JP2014085157A - Strain measuring method and strain measuring system - Google Patents

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隼介 田場
Yasuharu Tezuka
泰治 手塚
Tsukasa Kamisasanuki
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Katsuyuki Sakai
克幸 酒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a strain measuring method and strain measuring system capable of improving the measuring accuracy of strain of a measuring object by certainly image-recognizing a mark put on a surface of the measuring object.SOLUTION: The strain measuring method includes: an imaging process S13 of irregularly arranging a plurality of marks on a surface, imaging the surface of a measuring object in chronological order from the time before deformation to the time after the deformation, and acquiring an initial image before the deformation, an intermediate image during the deformation, and a final image after the deformation; an image selecting process S14 of selecting N images including the initial image, intermediate image, and final image; and a strain calculation process S16 of identifying, from the image X, by image recognition, the position indicating the highest correlation with each of a plurality of areas into which the image X(where, i is 1 or more and N-1 or less) is divided, calculating the moving amount of each area in the image Xand image X, and adding the plurality of moving amounts of the initial image to the final image to each other to calculate the strain of the measuring object.

Description

本開示は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法及びひずみ計測システムに関する。   The present disclosure relates to a strain measurement method and a strain measurement system for measuring a strain on a surface of a measurement object.

一般に、測定対象物に発生したひずみを計測する方法の一つとして、撮像装置で撮像された変形前後の測定対象物の画像を用いてひずみを求める方法が知られている。画像を用いたひずみ計測は、非接触でひずみを計測できることから測定対象物にひずみゲージ等の測定装置を設置する必要がなく、さらに微小領域のひずみも計測可能であるという利点を有する。   In general, as one method for measuring strain generated in a measurement object, a method is known in which strain is obtained using images of the measurement object before and after deformation captured by an imaging device. Since strain measurement using an image can measure strain without contact, there is no need to install a measuring device such as a strain gauge on the measurement object, and there is an advantage that strain in a minute region can be measured.

また、測定対象物表面の変位を明確に認識する観点から、測定対象物の表面にシールや塗料等によりマークを付し、そのマークを含む測定対象物の変形前後の画像からマークの変位量を計算し、ひずみを求める方法も知られている。例えば、特許文献1には、測定対象物の曲面上に、3つのマークをそれぞれが正三角形の頂点位置となるように付設し、測定対象物の変形前及び変形後のマークを撮像装置で2カ所から撮像して、測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている。   In addition, from the viewpoint of clearly recognizing the displacement of the surface of the measurement object, a mark is attached to the surface of the measurement object with a seal or paint, and the amount of displacement of the mark is determined from images before and after the deformation of the measurement object including the mark. A method for calculating and obtaining strain is also known. For example, in Patent Document 1, three marks are attached on the curved surface of a measurement object so that each mark is positioned at the apex position of an equilateral triangle. A method is disclosed in which a distortion of a measurement object is calculated by imaging from a location.

また、特許文献2には、不規則な配列の目印が付された測定対象物の変形前及び変形後の表面画像からひずみを計測する方法が開示されている。この方法では、図11に示すように、測定対象物50の変形前後の表面をカメラ60で撮影する。そして、変形前画像51を小さなエリア52に分割し、変形前画像と変形後画像との相関関係から変形後画像における各エリア52の移動量を測定する。この各エリア52の移動量に基づいて、変形後画像における算出対象エリアの変形前画像からの変位量を算出してひずみを求めるようになっている。   Patent Document 2 discloses a method of measuring strain from a surface image before and after deformation of a measurement object to which irregular array marks are attached. In this method, as shown in FIG. 11, the surface of the measurement object 50 before and after deformation is photographed with a camera 60. Then, the pre-deformation image 51 is divided into small areas 52, and the movement amount of each area 52 in the post-deformation image is measured from the correlation between the pre-deformation image and the post-deformation image. Based on the movement amount of each area 52, the amount of displacement of the calculation target area in the post-deformation image from the pre-deformation image is calculated to obtain the strain.

特開昭62−231104号公報JP-A-62-231104 特開2012−132786号公報JP 2012-132786 A

ところで、測定対象物にマーキングされた目印を用いて画像の変位量を測定する場合、ひずみを精度よく計測するためには目印を正確に画像認識することが重要である。特許文献1に記載の方法は、3つのマークのみを用いているので画像認識は容易であるが、測定対象物の表面に3つのマークを正確に付設する必要があるので、マークの付設に時間がかかり、また作業が煩雑化するという問題があった。
この点、特許文献2に記載の方法では、目印は不規則な配列でよく、手間を省き時間の短縮化が図れる。そして目印が不規則な配列となっているので、画像の変位量を測定可能となっている。ところが、測定対象物が大きな変形を伴う場合には、ターゲットとする目印が、図12(a)に示す変形前画像52から図12(b)に示す変形後画像53のように変形してしまうことがあり、画像認識精度が低下する可能性がある。そのため、ひずみの計測精度も低下してしまうおそれがある。
By the way, when measuring the amount of displacement of an image using the mark marked on the measurement object, it is important to recognize the mark accurately in order to measure the distortion with high accuracy. Although the method described in Patent Document 1 uses only three marks, image recognition is easy. However, since it is necessary to accurately attach the three marks to the surface of the measurement object, it takes time to attach the marks. In addition, there is a problem that the operation is complicated and the work is complicated.
In this regard, in the method described in Patent Document 2, the marks may be irregularly arranged, saving time and shortening time. Since the marks are irregularly arranged, the displacement amount of the image can be measured. However, when the measurement object is greatly deformed, the target mark is deformed from the pre-deformation image 52 shown in FIG. 12A to the post-deformation image 53 shown in FIG. 12B. In some cases, the image recognition accuracy may be reduced. For this reason, there is a possibility that the measurement accuracy of the strain is also lowered.

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できるひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供することである。   An object of at least one embodiment of the present invention is to provide a strain measurement method and a strain measurement system capable of reliably recognizing a mark attached to the surface of a measurement object and improving the measurement accuracy of strain in the measurement object. It is.

本発明の少なくとも一実施形態に係るひずみ計測方法は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも1枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも3枚の画像を取得する撮像工程と、前記撮像工程で取得された前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択する画像選択工程と、前記画像選択工程で選択された画像Xi(ただし、iは1以上N−1以下)を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Xi+1から特定するとともに、前記画像Xiと前記画像Xi+1における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出工程とを備える。 A strain measurement method according to at least one embodiment of the present invention is a strain measurement method for measuring strain on a surface of a measurement object, wherein a plurality of marks are irregularly arranged on the surface. The surface is imaged in time series from before deformation to after deformation, and includes at least three initial images of the measurement object before deformation, at least one intermediate image being deformed, and a final image after deformation. An imaging step of acquiring images, and an image selection step of selecting N images (where N is 3 or more) including the initial image, the intermediate image, and the final image acquired in the imaging step; The position showing the best correlation with each area obtained by dividing the image X i selected in the image selection step (where i is 1 to N−1) into a plurality of areas is identified from the image X i + 1 by image recognition. Then The image X i and the amount of movement of each area in the image X i + 1 is calculated, strain and adding a plurality of the movement amount from the initial image to the final image to calculate the strain of the object to be measured is calculated A process.

