JP5811425B1 - 周期運動観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成にして、観測対象の周期運動上での軌跡、速度、ひずみ等の発生箇所を精度良く特定することができる周期運動観測システムの提供することを目的とする。【解決手段】光源１から所定周期ごとに閃光を発光して、観測対象Ｍの所定の観測点の周期運動を撮像カメラ３により撮像したあと、該撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの所定の観測点の周期運動に係る画像を画像解析装置４により解析する。この画像解析装置４は、観測対象Ｍの所定の観測点の周期運動に係る画像に基づいて、観測対象の所定の観測点が光源により照射されたときの当該観測点の座標を抽出して、各座標を表形式または図形式で出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、光源から閃光を発光して、周期運動する観測対象に照射することにより、観測対象の所定の観測点の周期運動を観察する周期運動観測システムに関するものである。

光源から一瞬だけ閃光を発光して、その閃光の発光を一定周期繰り返しながら、周期運動する観測対象に照射すると、観測対象が静止した状態、あるいはゆっくりと動くスローモーション状態で観測する、いわゆるストロボ効果は様々な分野で使用されている。例えば、観測対象として、一定周期で高速回転するモータのほか、液滴が一定周期で吐出されて所定の速度で飛翔するプリンタや燃料噴出装置などが挙げられる。

ところで、高速で周期運動する観測対象を観測する方法として、いわゆるハイスピードカメラを用いる方法が知られている。ハイスピードカメラでは、通常のカメラよりも多くのコマで観測対象を撮像するため、観測対象を静止状態またはゆっくりと動く状態で観察することができる。ところが、このハイスピードカメラは、高価格であるため、周期運動する観測対象を手軽に観測することが困難であり、観測にコスト増を招くという問題があった。

このため、従来、ハイスピードカメラを用いずに、ストロボ効果を用いて周期運動する観測対象を観測する種々の方法が提案されてきた。

例えば、特許文献１は、発光開始時間をずらして、観察・撮像対象の移動を行うようにした発光制御装置が開示されている。ここでは、発光開始時間をずらして、観察・撮像対象を所望位置に移動させるばかりではなく、複数周期に跨る長時間の観察・撮像対象を移動させている。これにより、長時間に渡って連続的に対象物２２を実際の速度よりもゆっくりとした速度で観察・撮像することができる。

また、特許文献２は、制御手段６が、遅延時間（Ｔ＋α）（図４中、Ｔ＋αで示す時間）後にストロボ照射信号を発生させ、閃光照射部により閃光を液滴に照射し、同様の制御を繰り返すことにより、あたかも、同一の液滴２００が高速度カメラで撮影されて、順次、移動（飛行）していくかのような像を得る液滴観測装置が開示されている。

さらに、特許文献３は、光源は信号が送られる度に発光しディーゼル噴霧を照射し、噴射の度に噴射してからの発光開始時間は遅延時間間隔分だけ長くなるので観察や撮影を暗室で行えば、噴霧４がゆっくりと発達しているように捉えられる撮影法が開示されている。

特開２０１３−６１３７８号公報 特開２００５−６９８３５号公報 特開平８−２７１９５６号公報

しかしながら、ストロボ効果を用いた上記観測方法のいずれも、周期運動する観測対象を静止状態で観察したり、あるいはゆっくりと動くスローモーション状態で目視で観察するだけであった。このため、観測対象の運動速度が大きく変わったり、あるいは観測対象の軌跡が大きくずれた場合には目視でも観察することができるかもしれないが、観測対象の周期運動上での軌跡、速度、ひずみ等の発生箇所を精度良く特定するのは困難であるであるという問題があった。

本発明は、上述の問題（技術的背景）に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にして、観測対象の周期運動上での軌跡、速度、ひずみ等の発生箇所を精度良く特定することができる周期運動観測システムの提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、所定周期ごとに閃光を発光して、周期運動する観測対象を照射する光源と、該光源の発光を制御する発光制御装置と、前記光源により照射された観測対象の所定の観測点の周期運動を撮像する撮像カメラと、該撮像カメラにより撮像された観測対象の所定の観測点の周期運動に係る画像を解析する画像解析装置とを備える。前記発光制御装置は、観測対象の周期運動に同期させるための光源の発光周期を生成する発光周期生成部と、光源の発光周期を分割して複数の発光位相を生成し、発光位相を順に加算または減算することにより光源の発行開始位置を所定の発光位相値に順に移動させる発光位相生成部と、前記発光周期生成部により生成された発光周期内において、前記発光位相生成部により所定の発光位相値に順に移動した各発光開始位置にて光源を順に発光させる発光信号を生成する発光信号生成部とを備える。前記画像解析装置は、前記撮像カメラにより撮像された観測対象の所定の観測点の周期運動に係る画像に基づいて、観測対象の所定の観測点が光源により照射されたときの当該観測点の座標を抽出する観測点座標抽出部と、該観測点座標抽出部により抽出された観測対象の当該所定の観測点の各座標を表形式または図形式で出力する観測点座標出力部とを備える。これによれば、簡易な構成にして、観測対象の周期運動上での軌跡、速度、ひずみ等の発生箇所を精度良く特定することができる。

