JP6751930B1 - Displacement measuring device and displacement measuring method - Google Patents

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Abstract

【課題】小さい処理負荷または記憶容量でマーカ(ひいては物体)の変位計測を行える変位計測装置および変位計測方法を提供する。【解決手段】内部マーカ作成部は、撮像部によって撮像された基準用のマーカ画像に対して画像の面方向で所定の傾きを有するマーカ画像を、内部マーカ画像35として作成する。モアレ画像作成部は、第1の時点で撮像部によって撮像された計測用マーカ画像36と、第2の時点で撮像部によって撮像された計測用マーカ画像36とに対して、同一の内部マーカ画像35を重ね合わせることで2個のモアレ画像37をそれぞれ作成する。検出部は、2個のモアレ画像に含まれる各モアレ縞の位相の位相差を検出し、検出した位相差に基づいて第1の時点と第2の時点との間で生じたマーカの変位量を検出する。【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement measuring device and a displacement measuring method capable of measuring a displacement of a marker (and thus an object) with a small processing load or a storage capacity. An internal marker creating unit creates a marker image having a predetermined inclination in the plane direction of an image as an internal marker image 35 with respect to a reference marker image captured by the imaging unit. The moire image creating unit has the same internal marker image as the measurement marker image 36 captured by the imaging unit at the first time point and the measurement marker image 36 captured by the imaging unit at the second time point. By superimposing 35, two moire images 37 are created respectively. The detection unit detects the phase difference of the phase of each moire fringe included in the two moire images, and the displacement amount of the marker generated between the first time point and the second time point based on the detected phase difference. Is detected. [Selection diagram] Fig. 5

Description

本発明は、変位計測装置および変位計測方法に関し、例えば、モアレ法を利用して変位を計測する技術に関する。 The present invention relates to a displacement measuring device and a displacement measuring method, and relates to, for example, a technique for measuring displacement by using a moire method.

特許文献1には、サンプリングモアレ法を用いて対象表面における計測点の変位を計測する際に、対象面の傾き又は計測方向による誤差を低減可能にする変位取得装置が示される。特許文献2には、単一カメラから得た画像に基づき、サンプリングモアレ法を用いて物体の面内変位および面外変位(z(奥行き)方向への変位)を測定する方法が示される。 Patent Document 1 discloses a displacement acquisition device that makes it possible to reduce an error due to the inclination of the target surface or the measurement direction when measuring the displacement of the measurement point on the target surface by using the sampling moire method. Patent Document 2 discloses a method of measuring in-plane displacement and out-of-plane displacement (displacement in the z (depth) direction) of an object by using a sampling moire method based on an image obtained from a single camera.

特開2019−11984号公報JP-A-2019-11984 国際公開第2017/029905号International Publication No. 2017/0299005

物体の変位の計測には、古典的な測量技術を用いた方法のほかに、非接触あるいは遠隔で変位を計測するために、トータルステーションのようなレーザや光波を用いた方法が知られている。また、近年では、ストライプ模様またはチェッカ模様等の周期模様を記したマーカを物体に装着し、当該マーカをカメラで撮像すると共に、そのマーカ画像に対して、コンピュータ解析を行う方法が用いられつつある。この際の解析方法として、代表的には、特許文献1,2に示されるようなサンプリングモアレ法が知られている。 For measuring the displacement of an object, in addition to the method using a classical surveying technique, a method using a laser or a light wave such as a total station for measuring the displacement in a non-contact or remote manner is known. Further, in recent years, a method is being used in which a marker having a periodic pattern such as a stripe pattern or a checker pattern is attached to an object, the marker is imaged by a camera, and computer analysis is performed on the marker image. .. As an analysis method at this time, a sampling moire method as shown in Patent Documents 1 and 2 is typically known.

