JP2018009852A - 回転速度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度の計測に必要とする反射光として利用可能な光について自由度を高くすることができる回転速度計測装置を提供する。【解決手段】回転速度計測装置２０は、回転体１１の回転する回転領域３４内において、反射率が他の部分とは相互に異なる部分が、回転体１１の回転に伴って回転することに基づいて、回転体１１の回転速度を計測する。回転速度計測装置２０は、処理部２２が取得した画像から、回転領域３４の一部を回転領域の周に沿う円状又は円弧状に含む抽出画像を抽出する画像抽出部２８と、撮像タイミングが相互に異なる２つの取得画像のそれぞれから画像抽出部２８が取得した対とする２つの抽出画像について相互相関が最も高くなる周方向へのずれ量を算出するずれ量算出部３０と、ずれ量及び互いに異なる撮像タイミングの差に基づいて回転体１１の回転速度を算出する計測部３１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転速度を計測する回転速度計測装置に関する。

従来、回転体の回転速度を非接触で計測する回転速度計測装置が知られている。例えば、特許文献１には、こうした非接触式の回転速度計測装置の一例として、光学式の計測装置が開示されている。

特許文献１に記載の回転速度計測装置は、回転体に取り付けられた高反射部が通過する位置に照射光を照射する照射部と、高反射部で反射した照射光の反射光を受光する受光部とを備える。そして、回転速度計測装置は、回転体の回転中に照射部から照射光を照射し、高反射部が通過するたびに発生する照射光の反射光を受光部が受光する時間間隔に基づき回転体の回転速度を計測する。

特開２０１１−１７４８００号公報

すなわち、特許文献１の回転速度計測装置は、回転体の回転方向に対して交互に配置された反射部の反射光の受光により回転速度を計測する。
しかしながら、測定対象となる回転体の構成も多様であり、その回転体の回転する面に一定の間隔で交互に反射部を設けることができるとは限らないし、そもそも、回転体の回転する面に反射部を設けること自体が構造上の理由や、使用環境や、回転に与える影響などから容易ではないことも少なくない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転速度の計測に必要とする反射光として利用可能な光について自由度を高くすることができる回転速度計測装置を提供することにある。

上記課題を解決する回転速度計測装置は、回転体の回転する回転領域内において、反射率が他の部分とは相互に異なる部分が、前記回転体の回転に伴って回転することに基づいて、前記回転体の回転速度を計測する回転速度計測装置であって、前記回転領域を含む画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得した画像から、前記回転領域の一部を前記回転領域の周に沿う円状又は円弧状に含む画像を抽出画像として抽出する画像抽出部と、撮像タイミングが相互に異なる２つの取得画像のそれぞれから前記画像抽出部が取得した抽出画像を対とし、この対とした２つの前記抽出画像について相互相関が最も高くなる周方向へのずれ量を算出するずれ量算出部と、前記ずれ量及び前記互いに異なる撮像タイミングの差に基づいて前記回転体の回転速度を算出する速度算出部と、を備えることを要旨とする。

このような構成によれば、回転体の回転領域について相互に異なるタイミングで撮像された２つの画像からそれぞれ抽出された対とする２つの抽出画像について、相互相関が高くなるときの周方向へのずれ量（長さ、角度又は円周の区分数）が算出される。つまり、２つの抽出画像に含まれる回転体や背景などの一部の画像が、異なるタイミングの時間差の間に周方向に移動した（ずれた）ずれ量が算出される。これにより、ずれ量及び異なるタイミングの差から回転体の回転速度が算出できる。

また、対とする２つの抽出画像の相互相関を算出することから、抽出画像に輝度や色のパターンが含まれていれば、そうしたパターンの移動に基づいてずれ量が算出できる。よって、非接触の測定で回転体に要求される反射の条件は、例えば、測定環境が暗所以外であればよいというように、回転速度の計測に必要とする反射光として利用可能な光についての自由度が高くなり、計測が容易に行える。

好ましい構成として、前記抽出画像は、その円状の画像が当該円の径方向に一定の幅を有するとともに、前記周方向に区画された複数の領域を有し、前記ずれ量算出部は、前記領域に対応する画像に基づいて前記相互相関を算出する。

このような構成によれば、抽出画像の領域に含まれる取得画像の画素に基づいて２つの抽出画像の相互相関の値が算出される。
好ましい構成として、前記画像抽出部は、前記領域に対応する画像から当該領域を示す値を算出し、この算出した値に基づいて前記領域を１画素として取り扱う。

通常、画像抽出部が取得する抽出画像の領域は、その領域に対応する画像取得部が取得した画像の画素に対して、大きさや向きが一致しない。このような構成によれば、領域を極座標格子の１画素として取り扱い、領域に対応する画像から当該領域を示す値を算出した。そして、相互相関の算出が、抽出画像に対応する画像に対してではなく、対応する画像から１画素として構成された領域に算出される１つの値からなる１次元情報に基づいて行われるため、演算量が少なくなる。よって、２次元のトラッキングを行う場合と比較して、回転方向のずれ量を算出するための演算量が大幅に少なくなって演算に要する時間が短くなり、リアルタイム性が高められる。

好ましい構成として、前記画像抽出部は、前記領域に対応する前記画像取得部が取得した画像の画素のそれぞれを補間する補間係数を補間テーブルに予め用意し、前記画素に対応する補間係数を前記補間テーブルから取得し、該取得した補間係数で該画像取得部が取得した画像の画素を補間することで該領域の画素の値を算出する。

このような構成によれば、画像取得部が取得した画像の画素から領域の画像が迅速に算出できる。
好ましい構成として、前記画像抽出部は、前記回転領域の最外周を含んだ、径方向の複数の画素列からなる２次元の抽出画像を取得し、前記ずれ量算出部は、前記回転体の静止時撮像画像又は所定の時点での回転時撮像画像の前記抽出画像に基づく前記回転体の最外周の境界を直交直線座標系に変換した上で１周期の正弦波にフィッティングし、前記フィッティングした結果から得られる正弦波の特徴から前記回転体の振動の振幅及び前記抽出画像を取得したときの前記回転体の振動している方位を取得する。

このような構成によれば、抽出画像の径方向の幅の中に回転領域の最外周が区画する境界が含まれる。この境界を１周期の正弦波にフィッティングすることで得られる正弦波の特徴に基づいて、回転体の振動の振幅や抽出画像を取得したときに回転体の振動している方位が取得できる。

好ましい構成として、前記画像抽出部は、前記回転体に剛体として連結されていて画像に特徴を有する１つ以上の要素を基準点とし、前記ずれ量算出部は、前記画像における前記基準点の位置が変化しないように各画像を補正することで前記回転体の振動の振幅及び前記抽出画像を取得したときの前記回転体の振動している方位を取得する。

このような構成によれば、回転体が接続されている装置全体に生じている振動（暗振動）を取り除くことができる。これにより、画像に含まれる暗振動（暗ノイズ）を打ち消して、回転体に生じている軸ぶれ振動のみを計測することが可能になる。