また、前記発光制御装置は、光源の発光時間内における発光時間割合を調整することにより光源の発光輝度を生成する発光輝度生成部を備え、発光輝度生成部により生成された発光輝度は発光信号生成部に出力されてもよい。

また、前記発光制御装置の前記発光位相生成部は、所定の位相待機時間に基づいて光源の発光開始位置を所定の発光位相値で待機させてもよい。

また、前記発光制御装置の前記発光位相生成部は、観測対象の運動周期の初期位相値に応じて光源の最初の発光開始位置に対応する発光位相値を指定してもよい。

また、前記画像解析装置は、色相、彩度、明度、平滑化の有無、エッジ検出の有無、エッジ閾値の少なくとも一つのパラメータに基づいて、撮像カメラにより撮像された観測対象の観測点の周期運動に係る画像を加工して解析画像を得る画像加工部を備えてもよい。

また、前記画像解析装置は、撮像カメラにより撮像された観測対象の観測点の周期運動に係る画像を、点で１次元スキャンしたあと、その直角方向に線でスキャンすることにより、２次元の面で解析画像を得る画像ラスター情報化部を備えてもよい。

本発明によれば、ハイスピードカメラのような高価な装置を使用することなく、簡易な構成で観測対象の周期運動を観測することができる。また、観測対象の当該観測点の各座標を表形式または図形式で出力するため、観測対象の周期運動上での軌跡、速度、ひずみ等の発生箇所を精度良く特定することができる。このため高速回転するモータのほか、液滴が一定周期で吐出されて所定の速度で飛翔するプリンタや燃料噴出装置などの各技術分野において、コストを低く抑えながら、観測対象の様々な異常を発見し易くなり、異常の原因を簡単かつ確実に究明することが可能となる。

本システムの機械的構成を示す構成概略図である。 本システムの電気的構成を示すブロック図である。 発光制御装置の構成を示すブロック図である。 画像解析装置の構成を示すブロック図である。 発光制御装置における発光周期等の関係を示す図である。 発光制御装置における発光周期等の関係を示す図である。 画像解析装置における観測点の座標を図形式に表した図である。 発光制御装置における通常発光モード処理を示すフローチャートである。 発光制御装置における位相加減モード処理を示すフローチャートである。 発光制御装置における計測モード処理を示すフローチャートである。 画像解析装置における解析処理を示すフローチャートである。

次に、本発明に係る周期運動観測システムの実施形態について図１〜図１１を参照しつつ説明する。
[全体構成]

図１は、本実施形態に係る周期運動観測システム（以下、本システムという）の機械的構成を示す構成概略図である。また、図２は、本システムの電気的構成を示すブロック図である。

本システムは、所定周期で高速回転する観測対象ＭとしてのＤＣモータの回転の状況を観測するものであり、所定周期で閃光を発光して観測対象を照射するＬＥＤ光源１と、ＬＥＤ光源１の発光周期や発光時間等を制御する発光制御装置２と、ＬＥＤ光源１により閃光が照射された観測対象Ｍを撮像する撮像カメラ３と、撮像カメラ３により撮影された観測対象Ｍの画像を解析する画像解析装置４とを備えてなる。

本実施形態では、図１に示すように、観測対象Ｍが基台５に固定され、該観測対象Ｍに対向する状態でＬＥＤ光源２と撮像カメラ３が互いに同軸となるように基台５に固定されている。なお、１００は、ＰＣなどのコンピュータであり、発光制御装置２に接続されるとともに、内部に画像解析装置４としての機能を有している。
[発光制御装置の構成]