サンプリングモアレ法では、マーカ画像を元に、カメラ画素を間引く形でサンプリングした画像を別途作り出すことでモアレ画像が形成される。さらに、そのサンプリング位置を順次シフトさせながら同様の画像を作り出すことで、複数のモアレ画像が形成される。そして、この複数のモアレ画像の輝度分布に基づいて、所定の演算式に基づく演算を行うことで、モアレ縞の位相ひいては物体の変位量が算出される。 In the sampling moiré method, a moiré image is formed by separately creating an image sampled by thinning out camera pixels based on a marker image. Further, by creating a similar image while sequentially shifting the sampling position, a plurality of moire images are formed. Then, based on the luminance distribution of the plurality of moire images, the phase of the moire fringes and the displacement amount of the object are calculated by performing an operation based on a predetermined calculation formula.

例えば、このようなサンプリングモアレ法を用いると、物体におけるマーカの装着領域内の複数の計測点で生じた変位をそれぞれ算出することが可能である。しかし、サンプリングモアレ法では、前述したように複雑な手順が実行されるため、処理負荷の増大と、記憶容量の増大とが生じ得る。また、処理負荷が少ない解析方法も提案されているが、この場合、マーカの装着領域内の各計測点で精度が異なるといった問題が生じ得る。一方、例えば、立坑工事等の建設現場では、地盤の変位を計測する際等で、マーカの装着領域内における計測点毎の変位情報(ひいては、物体内の変形情報等)は特に必要とされず、マーカ自体の変位情報(ひいては、物体自体の移動情報)で足りる場合が多い。 For example, by using such a sampling moiré method, it is possible to calculate the displacements generated at a plurality of measurement points in the mounting area of the marker on the object. However, in the sampling moiré method, since a complicated procedure is executed as described above, an increase in processing load and an increase in storage capacity may occur. Further, an analysis method with a small processing load has been proposed, but in this case, there may be a problem that the accuracy is different at each measurement point in the marker mounting area. On the other hand, for example, at a construction site such as a shaft construction, when measuring the displacement of the ground, the displacement information for each measurement point in the marker mounting area (and thus the deformation information in the object) is not particularly required. , The displacement information of the marker itself (and thus the movement information of the object itself) is often sufficient.

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、小さい処理負荷または記憶容量でマーカ(ひいては物体)の変位計測を行える変位計測装置および変位計測方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and one of the objects thereof is to provide a displacement measuring device and a displacement measuring method capable of measuring the displacement of a marker (and thus an object) with a small processing load or storage capacity. To do.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 A brief outline of the typical inventions disclosed in the present application is as follows.

本発明の代表的な実施の形態による変位計測装置は、周期模様が記されたマーカを撮像する撮像部と、撮像部によって撮像されたマーカ画像に基づいてマーカの変位を計測する変位計測部と、を有する。変位計測部は、内部マーカ作成部と、モアレ画像作成部と、検出部と、を有する。内部マーカ作成部は、撮像部によって撮像された基準用(計測用)のマーカ画像に対して画像の面方向で所定の傾きを有するマーカ画像を、内部マーカ画像として作成する。モアレ画像作成部は、第1の時点で撮像部によって撮像された第1のマーカ画像と、第2の時点で撮像部によって撮像された第2のマーカ画像とに対して、内部マーカ作成部で作成した同一の内部マーカ画像を重ね合わせることで第1のモアレ画像と第2のモアレ画像とをそれぞれ作成する。検出部は、第1のモアレ画像に含まれるモアレ縞の位相と、第2のモアレ画像に含まれるモアレ縞の位相との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて第1の時点と第2の時点との間で生じたマーカの変位量を検出する。 Displacement measuring devices according to a typical embodiment of the present invention include an imaging unit that captures a marker on which a periodic pattern is written, and a displacement measuring unit that measures the displacement of the marker based on the marker image captured by the imaging unit. , Have. The displacement measurement unit includes an internal marker creation unit, a moire image creation unit, and a detection unit. The internal marker creating unit creates a marker image having a predetermined inclination in the plane direction of the image as an internal marker image with respect to the reference (measurement) marker image captured by the imaging unit. The moire image creation unit is an internal marker creation unit for the first marker image captured by the imaging unit at the first time point and the second marker image captured by the image pickup unit at the second time point. A first moire image and a second moire image are created by superimposing the same internal marker images created. The detection unit detects the phase difference between the phase of the moire fringes included in the first moire image and the phase of the moire fringes included in the second moire image, and based on the detected phase difference, the first time point and The amount of displacement of the marker generated between the second time point and the second time point is detected.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。本発明の代表的な実施の形態によれば、小さい処理負荷または記憶容量でマーカ(ひいては物体)の変位が計測可能となる。 Among the inventions disclosed in the present application, the effects obtained by typical ones will be briefly described as follows. According to a typical embodiment of the present invention, the displacement of a marker (and thus an object) can be measured with a small processing load or storage capacity.