上記回転速度計測装置によれば、回転速度の計測に必要とする反射光として利用可能な光について自由度を高くすることができる。

回転速度計測装置を具体化した第１の実施形態について、その概略構成を示すブロック図。 同実施形態において、回転速度を計測する手順の概略を示すフローチャート。 同実施形態において、回転速度計測処理の手順の一例を示すフローチャート。 同実施形態において、回転体の回転と抽出画像との関係を示す図であって、（ａ）は回転体を含む撮像画像を模式的に示す模式図、（ｂ）は回転体の位置が（ａ）から回転した位置にあるときの回転体を含む撮像画像を模式的に示す模式図、（ｃ）は（ａ）から取得された抽出画像を模式的に示す模式図、（ｄ）は（ｂ）から取得された抽出画像を模式的に示す模式図。 同実施形態において、抽出画像についての一例を説明する図であって、（ａ）は撮像画像と抽出画像との位置関係を示す模式図、（ｂ）は取得された抽出画像を模式的に示す模式図、（ｃ）は撮像画像から抽出画像を取得する態様を示す模式図。 同実施形態において、軸ぶれを有する回転体の抽出画像について説明する図であって、（ａ）は軸の位置を基準とするときの回転体と抽出画像との関係を模式的に示す模式図、（ｂ）は軸の位置がずれているとするときの回転体と抽出画像との関係を模式的に示す模式図、（ｃ）は（ａ）から取得された抽出画像を模式的に示す模式図、（ｄ）は（ｂ）から取得された抽出画像を模式的に示す模式図。 回転速度計測装置を具体化した第２の実施形態について、その抽出画像を説明する図であって、（ａ）は撮像画像と抽出画像との位置関係を示す模式図、（ｂ）は取得された抽出画像を模式的に示す模式図、（ｃ）は撮像画像から抽出画像を取得する態様を示す模式図。 回転速度計測装置を具体化した第３の実施形態について、その概略構成を示すブロック図。 同実施形態において、撮像画像の回転体と抽出画像との関係を示す図であって、（ａ）は撮像画像と抽出画像の関係を模式的に示す模式図、（ｂ）は（ａ）から取得された抽出画像を模式的に示す模式図。 同実施形態において、撮像画像の回転体と抽出画像との関係を示す図であって、（ａ）は撮像画像と抽出画像の関係を模式的に示す模式図、（ｂ）は（ａ）から取得された抽出画像を模式的に示す模式図。

（第１の実施形態）
図１〜図７を参照して、回転速度計測装置を具体化した第１の実施形態について説明する。回転速度計測装置は、計測対象である回転体１１を撮像した取得画像としての撮像画像に対する画像処理により、回転体１１の単位時間あたりの回転数である回転速度を計測する。

図１に示すように、回転体１１は、扇風機やエンジン冷却ファンなどの送風機などであって、４枚のブレード１１ａを有する。回転体１１の４枚のブレード１１ａは、各ブレード１１ａが同様の構成であるから、ブレード１１ａの回転領域３４には回転角度９０°毎に同様の形状が繰り返し通過し、この通過する形状により同様の輝度パターンが繰り返される。また、４枚のブレード１１ａは、各ブレード１１ａの間にブレード１１ａが配置されない背景３５の部分を有し、その背景３５の部分はブレード１１ａとは異なる輝度パターンを有する。よって、回転領域３４には、各ブレード１１ａに基づく輝度パターンと、背景３５に基づく輝度パターンとが含まれる。

回転速度計測装置２０は、撮像領域１０Ｒに投光する投光器１８と、撮像領域１０Ｒを撮像する撮像部２１と、各種情報の処理を行う画像取得部としての処理部２２と、ユーザによって操作される操作部２３と、各種情報を表示する表示部２４と、情報の処理に要する各種データを保持する記憶部４０とを備える。

投光器１８は、ライトなどの一般の照明器具や、撮影用の照明器具などであって、撮像部２１によって撮像される回転体１１の方向に照射光を照射する。なお、投光器１８は、回転体１１の撮像が開始されるとき、回転速度計測装置２０からの指示に応じて撮像領域１０Ｒに投光する。

撮像部２１は、撮像領域１０Ｒを所定のフレームレート（所定時間内に更新される静止画の数）で撮像するモノクロカメラである。撮像部２１は、撮像範囲である撮像領域１０Ｒに回転体１１を含むように固定配置され、フレームレートに応じた時間間隔で撮像領域１０Ｒの画像（静止画）を撮像し、その撮像した撮像画像を撮像順に処理部２２に出力する。撮像画像は、撮像領域１０Ｒの各所に割り当てられた画素に対して画素情報が対応付けられた画像データである。画素情報には、当該画素の輝度情報が含まれるが、その他に、色情報など複数の情報が含まれてもよい。撮像部２１は、４枚のブレード１１ａを有して時計回りの回転方向Ｄに回転する回転体１１を正面から撮像している。撮像部２１から見ると、４枚のブレード１１ａの後方には、ブレード１１ａとは光の反射率が相違する画像が得られる背景３５がある。撮像部２１は、ブレード１１ａの回転に合わせて背景３５も撮像する。撮像部２１は、回転体１１の４枚羽根のブレード１１ａから回転角９０°毎に繰り返される輝度パターン、及び、ブレード１１ａと背景３５との繰り返しから得られる輝度パターンを撮像する。本実施形態では、背景３５よりもブレード１１ａの方が、投光器１８の光を多く反射するため、背景３５に対してブレード１１ａが高い輝度で鮮明に撮影される。

処理部２２は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたマイクロコンピュータで構成される。処理部２２は、例えばＲＯＭやＲＡＭに保持された各種プログラムをＣＰＵで実行することにより回転速度計測装置における各種処理を実行し、特に、回転体１１の回転速度を計測する計測プログラムをＣＰＵで実行処理することにより回転速度の計測処理を行う。

図２に示すように、処理部２２は、事前準備とともに回転速度計測を行う。本実施形態では、処理部２２は、事前準備（ステップＳ１０）と回転速度計測（ステップＳ１１）とを順次実行する。事前準備は、回転速度計測の実行に先立ち一回行われ、撮像画像に対する画像処理などを通じて、回転体１１の回転速度の計測に必要な各種の情報を取得する。例えば、事前準備は、回転領域３４を取得し、取得した回転領域３４に後述の計測円周Ｒ１を設定する。

図３に示すように、回転速度計測では、撮像画像に対する画像処理を通じて回転体１１の回転速度を計測する処理が実行される。回転速度計測の処理については後に詳述する。
図１に示すように、処理部２２は、ユーザによる操作部２３の操作により、回転体１１の回転速度の計測開始を示す信号が入力されると、事前準備の処理を行い、必要な各種の情報取得後、回転速度の計測処理を開始し、回転速度の計測終了を示す信号が入力されると回転速度の計測処理を終了する。処理部２２は、撮像部２１の撮像画像から生成した表示画像を連続的に表示部２４に出力し、撮像領域１０Ｒの動画像が表示部２４に表示される。処理部２２は、回転体１１の回転速度の計測結果を示す信号を表示部２４に出力し、表示部２４は回転体１１の回転速度を表示する。

処理部２２は、撮像領域１０Ｒにおける回転体１１の回転領域３４を抽出する回転領域抽出部２５と、回転領域３４に計測円周Ｒ１を設定する計測円周設定部２６と、計測円周Ｒ１から円状の抽出画像を抽出する画像抽出部２８とを備える。また処理部２２は、回転速度を計測する際の各種のパラメータを設定するパラメータ設定部２７と、取得された２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２（図４参照）の相互相関の値を算出する相関算出部２９とを備える。さらに処理部２２は、２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２（図４参照）の相互相関の値が最大になるときのずれ量を算出するずれ量算出部３０と、算出したずれ量に基づいて回転体１１の回転速度を計測する速度算出部としての計測部３１とを備える。また、処理部２２は、そのＲＡＭなどの一時記憶部に、撮像画像から抽出画像が抽出されるとき撮像画像の各画素を補間する係数を保持する補間テーブル４１を備える。

