding the relative error from the value directly measured by the sensor, there is a difference depending on the characteristics, conditions, etc. of the photographing apparatus used, but the fact that it can be analyzed and evaluated with high accuracy by the image correlation method is not changed.
さらに、本発明では、機械的試験による材料の変形を撮影する場合の例について説明したが、対象物の変化としてはこのような材料の変形に限らず、物体表面の温度分布変化を赤外線カメラで撮影した場合のように、対象物の変化を画像中の特定位置の移動として検出できるものであれば、他の対象物の変化について画像相関法を適用できるものである。 Furthermore, in the present invention, an example of photographing a deformation of a material by a mechanical test has been described. However, the change of the object is not limited to such a deformation of the material, and the temperature distribution change of the object surface can be measured by an infrared camera. The image correlation method can be applied to changes in other objects as long as the change in the object can be detected as a movement of a specific position in the image as in the case of shooting.
Claims (4)
解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差の適合範囲を設定し、対象物の変化の速度をある時間内の撮影枚数で除した量をピクセル長さを単位として表したものを公称画素移動量として、時間的に前後する複数の画像中での公称画素移動量について解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差が前記設定された相対誤差の適合範囲となる公称画素移動量の範囲を適合パラメータとして決定することと、
基準時点での画像を基準画像として取得し、基準画像よりも後に撮影された画像を変動画像として取得し、変動画像を基準画像と比較し、変動画像に対応する公称画素移動量についての相対誤差が設定された範囲内の相対誤差となる画像を選定し解析結果として取得することと、
のステップからなることを特徴とするデジタル画像相関法の解析条件を決定する方法。 An object that changes over time is photographed with a digital camera over time as an image that continues at equal time intervals, and the change of the object in the photographed image is characterized by the amount of pixel movement of a specific point in the image. A method for determining analysis conditions of a digital image correlation method for measuring change characteristic values,
Set the matching range of relative error between the change characteristic value obtained from the analysis and the change characteristic value obtained from the measurement value by the measuring device, and the amount obtained by dividing the change speed of the object by the number of shots within a certain time The change characteristic obtained from the change characteristic value obtained by analysis and the measurement value obtained by the measurement device with respect to the nominal pixel movement amount in multiple images that move back and forth in time with the nominal pixel movement amount expressed in units of length Determining a range of a nominal pixel movement amount in which a relative error with respect to a value is a matching range of the set relative error as a matching parameter;
The image at the reference time is acquired as the reference image, the image taken after the reference image is acquired as the variation image, the variation image is compared with the reference image, and the relative error with respect to the nominal pixel movement amount corresponding to the variation image Selecting an image with a relative error within the set range and obtaining it as an analysis result,
A method for determining an analysis condition of a digital image correlation method, characterized by comprising the steps of:
解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差の適合範囲を設定し、対象物の変化の速度をある時間内の撮影枚数で除した量をピクセル長さを単位として表したものを公称画素移動量として、時間的に前後する複数の画像中での公称画素移動量について解析により得られる変化特性値と測定装置による測定値から求められた変化特性値との相対誤差が前記設定された相対誤差の適合範囲となる公称画素移動量の範囲を適合パラメータとして決定する手段と、
前記経時的に撮影して得られた複数の画像のうち基準時点での基準画像及びそれ以後の変動画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段により取得された変動画像を基準画像と比較して変動画像に対応する公称画素移動量についての相対誤差が設定された範囲内の相対誤差となる画像を選定し解析結果として取得する判定制御手段と、
を備えてなることを特徴とするデジタル画像相関法の解析条件を決定する装置。 An object that changes over time is photographed with a digital camera over time as an image that continues at equal time intervals, and the change of the object in the photographed image is characterized by the amount of pixel movement of a specific point in the image. An apparatus for determining analysis conditions of a digital image correlation method for measuring change characteristic values,
Set the matching range of relative error between the change characteristic value obtained from the analysis and the change characteristic value obtained from the measurement value by the measuring device, and the amount obtained by dividing the change speed of the object by the number of shots within a certain time The change characteristic obtained from the change characteristic value obtained by analysis and the measurement value obtained by the measurement device with respect to the nominal pixel movement amount in multiple images that move back and forth in time with the nominal pixel movement amount expressed in units of length Means for determining, as an adaptation parameter, a range of nominal pixel movement amounts in which a relative error with respect to a value is an adaptation range of the set relative error;
An image acquisition means for acquiring a reference image at a reference time point and a variation image thereafter after the plurality of images obtained by photographing with time;
The variation image acquired by the image acquisition means is compared with the reference image, and an image that is a relative error within a set range of the relative error with respect to the nominal pixel movement amount corresponding to the variation image is selected and acquired as an analysis result. Determination control means;
An apparatus for determining analysis conditions for a digital image correlation method.
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