(a)は、本発明の一実施の形態による変位計測システムの構成例を示す概略図であり、(b)および(c)は、(a)におけるマーカのそれぞれ異なる構成例を示す概略図である。(A) is a schematic diagram showing a configuration example of a displacement measurement system according to an embodiment of the present invention, and (b) and (c) are schematic views showing different configuration examples of markers in (a). is there. 図1における変位計測装置の概略構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure example of the displacement measuring apparatus in FIG. 図2における変位計測部の主要部の詳細な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure example of the main part of the displacement measurement part in FIG. 図3における内部マーカ作成部の処理内容の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the processing content of the internal marker creation part in FIG. 図3におけるモアレ画像作成部の処理内容の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the processing content of the moire image creation part in FIG. 図3における検出部の処理内容の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the processing content of the detection part in FIG. 図6に続く処理内容の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the processing content following FIG. 本発明の一実施の形態による変位計測方法において、処理内容の一例を示すフロー図である。It is a flow chart which shows an example of the processing content in the displacement measurement method by one Embodiment of this invention. (a)および(b)は、図1(a)の変位計測システムの動作検証によって得られた検証結果の一例を示す図である。(A) and (b) are diagrams showing an example of the verification result obtained by the operation verification of the displacement measurement system of FIG. 1 (a).

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまでも一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate changes while maintaining the gist of the invention are naturally included in the scope of the present invention. Further, in order to clarify the explanation, the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part as compared with the actual embodiment, but this is just an example, and the interpretation of the present invention is used. It is not limited.

また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。 Further, in the present specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures may be designated by the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted as appropriate.

《変位計測システムの概略》
図1(a)は、本発明の一実施の形態による変位計測システムの構成例を示す概略図であり、図1(b)および図1(c)は、図1(a)におけるマーカのそれぞれ異なる構成例を示す概略図である。図1(a)に示す変位計測システムは、物体3に装着されたマーカ1と、カメラ等の撮像部を含む変位計測装置2とを有する。
<< Outline of displacement measurement system >>
1 (a) is a schematic view showing a configuration example of a displacement measurement system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are markers in FIG. 1 (a), respectively. It is a schematic diagram which shows a different configuration example. The displacement measurement system shown in FIG. 1A includes a marker 1 mounted on an object 3 and a displacement measurement device 2 including an imaging unit such as a camera.

物体3は、例えば、立坑工事等の建設現場において地盤上に設置された建造物や、または、地盤そのもの等である。変位計測装置2は、このような物体3に装着されたマーカ1を撮像し、撮像されたマーカ画像に基づいてマーカ1の変位(ひいては、地盤の変位)を計測する。これにより、地盤の変位状況を監視することができ、例えば、土砂崩れ等の事故発生の兆候を早期に検知できる。その結果、事故を未然に防止でき、作業者の安全を確保することが可能になる。 The object 3 is, for example, a building installed on the ground at a construction site such as a shaft construction, or the ground itself. The displacement measuring device 2 takes an image of the marker 1 mounted on such an object 3 and measures the displacement of the marker 1 (and thus the displacement of the ground) based on the captured marker image. As a result, the displacement state of the ground can be monitored, and for example, signs of an accident such as a landslide can be detected at an early stage. As a result, accidents can be prevented and the safety of workers can be ensured.