記憶部４０は、ハードディスクやフラッシュメモリーなど記憶素子を含み構成され、処理部２２から入力された情報を記憶し、処理部２２に要求された情報を出力する。記憶部４０は、パラメータ設定部２７に設定される各種パラメータも記憶する。

回転領域抽出部２５は、事前準備において、撮像領域１０Ｒ内で回転体１１が回転する領域である回転領域３４を抽出する。回転領域抽出部２５は、回転体１１を正面から長時間露出して撮像した撮像画像を用いるなど周知の技術で円状の回転領域３４を抽出する。また、回転領域抽出部２５は、物体の移動が検出されない領域を背景３５に設定する。

図４に示すように、計測円周設定部２６は、事前準備において、回転領域３４の中心ＣＮを特定し、回転領域３４の中心ＣＮから所定の半径ｒ毎に回転体１１の一周当たりのシャープネスを取得する。シャープネスが高いほど認識の確実性が高まることから、各半径ｒのうちから最もシャープネスが大きくなる半径ｒを特定する。シャープネスは、輝度の微分値や分散、標準偏差が大きいときに大きい。そして、周方向に対するシャープネスが最も大きいとして特定された半径ｒに基づいて当該半径ｒを含む計測円周Ｒ１が設定される。計測円周Ｒ１上には、円周を所定の数に等分した位置に計測点（例えば、図４（ｃ））が設定される。

図５に示すように、計測円周設定部２６は、撮像画像１０の画素の直交配置とは無関係に、設定した計測円周Ｒ１の円周上に等角度で計測点を設定するため、計測点と撮像画像１０の画素との対応関係が計測点毎に相違する。例えば、計測点「１」、「３」、「５」、「７」は４つの画素の中央近辺に配置され、計測点「２」、「４」、「６」は２つの画素の境界近辺に配置される。例えば、１つの画素の中央近辺に配置される場合などもある。

計測点と撮像画像１０の画素との関係は、事前準備において、撮像画像１０に計測点が設定された時点で特定される。そこで計測円周設定部２６は、撮像画像１０に計測点を設定することに応じて、計測点に対応する画素を特定するとともに、それら特定した画素に計測点への影響の度合いを示す係数Ｃを計測点との位置関係に応じて算出し、補間テーブル４１に保持させる。例えば、係数Ｃは、計測点から所定の距離内に面積の半分以上が含まれる画素であるか否かに基づいて定められる。よって、所定の距離内に面積の半分以上が含まれる画素の係数Ｃを「１」とするとき、所定の距離内に画素の半分未満しか含まれない画素の係数Ｃを「０」とする。なお、所定の距離は、その所定の距離内に半分以上の面積が含まれる画素が１つ以上あるように設定される。

パラメータ設定部２７は、事前準備などにおいて、回転体１１の回転速度の計測処理に必要な各種の情報を設定する。各種の情報としては、例えば、回転体１１の外径、想定される回転速度、回転方向、ブレード１１ａの数、形状、色、輝度、背景３５の色、輝度、投光器１８の色、輝度の少なくとも１つが挙げられる。こうした情報は、操作部２３から設定されてもよいし、回転領域抽出部２５が事前準備で検出し設定してもよい。なお、回転体１１は、正面以外の方向から見ると楕円形に見えるが、長辺及び短辺について、それぞれ長さ及び角度を設定することで、撮像画像の円形への補正が可能になり、楕円形の撮像画像からも回転速度の計測処理が行えるようになる。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、画像抽出部２８は、計測円周設定部２６が設定した計測円周の計測点に対応する抽出画像を、各計測点に対応する撮像画像１０の各画素に基づいて算出する。具体的には、画像抽出部２８は、計測点「３」の近傍にある各画素Ｅ１〜Ｅ４を補間テーブル４１に保持された対応する係数により補間し、加算することで当該計測点「３」の画素（抽出画像Ｇ１３の３番目）の値を算出する。なお、図５（ａ）は、第１の撮像画像１０ａ（図４参照）の一部のみを示している。つまり、計測円周Ｒ１上には等間隔に複数の計測点「１」〜「７」が設定されている。よって、抽出画像はＧ１３は、径方向に各計測点で確保する一定の幅を有するとともに、周方向に各計測点によって区画される複数の領域を有する。

図５を参照して、各計測点の画素の値を計測点周囲にある複数の画素から１次補間して算出する方法を詳述する。図５（ａ）に示す計測点「３」は、図５（ｃ）に示す計測点「３」を囲む４つの画素Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の値を１次補間することで算出される。つまり各画素Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４にはそれぞれ係数として和が「１」となるように「３」からの距離に応じて比が設定され、その他の画素には係数として「０」が設定されている。よって、計測点「３」の画素の値は、４つの画素Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の画素の値と対応する係数との積の総和で算出される。例えば、計測点の番号を「ｋ」とし、画素Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４の値（画像）をそれぞれ「Ｄｋ１」，「Ｄｋ２」，「Ｄｋ３」，「Ｄｋ４」とし、各画素Ｅ１〜Ｅ４に対応する係数を「Ｃｋ１」，「Ｃｋ２」，「Ｃｋ３」，「Ｃｋ４」とすると、計測点「ｋ」の画素の値Ｉ（ｋ）は式（１）で示される。

例えば、ここでは値「Ｄｋ１」〜「Ｄｋ４」を輝度など単一の要素とすることで１次元の値として取り扱う。なお、値「Ｄｋ１」〜「Ｄｋ４」をカラーなど複数の要素からなる値として取り扱うことも可能である。

図５（ｂ）には、例えば、上記式（１）に基づき算出された計測点「１」〜「７」までの画素の値Ｉ（１）〜Ｉ（７）が画素の色で示されている。この例では、算出された画素の値を閾値と比較して２値化した例を示す。なお、算出した値をそのまま用いたり、比較する閾値を細分化して、画素の輝度等に中間値を採用することもできる。

以上のように、画像抽出部２８は、直交配置される画素からなる撮像画像１０から計測円周Ｒ１の各計測点に対応する画素の値を算出して抽出画像Ｇ１３を得る。これで、抽出画像Ｇ１３の各領域を極座標格子の１画素として取り扱うことができる。

なお、画像抽出部２８は、データ管理の都合上、計測円周Ｒ１の各計測点を配列状に管理する。つまり、各計測点の画素の値は、計測円周Ｒ１上にある計測点の総数に対応する要素数の一次元配列で管理される。

また、図４に示すように、画像抽出部２８は、撮像部２１が所定の撮像タイミングで撮像した撮像画像１０を取得する都度、抽出画像を算出する。
図４（ａ）及び（ｂ）には、異なる撮像タイミングで撮像された第１の撮像画像１０ａ及び第２の撮像画像１０ｂを示す。なお、説明の便宜上、反射率が高い部分を白色、反射率が低い部分を黒色として説明するとともに、図示の都合上、白色をハッチングで示し、黒色を白抜きで示している。撮像間隔である所定の時間は、フレームレートの最小値に基づいて「１０ミリ秒」とする。また、回転体１１は、「３００回転／分」の回転速度で右回りの回転方向Ｄに回転している。さらに、抽出画像Ｇ１１の「１」番目、抽出画像Ｇ１２の「２」番目は、計測円周Ｒ１上の位置Ｐ（図４（ａ）及び（ｂ）において黒丸）に対応している。

