JP5594697B2 - 透視歪の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、透光性を有する板材の透視歪みを定量的に測定する方法に関するものである。

透光性を有する板材については、以前から、そこを通した視界の歪の有無やその度合いを調べるための歪検査が行われている。この歪検査は、これまで、人の目視により行われていたが、その判定は検査員の熟練度によるところが大きく、また、個人差を取り除くことも難しいことから、検査結果は定性的なものとならざるを得なかった。そこで、近年では、画像処理技術を利用して、歪検査の結果を定量的なものとする試みがなされている。そして、背景スクリーンに描かれた所定のパターンを、供試体を通して撮影し、その撮像におけるパターンの変化を計測するための、様々な手法が提案されている。

例えば、特開昭６０‐１１９４０４には、背景ボードの明暗模様を、板ガラス（透光性を有する板状体）を通して撮像し、板状体の画面上に想定された多数の平行走査線ごとに前記明暗模様に対応したイメージ信号を得るイメージセンサを利用する手法が開示されている。この手法では、各操作線に沿って多数に分割したビットごとのイメージデータについて明部又は暗部に対応するビット数を検出し、このビット数の基準値に対するずれに基づいてガラス面の歪状態を弁別することができる。なお、明部又は暗部に対応するビット数を検出する代わりに、明暗模様を構成する線あるいは点の幅のばらつき、または、線と線あるいは点と点の間隔のばらつきを測定し、基準値と比較することで良否を判定する歪検査方法も、特開平３‐１３５７０４号公報に開示されている。

また、特開平７‐１２０４０２号公報には、所定方向に連続的に延びる三角波状単位パターンが等ピッチ間隔で配列されるものを明暗模様として用いる透過歪の測定方法が開示されている。この測定方法によれば、歪評価手段によって演算された特徴点座標とリファレンス特徴点格納手段の特徴点座標とを対比し、被測定物の透過歪を評価することができる。なお、パターン変化点検出過程において、仮に、撮像手段による撮影像が焦点ぼけしたとしても、透過光量のコントラストの閾値を適宜設定するようにすれば、パターン変化点を正確に検出することができる。

更に、特開平６‐１４４００６号公報には、明暗模様に代えて、所定角度をなす複数の線分から構成されるターゲットを使用する透視歪検出方法が開示されている。この検出方法では、板状体を外した状態で各線分の基準の長さを測定し、この基準の長さと板状体を通して測定した歪を含んだ長さとを比較することで、歪みを検出する。

特開昭６０‐１１９４０４号公報 特開平３‐１３５７０４号公報 特開平７‐１２０４０２号公報 特開平６‐１４４００６号公報

しかしながら、従来の測定方法には、以下のような問題があった。まず、明暗ビット数の変化を利用する手法では、歪みがあってもビット数が変わらず、変化を検出できないおそれがあった。また、背景パターンとして格子模様を使用し、その間隔や線幅の変化を利用する手法では、レンズ効果が変化する境界部の透視歪については検出できるものの、レンズ効果が一定の領域については正確な透視歪を検出することができない場合があった。

更に、背景パターンとして水玉模様を使用し、その縦径及び横径の変化を利用する手法では、水玉模様の中心位置を正確に検出しなければならず、検出処理が複雑化し処理時間が長くなってしまった。縦系及び横経の変化に代えて、水玉模様相互の距離の変化を利用する方法も考えられるが、この場合は、模様相互の距離データ密度を高める必要があり、計測対象範囲を小さくする必要があった。

結局、上記問題点はいずれも、基準との比較により歪みを計測するものであったため、基準となる図形等と、歪みにより変化した撮像データにおける図形等との対応関係を誤って認定すると、誤った結果が導かれることに起因する問題といえる。そして、背景パターンとして、三角波状のものや線分を用いたとしても、基準点との比較において測定する限り、同様の問題が生じることになる。

そこで、本発明は、基準との比較を行なうことなく、透光性を有する板材の透視歪みを定量的に測定することができる透視歪の測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る透視歪みの測定方法では、背景と、前記背景の真正面に配置される撮像手段を使用する。そして、透光性を有する板材を供試体とし、前記供試体を、前記撮像手段の光軸に対し所定の角度をなす向きで前記背景と前記撮像手段の間に配置し、前記背景には所定の幅を有する平行に伸びる直線の複数が所定の間隔を空けて描かれ、前記撮像手段で得られた撮像に現れる波形の波高と波長で歪みの度合いを定量化する。