ここで、明細書では、図1(a)に示されるように、カメラ(変位計測装置2)の光軸方向をZ軸とし、Z軸に直交する面の面方向において、一方向(水平方向)をX軸に、当該一方向に直交する方向(垂直方向)をY軸とする。カメラ(変位計測装置2)は、マーカ1の面がXY面となるように設置される。マーカ1の面(XY面)には、図1(b)または図1(c)に示されるように、周期模様が記されている。 Here, in the specification, as shown in FIG. 1A, the optical axis direction of the camera (displacement measuring device 2) is the Z axis, and one direction (horizontal direction) is provided in the plane direction of the plane orthogonal to the Z axis. ) Is the X-axis, and the direction orthogonal to the one direction (vertical direction) is the Y-axis. The camera (displacement measuring device 2) is installed so that the surface of the marker 1 is the XY surface. A periodic pattern is written on the surface (XY surface) of the marker 1 as shown in FIG. 1 (b) or FIG. 1 (c).

図1(b)に示すマーカ1aには、Y方向へ延伸し、X方向に沿ってピッチWで等間隔に並んだストライプ模様が記される。ただし、このようにX方向に並んだストライプ模様の代わりに、Y方向に並んだストライプ模様を用いてもよい。あるいは、X方向に並んだストライプ模様が記されたマーカと、Y方向に並んだストライプ模様が記されたマーカとを一組のマーカとして用いてもよい。これらは、変位の計測方向によって使い分けられる。 The marker 1a shown in FIG. 1B is marked with a striped pattern extending in the Y direction and arranged at equal intervals at a pitch W along the X direction. However, instead of the striped pattern arranged in the X direction in this way, the striped pattern arranged in the Y direction may be used. Alternatively, a marker having a striped pattern arranged in the X direction and a marker having a striped pattern arranged in the Y direction may be used as a set of markers. These are used properly depending on the measurement direction of displacement.

図1(c)に示すマーカ1bには、アレイ状にピッチWで等間隔に設置される黒レベルのラインの交点箇所のみを黒レベルに定めたようなチェッカ模様が記される。この場合、例えば、画像処理を用いて、Y方向に沿った平均化処理を行うことで、X方向に並んだストライプ模様(すなわち、図1(b)のような模様)を生成でき、X方向に沿った平均化処理を行うことで、Y方向に並んだストライプ模様を生成できる。その結果、画像処理上では、マーカ1bをX方向に並んだストライプ模様が記されたマーカとみなすことも、Y方向に並んだストライプ模様が記されたマーカとみなすことも可能である。 The marker 1b shown in FIG. 1C is marked with a checker pattern in which only the intersections of black level lines installed at equal intervals at pitch W in an array are defined as black levels. In this case, for example, by performing averaging processing along the Y direction using image processing, a striped pattern arranged in the X direction (that is, a pattern as shown in FIG. 1B) can be generated, and the X direction can be generated. By performing the averaging process along the above, a striped pattern arranged in the Y direction can be generated. As a result, in image processing, the marker 1b can be regarded as a marker having a stripe pattern arranged in the X direction or a marker having a stripe pattern arranged in the Y direction.