上記ひずみ計測方法によれば、測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。すなわち、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、変形前の初期画像と、変形中の少なくとも1枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも3枚の画像を取得する。この3枚以上の画像からN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択し、このN枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像Xiと画像Xi+1とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像と最終画像の間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。特に、大幅な変形をともなうひずみに対しても高精度で画像認識を行うことが可能となる。そして、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。 According to the strain measurement method, the mark attached to the surface of the measurement object can be reliably recognized, and the strain measurement accuracy in the measurement object can be improved. That is, the surface of the measurement object is imaged in time series from before deformation to after deformation, and includes at least three images including an initial image before deformation, at least one intermediate image being deformed, and a final image after deformation. Get the images. From these three or more images, N images (where N is three or more) are selected, and among these N images, the images X i and X i + 1 that are adjacent in time series are compared with each other. The amount of movement for each area is calculated. Therefore, it is possible to compare images having a deformation amount smaller than the deformation amount between the initial image and the final image, and the shape of the mark is not greatly changed, so that the image recognition can be reliably performed. In particular, it is possible to perform image recognition with high accuracy even for distortions accompanied by significant deformation. Since the distortion of the measurement object is calculated by adding a plurality of movement amounts from the initial image to the final image, the measurement accuracy of the distortion in the measurement object can be improved.

幾つかの実施形態において、前記撮像工程にて前記中間画像が2枚以上取得されるとき、前記画像選択工程では、予め記憶された時系列の間隔に対応して前記中間画像を選択してもよい。
例えば、多数の中間画像が取得された場合、全ての画像に対して移動量を算出することは処理負荷が大きくなり時間を要してしまう。そこで、上記実施形態では、予め記憶された時系列の間隔に対応して中間画像を選択するようにしている。これにより、画像認識の処理負荷を軽減することができ、処理時間の短縮化が図れる。
なお、時系列の間隔とは、予め設定された時間間隔毎の中間画像を選択してもよいし、予め設定された枚数間隔毎の中間画像を選択してもよい。
In some embodiments, when two or more intermediate images are acquired in the imaging step, the intermediate image may be selected in the image selection step corresponding to a time-series interval stored in advance. Good.
For example, when a large number of intermediate images are acquired, calculating the movement amount for all the images increases the processing load and takes time. Therefore, in the above-described embodiment, an intermediate image is selected corresponding to a time series interval stored in advance. Thereby, the processing load of image recognition can be reduced, and the processing time can be shortened.
As the time-series interval, an intermediate image for each preset time interval may be selected, or an intermediate image for each preset number of intervals may be selected.

幾つかの実施形態において、前記撮像工程にて前記中間画像が2枚以上取得されるとき、前記ひずみ算出工程にて、前記画像認識によって前記画像Xiの前記各エリアと前記画像Xi+1の前記各エリアとの相関関係が得られない場合に、前記画像選択工程に戻って前記画像Xi+1より前の画像を選択してもよい。
このように、画像認識によって画像Xiの各エリアと画像Xi+1の各エリアとの相関関係が得られない場合、すなわち、画像Xiと画像Xi+1の間における目印の変形が画像認識限界よりも大きい場合には、画像選択工程に戻って画像Xi+1より前の画像を選択する。これにより、確実に画像認識することができ、ひずみの計測精度の向上に寄与する。
In some embodiments, the when the intermediate image in the imaging step is acquired two or more, in the distortion calculating step, said said each area image X i + 1 of the image X i by the image recognition When the correlation with each area cannot be obtained, the process may return to the image selection step and select an image before the image X i + 1 .
Thus, if the correlation between each area and each area of the image X i + 1 of the image X i by the image recognition can not be obtained, i.e., the deformation of the mark between the image X i and image X i + 1 is from the image recognition limit Is larger, the process returns to the image selection step to select an image before the image X i + 1 . Thereby, an image can be recognized reliably and it contributes to the improvement of the measurement precision of distortion.

幾つかの実施形態において、前記ひずみ算出工程では、変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる2つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記2つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出してもよい。
このように、算出対象エリアから所定の距離だけ離れた2つのエリアの各変位量に基づいてひずみを算出することによって、より正確なひずみを算出することが可能となる。
In some embodiments, in the strain calculation step, a calculation target area for calculating strain is selected from each area of the image after deformation, and a point separated by a predetermined distance with the selected calculation target area as a central point. The distance between the two areas after deformation may be calculated based on the respective displacement amounts in the two areas that are symmetrical, and the strain of the calculation target area may be calculated.
As described above, it is possible to calculate more accurate strain by calculating the strain based on the displacement amounts of the two areas separated from the calculation target area by a predetermined distance.

本発明の少なくとも一実施形態に係るひずみ計測システムは、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測システムであって、複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも1枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも3枚の画像を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された少なくとも3枚の画像の中から前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択する画像選択部と、前記画像選択部で選択された画像Xi(ただし、iは1以上N−1以下)を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Xi+1から特定するとともに、前記画像Xiと前記画像Xi+1における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出部とを備えることを特徴とする。 A strain measurement system according to at least one embodiment of the present invention is a strain measurement system for measuring strain on a surface of a measurement object, wherein a plurality of marks are irregularly arranged on the surface of the measurement object. At least three images including an imaging unit that images the surface, an initial image before deformation of the measurement object imaged by the imaging unit, at least one intermediate image being deformed, and a final image after deformation A storage unit for storing the image of the image, and N images (where N is 3 or more) including the initial image, the intermediate image, and the final image among at least three images stored in the storage unit. Image recognition unit for selecting an image to be selected and a position showing the best correlation with each area obtained by dividing the image X i selected by the image selection unit (where i is 1 to N−1) into a plurality of areas By the picture X i + 1 is specified, and the movement amount of each area in the image X i and the image X i + 1 is calculated, and a plurality of the movement amounts from the initial image to the final image are added to calculate the measurement object. And a strain calculator that calculates strain.

上記ひずみ計測システムによれば、測定対象物の表面に付された目印を確実に画像認識でき、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。すなわち、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像した3枚以上の画像からN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択し、このN枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像画像Xiと画像Xi+1とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像と最終画像の間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。そして、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。 According to the strain measurement system, the mark attached to the surface of the measurement object can be reliably recognized, and the measurement accuracy of strain on the measurement object can be improved. That is, N images (where N is 3 or more) are selected from three or more images obtained by capturing the surface of the measurement object in time series from before the deformation to after the deformation, and among these N images Then, the amount of movement of each area is calculated by comparing the image images X i and X i + 1 adjacent in time series. Therefore, it is possible to compare images having a deformation amount smaller than the deformation amount between the initial image and the final image, and the shape of the mark is not greatly changed, so that the image recognition can be reliably performed. Since the distortion of the measurement object is calculated by adding a plurality of movement amounts from the initial image to the final image, the measurement accuracy of the distortion in the measurement object can be improved.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、測定対象物の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像した3枚以上の画像からN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択し、このN枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像Xiと画像Xi+1とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像と最終画像の間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。そして、初期画像から最終画像までの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物におけるひずみの計測精度を向上できる。 According to at least one embodiment of the present invention, N images (where N is 3 or more) are selected from three or more images obtained by capturing the surface of the measurement object in time series from before deformation to after deformation. Then, among the N images, the image X i and the image X i + 1 that are adjacent in time series are compared, and the movement amount of each area is calculated. Therefore, it is possible to compare images having a deformation amount smaller than the deformation amount between the initial image and the final image, and the shape of the mark is not greatly changed, so that the image recognition can be reliably performed. Since the distortion of the measurement object is calculated by adding a plurality of movement amounts from the initial image to the final image, the measurement accuracy of the distortion in the measurement object can be improved.