なお、撮像手段で得られた撮像に現れる波形は、必ずしも均一なものである必要はなく、波高や波長が波の部位により異なるものであってもよい。そして、波高や波長が波の部位による異なるものである場合は、波高と波長を所定の手法によって定義すればよい。例えば、画像における波線の起点と終点を結んだ水平線を基準線とし、その基準線から上側に最も離れた点をその部位の波の山と、下側に最も離れた点をその部位の波の谷として、山から山への距離と谷から谷への距離の平均値を、その部位の波の波長と定義してもよい。また、隣接する山と谷の高さの和を波高と定義してもよい。

前記供試体は、ポリカーボネート製であることが好ましい。前記背景の前記直線の幅や間隔は使用状況に応じ最適な寸法とすればよいが、例えば、幅を２．５ｃｍ、間隔を２．５ｃｍとすることで撮像に波形の得られることが確認されている。

前記定量化は、前記撮像に現れた前記波形の全波長の平均に対する全波高の平均の比、又は、前記撮像に現れた前記波形の全波長の和に対する全波高の和の比を用いて行うものとしてもよい。

本発明によれば、背景に描かれた直線は、供試体を通した撮像において波形となることを利用し、波形の特徴である波高と波長による定量化を行なうため、波形の元図である直線と波形との相対的な関係を測定する必要がない。従って、基準との比較を行なうことなく、透光性を有する板材の透視歪みを定量的に測定することができる。

なお、撮像に現れる波形は、上記の通り、必ずしも均一なものとはならず、波高や波長が波の部位により異なるものとなるが、撮像に現れた波形の全波長の平均に対する全波高の平均の比、又は、撮像に現れた波形の全波長の和に対する全波高の和の比を用いて定量化することとすれば、部位によるばらつきが判定結果に及ぼす影響を小さく抑えることができる。

供試体は、撮像手段で得られる撮像に波形が現れるものであれば制限はないが、ポリカーボネート製のものは、特に顕著な波形となる。

本発明に係る透視歪みの測定方法により得られる撮像を模式的に示し、（ａ）は全体を示す図、（ｂ）は一部分の拡大図である。 本発明に係る透視歪みの測定方法を実施するための装置構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 背景の正面図である。 本発明に係る透視歪みの測定方法により得られた撮像の実施例を示し、（ａ）は供試体の厚さを８ｍｍ、設置角度を３０度としたときに得られた撮像の表示画像、（ｂ）は供試体の厚さを１２ｍｍ、設置角度を３０度としたときに得られた撮像の表示画像である。 図４に示す撮像のＤＸＦ形式変換ファイルを市販のＣＡＤソフトで表示させた画像を示し、（ａ）は供試体の厚さを８ｍｍとしたときに得られた撮像に対応する表示画像、（ｂ）は供試体の厚さを１２ｍｍとしたときに得られた撮像に対応する表示画像である。 図５に示すＤＸＦ形式のファイルを使用して市販のＣＡＤソフトによる計測を行った結果を同ＣＡＤソフトで表示させた画像を示し、（ａ）は供試体の厚さを８ｍｍとしたときに得られた撮像に対応する表示画面、（ｂ）は供試体の厚さを１２ｍｍとしたときに得られた撮像に対応する表示画面である。 図５に示すＤＸＦ形式のファイルを使用して市販のＣＡＤソフトによる計測を行った結果得られたデータを同ＣＡＤソフトで表示させた画像を示し、（ａ）は供試体の厚さを８ｍｍとしたときに得られた撮像に対応する表示画面、（ｂ）は供試体の厚さを１２ｍｍとしたときに得られた撮像に対応する表示画面である。

図１、２、３を参照しながら、本発明に係る透視歪みの測定方法の実施例について説明する。
透視歪みの測定にあたっては、図２に示すように、撮像手段１と背景２の間に供試体３を配置する。撮像手段１は、供試体３を通して背景２の像を得ることができるものであればよく、公知のＣＣＤカメラを使用することができる。背景２は、図３に示すように、所定の幅を有する平行に伸びる直線の複数が所定の間隔を空けて描かれたものとされている。そして、撮像手段１の光軸ＣＬが法線と重なりかつ中心に配置される向きで設置されている。供試体３は、透光性を有する板材で、撮像手段１の光軸ＣＬに対し所定角度Ａをなす配置とされている。

上記の構成において、供試体３を通した背景２を撮像手段１で撮影すると、その撮像には、図１に示すような波線が出現する。そして、この波形は、背景２に描かれている直線が透視歪の影響で歪んだものであることから、この波形の特性により、透視歪の定量化を行うことができる。なお、図１において、撮像に現れる波形は、説明の便宜上、強調して示されている。実際の撮像に現れる波形の波高は、後述の図４に示すように極めて小さく、目視による計測は極めて難しいものとなる。