前記発光制御装置２は、図３に示すように、パラメータ入力部２０１により入力された各種パラメータに基づいて、発光周期生成部２０４により発光周期Ｔを生成し、発光輝度生成部２０７により発光輝度を生成し、かつ発光位相生成部２１０により複数の発光位相を生成したあと、それらに基づいて発光信号生成部２１３により発光信号を生成して、ＬＥＤドライバ２１４を介してＬＥＤ光源を制御する。これらは、主に高い周波数精度を有する水晶発振器等の発信制度を基に周知の論理回路（ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、記憶素子等）により構成可能である。なお、パラメータ入力部２０１は、一般にはキーボードやディスプレイを備えるパソコン（ＰＣ）等のコンピュータ１００からなる。

以下、前記発光制御装置２について具体的に説明する。

２０２は、パラメータ受信部（ＭＵＰ等）であり、パラメータ入力部２０１からのパラメータを受信して、回路内メモリで管理する。

２０３は、パラメータ設定部であり、パラメータ受信部２０２から送られてきた各種パラメータを装置内で設定（記憶）する。これらパラメータには、発光周期時間２０３ａ、発光時間割合２０３ｂ、電流制御周期２０３ｃ、電流制御発光時間２０３ｄ、位相分割数２０３ｅ、位相待機時間２０３ｆ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈがある。

これらパラメータのうち、発光周期時間２０３ａおよび発光時間割合２０３ｂは、ＬＥＤ光源１の発光周期Ｔを生成するのに用いられる。

具体的には、発光周期時間２０３ａは、図５Ａに示すように、観測対象Ｍの周期運動に同期させるためのＬＥＤ光源１の発光周期Ｔとなる。

また、発光時間割合２０３ｂは、発光周期Ｔを１００とした場合の発光／消灯の時間割合であり、この時間割合に基づいて発光時間ｔが定められる。

これら発光周期時間２０３ａおよび発光時間割合２０３ｂは、発光周期生成部２０４に出力される。この発光周期生成部２０４は、図５Ａに示すように、設定された発光周期時間２０３ａおよび発光時間割合２０３ｂに基づいて、ＬＥＤ光源１の発光周期Ｔ（信号）を生成する。

なお、２０６は、水晶振動子／発振器を使用した高速な基本クロック信号を生成する基準クロック発信器である。２０７は、基本クロックをカウントすることにより周期信号を生成する周期カウンタである。これら基準クロック発振器２０６および周期カウンタ２０７により、発光周期生成部２０４は発光周期Ｔを精度良く生成することが可能となる。

また、上述の各パラメータのうち、電流制御周期２０３ｃおよび電流制御発光時間２０３ｄは、ＬＥＤ光源１の発光輝度を生成するのに用いられる。

具体的には、電流制御周期２０３ｃは、発光時間内にさらに発光／消灯時間割合を指定する際に用いられ、その発光／消灯時間割合の制御を行うために発光時間をＰＷＭ制御するときの周期である。

また、電流制御発光時間２０３ｄは、発光輝度の調整を行うための発光時間内の発光／消灯時間の割合である。

これら電流制御周期２０３ｃおよび電流制御発光時間２０３ｄは、発光輝度生成部２０７に出力される。この発光輝度生成部２０７は、図６に示すように、設定された電流制御周期２０３ｃおよび電流制御発光時間２０３ｄに基づいて光源の発光輝度（信号）を生成する。例えば、図６Ｂに示すように、電流制御周期２０３ｃを短くし、かつ発光時間割合２０３ｂを小さくすれば発光輝度は低くなる。また、図６Ｃに示すように、電流制御周期２０３ｃを長くし、かつ発光時間割合２０３ｂを大きくすれば発光輝度は高くなる。

なお、２０８は、発光輝度の調整を行う場合に、発光時間内に発光時間帯をＰＷＭ制御するときの周期を生成するＰＷＭ回数カウンタである。また、２０９は、発光輝度の調整を行う場合に、発光時間内に発光時間帯をＰＷＭ制御するときの発光時間内の発光／消灯時間の割合のカウンタである。これらＰＷＭ回数カウンタおよび発光／消灯時間カウンタにより、発光輝度生成部２０７は光源の発光輝度を精度良く生成することが可能となる。

また、上述の各パラメータのうち、位相分割数２０３ｅ、位相待機時間２０３ｆ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈは、ＬＥＤ光源１の発光開始位置Ｐとなる発光位相値ｐ（本実施形態では、ｐ0〜ｐ7）を得るのに用いられる。

具体的には、位相分割数２０３ｅは、発光周期Ｔを複数の発光位相に任意等倍で分割するときの分割数である。これにより発光周期Ｔ内の発光開始位置Ｐを所定の発光位相値ｐに移動することができるようになり、発光周期Ｔ内の位相分割数２０３ｅに応じた発光開始位置Ｐを得ることが可能となる。