(a)、(b)は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略配置図である。(A), (b) is a schematic arrangement drawing of the distortion | strain measurement system concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a strain measurement system according to a first embodiment of the present invention. (a)は画像の比較を説明する図で、(b)は各画像のひずみ形状の変化を示す図である。(A) is a figure explaining the comparison of an image, (b) is a figure which shows the change of the distortion shape of each image. 第2画像をそれぞれ複数のエリアに分割した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which divided | segmented the 2nd image into several areas, respectively. ターゲット画像と比較用画像とを比較する方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the method of comparing a target image and the image for a comparison. ターゲット画像と比較用画像との相関程度を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the correlation degree of a target image and the image for a comparison. 変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the method of calculating distortion from displacement amount. X軸方向のひずみεxtのデータテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data table of distortion | strain (epsilon) xt of a X-axis direction. X軸方向のひずみεxtの分布図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the distribution map of distortion | strain (epsilon) xt of a X-axis direction. ひずみ算出の処理フロー例を示す図である。It is a figure which shows the example of a processing flow of distortion calculation. 従来のひずみ計測方法を説明する図である。It is a figure explaining the conventional strain measuring method. (a)は変形前の目印の画像で、(b)は変形後の目印の画像である。(A) is an image of the mark before deformation, and (b) is an image of the mark after deformation.

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described below as the embodiments or shown in the drawings as the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention. It is just an example.

図1(a)及び図1(b)は、それぞれ本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム1の概略配置の正面図である。また、図2は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム1の概略構成図である。   Fig.1 (a) and FIG.1 (b) are front views of schematic arrangement | positioning of the strain measurement system 1 concerning 1st embodiment of this invention, respectively. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the strain measurement system 1 according to the first embodiment of the present invention.

これらの図に示すように、本実施形態にかかるひずみ計測システム1は、測定対象物2の表面の計測対象領域Sを正面から撮像する撮像装置3と、撮像装置3により撮像された画像Xiに基づいて測定対象物2に発生するひずみを算出する計測装置10と、を備えている。 As shown in these drawings, the strain measurement system 1 according to the present embodiment includes an imaging device 3 that images the measurement target region S on the surface of the measurement object 2 from the front, and an image X i captured by the imaging device 3. And a measuring device 10 that calculates strain generated in the measurement object 2 based on the above.

撮像装置3は、測定対象物2の正面側に配置されて、測定対象物2のひずみを算出するための画像Xを撮像する。撮像装置3は、いわゆるデジタルカメラであって、CCD、CMOS等の撮像素子3cを有するカメラ本体3aと、撮像素子3c上に被写体の像を結像させるレンズ3bと、から構成されている。なお、本実施形態では、撮像装置3にデジタルカメラを用いたが、これに限定されるものではなく、デジタルビデオカメラやスキャナー等を用いてもよい。
ここで、画像Xは、時系列に沿って3枚以上撮像され、初期画像X、中間画像Xi、最終画像Xを含む。Nは後述する画像選択プログラムによって選択される画像枚数であり、3以上である。また、iは1以上N−1以下であり、画像選択プログラムによって選択される画像のうち時系列に沿った画像の順番である。中間画像Xiの場合、iは2以上N−1以下となる。
The imaging device 3 is arranged on the front side of the measurement object 2 and captures an image X for calculating the strain of the measurement object 2. The imaging device 3 is a so-called digital camera, and includes a camera body 3a having an imaging device 3c such as a CCD or CMOS, and a lens 3b that forms an image of a subject on the imaging device 3c. In the present embodiment, a digital camera is used for the imaging device 3, but the present invention is not limited to this, and a digital video camera, a scanner, or the like may be used.
Here, the image X is captured when three or more along the sequence, including the initial image X 1, intermediate image X i, the final image X N. N is the number of images selected by an image selection program to be described later, and is 3 or more. Moreover, i is 1 or more and N-1 or less, and is the order of the images along the time series among the images selected by the image selection program. In the case of the intermediate image X i , i is 2 or more and N−1 or less.

計測装置10は、撮像装置3によって撮像された複数の画像Xを取り込むI/F部16(図2参照)と、I/F部16に取り込まれた複数の画像Xを格納するハードディスクドライブなど不揮発性の記憶部11と、RAMなどの不揮発性のメモリ12と、記憶部11に保持しているプログラム等をメモリ12に読み出して実行するCPUなどの演算部13と、キーボードやマウス等の入力部14と、ディスプレイやプリンタ等の出力部15と、を備えている。計測装置10としては、例えば、パーソナルコンピュータを適用できる。   The measurement device 10 is a nonvolatile device such as an I / F unit 16 (see FIG. 2) that captures a plurality of images X captured by the imaging device 3 and a hard disk drive that stores the plurality of images X captured by the I / F unit 16. Storage unit 11, a non-volatile memory 12 such as a RAM, a calculation unit 13 such as a CPU that reads and executes a program or the like held in the storage unit 11, and an input unit such as a keyboard or a mouse 14 and an output unit 15 such as a display or a printer. As the measuring device 10, for example, a personal computer can be applied.

計測装置10によるひずみの算出処理は、記憶部11に格納されている初期画像X、中間画像Xi、最終画像X及び各種プログラム11a〜11cを演算部13が読み出して実行することで実現される。 The strain calculation processing by the measuring apparatus 10 is realized by the calculation unit 13 reading and executing the initial image X 1 , the intermediate image X i , the final image X N and the various programs 11 a to 11 c stored in the storage unit 11. Is done.

記憶部11には、測定対象物2を撮像し、撮像された画像Xを記憶部11に格納する撮像プログラム11aと、この撮像プログラム11aにより時系列に沿って撮像された3枚以上の画像Xiに基づいて測定対象物2の変位量を算出し、変位量に基づいてひずみを算出するひずみ算出プログラム11cと、が格納されている。 The storage unit 11 captures the measurement object 2 and stores the captured image X in the storage unit 11, and three or more images X captured in time series by the imaging program 11 a. A strain calculation program 11c that calculates a displacement amount of the measurement object 2 based on i and calculates a strain based on the displacement amount is stored.

次に、撮像プログラム11a、画像選択プログラム11b、ひずみ算出プログラム11cがそれぞれ実行する処理について説明する。   Next, processing executed by the imaging program 11a, the image selection program 11b, and the distortion calculation program 11c will be described.

<撮像プログラム11aが実行する処理について>
演算部13は、撮像装置3の撮像範囲、撮像距離、焦点距離等の撮像条件に関する値をそれぞれ入力部14でユーザから受け付け、ここで受け付けた各値に撮像装置3の設定を変更する処理を実行する。
続いて、演算部13は、撮像装置3に対して撮像を実行する撮像信号を送信する。この撮像信号を受信した撮像装置3により撮像が実行され、測定対象物2の表面を撮像した複数の画像Xが取得される。複数の画像Xは、初期画像X、中間画像Xi、最終画像Xを含む。取得された複数の画像Xは、I/F部16を介して全て記憶部11に格納される。
演算部13は、測定対象物2の変形前、変形中及び変形後にそれぞれ測定対象物2を撮像する処理を実行する。これにより、変形前、変形中及び変形後の各画像Xを含む時系列に沿った複数の画像が取得される。
<About processing executed by the imaging program 11a>
The calculation unit 13 receives values relating to imaging conditions such as the imaging range, imaging distance, and focal length of the imaging device 3 from the user by the input unit 14, and performs processing for changing the setting of the imaging device 3 to each received value. Run.
Subsequently, the calculation unit 13 transmits an imaging signal for performing imaging to the imaging device 3. Imaging is executed by the imaging device 3 that has received this imaging signal, and a plurality of images X obtained by imaging the surface of the measurement object 2 are acquired. A plurality of image X includes initial image X 1, intermediate image X i, the final image X N. The acquired plurality of images X are all stored in the storage unit 11 via the I / F unit 16.
The calculation unit 13 performs a process of imaging the measurement object 2 before, during and after the deformation of the measurement object 2. Thereby, a plurality of images along the time series including the images X before, during and after the deformation are acquired.