定量化にあたっては、図１に示すように、画像における波線の起点と終点を結んだ水平線を基準線ＢＬとし、その基準線ＢＬから上側に最も離れた点をその部位の波の山と、下側に最も離れた点をその部位の波の谷として、山から山への距離Ｗｌ１と谷から谷への距離Ｗｌ２の平均値をその部位の波の波長と定義する。また、隣接する山と谷の高さの和Ｗｈを波高と定義する。そして、撮像に現れた波形における全部位の波長と波高を算出し、全波長の平均に対する全波高の平均の比を透視歪の指標とする。

以下の条件で、背景２の撮像を得た。得られた撮像を図４に示す。
＜撮像手段１＞
市販のデジタル一眼レフカメラ（レンズ焦点距離は３５ｍｍフィルム換算で５０ｍｍ相当）を使用し、解像度を４Ｍｄｐｉ（２４６４×１６３２）のｊｐｅｇ形式画像を得た。
＜背景２＞
縦２．０ｍ、横２．０ｍのスクリーンに、線幅２．５ｃｍの黒色の水平線を、線間隔２．５ｃｍで複数平行して描かれたものを使用した。
＜供試体３＞
縦１．０ｍ、横１．０ｍ、厚さ８ｍｍ及び１２ｍｍのポリカーボネート製板材とした。
＜設置条件＞
撮像手段１の光軸ＣＬの高さＨを１．２ｍ、撮像手段１から供試体３までの距離Ｄ１を４．５ｍ、供試体３から背景２までの距離Ｄ２を４．５ｍとし、供試体３の光軸ＣＬに対する設置角度Ａを３０度及び４５度とした。

図４（ａ）は供試体３の厚さを８ｍｍ、設置角度を３０度としたときに得られた撮像であり、図４（ｂ）は供試体３の厚さを１２ｍｍ、設置角度を３０度としたときに得られた撮像である。これら撮像のｊｐｅｇ形式画像ファイルをラスター・ベクター変換し、更にＤＸＦ形式のファイルに変換した。ＤＸＦ形式に変換したファイルを市販のＣＡＤソフトで表示させた画像を図５に示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）の画像は、それぞれ、図４（ａ）、（ｂ）の撮像に対応するものである。

次に、前記ＣＡＤソフトを使用してＤＸＦ形式のファイルから、波長と波高の計測を行なった。前記ＣＡＤソフトによる計測結果の表示画面を図６に、計測されたデータの集計表表示画面を図７示す。なお、図６（ａ）、（ｂ）の画像は、及び図７（ａ）、（ｂ）の画像は、それぞれ、図４（ａ）、（ｂ）の撮像に対応するものである。また、図６及び図７の表示内容は全計測結果の一部である。

上記計測されたデータに基づき、波長の平均に対する波高の平均の比を求めた結果、図４（ａ）に示す撮像については０．００７２、図４（ｂ）に示す撮像については０．０１０８という値が得られた。これは、厚みの大きい供試体の透視歪は、厚みが小さい供試体の透視歪よりも大きくなるという一般的な傾向に合致するものである。また、図示は省略するが、設置角度を４５度にして得られた撮像については、厚さ８ｍｍの場合に０．００９１、厚さ１２ｍｍの場合に０．０１２９という値が得られた。これらの数値は同じ厚さの供試体を設置角度３０度とした場合に得られた上記値よりも大きくなり、設置角度が大きいほど透視歪が大きくなるという一般的な傾向に合致するものである。

Claims (3)

1. 背景と、前記背景の真正面に配置される撮像手段を使用し、透光性を有する板材を供試体とし、前記供試体を、前記撮像手段の光軸に対し所定の角度をなす向きで前記背景と前記撮像手段の間に配置し、前記撮像手段で得られた撮像に基づいて前記供試体の透視歪みを測定する方法であって、
   前記背景に所定の幅を有する平行に伸びる直線の複数が所定の間隔を空けて描かれ、前記撮像手段で得られた撮像に現れる波形の波高と波長で歪みの度合いを定量化することを特徴とする透視歪みの測定方法。
2. 前記供試体をポリカーボネート製とする請求項１に記載の透視歪みの測定方法。
3. 前記定量化は、前記撮像に現れた前記波形の全波長の平均に対する全波高の平均の比、又は、前記撮像に現れた前記波形の全波長の和に対する全波高の和の比を用いて行う請求項１又は２に記載の透視歪みの測定方法。