《変位計測装置の概略》
図2は、図1における変位計測装置の概略構成例を示すブロック図である。図2に示す変位計測装置2は、マーカ1を撮像する撮像部10と、撮像部10によって撮像されたマーカ画像に基づいてマーカ1(ひいては物体3)の変位を計測する変位計測部20とを備える。撮像部10は、代表的には、デジタルカメラ等である。変位計測部20は、例えば、PC(Personal Computer)等の情報処理装置や、または、専用の画像処理装置等である。ただし、撮像部10および変位計測部20は、例えば、カメラ付きの情報処理装置等の形態で同一の装置内に実装されてもよい。
<< Outline of displacement measuring device >>
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration example of the displacement measuring device in FIG. The displacement measuring device 2 shown in FIG. 2 includes an imaging unit 10 that captures the marker 1 and a displacement measuring unit 20 that measures the displacement of the marker 1 (and thus the object 3) based on the marker image captured by the imaging unit 10. Be prepared. The image pickup unit 10 is typically a digital camera or the like. The displacement measuring unit 20 is, for example, an information processing device such as a PC (Personal Computer), a dedicated image processing device, or the like. However, the imaging unit 10 and the displacement measuring unit 20 may be mounted in the same device in the form of, for example, an information processing device with a camera.

撮像部10は、レンズ11と、イメージセンサ12と、演算部13と、データ格納部14と、通信インタフェース15とを備える。この内、演算部13、データ格納部14および通信インタフェース15は、互いにバスで接続される。演算部13、データ格納部14および通信インタフェース15は、例えば、1個のマイクロコントローラに実装されてもよい。 The imaging unit 10 includes a lens 11, an image sensor 12, a calculation unit 13, a data storage unit 14, and a communication interface 15. Of these, the arithmetic unit 13, the data storage unit 14, and the communication interface 15 are connected to each other by a bus. The arithmetic unit 13, the data storage unit 14, and the communication interface 15 may be mounted on, for example, one microcontroller.

レンズ11は、マーカ1からの光をイメージセンサ12に集光する。イメージセンサ12は、代表的には、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサや、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等であり、アレイ状に配置された複数の画素を含む。イメージセンサ12の各画素は、レンズ11で集光された光の光量に応じた電気信号を生成する。イメージセンサ12は、各画素で生成された電気信号を演算部13へ送信する。 The lens 11 collects the light from the marker 1 on the image sensor 12. The image sensor 12 is typically a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, or the like, and includes a plurality of pixels arranged in an array. Each pixel of the image sensor 12 generates an electric signal according to the amount of light focused by the lens 11. The image sensor 12 transmits the electric signal generated by each pixel to the calculation unit 13.

データ格納部14は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、マイクロコントローラ内の内蔵メモリや、または、メモリカード等の外付けメモリ等に該当する。演算部13は、イメージセンサ12からの電気信号を受けてマーカ画像を生成し、生成したマーカ画像をデータ格納部14に格納する。この際に、演算部13は、マーカ画像を、撮像時刻の情報を付加した上でデータ格納部14に格納してもよい。 The data storage unit 14 is, for example, a non-volatile memory such as a flash memory, and corresponds to an internal memory in a microcontroller or an external memory such as a memory card. The calculation unit 13 receives an electric signal from the image sensor 12 to generate a marker image, and stores the generated marker image in the data storage unit 14. At this time, the calculation unit 13 may store the marker image in the data storage unit 14 after adding the information of the imaging time.

演算部13は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、またはDSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサ13aと、RAM(Random Access Memory)13bとを備える。プロセッサ13aは、例えば、データ格納部14からRAM13bへ展開された所定のプログラムを実行することで、イメージセンサ12からの電気信号に応じたマーカ画像を作成する。 The arithmetic unit 13 includes a processor 13a such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor), and a RAM (Random Access Memory) 13b. The processor 13a creates, for example, a marker image corresponding to an electric signal from the image sensor 12 by executing a predetermined program expanded from the data storage unit 14 to the RAM 13b.

通信インタフェース15は、変位計測部20(その中の通信インタフェース21)との間でデータの送受信を行う。その一つとして、通信インタフェース15は、データ格納部14に格納されたマーカ画像を変位計測部20へ送信する。通信インタフェース15と通信インタフェース21との間は、有線または無線で接続される。この際には、例えば、インターネット等の外部ネットワークを介して接続される形態を用いてもよい。 The communication interface 15 transmits / receives data to / from the displacement measuring unit 20 (communication interface 21 in the communication interface 21). As one of them, the communication interface 15 transmits the marker image stored in the data storage unit 14 to the displacement measurement unit 20. The communication interface 15 and the communication interface 21 are connected by wire or wirelessly. In this case, for example, a form connected via an external network such as the Internet may be used.