<画像選択プログラム11bが実行する処理について>
演算部13は、図3(a)に示すように、記憶部11に記憶された複数の画像から変形前の初期画像X、変形中の中間画像Xi、変形後の最終画像Xを含むN枚の画像を選択する。例えば、Nが3枚である場合、初期画像は1枚、中間画像Xiは1枚、最終画像Xは1枚選択される。もちろん、中間画像Xiが複数選択されてもよい。これにより、図3(b)に示すように、初期画像Xと変形後の最終画像Xとの変形量に比べて小さい変形量の中間画像Xiが選択され、後述する画像認識を確実に行うことが可能となる。なお、図3(a)は画像の比較を説明する図で、(b)は各画像のひずみ形状の変化を示す図である。
また、記憶部11に中間画像Xiが複数記憶されている場合には、予め記憶された時系列の間隔に対応して中間画像Xiを選択してもよい。なお、時系列の間隔とは、予め設定された時間間隔毎の中間画像Xiを選択してもよいし、予め設定された枚数間隔毎の中間画像Xiを選択してもよい。例えば、同一の条件下で複数回ひずみ計測を行う場合に、前回のひずみ計測時に、画像認識可能な時間間隔(又は枚数間隔)を記憶しておき、この時間間隔を用いて中間画像を選択する。これにより、多数の中間画像Xiが取得された場合であっても、全ての画像に対して移動量を算出することを回避し、後述する画像認識の処理負荷を軽減することができ、処理時間の短縮化が図れる。
選択された画像Xは、記憶部11に記憶させてもよい。
<Processing Performed by Image Selection Program 11b>
As shown in FIG. 3A, the calculation unit 13 obtains an initial image X 1 before deformation, an intermediate image X i being deformed, and a final image X N after deformation from a plurality of images stored in the storage unit 11. Select N images to include. For example, when N is three, one initial image, one intermediate image X i , and one final image X N are selected. Of course, a plurality of intermediate images X i may be selected. As a result, as shown in FIG. 3B, an intermediate image X i having a deformation amount smaller than the deformation amount between the initial image X 1 and the final image X N after deformation is selected, and image recognition described later is ensured. Can be performed. FIG. 3A is a diagram for explaining comparison of images, and FIG. 3B is a diagram showing a change in the distortion shape of each image.
Further, when the intermediate image X i in the storage unit 11 has a plurality of storage may select an intermediate image X i corresponding to the spacing of the pre-stored time series. As the time-series interval, an intermediate image X i for each preset time interval may be selected, or an intermediate image X i for each preset number of intervals may be selected. For example, when strain measurement is performed a plurality of times under the same conditions, a time interval (or number interval) at which image recognition is possible is stored at the time of the previous strain measurement, and an intermediate image is selected using this time interval. . Thereby, even when a large number of intermediate images X i are acquired, it is possible to avoid calculating the movement amount for all the images, and to reduce the processing load of image recognition described later. Time can be shortened.
The selected image X may be stored in the storage unit 11.

<ひずみ算出プログラム11cが実行する処理について>
演算部13は第1のステップとして、画像選択プログラムで選択されたN枚の画像の中から画像Xi及び画像Xi+1を記憶部11から読み出して、図3(a)に示すように画像Xiと画像Xi+1とを比較照合し、測定対象物2の表面の変位量を算出する処理を実行する。なお、画像Xiと画像Xi+1とは、選択されたN枚の画像のうち時系列上で隣り合う画像である。
<About processing executed by the strain calculation program 11c>
As a first step, the calculation unit 13 reads the image X i and the image X i + 1 from the N images selected by the image selection program from the storage unit 11, and the image X as shown in FIG. The process of comparing i with the image X i + 1 and calculating the displacement amount of the surface of the measurement object 2 is executed. Note that the image X i and the image X i + 1 are images that are adjacent in time series among the selected N images.

変位量の算出には、画像Xi及び画像Xi+1の輝度値分布から変位量を算出可能なデジタル画像相関法を用いた。 For the calculation of the displacement amount, a digital image correlation method capable of calculating the displacement amount from the luminance value distribution of the image X i and the image X i + 1 was used.

具体的には、図4に示すように、まず、画像Xi及び画像Xi+1をそれぞれ複数のエリアEij(例えば、36×36ピクセル)に分割する。
次に、画像Xiの複数のエリアEijから1つのエリアEij(例えば、エリアE22)を選択する。以下、画像XiのエリアEijから選択された1つのエリアEijをターゲット画像Xaaという。
また、画像Xi+1について上記エリアEijよりもやや大きい切出し区間(例えば、72×72ピクセル)を指定して比較用画像Xbbを抽出する。なお、切り出し区間の大きさは、エリアEijの大きさと無関係に設定可能であり、演算部13等の処理能力に応じて適宜、設定する。
Specifically, as shown in FIG. 4, first, the image X i and the image X i + 1 are each divided into a plurality of areas E ij (for example, 36 × 36 pixels).
Next, one area E ij (for example, area E 22 ) is selected from the plurality of areas E ij of the image X i . Hereinafter, one area E ij selected from the area E ij of the image X i is referred to as a target image Xaa.
Further, a comparative image Xbb is extracted by designating a cut-out section (for example, 72 × 72 pixels) slightly larger than the area E ij for the image X i + 1 . Note that the size of the cut-out section can be set regardless of the size of the area E ij and is set as appropriate according to the processing capability of the calculation unit 13 and the like.

図5は、ターゲット画像Xaaと比較用画像Xbbとを比較する方法の一例を示す図である。また、図6は、ターゲット画像Xaaと比較用画像Xbbとの相関程度を説明するための概略図である。以下の説明において、図5に示すように、図中左右方向をX軸方向、図中上下方向をY軸方向として説明を行う。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for comparing the target image Xaa and the comparison image Xbb. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the degree of correlation between the target image Xaa and the comparison image Xbb. In the following description, as shown in FIG. 5, the left-right direction in the figure is the X-axis direction and the up-down direction in the figure is the Y-axis direction.

図5に示すように、演算部13は、比較用画像Xbbにターゲット画像Xaaを重ね合わせてターゲット画像Xaaの位置を上下左右にずらしながら、ターゲット画像Xaaと最も良い相関を得る位置を比較用画像Xbbより特定する。相関の程度は、図6に示すように、相関関数S=f(x、y)の値が小さくなるほど輝度値分布の相関程度は高くなり、位置検出の精度は高くなる。実際の変位量は、1ピクセルの大きさよりも小さい場合があるため、1ピクセル以下の解像度で変位量を検出できるように、スプライン関数等を利用して輝度値分布を内挿補間し、関数Sが最小となる位置座標及びX軸方向、Y軸方向及びXY方向(X軸からY軸へ向かって45°傾斜した向き)への各変位量(Δx、Δy、Δxy)をそれぞれ算出する。   As illustrated in FIG. 5, the calculation unit 13 superimposes the target image Xaa on the comparison image Xbb and shifts the position of the target image Xaa up and down, left and right, and determines the position that obtains the best correlation with the target image Xaa. It is specified from Xbb. As shown in FIG. 6, the degree of correlation increases as the value of the correlation function S = f (x, y) decreases, and the degree of correlation of the luminance value distribution increases, and the accuracy of position detection increases. Since the actual displacement amount may be smaller than the size of one pixel, the luminance value distribution is interpolated using a spline function or the like so that the displacement amount can be detected with a resolution of one pixel or less, and the function S Position coordinates and X axis directions, Y axis directions, and XY directions (directions inclined by 45 ° from the X axis toward the Y axis) are calculated (Δx, Δy, Δxy), respectively.