まず、画像抽出部２８は、図４（ａ）に示すように、回転体１１が含まれる第１の撮像画像１０ａを取得し、その取得した第１の撮像画像１０ａから計測円周Ｒ１の抽出画像Ｇ１１を抽出する。そして、抽出画像Ｇ１１をメモリ又は記憶部４０に記憶させる。本実施形態では、計測円周Ｒ１は２０に区分されて２０個の計測点を有しており、抽出画像Ｇ１１は配列要素が２０の一次元配列である。各配列要素には、計測円周Ｒ１上に「３６０°／２０」毎に設定された各計測点の画素が割り当てられる。そして図４（ｃ）に示すように、抽出画像Ｇ１１は、２，３，４，７，８，９，１２，１３，１４，１７，１８，１９番目の配列要素に黒色が保持され、１，５，６，１０，１１，１５，１６，２０番目の配列要素に白色が保持される。

次に、図４（ｂ）に示すように、所定の時間経過後、画像抽出部２８は、第２の撮像画像１０ｂを取得し、その取得した第２の撮像画像１０ｂから計測円周Ｒ１の抽出画像Ｇ１２を抽出する。そして、抽出画像Ｇ１２をメモリ又は記憶部４０に記憶させる。抽出画像Ｇ１２も配列要素が２０の一次元配列として管理される。そして図４（ｄ）に示すように、抽出画像Ｇ１２は、３，４，５，８，９，１０，１３，１４，１５，１８，１９，２０番目の配列要素に黒色が保持され、１，２，６，７，１１，１２，１６，１７番目の配列要素に白色が保持される。

図４に示すように、相関算出部２９は、画像抽出部２８で取得された撮像タイミングの相違する２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２の相互相関の値を算出する。相関算出部２９は、２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２の各パターンの対比に基づいて相互相関の値を算出する。また、回転体１１の回転方向が分かっている場合、２つの撮像タイミングの時間差は、想定される回転速度とブレード１１ａの数とから、ブレード１１ａの変化角が「３６０°／ブレード数」の角度未満となる時間差である。これにより、先に取得された抽出画像Ｇ１１と後に取得された抽出画像Ｇ１２とで同じブレード１１ａの移動の確実な対比が可能になる。なお、回転体１１の回転方向が分かっていない場合、２つの撮像タイミングの時間差は、ブレード１１ａの変化角が「１８０°／ブレード数」の角度未満となる時間差になる。

相関算出部２９は、相互相関を計測円周Ｒ１に対応する２つの一次元配列のパターンマッチングとして行う。つまり、先に取得された抽出画像Ｇ１１の一次元配列の値に対して、後に取得された抽出画像Ｇ１２の一次元配列の値を回転方向Ｄとは逆方向にシフトさせて相互相関が最大となる位置を求める。例えば、所定の回転数において、回転体１１の一周期分の先に取得された輝度パターンをＧ（ｘ）とし、後に取得された次の輝度パターンをＧ（ｘ＋δ）とする。但し、「ｘ」は一次元配列の要素番号とし、２つの輝度パターンにおいて同じ要素番号になる値同士の積の総和である相互相関関数を最大とする「δ」を求める。

一般に、相互相関関数は、時間的に変化する信号ｖ（ｔ）について、遅れ時間τだけシフトした信号ｖ（ｔ＋τ）との積の時間平均をとったものであり、式（２）で示される。

また、本実施形態のように離散的なデータ（一周の区分数Ｎ：Ｎは整数）である場合、相互相関関数は式（３）で示される。

具体的に、本実施形態では、相関算出部２９は、回転体１１が第２の撮像画像１０ｂから回転方向Ｄの逆方向に９０°回転する範囲で相互相関を算出する。図４（ｄ）に示す状態では、２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２の相互相関として、抽出画像Ｇ１２の１要素分のずれが反映された低い値が算出される。次に、抽出画像Ｇ１２を１要素分戻した状態の相互相関として、抽出画像Ｇ１１と抽出画像Ｇ１２との画像の一致度が高いことから、一致度の高さが反映された高い値が算出される。続いて、抽出画像Ｇ１２を２要素分戻した状態の相互相関として、１要素分のずれが反映された低い値が求められる。同様に、抽出画像Ｇ１２を３要素分戻した状態では、２要素分のずれが反映された低い値が算出され、抽出画像Ｇ１２を４要素分戻した状態では、３要素分のずれが反映された低い値が算出され、抽出画像Ｇ１２を５要素分戻した状態では、４要素分のずれが反映された低い値が算出される。よって、抽出画像Ｇ１２を１要素分戻したとき相互相関が最も高い値になる。つまり、ずれ量が１要素分として算出され、角度に換算すると「３６０°／２０」となる。

相関算出部２９は、第１の撮像画像１０ａと第２の撮像画像１０ｂとに基づいて相互相関を算出することから、第１の撮像画像１０ａ及び第２の撮像画像１０ｂの画像には識別可能な輝度差や色の相違が１周のうちに一箇所以上あれば、ずれ量を算出できる。また、相互相関を算出できれば、輝度パターンを生じさせる要因である画像の模様、配置、輝度の強さなどに特別な条件は必要ない。

ずれ量算出部３０は、相互相関の値が最大であるときの２つの抽出画像のずれ量を算出する。ずれ量算出部３０は、相互相関が最大であるときの配列のずれた数「δ」を得る。また、ずれ量算出部３０は、ずれた数「δ」と一周の区分数「Ｎ」とから、撮像タイミングの時間差の間に回転体１１がずれたずれ量「δ／Ｎ」を算出する。ちなみに、ずれた角度は「（δ／Ｎ×３６０）°」で算出できる。

具体的には、ずれ量算出部３０は、抽出画像Ｇ１２を１要素分戻したとき相互相関が最も高いことから、ずれ量を「１／２０」として算出する。ちなみに、このずれ量に対応するずれた角度は「（３６０／２０）°」である。

計測部３１は、ずれ量算出部３０で算出したずれ量に基づいて回転体１１の回転速度を計測する。計測部３１は、「δ／Ｎ×フレームレート（回／秒）×６０（秒／分）」で回転体１１の毎分当たりの回転数を算出する。具体的には、図４に示す場合、計測部３１は、回転体１１の回転速度を、「（１／２０）×１００（回／秒）×６０（秒／分）」から毎分３００回転であると計算する。

次に、図３を参照して、回転速度計測処理の動作について説明する。
図３に示すように、回転速度計測処理が開始されると、処理部２２は、抽出画像を取得する抽出画像取得（ステップＳ２０）を行う。抽出画像取得では、画像抽出部２８が、計測円周設定部２６で設定された計測円周Ｒ１から抽出画像（抽出画像Ｇ１１等）を取得する。そして、処理部２２は、取得した抽出画像を保存する（ステップＳ２１）。抽出画像保存では、抽出画像が、処理部２２のメモリ又は記憶部４０に記憶される。抽出画像は、リアルタイム処理のときにはメモリに記憶され、長期保持のときには記憶部４０に記憶され、リアルタイム処理と長期保持とのときにはメモリ及び記憶部４０に記憶される。

処理部２２は、回転速度を計測するために比較する２つの抽出画像があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。２つの抽出画像があることで、それら抽出画像から適切に回転速度が測定される。なお、２つの抽出画像は、撮像タイミングの時間差が、事前準備にて、回転体１１の回転数、及び、回転体１１の輝度パターンから定められる所定の時間以内であることが望ましい。例えば、回転体１１が４枚のブレード１１ａの場合、回転方向Ｄが特定されている条件で２つの抽出画像から１枚の羽根を正確に追跡できる角度は９０°未満である。回転体１１の回転数が毎秒１０回転（毎分６００回転）であれば、９０°回転するのに要する時間は「（１秒／１０回転）／（９０°／３６０°）」、つまり撮像タイミングは「０．０２５秒」（２５ミリ秒）以下になる。