外部ネットワークを用いる場合には、例えば、無線通信用の通信インタフェース15を備えた撮像部10を建設現場に固定的に設置し、変位計測部20を建設会社の社内サーバ装置等に実装するような形態が有益となる。この場合、撮像部10は、撮像したマーカ画像を、逐次、外部ネットワークを介して社内サーバ装置に送信し、社内サーバ装置は、当該マーカ画像に基づいて変位計測を行う。 When using an external network, for example, an imaging unit 10 provided with a communication interface 15 for wireless communication is fixedly installed at a construction site, and a displacement measuring unit 20 is mounted on an in-house server device of a construction company or the like. The morphology is beneficial. In this case, the imaging unit 10 sequentially transmits the captured marker images to the in-house server device via the external network, and the in-house server device performs displacement measurement based on the marker image.

変位計測部20は、演算部22と、データ格納部23と、通信インタフェース21とを備える。演算部22、データ格納部23および通信インタフェース21は、互いにバスで接続される。例えば、変位計測部20を専用の画像処理装置等で構成する場合、演算部22、データ格納部23および通信インタフェース21は、1個のマイクロコントローラに実装されてもよい。データ格納部23は、例えばフラッシュメモリやハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。通信インタフェース21は、例えば、通信インタフェース15からのマーカ画像を受信し、それをデータ格納部23に格納する。 The displacement measurement unit 20 includes a calculation unit 22, a data storage unit 23, and a communication interface 21. The calculation unit 22, the data storage unit 23, and the communication interface 21 are connected to each other by a bus. For example, when the displacement measuring unit 20 is configured by a dedicated image processing device or the like, the calculation unit 22, the data storage unit 23, and the communication interface 21 may be mounted on one microcontroller. The data storage unit 23 is, for example, a non-volatile memory such as a flash memory or a hard disk drive. The communication interface 21 receives, for example, a marker image from the communication interface 15 and stores it in the data storage unit 23.

演算部22は、CPU、GPU、またはDSP等のプロセッサ22aと、RAM22bとを備える。演算部22は、例えば、データ格納部23に格納されたマーカ画像に対して所定の画像処理を実行することで物体3の変位を計測する。この際に、プロセッサ22aは、例えば、データ格納部23からRAM22bへ展開された変位計測プログラムを実行することで変位計測を行う。なお、演算部22は、プロセッサ22aに限らず、一部または全てがFPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアで構成されてもよい。すなわち、演算部22は、ソフトウェア方式、ハードウェア方式、あるいはその組み合わせによって適宜構成されればよい。これは、撮像部10内に演算部13に関しても同様である。 The calculation unit 22 includes a processor 22a such as a CPU, GPU, or DSP, and a RAM 22b. The calculation unit 22 measures the displacement of the object 3 by executing a predetermined image process on the marker image stored in the data storage unit 23, for example. At this time, the processor 22a performs displacement measurement by, for example, executing a displacement measurement program expanded from the data storage unit 23 to the RAM 22b. The arithmetic unit 22 is not limited to the processor 22a, and a part or all of the arithmetic unit 22 may be composed of hardware such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). That is, the calculation unit 22 may be appropriately configured by a software method, a hardware method, or a combination thereof. This also applies to the calculation unit 13 in the imaging unit 10.