上述した比較用画像Xbbにターゲット画像Xaaを重ね合わせる処理を全てのエリアEijに対して繰り返し実施して、画像Xi+1全体における各エリアEij毎のX軸方向、Y軸方向及びXY方向への変位量(Δx、Δy、Δxy)をそれぞれ算出する。 The process of superimposing the target image Xaa on the comparison image Xbb described above is repeatedly performed for all the areas E ij , in the X axis direction, the Y axis direction, and the XY direction for each area E ij in the entire image X i + 1 . Displacement amounts (Δx, Δy, Δxy) are respectively calculated.

続いて、演算部13は、算出した各変位量(Δx、Δy、Δxy)をメモリ12に格納する。なお、算出した各変位量(Δx、Δy、Δxy)を記憶部11に格納することとしてもよい。   Subsequently, the calculation unit 13 stores the calculated displacement amounts (Δx, Δy, Δxy) in the memory 12. The calculated displacement amounts (Δx, Δy, Δxy) may be stored in the storage unit 11.

なお、本実施形態では、画像解析法として、デジタル画像相関法を用いた場合について説明したが、この手法に限定されるものではなく、一般的な画像解析法を用いてもよい。   In this embodiment, the case where the digital image correlation method is used as the image analysis method has been described. However, the present invention is not limited to this method, and a general image analysis method may be used.

次に、演算部13は第2のステップとして、上述のように算出された各変位量を用いてひずみの算出処理を実行する。
図7は、変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
図7に示すように、演算部13は、X軸方向、Y軸方向及びXY方向への各変位量(Δx、Δy、Δxy)をメモリ12から読み出して、画像Xi+1からひずみを算出する算出対象エリアEij(例えば、E44)選択し、ここで選択した算出対象エリアEij(例えば、E44)を中心点として所定の距離Lだけ離れた点対称となる2つのエリアEij(例えば、X軸方向を算出する場合E14、E74)におけるそれぞれの変位量(Δx、Δy、Δxy)に基づいて、算出対象エリアEij(例えば、E44)のひずみを算出する処理を実行する。ここで、算出対象エリアEijを中心点として点対称の位置に存在する上記2つのエリアEij間の距離を評点間距離GLとする。上記2つのエリアEijは算出対象エリアEijに対して点対称位置に存在するので、評点間距離GLは、上記所定の距離Lの2倍となる。
Next, as a second step, the calculation unit 13 executes a strain calculation process using each displacement amount calculated as described above.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a method for calculating strain from the amount of displacement.
As shown in FIG. 7, the calculation unit 13 reads out the displacement amounts (Δx, Δy, Δxy) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the XY direction from the memory 12 and calculates the strain from the image X i + 1. A target area E ij (for example, E 44 ) is selected, and two areas E ij (for example, symmetric) separated by a predetermined distance L with the selected calculation target area E ij (for example, E 44 ) as a central point. In the case of calculating the X-axis direction, a process of calculating the strain of the calculation target area E ij (for example, E 44 ) is executed based on the respective displacement amounts (Δx, Δy, Δxy) in E 14 , E 74 ). . Here, the distance between the two areas E ij existing in a point-symmetric position with the calculation target area E ij as the center point is defined as a distance GL between the scores. Since the two areas E ij exist at point symmetry positions with respect to the calculation target area E ij , the inter-score distance GL is twice the predetermined distance L.

演算部13は、評点間距離GLの値をキーボード等の入力部14でユーザから受け付けて、算出対象エリアEijにおけるX軸方向、Y軸方向及びXY方向の各ひずみ(εx、εy、εxy)を算出する処理を実行する。 Calculation unit 13, the value of the score distance GL accepted from the user at the input unit 14 such as a keyboard, X-axis direction in the calculation target area E ij, strain each of the Y-axis direction and the XY direction (εx, εy, εxy) The process of calculating is executed.

以下に、各ひずみ(εx、εy、εxy)の算出方法について説明する。   Below, the calculation method of each distortion ((epsilon) x, (epsilon) y, (epsilon) xy) is demonstrated.

−−−X軸方向のひずみを算出する場合−−−
図7に示すように、エリアEij(例えば、E44)のX軸方向のひずみεxを算出する場合は、ユーザにて設定された評点間距離GLに基づいて、X軸方向へ±0.5GL離れた両エリアEij(例えば、E14、E74)の変位量よりひずみεxを算出する。ひずみεxは、以下の(1)式より算出する。
εx=(Δx(x+0.5GL、y)− Δx(x−0.5GL、y))/GL
・・・(1)式
ここで、εx:各エリアEijにおけるX軸方向のひずみ、Δx:各エリアEijにおけるX軸方向への変位量、GL:評点間距離である。
---- When calculating strain in the X-axis direction ---
As shown in FIG. 7, when calculating the strain εx in the X-axis direction of the area E ij (for example, E 44 ), ± 0. 0 in the X-axis direction based on the inter-score distance GL set by the user. The strain εx is calculated from the displacement amount of both areas E ij (for example, E 14 and E 74 ) separated by 5 GL. The strain εx is calculated from the following equation (1).
εx = (Δx (x + 0.5GL, y) −Δx (x−0.5GL, y)) / GL
Expression (1) where εx is the strain in the X-axis direction in each area E ij , Δx is the amount of displacement in the X-axis direction in each area E ij , and GL is the distance between scores.

−−−Y軸方向のひずみを算出する場合−−−
また、図7に示すように、エリアEij(例えば、E44)のY軸方向のひずみεyを算出する場合は、評点間距離GLに基づいて、Y軸方向へ±0.5GL離れた両エリアEij(例えば、E41、E47)の変位量よりひずみεyを算出する。ひずみεyは、以下の(2)式より算出する。
εy=(Δy(x、y+0.5GL)− Δy(x、y−0.5GL))/GL
・・・(2)式
ここで、εy:各エリアEijにおけるY軸方向のひずみ、Δy:各エリアEijにおけるY軸方向への変位量である。
--- When calculating strain in the Y-axis direction ---
In addition, as shown in FIG. 7, when calculating the strain εy in the Y-axis direction of the area E ij (for example, E 44 ), both distances ± 0.5 GL apart in the Y-axis direction are calculated based on the inter-score distance GL. The strain εy is calculated from the displacement amount of the area E ij (for example, E 41 , E 47 ). The strain εy is calculated from the following equation (2).
εy = (Δy (x, y + 0.5GL) −Δy (x, y−0.5GL)) / GL
(2) where εy is the strain in the Y-axis direction in each area E ij , and Δy is the amount of displacement in the Y-axis direction in each area E ij .