また、位相待機時間２０３ｆは、光源の発光開始位置Ｐを所定の発光位相値ｐで待機させるときの時間である。位相分割数２０３ｅに応じて発光位相を順に加算または減算することにより、ＬＥＤ光源１の発光開始位置Ｐを所定の発光位相値ｐに順に移動させると、観測対象Ｍがゆっくりと動くスローモーション状態で観測することができる。しかし、発光位相を単に加算または減算させるだけでは、周波数が早いと、十分に観測可能な移動速度まで動作が遅くならない場合がある。このため光源の発光開始位置Ｐを同じ発光位相値ｐにて待機させて時間を調整する必要があるので、その発光位相値ｐでの待機時間を設定する。

また、位相加減算指定２０３ｇは、発光位相を順に加算または減算して移動させるときの加算または減算の指定である。

また、発光初期位相値２０３ｈは、最初の発光開始位置Ｐに対応する発光位相値ｐの初期値である。発光初期位相値２０３ｈを指定しなければ、発光周期の初期の発光位相値ｐが発光初期位相値になるが、観測対象ＭとＬＥＤ光源１は周波数が同じでも初期位相値は同期しないので、ＬＥＤ光源１側で位相分割数２０３ｅに応じた任意の発光位相値ｐを指定して、それを発光初期位相値２０３ｈとして最初の発光開始位置Ｐとすることができる。

これら位相分割数２０３ｅ、位相待機時間２０３ｆ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈは、発光位相生成部２１０に出力される。この発光位相生成部２１０は、位相分割数２０３ｅ、位相待機時間２０３ｆ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈに基づいて、発光周期Ｔを分割して複数の発光位相を生成し、発光位相を順に加算または減算することにより光源の発光開始位置Ｐを所定の発光位相値ｐに順に移動させる。

例えば、図５に示すように、位相分割数２０３ｅ（Ｎ）が８の場合、発光周期Ｔを分割して８つの発光位相を生成するため、位相加減指定に応じて発光周期Ｔ内において発光位相を順に加算または減算すると、光源の発光開始位置Ｐを８つの各発光位相値ｐ0〜ｐ7に順に移動させることができる。一例を挙げると、図５Ｃは発光位相０の場合、図５Ｄは発光位相１だけ加算した場合、図５Ｅは発光位相２だけ加算した場合として、発光開始位置Ｐを各発光位相値ｐ1、ｐ2に移動させており、後述するように所定の発光位相値ｐ1、ｐ2に順に移動した各発光開始位置ＰにてＬＥＤ光源１が発光する。

なお、２１１は、位相分割数２０３ｅに応じて、発光位相を順番に加算または減算させる場合の１位相の待機時間を生成するＷＡＩＴカウンタである。また、２１２は、移送移動範囲を生成するリピートカウンタである。これらＷＡＩＴカウンタおよびリピートカウンタにより、発光位相生成部２１０は、発光開始位置Ｐを所定の発光位相値ｐに精度良く移動させることが可能となる。

これら発光周期生成部２０４により生成された発光周期Ｔと、発光輝度生成部２０７により生成された発光輝度と、発光位相生成部２１０による所定の発光位相値ｐは、それぞれ発光信号生成部２１３に出力される。この発光信号生成部２１３は、図５に示すように、これら発光周期Ｔ、発光輝度および発光位相値ｐに基づいて、所定の発光位相値ｐに順に移動した各発光開始位置Ｐにおいて、ＬＥＤ光源１を所定の発光輝度で順に発光させる発光信号を生成する。

発光信号生成部２１３により生成された発光信号はＬＥＤドライバ２１４に出力される。このＬＥＤドライバ２１４は、発光信号生成部２１３により生成された発光信号をＬＥＤ光源１のドライバ信号に変換して、ＬＥＤ光源１を所定の発光周期Ｔ、発光輝度および発光位相値ｐにて発光せしめる。
[発光制御装置２の動作]

図８は、発光制御装置２の通常発光モードの処理を示すフローチャートである。

Ｓ１１において、発光周期時間２０３ａ、発光時間割合２０３ｂ、電流制御周期２０３ｃ、電流制御発光時間２０３ｄ、位相分割数２０３ｅ、位相待機時間２０３ｆ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈの各種パラメータが設定部２０３に設定（記憶）され、Ｓ１２に進む。