《変位計測部の詳細》
図3は、図2における変位計測部の主要部の詳細な構成例を示すブロック図である。図4は、図3における内部マーカ作成部の処理内容の一例を説明する図である。図5は、図3におけるモアレ画像作成部の処理内容の一例を説明する図である。図3の変位計測部20において、プロセッサ22aは、変位計測プログラムを実行することで実装される内部マーカ作成部31、モアレ画像作成部32および検出部33を備える。また、ここでは、マーカ1として、図1(b)に示したようなストライプ模様が記されたマーカ1aを用いる場合を例とする。
<< Details of displacement measurement unit >>
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration example of the main portion of the displacement measuring unit in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the processing content of the internal marker creating unit in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of processing contents of the moire image creating unit in FIG. In the displacement measurement unit 20 of FIG. 3, the processor 22a includes an internal marker creation unit 31, a moire image creation unit 32, and a detection unit 33, which are implemented by executing a displacement measurement program. Further, here, as the marker 1, a case where a marker 1a having a striped pattern as shown in FIG. 1B is used is taken as an example.

内部マーカ作成部31は、図4に示されるように、撮像部10によって撮像された基準用マーカ画像30に対して画像の面方向(XY面の方向)で所定の傾きθを有するマーカ画像を、内部マーカ画像35として作成する。所定の傾きθは、非0[°]の値であればよく、プラス方向の値であっても、マイナス方向の値であってもよい。内部マーカ作成部31は、作成した内部マーカ画像35をデータ格納部23に格納する。 As shown in FIG. 4, the internal marker creating unit 31 creates a marker image having a predetermined inclination θ in the plane direction (direction of the XY plane) of the reference marker image 30 imaged by the imaging unit 10. , Created as an internal marker image 35. The predetermined slope θ may be a value of non-zero [°], and may be a value in the positive direction or a value in the negative direction. The internal marker creation unit 31 stores the created internal marker image 35 in the data storage unit 23.

基準用マーカ画像30とは、いずれかの時点で撮像部10によって撮像されるマーカ画像であり、代表的には、マーカ1(ひいては物体3)の時系列的な変位計測を開始する最初の時点で撮像部10によって撮像されたマーカ画像である。ただし、詳細は後述するが、それぞれ異なる時点の間で生じたマーカ1の変位は、同一の内部マーカ画像35を用いる限り計測できる。このため、例えば、2つの時点の間で生じたマーカ1の相対変位を計測する場合、1回目の時点で撮像されたマーカ画像を基準用マーカ画像30とすることも、2回目の時点で撮像されたマーカ画像を基準用マーカ画像30とすることも可能である。 The reference marker image 30 is a marker image captured by the imaging unit 10 at any time point, and is typically the first time point at which the time-series displacement measurement of the marker 1 (and thus the object 3) is started. It is a marker image imaged by the imaging unit 10 in. However, as will be described in detail later, the displacement of the marker 1 that occurs between different time points can be measured as long as the same internal marker image 35 is used. Therefore, for example, when measuring the relative displacement of the marker 1 generated between the two time points, the marker image captured at the first time point may be used as the reference marker image 30. It is also possible to use the generated marker image as the reference marker image 30.

内部マーカ画像35の作成方法の一例として、内部マーカ作成部31は、図4に示されるように、基準用マーカ画像30を画像処理によって画像の面方向(XY面の方向)でθだけ回転されることで内部マーカ画像35を作成する。また、別の一例として、ある時点において、撮像部10を面方向(XY面の方向)でθだけ回転させた状態で設置し、内部マーカ作成部31は、この設置状態で撮像部10によって撮像されたマーカ画像をそのまま内部マーカ画像35として定めてもよい。ただし、実用上、撮像部10は、例えば、所定の箇所に固定的に設置されるため、この観点では、撮像部10の設置状態を変更する必要がない画像処理を用いる方法が望ましい。 As an example of the method of creating the internal marker image 35, as shown in FIG. 4, the internal marker creating unit 31 rotates the reference marker image 30 by θ in the plane direction (XY plane direction) of the image by image processing. By doing so, the internal marker image 35 is created. Further, as another example, at a certain point in time, the imaging unit 10 is installed in a state of being rotated by θ in the plane direction (direction of the XY plane), and the internal marker creating unit 31 is imaged by the imaging unit 10 in this installed state. The created marker image may be defined as the internal marker image 35 as it is. However, in practice, since the image pickup unit 10 is fixedly installed at a predetermined location, for example, from this viewpoint, a method of using image processing that does not require changing the installation state of the image pickup unit 10 is desirable.