−−−XY方向のひずみを算出する場合−−−
さらに、エリアEijのXY方向のひずみεxyを算出する場合は、評点間距離GLに基づいて、XY方向へ±0.5GL離れた両エリアEijの変位量よりひずみεxyを算出する。ひずみεxyは、以下の(3)式より算出する。
εxy=(Δxy(x+0.5GL、y+0.5GL)− Δxy(x−0.5GL、y−0.5GL))/GL ・・・(3)式
ここで、εxy:各エリアEijにおけるXY方向のひずみ、Δxy:各エリアEijにおけるXY方向への変位量である。
--- When calculating strain in XY direction ---
Furthermore, when calculating the strain εxy the XY direction of the area E ij, based on the scores distance GL, it calculates the more strain εxy displacement of the both areas E ij away ± 0.5GL XY directions. The strain εxy is calculated from the following equation (3).
εxy = (Δxy (x + 0.5GL , y + 0.5GL) - Δxy (x-0.5GL, y-0.5GL)) / GL ··· (3) equation where, εxy: XY direction in each area E ij , Δxy: a displacement amount in the XY direction in each area E ij .

続いて、演算部13は、上記(1)式、(2)式、(3)式によりそれぞれ算出されたX軸方向、Y軸方向及びXY方向の各ひずみ(εx、εy、εxy)をメモリ12に格納する。なお、記憶部11に格納することとしてもよい。   Subsequently, the calculation unit 13 stores the respective strains (εx, εy, εxy) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the XY direction calculated by the above formulas (1), (2), and (3), respectively. 12. The data may be stored in the storage unit 11.

上述した第1ステップ及び第2ステップを繰り返し行い、画像選択プログラム11bで選択されたN枚の画像間における各ひずみを算出する。すなわち、初期画像Xと中間画像Xiとの間のひずみ、中間画像Xiと中間画像Xi+1との間のひずみ、中間画像Xi+1と最終画像Xとの間のひずみを全て算出する。そして、初期画像Xから最終画像Xまでの複数の移動量を加算して、測定対象物のひずみを算出する。 The first step and the second step described above are repeated to calculate each distortion between the N images selected by the image selection program 11b. That is, the strain between the initial image X 1 and the intermediate image X i, strain between the intermediate image X i and an intermediate image X i + 1, calculates all the distortion between the intermediate image X i + 1 and the final image X N . Then, by adding the plurality of movement amount from the initial image X 1 to the last image X N, and calculates the strain of the measuring object.

続いて、演算部13は、算出されたX軸方向、Y軸方向及びXY方向の各ひずみ(εxt、εyt、εxyt)に基づいて、ひずみデータテーブルをそれぞれ作成する。
また、補正されたX軸方向、Y軸方向及びXY方向の各ひずみ(εxt、εyt、εxyt)の分布図をそれぞれ作成する。
すなわち、X軸方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図と、Y軸方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図と、XY方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図と、を作成する。
Subsequently, the calculation unit 13 creates a strain data table based on the calculated strains (εxt, εyt, εxyt) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the XY direction, respectively.
In addition, distribution maps of the corrected strains (εxt, εyt, εxyt) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the XY direction are created.
That is, an X-axis direction strain data table and strain distribution diagram, a Y-axis direction strain data table and strain distribution diagram, and an XY direction strain data table and strain distribution diagram are created.

続いて、演算部13は、作成された各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図にエリアEijの位置情報を対応付けて、記憶部11に格納する。各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図の詳細については後述する。
なお、各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図をメモリ12に格納することとしてもよい。
Subsequently, the calculation unit 13 associates the position information of the area E ij with each created strain data table and each strain distribution diagram, and stores them in the storage unit 11. Details of each strain data table and each strain distribution diagram will be described later.
Each strain data table and each strain distribution diagram may be stored in the memory 12.

ここで、X軸方向、Y軸方向及びXY方向の各ひずみ(εx、εy、εxy)がそれぞれ算出されているので、最大主ひずみ、最小主ひずみ、最大主せん断ひずみをそれぞれ算出してもよい。   Here, since the respective strains (εx, εy, εxy) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the XY direction are respectively calculated, the maximum principal strain, the minimum principal strain, and the maximum principal shear strain may be calculated, respectively. .

次に、記憶部11に格納されている各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図について、X軸方向のひずみデータテーブル及びひずみ分布図を例に説明する。   Next, each strain data table and each strain distribution diagram stored in the storage unit 11 will be described with an example of the strain data table and strain distribution diagram in the X-axis direction.

図8は、X軸方向のひずみデータテーブルの一例を示す図である。
本図に示すように、X軸方向のひずみデータテーブルは、ひずみεxtを最終画像XのエリアEij番号に対応させたテーブルとなる。なお、エリアEij番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部14を介して入力される。
なお、Y軸方向のひずみデータテーブル及びXY方向のひずみデータテーブルも同様の形式で、記憶部11に格納されている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a strain data table in the X-axis direction.
As shown in the figure, the strain data table in the X-axis direction, a table that associates the area E ij number of strain εxt the final image X N. The area E ij number is input in advance by the user via the input unit 14 before performing the measurement work.
Note that the strain data table in the Y-axis direction and the strain data table in the XY direction are also stored in the storage unit 11 in the same format.

図9は、X軸方向のひずみ分布図の一例を示す図である。
本図に示すように、X軸方向のひずみ分布図は、ひずみεxtを最終画像XのエリアEij番号に対応させたコンターマップとなる。なお、エリアEij番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部14を介して入力される。
なお、X軸方向のひずみ分布図及びXY方向のひずみ分布図もX軸方向のひずみ分布図と同様の形式で、記憶部11に格納されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a strain distribution diagram in the X-axis direction.
As shown in the figure, strain distribution diagram of the X-axis direction is a contour map showing the correspondence to the area E ij number of strain εxt the final image X N. The area E ij number is input in advance by the user via the input unit 14 before performing the measurement work.
Note that the strain distribution diagram in the X-axis direction and the strain distribution diagram in the XY direction are also stored in the storage unit 11 in the same format as the strain distribution diagram in the X-axis direction.

最後に、演算部13は、各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図を出力部15に送信し、出力部15のモニタに各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図を表示する。   Finally, the calculation unit 13 transmits each strain data table and each strain distribution diagram to the output unit 15, and displays each strain data table and each strain distribution diagram on the monitor of the output unit 15.

(ひずみ算出の処理フロー)
次に、上述した構成からなるひずみ計測システム1を用いて、測定対象物2の表面に発生するひずみを算出するための処理フローについて、図10を参照して説明する。
(Strain calculation processing flow)
Next, a processing flow for calculating the strain generated on the surface of the measurement object 2 using the strain measurement system 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIG.

図10は、ひずみを算出する処理フローの一例を示す図である。
本図に示すように、まず、測定対象物2の測定対象領域に、スプレーなどにより塗料を不規則に吹き付ける目印付け工程を実施する(ステップS10)。このとき、画像認識の精度向上の観点から、目印は形状及び外寸の少なくとも一方が異なっていることが好ましい。なお、本実施形態では、スプレーで塗装を吹き付けて目印を記す場合を例示したが、これに限定されるものではなく、チョークで粉末マーキング剤を測定対象物2の表面に付着させてもよい。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a processing flow for calculating strain.
As shown in the figure, first, a marking step is performed in which a coating material is irregularly sprayed on the measurement target region of the measurement target 2 by spraying or the like (step S10). At this time, from the viewpoint of improving the accuracy of image recognition, it is preferable that at least one of the shape and the outer dimension of the mark is different. In the present embodiment, the case where the mark is marked by spraying paint is exemplified, but the present invention is not limited to this, and the powder marking agent may be attached to the surface of the measurement object 2 with chalk.