２つの抽出画像がないと判定されると（ステップＳ２２でＮＯ）、処理部２２は、ステップＳ２０に処理を戻して、ステップＳ２０以降の処理を実行する。なお、計測終了の条件が成立している場合、回転速度計測処理を終了する。一方、２つの抽出画像があると判定されると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、処理部２２は、比較対象となる２つの抽出画像を比較対象として取得する（ステップＳ２３）。

処理部２２は、比較対象の２つの抽出画像について相互相関の値を演算する（ステップＳ２４）。相互相関は、一方の抽出画像について、その抽出画像を管理する一次元配列の要素の位置を撮像タイミングの位置関係から１つずらす毎に算出される。

処理部２２は、算出した相互相関の値が最も高く得られるとき、配列要素のずれた数をずれ量として取得する（ステップＳ２５）。そして、処理部２２は、取得したずれ量と２つの画像の撮像タイミングの差（時間差）とから回転体１１の回転速度を算出する（ステップＳ２６）。こうして算出された回転速度は、例えば、表示部２４に出力されて表示され、また、例えば、記憶部４０に出力されて記憶される。

そして、処理部２２は、計測終了の条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２７）。計測終了の条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ２７でＮＯ）、処理部２２は、ステップＳ２０に処理を戻して、ステップＳ２０以降の処理を実行する。一方、計測終了の条件が成立していると判定した場合（ステップＳ２７でＹＥＳ）、処理部２２は、回転速度計測処理を終了する。

続いて、回転体１１が軸ぶれをおこしたときの相互相関の値について説明する。
図６（ａ）に示す、第１の撮像画像１０ａは抽出画像の中心と回転体１１の中心とが一致しており（中心一致状態）、これがその場で回転体１１が振動によって平行移動した状態（中心移動状態）を図６（ｂ）に示す。なお、ブレード１１ａに対応する画像は白色画像であり、背景３５に対応する画像は黒色画像である。

まず、撮像部２１は固定されているため、回転体１１の回転角度にかかわらず、第１の撮像画像１０ａに撮像される範囲は固定され、第１の撮像画像１０ａに設定される計測円周Ｒ１も固定される。一方、回転体１１は軸ぶれを起こすため、中心一致状態にあるときの位置（図６（ａ））に対して、中心移動状態にあるときの位置（図６（ｂ））が、図において左方向Ｌに変位する。こうした軸ぶれは、回転体１１の中心軸の曲がりなどに起因してモータが回転するに伴って生じ、回転体１１が一周するに伴って中心位置が円を描くように一周する。

図６（ｃ）に示すように、回転体１１が中心一致状態のとき、計測円周Ｒ１の中心と回転体１１の中心とが略同じ位置になり、４つのブレード１１ａは中心からの距離が同じ位置で計測円周Ｒ１が重なる。よって、抽出画像Ｇ２１上においてブレード１１ａは等間隔に検出される。具体的には、抽出画像Ｇ２１は、３つの黒色「２〜４」、２つの白色「５，６」、３つの黒色「７〜９」、２つの白色「１０，１１」、３つの黒色「１２〜１４」、２つの白色「１５，１６」、３つの黒色「１７〜１９」、２つの白色「２０，１」の画像になる。

一方、図６（ｄ）に示すように、回転体１１が中心移動状態のとき、計測円周Ｒ１の中心に対して回転体１１の中心が左方向Ｌにずれて、ブレード１１ａ毎に計測円周Ｒ１との重なりが相違する。よって、抽出画像Ｇ２２上において各ブレード１１ａの間隔が相違する。具体的には、計測円周Ｒ１の右側では各ブレード１１ａの間隔が長くなり、逆に計測円周Ｒ１の左側では各ブレード１１ａの間隔が短くなる。つまり、抽出画像Ｇ２２は、４つの黒色「１〜４」、２つの白色「５，６」、４つの黒色「７〜１０」、２つの白色「１１，１２」、２つの黒色「１３，１４」、２つの白色「１５，１６」、２つの黒色「１７，１８」、２つの白色「１９，２０」の画像になる。

ところで軸ぶれによる変化は、回転体１１の反対側で互いに逆方向の動きとして生じる。こうしたことから、軸ぶれした２つの抽出画像Ｇ２１，Ｇ２２の相互相関を算出すると、一方にずれた部分の影響が、逆方向にずれた部分の影響で打ち消され、結果的に軸ぶれが相互相関の値に与える影響が低く抑えられる。

具体的には、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、抽出画像Ｇ２１の２つの白色「１０，１１」が抽出画像Ｇ２２では右側の「１１，１２」番目の位置に移動するが、同時に、抽出画像Ｇ２１の２つの白色「２０，１」が抽出画像Ｇ２２では左側の「１９，２０」番目に移動する。よって、同様に生じる右側への移動と左側への移動とが相互相関の算出において相互に打ち消され、右側及び左側への移動の影響が相互相関に大きく表れない。同様に、抽出画像Ｇ２１の２つの白色「２０，１」が抽出画像Ｇ２２では左側の「１９，２０」番目に移動するが、同時に、抽出画像Ｇ２１での２つの白色「１０，１１」が抽出画像Ｇ２２では右側の「１１，１２」に移動する。よってこれも、同様に生じる左側への移動と右側への移動とが相互相関の算出において打ち消され、左側及び右側への移動の影響が相互相関に大きく表れない。

なお、回転体１１に軸ぶれが生じているときは、事前準備において、計測円周設定部２６で、回転体１１の軸ぶれに対してできるだけ鈍感な位置に計測円周Ｒ１を設定することが望ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る回転速度計測装置によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）回転体１１の回転領域３４について相互に異なるタイミングで撮像された２つの画像からそれぞれ抽出された２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２について、相互相関が高くなるときの周方向へのずれ量（円周の区分数）が算出される。つまり、２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２に含まれる回転体１１や背景３５などの一部の画像が、異なるタイミングの時間差の間に周方向に移動した（ずれた）ずれ量が算出される。これにより、ずれ量及び異なるタイミングの差から回転体の回転速度が算出できる。

また、２つの抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２の相互相関を算出することから、抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２に輝度や色のパターンが含まれていれば、そうしたパターンの移動に基づいてずれ量が算出できる。よって、非接触の測定で回転体に要求される反射の条件は、例えば、測定環境が暗所以外であればよいというように、回転速度の計測に必要とする反射光として利用可能な光についての自由度が高くなり、計測が容易に行える。

（２）通常、画像抽出部２８が取得する抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２の領域は、その領域に対応する撮像部２１から処理部２２が取得した画像の画素に対して、大きさや向きが一致しない。本実施形態では、領域を極座標格子の１画素として取り扱い、撮像部２１から処理部２２が取得した領域に対応する画像から当該領域を示す値を算出した。そして、相互相関の算出が、抽出画像Ｇ１１，Ｇ１２に対応する画像に対してではなく、対応する画像から１つの画素として構成された領域に算出される１つの値からなる１次元情報に基づいて行われるため、演算量が少なくなる。よって、２次元のトラッキングを行う場合と比較して、回転方向のずれ量を算出するための演算量が大幅に少なく、演算に要する時間が短くなり、リアルタイム性が高められる。