Ｓ１２では、パラメータ設定部２０３に設定された各種パラメータに基づいて、発光周期生成部２０４、発光輝度生成部２０７および発光位相生成部２１０が発光周期Ｔ、発光輝度および発光位相値ｐを生成したあと、発光信号生成部２１３が発光周期Ｔ、発光輝度および発光位相値ｐに基づいて発光信号を生成し、ＬＥＤドライバ２１４を介してＬＥＤ光源１を発光せしめる。このとき、撮像カメラ３は、ＬＥＤ光源１に照射された観測対象Ｍの所定の観測点を撮像し、Ｓ１３に進む。

Ｓ１３では、撮像カメラ３は、所定の時間経過後、ＬＥＤ光源１に照射された観測対象Ｍの所定の観測点を再撮像し、Ｓ１４に進む。

Ｓ１４では、撮像カメラ３に撮像された２つの所定の観測点の位置が一致したかどうかを判断し、２つの所定の観測点の位置が一致していないと判断した場合（Ｓ１４でＮＯ）、Ｓ１５に進む。一方、２つの所定の観測点の位置が一致したと判断した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、Ｓ６に進む。

Ｓ１５では、所定の時間経過後の観測点の移動量から周期誤差を算出して、発光周期時間２０３ａを再設定し、Ｓ１２に戻る。

Ｓ１６では、光源の発光輝度の調整が必要かどうかを判断して、光源の発光輝度の調整が必要でないと判断した場合（Ｓ１６でＮＯ）、本処理を終了する。一方、光源の発光輝度の調整が必要であると判断した場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、Ｓ１７に進む。

Ｓ１７では、光源の発光輝度の調整を行うため、電流制御周期２０３ｃおよび電流制御発光時間２０３ｄを再設定し、Ｓ１６に戻る。

図９は、発光制御装置２の位相加減モードの処理を示すフローチャートである。

Ｓ２１において、位相分割数２０３ｅ、位相待機時間２０３ｆ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈの各種パラメータがパラメータ設定部２０３に設定(記憶）され、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２では、発光位相生成部２１０が、発光周期Ｔを位相分割数２０３ｅに均等分割し、発光周期Ｔ内にＮ個の発光位相を生成し、Ｓ２３に進む。

Ｓ２３では、発光位相生成部２１０が、発光初期位相値２０３ｈに応じた発光位相値ｐ0に発光開始位置Ｐを移動させ、Ｓ２４に進む。

Ｓ２４では、発光位相生成部２１０が、位相加減算指定２０３ｇがあるか否かを判断し、位相加減算指定２０３ｇがあると判断した場合（Ｓ２４でＹＥＳ）、Ｓ２５に進む一方、位相加減算指定２０３ｇがないと判断した場合（Ｓ２４でＮＯ）、本処理を終了する。

Ｓ２５では、発光位相生成部２１０が、位相待機時間２０３ｆを待機したか否かを判断し、位相待機時間２０３ｆを待機したと判断した場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、Ｓ２６に進む一方、位相待機時間２０３ｆを待機していないと判断した場合（Ｓ２５でＮＯ）、Ｓ２５の処理を繰り返す。

Ｓ２６では、発光位相生成部２１０が、位相加算指定の場合には発光位相を＋１にし、位相減算指定の場合には発光位相を−１にして、発光開始位置Ｐを１つの発光位相分だけ移動させ、Ｓ２７に進む。なお、位相加減算指定２０３ｇは、発光位相を１つだけ移動する場合を説明したが、２つ以上移動してもよい。

Ｓ２７では、発光位相生成部２１０が、位相加減算指定２０３ｇの解除があるか否かを判断して、位相加減算指定２０３ｇの解除があると判断した場合（Ｓ２７でＹＥＳ）、本処理を終了する一方、位相加減算指定２０３ｇの解除がないと判断した場合（Ｓ２７でＮＯ）、Ｓ２４に戻って、Ｓ２４〜Ｓ２７の処理を繰り返す。

図１０は、発光制御装置２の計測モードの処理を示すフローチャートである。

Ｓ３１において、位相分割数２０３ｅ、位相加減算指定２０３ｇおよび発光初期位相値２０３ｈの各種パラメータがパラメータ設定部２０３に設定（記憶）され、Ｓ３２に進む。

Ｓ３２では、発光位相生成部２１０が、発光開始位置Ｐを発光初期位相値ｐ0に移動させ、Ｓ３３に進む。

Ｓ３３では、撮像カメラ３が、ＬＥＤ光源１により照射された観測対象Ｍの所定の観測点を撮像し、Ｓ３４に進む。

Ｓ３４では、位相加算指定の場合には発光位相を＋１にし、位相減算指定の場合には発光位相を−１にして、発光開始位置Ｐを１つの発光位相分だけ移動し、Ｓ３５に進む。なお、位相加減算指定２０３ｇは、位相を１つだけ移動する場合を説明したが、２つ以上移動してもよい。