また、目印付け工程と並行して、測定対象物2を撮像するための撮像装置3を所定の位置に設置し、動かないように固定する設置工程を実施する(ステップS11)。
撮像装置3を設置し、吹き付けた塗料が十分に乾燥したら撮像条件設定工程(ステップS12)へ移行する。
In parallel with the marking step, an installation step is performed in which the imaging device 3 for imaging the measurement object 2 is installed at a predetermined position and fixed so as not to move (step S11).
When the imaging device 3 is installed and the sprayed paint is sufficiently dried, the process proceeds to the imaging condition setting step (step S12).

次に、撮像条件設定工程(ステップS12)では、ひずみ計測システム1の演算部13が、撮像装置3の撮像条件に関する「撮像範囲」、「撮像距離」、「焦点距離」等の各値を入力部14でユーザから受け付ける。なお、撮像装置3の撮像条件は、それぞれ異なるものとしても良いし、全く同じものにしてもよい。
撮像装置3の撮像条件を設定したら撮像工程(ステップS13)に移行する。
Next, in the imaging condition setting step (step S <b> 12), the calculation unit 13 of the strain measurement system 1 inputs values such as “imaging range”, “imaging distance”, “focal length”, and the like related to the imaging conditions of the imaging device 3. It receives from a user in the part 14. Note that the imaging conditions of the imaging device 3 may be different from each other or may be exactly the same.
When the imaging conditions of the imaging device 3 are set, the process proceeds to the imaging process (step S13).

撮像工程(ステップS13)では、演算部13が、撮像装置3に撮像信号を送信する。撮像装置3は、撮像信号を受信し、撮像条件設定工程(ステップS12)で設定した撮像条件で測定対象物2の表面を撮像する。このとき、変形前の初期画像X、変形中の中間画像Xi、変形後の最終画像Xをそれぞれ取得する。
取得された各画像は、演算部13によりI/F部16を介して記憶部11に格納される。各画像を取得したら、画像選択工程(ステップS14)へ移行する。
In the imaging step (step S <b> 13), the calculation unit 13 transmits an imaging signal to the imaging device 3. The imaging device 3 receives the imaging signal and images the surface of the measurement object 2 under the imaging conditions set in the imaging condition setting step (step S12). At this time, an initial image X 1 before deformation, an intermediate image X i during deformation, and a final image X N after deformation are acquired.
Each acquired image is stored in the storage unit 11 by the calculation unit 13 via the I / F unit 16. If each image is acquired, it will transfer to an image selection process (step S14).

画像選択工程(ステップS14)では、記憶部11に記憶された複数の画像の中から、変形前の初期画像X、変形中の中間画像Xi、変形後の最終画像Xを含む少なくとも3枚以上のN枚の画像Xを選択する。このとき、中間画像Xiは複数選択されてもよい。
ここで選択されたN枚の画像Xは、記憶部11に一旦記憶されてもよい。N枚の画像Xを選択した後、画像認識工程(ステップS15)へ移行する。なお、本実施形態では、画像認識はひずみ算出工程に含まれるが、説明の便宜上、分けて説明する。
In the image selection step (step S14), at least 3 including an initial image X 1 before deformation, an intermediate image X i being deformed, and a final image X N after deformation among the plurality of images stored in the storage unit 11. N or more images X are selected. At this time, a plurality of intermediate images X i may be selected.
The N images X selected here may be temporarily stored in the storage unit 11. After selecting N images X, the process proceeds to an image recognition step (step S15). In this embodiment, image recognition is included in the distortion calculation step, but will be described separately for convenience of explanation.

画像認識工程(ステップS15)では、演算部13が、画像Xiと画像Xi+1を読み出して、これらの画像を比較し、画像認識によって画像Xiと画像Xi+1の間における相関関係を検出する。このとき、画像認識に失敗した場合には、画像選択工程(ステップS14)に戻って画像を選択し直す。その場合、目印の変形量が小さくなるように、画像Xiと画像Xi+1の間の時間間隔が短くなるようにして画像を選択し直す。一方、画像認識に成功した場合には、次いでひずみ算出工程(ステップS16)を実行する。 In the image recognition step (step S15), the calculation unit 13 reads the image X i and the image X i + 1 , compares these images, and detects the correlation between the image X i and the image X i + 1 by image recognition. . At this time, if the image recognition fails, the process returns to the image selection step (step S14) to reselect the image. In this case, the image is reselected so that the time interval between the image X i and the image X i + 1 is shortened so that the deformation amount of the mark is small. On the other hand, if the image recognition is successful, the strain calculation step (step S16) is then executed.

ひずみ算出工程(ステップS16)では、演算部13が、画像Xi及び画像Xi+1にひずみ算出プログラムを実行することにより、X軸方向、Y軸方向、及びXY方向への変位量(Δx、Δy、Δxy)をそれぞれ算出する。続いて、算出した各変位量(Δx、Δy、Δxy)を用いて、X軸方向、Y軸方向、及びXY方向のひずみ(εx、εy、εxy)をそれぞれ算出する。
算出された各ひずみ(εx、εy、εxy)は、演算部13によりメモリ12に格納される。なお、記憶部11に格納することとしてもよい。
上述のひずみ算出工程(ステップS16)を、画像選択工程(ステップS14)で選択された全ての画像に対して繰り返し行い、N枚の画像間における各エリアの移動量をそれぞれ算出する。そして、算出した複数の移動量を加算して、測定対象物の各ひずみを算出する。各ひずみを算出したら、出力工程(ステップS17)へ移行する。
In the strain calculation step (step S16), the calculation unit 13 executes a strain calculation program on the image X i and the image X i + 1 , thereby causing displacements (Δx, Δy in the X axis direction, the Y axis direction, and the XY direction). , Δxy) are calculated respectively. Subsequently, strains (εx, εy, εxy) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the XY direction are calculated using the calculated displacement amounts (Δx, Δy, Δxy).
The calculated strains (εx, εy, εxy) are stored in the memory 12 by the calculation unit 13. The data may be stored in the storage unit 11.
The above-described distortion calculation step (step S16) is repeated for all images selected in the image selection step (step S14), and the amount of movement of each area between the N images is calculated. Then, each strain of the measurement object is calculated by adding the calculated plurality of movement amounts. When each strain is calculated, the process proceeds to the output step (step S17).

出力工程(ステップS17)では、演算部13が、各ひずみデータテーブル及び各ひずみ分布図を記憶部11から読み出して、出力部15へ送信し、これらを出力部15のモニタに表示する。   In the output step (step S <b> 17), the calculation unit 13 reads out each strain data table and each strain distribution diagram from the storage unit 11, transmits them to the output unit 15, and displays them on the monitor of the output unit 15.

上述した構成からなるひずみ計測システム1によれば、測定対象物2の表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像した3枚以上の画像からN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択し、このN枚の画像のうち、時系列上で隣り合う画像画像Xiと画像Xi+1とを比較してそれぞれ各エリアの移動量を算出する。そのため、初期画像Xと最終画像Xの間の変形量よりも小さい変形量の画像同士を比較することができ、目印の形状も大きく変わらないことから画像認識を確実に行うことが可能となる。そして、初期画像Xから最終画像Xまでの複数の移動量を加算して測定対象物のひずみを算出するようにしたので、測定対象物2におけるひずみの計測精度を向上できる。 According to the strain measurement system 1 having the above-described configuration, the surface of the measurement object 2 is N out of 3 or more images (where N is 3 or more) taken in time series from before deformation to after deformation. An image is selected, and among the N images, the image images X i and X i + 1 that are adjacent in time series are compared, and the movement amount of each area is calculated. Therefore, the initial image X 1 and a final image X N can compare the images with each other smaller deformation amount than the amount of deformation of between, it can reliably perform image recognition since it does not change mark shape larger Become. And, since to calculate the strain of the measuring object by adding a plurality of movement amount from the initial image X 1 to the last image X N, we can improve the measurement accuracy of the strain at the measurement object 2.