（３）撮像部２１から処理部２２が取得した画像の画素を補間する係数を保持する補間テーブルを有することから、処理部２２が取得した画像の画素から領域の画像が迅速に算出できる。

（第２の実施形態）
図７を参照して、回転速度計測装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、画像抽出部２８が計測円周Ｒ１に帯状の円周領域を設け、その領域内の画像を求める点が第１の実施形態と相違する。そこで、本実施形態では主に、第１の実施形態と相違する部分について説明し、第１の実施形態と同様の部分については同様の符号を付し、その詳細な説明は割愛する。

図７に示すように、画像抽出部２８は計測円周Ｒ１に帯状の円周領域を設け、その領域内の画像を求める。これは、計測点「１」〜「７」に影響を及ぼす画素の特定方法が第１の実施形態と相違するだけであり、ここで抽出された抽出画像からも相互相関を算出できる。

図７に示すように、各計測点は、計測円周Ｒ１の半径ｒ方向に所定の幅、周方向に所定の円弧長からなる領域を有する。こうした計測点に対応する領域は、計測円周設定部２６が撮像画像１０の画素の配置とは無関係に設定するため、区画された領域と、撮像画像１０の画素との対応関係が多様になる。例えば、直交配置された撮像画像１０の画素に対し、帯状の円を区画すると、帯状の円の境界に対応する画素は、その円の内外を区画する境界で弧状に区切られる。また、帯状の円の領域内部を円周方向に等間隔で区画する区画線に対応する画素も区切られる。さらに区画線は、円の中心から放射状に延びる線であるから多くの画素が斜めに区切られる。

計測点の領域と撮像画像１０の画素との関係は、撮像画像１０に計測点が設定された時点で特定される。そこで計測円周設定部２６は、撮像画像１０に計測点を設定することに応じて、計測点の領域に対応する画素を特定するとともに、それら特定した画素に計測点への影響の度合いを示す係数を計測点との位置関係に応じて算出し、補間テーブル４１に保持させる。つまり、補間テーブル４１には、抽出画像の各領域に対応する各画素について、領域への影響の度合いに応じた係数が保持される。例えば、係数は、画素が計測点の領域に含まれる割合に基づいて定められる。すなわち、係数は、画素全体が計測点の領域に含まれるときの係数を「１」とするとき、画素の半分が含まれるときの係数を「０．５」、画素の「１／４」が含まれるときの係数を「０．２５」となる比率で設定される。なお、各計測点の領域の面積が同じであれば、対応する画素の総面積も同じである。よって、係数が面積割合で定められる場合、各計測点の領域において各画素は様々な割合で区切られるが、それら画素の総面積はどの計測点の領域であっても同じであり、各計測点の領域に対応する画素に対して定められる係数の総和はいずれも同じ値になる。よって、抽出画像の値の均衡が図られるようになる。

図７（ａ）は、第１の撮像画像１０ａの一部を示している。計測円周Ｒ１は、そこに各計測点の領域「１」〜「７」が設定される。図７（ｂ）は、計測円周Ｒ１の各計測点の領域「１」〜「７」の画素を一次元配列で管理する抽出画像Ｇ１４の「１」〜「７」番目の配列要素の画素の値を示している。ここでは「３，４，５，６」番目の領域は黒色が割り当てられ、「１，２，７」番目の領域は白色が割り当てられる。

図７（ｃ）は、計測点の領域「３」の画素の値を、当該領域「３」に含まれる画素から１次補間して算出する方法を示す。この１次補間では領域に重なる全ての画素に基づいて当該領域の画素の値を求める。計測点の領域「３」には、画素「Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ３０，Ｅ３１，Ｅ３２，Ｅ３３，Ｅ４２」が重なる。これら画素のうち、「Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ２３，Ｅ３２，Ｅ３３，Ｅ４２」は黒色画素であり、「Ｅ２１，Ｅ３０，Ｅ３１」は白色画素である。ここで、算出する計測点の領域の番号を「ｋ」、領域「ｋ」に対応する画素Ｅｉｊの値を「Ｄｋｉｊ」、同画素「Ｄｋｉｊ」の係数を「Ｃｋｉｊ」とすると計測点の領域の画素の値Ｉ（ｋ）は式（４）で算出される。但し、「ｉ」，「ｊ」及び「ｋ」は整数で、係数「Ｃｋｉｊ」の総和は「１」とする。１次補間では、画素「Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２」に対応する係数「Ｃｋｉｊ」が「０」以外で、その他の画素に対する係数「Ｃｋｉｊ」は「０」となる。なお、他の補間方法の場合、係数の分布は１次補間と異なる分布になる。

例えば、ここでは値「Ｄｋｉｊ」を輝度など単一の要素とすることで１次元の値として取り扱う。また、値「Ｄｋｉｊ」をカラーなど複数の要素からなる値として取り扱うことも可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る回転速度計測装置は、上記第１の実施形態にて記載した（１）〜（３）の効果に加えて、以下に記す効果が得られる。
（４）抽出画像Ｇ１４の領域に含まれる撮像画像の画素に基づいて２つの抽出画像の相互相関の値が算出される。

（第３の実施形態）
図８〜図１０を参照して、回転速度計測装置の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、抽出画像が幅方向（径方向）にも複数に区画されていることに基づいて回転体１１のぶれを計測する点が第１の実施形態と相違する。そこで、本実施形態では主に、第１の実施形態と相違する部分について説明し、第１の実施形態と同様の部分については同様の符号を付し、その詳細な説明は割愛する。

処理部２２は、回転領域抽出部２５、計測円周設定部２６、パラメータ設定部２７、画像抽出部２８、相関算出部２９、ずれ量算出部３０及び計測部３１を備える。そして、ずれ量算出部３０は、回転に伴う回転体１１の周方向の変位を演算する周方向変位演算部３２と、回転に伴う回転体１１の径方向の変位を演算する径方向変位演算部３３とを備える。

回転領域抽出部２５は、回転体１１の回転領域３４（図９（ａ）参照）を特定する。つまり、回転領域３４の最も外側の周となる最外周が区画する境界が特定される。回転領域３４は、最も外側に変動したブレード１１ａの先端１１ｅの軌跡に基づいて特定される。

図９（ａ）に示すように、計測円周設定部２６は、撮像画像１０ｃの回転領域３４の外周に合わせて計測円周Ｒ２１を設定したとき、計測円周Ｒ２１の外側に同心円状の領域Ｒ２２ａを有するとともに、計測円周Ｒ２１の内側にも同心円状の領域Ｒ２２ｂを有する計測円Ｒ２２を設定する。計測円Ｒ２２は、当該円の周方向に等間隔に区画されているとともに、径方向にも等間隔に区画されてなる複数の計測点の領域を有している。本実施形態では、計測円Ｒ２２は、周方向に等間隔に「２０」に区画され、径方向に等間隔に「３」に区画される。計測円周設定部２６は、計測円Ｒ２２に計測円周Ｒ２１の径方向中心を中央として外側と内側とへ同等の広がりを確保する。

よって、図９（ｂ）に示すように、本実施形態では、計測円Ｒ２２を区画して得られた抽出画像Ｇ３１は、その画像が縦３行、横２０列の２次元配列で管理されている。つまり、回転領域３４の最外周を含んだ、径方向の複数の画素列からなる２次元の抽出画像Ｇ３１が取得される。また、抽出画像Ｇ３１は、図において上側が回転領域３４の外側であり、図において下側が回転領域３４の内側である。よって、抽出画像Ｇ３１の上から１番目の行（１行目）は黒色（白抜き）だけであり、同じく上から２番目の行（２行目）、三番目の行（３行目）はブレード１１ａに対応する部分が白色（ハッチング）であらわれる。なお、２行目は、回転体１１の面積が少ない先端１１ｅが通過し、反射率が低いため薄い白色（薄いハッチング）で示している。