Ｓ３５では、撮像カメラ３による観測対象Ｍの所定の観測点の撮像回数が位相分割数２０３ｅに達したか否かを判断し、撮像回数が位相分割数２０３ｅに達したと判断した場合（Ｓ３５でＹＥＳ）、処理を終了する一方、撮像回数が位相分割数２０３ｅに達していないと判断した場合（Ｓ３５でＮＯ）、Ｓ３３に戻り、Ｓ３３〜Ｓ３５の処理を繰り返す。

これにより撮像カメラ３は、図５に示すように、発光周期Ｔ内の各発光位相値ｐにおいて観測対象Ｍの所定の観測点を撮像するため、位相分割数２０３ｅに応じた複数の画像を得ることができる。そして、これら撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの所定の観測点に係る複数の画像は、画像解析装置４に送られて画像分析に用いられることになる。
[画像解析装置４の構成]

前記画像解析装置４は、図４に示すように、パラメータ入力部４１０により入力された各種パラメータに基づいて、撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの所定の観測点の座標を抽出して、各座標を表形式または図形式で出力する。この画像解析装置４は、キーボードやディスプレイを備えるパソコン（ＰＣ）等のコンピュータ１００からなり、パラメータ入力部４１０は当該キーボードである。なお、本実施形態では、観測対象Ｍの所定の観測点として、図５Ｃに示すように、観測対象Ｍにあらかじめ設けられた認識マーク（観測対象Ｍ上の黒丸部分）を用いるものとする。

以下、前記画像解析装置４について具体的に説明する。

４０２は、パラメータ受信部４０２であり、パラメータ入力部４１０からのパラメータを受信して、回路内メモリで管理する。

４０３は、パラメータ設定部であり、パラメータ受信部４０２から送られてきたパラメータを設定（記憶）する。これらのパラメータには、色相４０３ａ、彩度４０３ｂ、明度４０３ｃ、平滑化４０３ｄ、エッジ検出４０３ｅ、エッジ閾値４０３ｆ、ハフ変換４０３ｇ、計算範囲４０３ｈがある。

これらパラメータのうち、色相４０３ａ、彩度４０３ｂ、明度４０３ｃ、平滑化４０３ｄ（の有無）、エッジ検出４０３ｅ（の有無）、エッジ閾値４０３ｆは、撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの所定の観測点（認識マーク）に係る画像をラスター情報化するのに用いられる。

具体的には、色相４０３ａは、色の属性の一つであり、赤や黄色といった色味の違いのことである。色相４０３ａは、その分類の方法によって異なるが、主な色相４０３ａとして赤、黄、緑、青、紫などがある。また、彩度４０３ｂは、色の三属性の１つであり、色の鮮やかさの尺度である。また、明度４０３ｃは、ＬＥＤ光源１の明るさ（輝きの程度）の指標である。

また、平滑化４０３ｄは、画像に乗ったランダムなノイズを除去したり、画素ごとの濃度値の細かい変化を少なくし、見やすい画像を得るために滑らかな画像にする処理である。

また、エッジ検出４０３ｅは、キャニー法などのように画像のエッジを検出する処理である。また、エッジ閾値４０３ｆは、エッジを検出するときの閾値である。

これら色相４０３ａ、彩度４０３ｂ、明度４０３ｃ、平滑化４０３ｄ（の有無）、エッジ検出４０３ｅ（の有無）、エッジ閾値４０３ｆは、画像加工部４０４に出力される。この画像加工部４０４は、色相４０３ａ、彩度４０３ｂ、明度４０３ｃ、平滑化４０３ｄ（の有無）、エッジ検出４０３ｅ（の有無）、エッジ閾値４０３ｆに基づいて、撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの観測点に係る各画像から、観測点である認識マークを抽出しやすいように画像に加工を施したあとに、画像ラスター情報化部４０５に出力する。

前記画像ラスター情報化部４０５は、２次元の元画像を、まず点で１次元スキャンしたあと、その直角方向に線でスキャンして、２次元の面で解析画像を得る。このラスタースキャンを行うために、必要であれば元画像をｂｍｐ、ｐｎｇ、ｊｐｅｇなどのファイル形式に変換して画像処理を行ってもよい。これら解析画像は、ＰＣ内部または外部の保存ディレクトリおよびファイル名を指定してデータ保存部４０８に出力される。