また、撮像装置3で測定対象物2の表面を撮像し、この撮像した画像Xia、4bに基づいてひずみを算出するため、測定対象物2から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物2が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物2のひずみを算出することができる。
そして、評点間距離GLの距離を任意に変更可能なので、ひずみを測定するための測定区間(ゲージ長)を自由に調整することが可能となる。したがって、微少区間のひずみを検出したいときは、評点間距離GLの距離を短くし、長い区間のひずみを算出したいときは、評点間距離GLの距離を長くすることができる。これによって、算出対象エリアEijのひずみを正確に計測することができる。
Moreover, since the surface of the measurement object 2 is imaged by the imaging device 3 and the distortion is calculated based on the captured images Xia and 4b, the distortion can be calculated even if the measurement object 2 is away. That is, even when the measurement object 2 is present in a high temperature or a dangerous area, the strain of the measurement object 2 can be calculated.
And since the distance of the distance GL between grades can be changed arbitrarily, it becomes possible to adjust the measurement area (gauge length) for measuring distortion freely. Therefore, when it is desired to detect a strain in a minute section, the distance between the score points GL can be shortened, and when a strain in a long section is to be calculated, the distance between the score points GL can be increased. Thereby, the distortion of the calculation target area Eij can be accurately measured.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various improvement and deformation | transformation may be performed.

なお、上述した各実施形態におけるひずみの測定対象としては、例えば、鋼材、コンクリート構造物、岩盤、石材、石膏、プラスチック材料等が挙げられる。特に大きな変形を伴うひずみの測定においても高精度で計測可能であることから、ゴム等の弾性材料に対しても好適に適用可能である。   In addition, as a measuring object of the strain in each embodiment mentioned above, steel materials, concrete structures, bedrock, stone materials, gypsum, plastic materials, etc. are mentioned, for example. In particular, since it can be measured with high accuracy even in the measurement of strain accompanied by a large deformation, it can be suitably applied to elastic materials such as rubber.

1 ひずみ計測システム
2 測定対象物
3 撮像装置
3a カメラ本体
3b レンズ
3c 撮像素子
初期画像
i 中間画像
最終画像
10 計測装置
11 記憶部
11a 撮像プログラム
11b 画像選択プログラム
11c ひずみ算出プログラム
12 メモリ
13 演算部
14 入力部
15 出力部
16 I/F部
21 ひずみ計測システム
E エリア
GL 評点間距離
S 計測対象領域
1 strain measurement system 2 measurement object 3 imaging apparatus 3a camera body 3b lens 3c imaging element X 1 initial image X i intermediate image X N final image 10 measuring device 11 storage unit 11a captured program 11b image selection program 11c strain calculation program 12 memory 13 Calculation unit 14 Input unit 15 Output unit 16 I / F unit 21 Strain measurement system E Area GL Inter-score distance S Measurement target area

Claims (5)

測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を変形前から変形後まで時系列に沿って撮像し、前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも1枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも3枚の画像を取得する撮像工程と、
前記撮像工程で取得された前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択する画像選択工程と、
前記画像選択工程で選択された画像Xi(ただし、iは1以上N−1以下)を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Xi+1から特定するとともに、前記画像Xiと前記画像Xi+1における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出工程とを備えることを特徴とするひずみ計測方法。
A strain measurement method for measuring the strain on the surface of a measurement object,
The surface of the measurement object in which a plurality of marks are irregularly arranged on the surface is imaged in time series from before deformation to after deformation, an initial image before deformation of the measurement object, An imaging step of acquiring at least three images including at least one intermediate image and a deformed final image;
An image selection step of selecting N images (where N is 3 or more) including the initial image, the intermediate image, and the final image acquired in the imaging step;
The position showing the best correlation with each area obtained by dividing the image X i selected in the image selection step (where i is 1 to N−1) into a plurality of areas is identified from the image X i + 1 by image recognition. In addition, the movement amount of each area in the image X i and the image X i + 1 is calculated, and a plurality of the movement amounts from the initial image to the final image are added to calculate the distortion of the measurement object. A strain measurement method comprising: a strain calculation step.
前記撮像工程にて前記中間画像が2枚以上取得されるとき、
前記画像選択工程では、予め記憶された時系列の間隔に対応して前記中間画像を選択することを特徴とする請求項1に記載のひずみ計測方法。
When two or more intermediate images are acquired in the imaging step,
The strain measurement method according to claim 1, wherein in the image selection step, the intermediate image is selected corresponding to a time-series interval stored in advance.
前記撮像工程にて前記中間画像が2枚以上取得されるとき、
前記ひずみ算出工程にて、前記画像認識によって前記画像Xiの前記各エリアと前記画像Xi+1の前記各エリアとの相関関係が得られない場合に、前記画像選択工程に戻って前記画像Xi+1より前の画像を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載のひずみ計測方法。
When two or more intermediate images are acquired in the imaging step,
At the strain calculation step, if the correlation between said respective areas with each area the image X i + 1 of the image X i by the image recognition can not be obtained, the return to the image selection process image X i + 1 The strain measurement method according to claim 1 or 2, wherein an earlier image is selected.
前記ひずみ算出工程では、変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる2つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記2つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のひずみ計測方法。   In the strain calculation step, a calculation target area for calculating a strain is selected from each area of the image after deformation, and the two areas that are point-symmetric with a predetermined distance from the selected calculation target area as a central point The distance between the two areas after deformation is calculated on the basis of the respective displacement amounts in the calculation, and the distortion of the calculation target area is calculated. The strain measurement method described. 測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測システムであって、
複数の目印が前記表面上に不規則に配列された前記測定対象物の前記表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された前記測定対象物の変形前の初期画像と、変形中の少なくとも1枚の中間画像と、変形後の最終画像とを含む少なくとも3枚の画像を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された少なくとも3枚の画像の中から前記初期画像、前記中間画像及び前記最終画像を含むN枚(ただし、Nは3以上)の画像を選択する画像選択部と、
前記画像選択部で選択された画像Xi(ただし、iは1以上N−1以下)を複数のエリアに分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を画像認識によって前記画像Xi+1から特定するとともに、前記画像Xiと前記画像Xi+1における各エリアの移動量をそれぞれ算出し、前記初期画像から前記最終画像までの複数の前記移動量を加算して前記測定対象物のひずみを算出するひずみ算出部とを備えることを特徴とするひずみ計測システム。
A strain measurement system that measures strain on the surface of a measurement object,
An imaging unit that images the surface of the measurement object in which a plurality of marks are irregularly arranged on the surface;
A storage unit for storing at least three images including an initial image before deformation of the measurement object imaged by the imaging unit, at least one intermediate image being deformed, and a final image after deformation;
An image selection unit that selects N images (where N is 3 or more) including the initial image, the intermediate image, and the final image from at least three images stored in the storage unit;
A position showing the best correlation with each area obtained by dividing the image X i (where i is 1 or more and N−1 or less) selected by the image selection unit into a plurality of areas is identified from the image X i + 1 by image recognition. In addition, the movement amount of each area in the image X i and the image X i + 1 is calculated, and a plurality of the movement amounts from the initial image to the final image are added to calculate the distortion of the measurement object. A strain measurement system comprising a strain calculation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110023712A (en) * 2017-02-28 2019-07-16 松下知识产权经营株式会社 It is displaced measuring device and displacement measuring method

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