そして、例えば、回転体１１が軸ぶれしていない場合、ブレード１１ａの先端１１ｅは、計測円Ｒ２２の半径ｒ方向が一定である経路ｔｒ１を移動する。逆に言えば、回転体１１の先端１１ｅが計測円Ｒ２２の半径ｒ方向に変位せず一定である経路ｔｒ１を移動する場合、回転体１１は軸ぶれしていない。

一方、図１０（ａ）に示すように、撮像画像１０ｄに計測円Ｒ２２が設定されると、回転体１１が軸ぶれしているため各先端１１ｅの位置が計測円Ｒ２２内を半径ｒ方向に移動する。

よって、図１０（ｂ）に示すように、２次元配列で管理されている抽出画像Ｇ３２は、ブレード１１ａの先端１１ｅが計測円Ｒ２２の半径ｒ方向に変位しつつ、回転方向Ｄに移動する経路ｔｒ２上を移動する。逆に言えば、ブレード１１ａの各先端１１ｅが回転に応じて計測円Ｒ２２の半径ｒ方向に変位する場合、回転体１１は軸ぶれしている。

径方向変位演算部３３は、抽出画像Ｇ３２の画像に基づいて回転体１１の軸ぶれの幅、すなわち径方向の変動幅を算出する。径方向変位演算部３３は、径方向に並ぶ特定の計測点、例えば３番目の列（３列目）の計測点を監視し、回転体１１が一周するときの画像の変化を得る。そして、径方向変位演算部３３は、回転するブレード１１ａの先端１１ｅが通過した半径方向最も外側の計測点の領域と同最も内側の計測点の領域との差を変動幅として取得する。

周方向変位演算部３２は、抽出画像Ｇ３２の画像に基づいて回転体１１の振幅を算出する。例えば、周方向変位演算部３２は、回転体１１の全計測点の領域を監視し、半径方向について最も外側の計測点の位置と最も内側の計測点の位置とに基づいて周方向の変位を得る。これにより、抽出画像Ｇ３２に基づいて回転体１１の周方向の変位が得られるようになる。あるいは、この経路ｔｒ２は全周で必ず正弦波の１周期に相当するため、ｓｉｎ関数を用いたフィッティングから振幅を取得してもよい。また、１周期に限定したフーリエ変換から回転体の振動の振幅及び位相を求めることもできる。つまり、先端１１ｅが通過する範囲とその外側とを区画する境界を直交直線座標系に変換した上で１周期の正弦波にフィッティングして得られる正弦波の特徴に基づいて、回転体の振動の振幅や抽出画像Ｇ３２を取得したときに回転体１１の振動している方位（ぶれている方向）を取得してもよい。

なお、計測円Ｒ２２は、径方向に振動幅より広く確保することが好ましい。
以上説明したように、本実施形態に係る回転速度計測装置は、上記第１の実施形態にて記載した（１）〜（３）の効果に加えて、以下に記す効果が得られる。

（５）抽出画像Ｇ３１，Ｇ３２の半径ｒ方向の幅の中に回転領域３４の最も外側の周となる最外周が区画する境界が含まれるため、回転体１１の外周の半径ｒ方向への位置変動が検出される。つまり、回転体１１の軸ぶれを検出できる。また、境界を１周期の正弦波にフィッティングして得た正弦波の特徴に基づいて、回転体の振動の振幅や抽出画像Ｇ３２を取得したときに回転体１１の振動している方位（ぶれている方向）を取得することもできる。

（その他の実施形態）
なお上記各実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記各実施形態では、回転体１１を撮像して回転体１１の振動を検出する場合について例示した。しかしこれに限らず、回転体やモータ等を支持する土台等を含む設置環境に生じている振動についても検出するとともに、この検出した振動を考慮して回転体１１の振動を検出してもよい。例えば、画像抽出部は、回転体に剛体として連結されていて画像に特徴を有する１つ以上の要素を基準点として捉え、ずれ量算出部は、画像における基準点の位置が変化しないように各画像を補正してもよい。つまり、回転体が支持（機械的に接続）されている装置全体に生じている振動（暗振動）を取り除くようにしてもよい。これにより、画像に含まれる暗振動（暗ノイズ）が打ち消されて、回転体に生じている軸ぶれ振動のみを検出することが可能になる。

・上記各実施形態では、回転速度計測装置２０が撮像部２１と処理部２２と操作部２３と表示部２４と記憶部４０とを備える場合について例示した。しかしこれに限らず、回転速度計測装置は、撮像部と操作部と表示部と記憶部との間で必要な情報を譲受可能な構成、つまり処理部のみを備える構成であってもよい。同様に、回転速度計測装置は、撮像部と操作部と表示部との間で必要な情報を譲受可能な構成、つまり処理部と記憶部とを備える構成であってもよい。

・上記第１及び第２の実施形態において、第３の実施形態に記載の構成が組み合わされてもよい。
・上記第２の実施形態では、係数が、測定点の領域に含まれる画素面積に応じて定められる場合について例示した。しかしこれに限らず、係数を、二次関数に基づく関係にしたり、その他任意に定めた関係であったりしてもよい。

・上記第１の実施形態において、抽出画像の算出を、第２の実施形態に記載の構成に置き換えてもよい。つまり、第１の実施形態で計測点から所定の距離の範囲内に面積の半分以上が含まれる画素であるか否かに基づいて係数を定める点について、計測点を中心とする所定の距離内に含まれる画素面積の割合に基づいて定めてもよい。係数が画素面積の含まれる割合で定められる場合、各抽出画像の値の均衡が図られるようになる。また、計測点から画素の中心までの距離の比に基づいて定めてもよい。

また、第１の実施形態において、第２の実施形態に記載の構成が組み合わされ、抽出画像を算出する構成が選択できてもよい。
・上記各実施形態において、係数を周囲の画素の輝度を加重平均する係数としてもよい。これによっても、抽出画像の値の均衡が図られるようになる。

・上記第３の実施形態では、ブレード１１ａの先端１１ｅの軌跡に基づいて回転領域３４を求め、計測円Ｒ２２を設定する場合について例示した。しかしこれに限らず、回転体の静止時撮像画像又は所定の時点での回転時撮像画像に基づく回転体の画像上の中心座標を原点として、この原点に対する回転体の原点の径方向への変動に基づいて回転体の振動の振幅及び方位を取得してもよい。これによれば、回転体の振動の振幅や方位が原点の動きに基づいて容易に取得できる。

・上記第３の実施形態では、計測円Ｒ２２において、計測円周Ｒ２１の外側よりも計測円周Ｒ２１の内側を広く確保する場合について例示した。しかしこれに限らず、計測円において、計測円周の外側及び内側の広さが同様でも、計測円周の外側が内側の広さより広くてもよい。これにより計測円の確保の自由度が高められる。

・上記第３の実施形態では、ずれ量算出部３０は周方向変位演算部３２及び径方向変位演算部３３を備える場合について説明した。しかしこれに限らず、ずれ量算出部は周方向変位演算部及び径方向変位演算部のいずれか一方のみを備えてもよい。

・上記各実施形態では、回転領域３４と計測円周Ｒ１，Ｒ２１は、事前準備にて特定される場合について例示した。しかしこれに限らず、回転体の一方向への移動に追従するように、適宜、事前準備を行い、回転領域と計測円周とを更新するようにしてもよい。これにより、回転速度を計測できる条件の拡大が図られ、利便性も高められる。