一方、これら画像解析パラメータのうち、ハフ変換４０３ｇおよび計算範囲４０３ｈは、撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの所定の観測点（認識マーク）に係る画像から座標を抽出するのに用いられる。

具体的には、ハフ変換４０３ｇは、デジタル画像処理用特徴抽出法の一つであり、主に直線の検出を行う。また、計算範囲４０３ｈは、画像解析を行う範囲を指定する。

これらハフ変換４０３ｇ（の有無）および計算範囲４０３ｈは、観測点座標抽出部４０６に出力される。この観測点座標抽出部４０６は、ハフ変換４０３ｇおよび計算範囲４０３ｈを加味しながら、画像ラスター情報化部４０５から出力された解析画像に基づいて、観測対象Ｍの所定の観測点（認識マーク）の座標を抽出する。

例えば、観測点座標抽出部４０６は、観測対象Ｍの所定の観測点（認識マーク）を計算範囲４０３ｈにより各位置の重心および角度をデータ化して抽出する。この重心の抽出とは、有効な画素の位置の平均座標を抽出することであり、認識マークが○や△などの面積を有するマークの場合は観測対象Ｍが回転するなど、形状の認識が難しい場合があるので、その重心の抽出を行う。また、直線の抽出とは、観測対象Ｍの回転の中心が確定している場合、その移動角度を計測する際に中心を通る直線を認識マークとし、中心と直線の座標データから中心角を計測する。なお、本実施形態では、所定の観測点（認識マーク）の座標を抽出するのに重心と直線を用いたが、その他の方法により所定の観測点（認識マーク）の座標を用いてもよい。

この観測点座標抽出部４０６により抽出された観測点（認識マーク）の座標は、観測点座標出力部４０７に出力される。この観測点座標出力部４０７は、観測点座標抽出部４０６により抽出された観測点（認識マーク）の座標を表形式に出力したり、さらには図７Ａに示すように、観測点（認識マーク）の各座標をエクセル等の上でプロットすることにより図形式に出力する。このとき、図７Ｂに示すように、前記画像データから抽出した座標データと理想軌跡データ（円形の実線）を重ねて表示するなどして比較可能な状態に出力してもよい。これら表形式および／または図形式に出力された座標はデータ保存部４０８により保存される。

前記データ保存部４０８は、画像ラスター情報化部４０５により画像ラスター情報化された解析画像や、観測点座標出力部４０７により表形式または図形式に出力された座標など、処理過程で生じた各種データ等を保存するものであり、保存された各種データ等はユーザによるキーボード等の操作により、適宜、表示部に表示される。
[画像解析装置４の動作]

図１１は、発光解析装置の解析モードの処理を示すフローチャートである。

Ｓ４１において、色相４０３ａ、彩度４０３ｂ、明度４０３ｃ、平滑化４０３ｄ、エッジ検出４０３ｅ、エッジ閾値４０３ｆ、ハフ変換４０３ｇ、計算範囲４０３ｈの各種パラメータがパラメータ設定部４０３に設定され、Ｓ４２に進む。

Ｓ４２では、画像加工部４０４が、色相４０３ａ、彩度４０３ｂ、明度４０３ｃ、平滑化４０３ｄ（の有無）、エッジ検出４０３ｅ（の有無）、エッジ閾値４０３ｆに基づいて、撮像カメラ３により撮像された観測対象Ｍの観測点に係る画像から、観測点である認識マークを抽出しやすいように画像に加工を施したあとに、画像ラスター情報化部４０５に出力し、Ｓ４３に進む。

Ｓ４３では、画像ラスター情報化部４０５が、２次元の元画像を、まず点で１次元スキャンしたあと、その直角方向に線でスキャンして、２次元の面で解析画像を得て、Ｓ４４に進む。

Ｓ４４では、観測点座標抽出部４０６が、ハフ変換４０３ｇおよび計算範囲４０３ｈを加味しながら、認識マークラスタ情報化部から出力された解析画像に基づいて、観測対象Ｍの所定の観測点（認識マーク）の座標（重心・直線）を抽出し、Ｓ４５に進む。

Ｓ４５では、処理した画像が位相分割数２０３ｅに応じた全画像数に到達したか否かを判断し、全画像数に到達したと判断した場合（Ｓ４５でＹＥＳ）、Ｓ４６に進む一方、全画像数に到達していないと判断した場合（Ｓ４５でＮＯ）、Ｓ４２に戻り、次の画像についてＳ４２〜Ｓ４５の処理を繰り返す。

Ｓ４６では、観測点座標出力部４０７が、観測点座標抽出部４０６により抽出された認識マークの座標を表形式に出力したり、さらには図７に示すように、観測点（認識マーク）の各座標をエクセル等の上でプロットすることにより図形式に出力する。このとき、図７Ｂに示すように、前記画像データから抽出した座標データと理想軌跡データ（円形の実線）を重ねて表示するなどして比較可能な状態に出力してもよい。

以上より、ハイスピードカメラのような高価な装置を使用することなく、簡易な構成で観測対象Ｍの周期運動を観測することができる。また、観測対象Ｍの当該観測点の各座標を表形式または図形式で出力するため、観測対象Ｍの周期運動上での軌跡、速度、ひずみ等の発生箇所を精度良く特定することができる。このため、コストを低く抑えながら、観測対象Ｍの様々な異常を発見し易くなり、異常の原因を簡単かつ確実に究明することが可能となる。

なお、本実施形態では、観測対象ＭとしてＤＣモータを例示したが、これに限定されるものではなく、液滴が一定周期で吐出されて所定の速度で飛翔するプリンタや燃料噴出装置など、周期運動するものであればどのような観測対象であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１・・・ＬＥＤ光源
２・・・光源制御装置
２０１・・・パラメータ入力部
２０２・・・パラメータ受信部
２０３・・・パラメータ設定部
２０４・・・発光周期生成部
２０７・・・発光輝度生成部
２１０・・・発光位相生成部
２１３・・・発光信号生成部
２１４・・・ＬＥＤドライバ
３・・・撮像カメラ
４・・・画像解析装置
４０１・・・パラメータ入力部
４０２・・・パラメータ受信部
４０３・・・パラメータ設定部
４０４・・・画像加工部
４０５・・・画像ラスター情報化部
４０６・・・観測点座標抽出部
４０７・・・観測点座標出力部
４０８・・・データ保存部

Claims (6)

1. 所定周期ごとに閃光を発光して、周期運動する観測対象を照射する光源と、該光源の発光を制御する発光制御装置と、前記光源により照射された観測対象の所定の観測点の周期運動を撮像する撮像カメラと、該撮像カメラにより撮像された観測対象の所定の観測点の周期運動に係る画像を解析する画像解析装置とを備え、
   前記発光制御装置は、
   観測対象の周期運動に同期させるための光源の発光周期を生成する発光周期生成部と、
   光源の発光周期を分割して複数の発光位相を生成し、発光位相を順に加算または減算することにより光源の発光開始位置を所定の発光位相値に順に移動させる発光位相生成部と、
   前記発光周期生成部により生成された発光周期内において、前記発光位相生成部により所定の発光位相値に順に移動した各発光開始位置にて光源を順に発光させる発光信号を生成する発光信号生成部とを備え、
   前記画像解析装置は、
   前記撮像カメラにより撮像された観測対象の所定の観測点の周期運動に係る画像に基づいて、観測対象の所定の観測点が光源により照射されたときの当該観測点の座標を抽出する観測点座標抽出部と、
   該観測点座標抽出部により抽出された観測対象の当該所定の観測点の各座標を表形式または図形式で出力する観測点座標出力部とを備えることを特徴とする周期運動観測システム。
2. 前記発光制御装置は、光源の発光時間内における発光時間割合を調整することにより光源の発光輝度を生成する発光輝度生成部を備え、発光輝度生成部により生成された発光輝度は発光信号生成部に出力される請求項１に記載の周期運動観測システム。
3. 前記発光制御装置の前記発光位相生成部は、所定の位相待機時間に基づいて光源の発光開始位置を所定の発光位相値で待機させる請求項１または請求項２に記載の周期運動観測システム。
4. 前記発光制御装置の前記発光位相生成部は、観測対象の運動周期の初期位相値に応じて光源の最初の発光開始位置に対応する発光位相値を指定する請求項１から請求項３のいずれかに記載の周期運動観測システム。
5. 前記画像解析装置は、色相、彩度、明度、平滑化の有無、エッジ検出の有無、エッジ閾値の少なくとも一つのパラメータに基づいて、撮像カメラにより撮像された観測対象の観測点の周期運動に係る画像を加工して解析画像を得る画像加工部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の周期運動観測システム。
6. 前記画像解析装置は、撮像カメラにより撮像された観測対象の観測点の周期運動に係る画像を、点で１次元スキャンしたあと、その直角方向に線でスキャンすることにより、２次元の面で解析画像を得る画像ラスター情報化部を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の周期運動観測システム。