・上記各実施形態では、撮像部２１がモノクロカメラである場合について例示したが、これに限らず、撮像部は、カラーカメラ、もしくは、非可視光領域を含む１又は複数の周波数領域を撮像可能なカメラであってもよい。この場合、処理部２２は、色情報などを含む撮像画像を輝度情報からなる撮像画像に変換する変換部を備えることが好ましい。こうした構成によれば、色情報などを含む画像データを処理対象とする場合に比べて処理速度が向上する。

また、カラー画像など複数の周波数領域を含む場合、撮像画像の画素情報を各周波数領域の各々の輝度情報に対応づけ、そのうち選択した周波数領域について相互相関を算出するようにしてもよい。

・上記各実施形態において、回転速度計測装置は、処理部２２による回転速度の計測が行われる構成であればよく、撮像部を備えていなくともよい。すなわち、回転速度計測装置は、例えばユーザが用意した撮像部が接続ケーブルを介して接続される構成であってもよい。

・上記各実施形態において、処理部２２は、例えば上述した工程を経て回転体１１の回転速度を計測する計測プログラムといったコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体を用いて該コンピュータプログラムがインストールされたコンピュータによって構成されてもよい。

・上記各実施形態において、計測円周設定部２６により計測円周Ｒ１や計測円Ｒ２２を設定する場合について例示した。しかしこれに限らず、計測円周や計測円は、オペレータや外部装置からの指示で設定されてもよい。この場合、処理部に回転領域抽出部や計測円周設定部を設けなくてよい。

・上記各実施形態では、計測円周設定部２６はシャープネスの高い位置に計測円周Ｒ１や計測円Ｒ２２を設定する場合について例示した。しかしこれに限らず、回転速度計測ができるのであれば、それ以外の位置に計測円周や計測円を設定してもよい。例えば、計測円周などの径が小さくなると演算量を少なくし、処理時間の短縮が図られる。一方、計測円周などの径が大きくなると演算量が増加するが演算精度の向上が図られる。すなわち、処理部の処理能力、フレームレート、回転体の回転速度などに応じて適切な演算負荷となるように計測円周などを調整するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、抽出画像Ｇ１１が回転体１１の一周分抽出される場合について例示した。しかしこれに限らず、抽出画像の周の一部が欠けていてもよい。例えば、４枚のブレードの場合、９０°以上の範囲で抽出できれば回転速度計測が可能である。

・上記各実施形態では、ずれ量が計測点の移動数（円周の区分数）である場合について例示したが、計測点は円上に設定されている点であることから、ずれ量は、円周の区分数のほか、角度や長さであってもよい。

・上記各実施形態では、回転領域３４や計測円周Ｒ１が円形である場合について例示したが、これに限らず、回転領域や計測円周が楕円形であってもよい。この場合、楕円形として得られた撮像画像を円形に補正してもよいし、補正値を工夫するなどして楕円形のまま処理してもよい。これによって、撮像方向の傾きにも対応できる。

・上記各実施形態では、ブレード１１ａは４枚である場合について例示したが、これに限らず、ブレードは２枚や３枚、又は５枚以上でもよい。これにより、回転速度計測を計測できる対象が拡大される。

・上記各実施形態では、回転体１１が送風機である場合について例示したがこれに限らず、回転するもので、回転速度の計測が必要であり、かつ、一回転毎に同じ輝度パターンを繰り返し生じればよい。例えば、回転体は、フライホイールや車輪、その他回転機構やその部分であってもよい。回転体が輝度パターンを生じない場合、回転体の回転に影響を及ぼさないのであれば輝度パターンを生じさせる印、シールなどを設けてもよい。また、輝度パターンの周期は、ユーザが入力してもよいし、抽出画像のＦＦＴの算出結果からＤＣ成分を除くうちで最も強い成分を採用してもよい。これにより、回転速度計測を計測できる対象が拡大される。

Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅｉｊ…画素、Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ３１，Ｇ３２…抽出画像、Ｒ１…計測円周、Ｒ２１…計測円周、Ｒ２２…計測円、ｔｒ１，ｔｒ２…経路、１０…撮像画像、１０ａ…第１の撮像画像、１０ｂ…第２の撮像画像、１０Ｒ…撮像領域、１１…回転体、１１ａ…ブレード、１１ｅ…先端、１８…投光器、２０…回転速度計測装置、２１…撮像部、２２…処理部、２３…操作部、２４…表示部、２５…回転領域抽出部、２６…計測円周設定部、２７…パラメータ設定部、２８…画像抽出部、２９…相関算出部、３０…量算出部、３１…計測部、３２…周方向変位演算部、３３…径方向変位演算部、３４…回転領域、３５…背景、４０…記憶部、４１…補間テーブル。

Claims (6)

1. 回転体の回転する回転領域内において、反射率が他の部分とは相互に異なる部分が、前記回転体の回転に伴って回転することに基づいて、前記回転体の回転速度を計測する回転速度計測装置であって、
   前記回転領域を含む画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部で取得した画像から、前記回転領域の一部を前記回転領域の周に沿う円状又は円弧状に含む画像を抽出画像として抽出する画像抽出部と、
   撮像タイミングが相互に異なる２つの取得画像のそれぞれから前記画像抽出部が取得した抽出画像を対とし、この対とした２つの前記抽出画像について相互相関が最も高くなる周方向へのずれ量を算出するずれ量算出部と、
   前記ずれ量及び前記互いに異なる撮像タイミングの差に基づいて前記回転体の回転速度を算出する速度算出部と、を備える
   ことを特徴とする回転速度計測装置。
2. 前記抽出画像は、その円状の画像が当該円の径方向に一定の幅を有するとともに、前記周方向に区画された複数の領域を有し、
   前記ずれ量算出部は、前記領域に対応する画像に基づいて前記相互相関を算出する
   請求項１に記載の回転速度計測装置。
3. 前記画像抽出部は、前記領域に対応する画像から当該領域を示す値を算出し、この算出した値に基づいて前記領域を１画素として取り扱う
   請求項２に記載の回転速度計測装置。
4. 前記画像抽出部は、前記領域に対応する前記画像取得部が取得した画像の画素のそれぞれを補間する補間係数を補間テーブルに予め用意し、前記画素に対応する補間係数を前記補間テーブルから取得し、該取得した補間係数で該画像取得部が取得した画像の画素を補間することで該領域の画素の値を算出する
   請求項３に記載の回転速度計測装置。
5. 前記画像抽出部は、前記回転領域の最外周を含んだ、径方向の複数の画素列からなる２次元の抽出画像を取得し、
   前記ずれ量算出部は、前記回転体の静止時撮像画像又は所定の時点での回転時撮像画像の前記抽出画像に基づく前記回転体の最外周の境界を直交直線座標系に変換した上で１周期の正弦波にフィッティングし、前記フィッティングした結果から得られる正弦波の特徴から前記回転体の振動の振幅及び前記抽出画像を取得したときの前記回転体の振動している方位を取得する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転速度計測装置。
6. 前記画像抽出部は、前記回転体に剛体として連結されていて画像に特徴を有する１つ以上の要素を基準点とし、
   前記ずれ量算出部は、前記画像における前記基準点の位置が変化しないように各画像を補正することで前記回転体の振動の振幅及び前記抽出画像を取得したときの前記回転体の振動している方位を取得する
   請求項５に記載の回転速度計測装置。