また、内部マーカ作成部31は、基準用マーカ画像30を撮像することなく内部マーカ画像35を作成することも可能である。具体的には、基準用マーカ画像30に含まれる周期模様は、実際に撮像を行わずとも、予めシミュレーション等を行うことで算出可能である。このため、内部マーカ作成部31は、この算出された周期模様に対して回転処理等を行うことで内部マーカ画像35(すなわちコンピュータグラフィックス(CG)画像)を作成してもよい。 Further, the internal marker creating unit 31 can also create the internal marker image 35 without capturing the reference marker image 30. Specifically, the periodic pattern included in the reference marker image 30 can be calculated by performing a simulation or the like in advance without actually performing imaging. Therefore, the internal marker creating unit 31 may create an internal marker image 35 (that is, a computer graphics (CG) image) by performing rotation processing or the like on the calculated periodic pattern.

図3に戻り、データ格納部23には、時点[1]で撮像部10によって撮像された計測用マーカ画像[1]36aと、時点[2]で撮像部10によって撮像された計測用マーカ画像[2]36bとが格納されている。モアレ画像作成部32は、計測用マーカ画像[1]36aと計測用マーカ画像[2]36bのそれぞれ(計測用マーカ画像36と呼ぶ)に対して、図5に示されるように、内部マーカ作成部31で作成した同一の内部マーカ画像35を重ね合わせることでモアレ画像37(すなわち、モアレ画像[1]とモアレ画像[2])を作成する。 Returning to FIG. 3, in the data storage unit 23, the measurement marker image [1] 36a captured by the imaging unit 10 at the time point [1] and the measurement marker image captured by the imaging unit 10 at the time point [2] [2] 36b and the like are stored. The moire image creating unit 32 creates an internal marker for each of the measurement marker image [1] 36a and the measurement marker image [2] 36b (referred to as the measurement marker image 36) as shown in FIG. The moire image 37 (that is, the moire image [1] and the moire image [2]) is created by superimposing the same internal marker image 35 created in the unit 31.

検出部33は、モアレ画像[1]に含まれるモアレ縞の位相と、モアレ画像[2]に含まれるモアレ縞の位相との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて、モアレ画像[1]に対応する時点[1]とモアレ画像[2]に対応する時点[2]との間で生じたマーカ1(ひいては物体3)の変位量を検出する。具体的には、検出部33は、検出した位相差がΔα[rad]の場合、図1(b)に示したマーカ1aにおける既知のピッチ(周期)W[mm]を用いて、式(1)によって変位量Δuを算出する。
Δu=(Δα/2π)×W …(1)
The detection unit 33 detects the phase difference between the phase of the moire fringes included in the moire image [1] and the phase of the moire fringes included in the moire image [2], and based on the detected phase difference, the moire image [ The amount of displacement of the marker 1 (and thus the object 3) generated between the time point [1] corresponding to [1] and the time point [2] corresponding to the moire image [2] is detected. Specifically, when the detected phase difference is Δα [rad], the detection unit 33 uses the known pitch (period) W [mm] in the marker 1a shown in FIG. 1 (b) to formula (1). ) Is used to calculate the displacement amount Δu.
Δu = (Δα / 2π) × W… (1)

《検出部の詳細》
図6は、図3における検出部の処理内容の一例を説明する図である。図7は、図6に続く処理内容の一例を説明する図である。前述したように、検出部33は、モアレ画像作成部32によって作成されたモアレ画像37を受けて処理を行う。ここで、受信したモアレ画像37に含まれるモアレ縞は、図6に示されるように、Y方向に並んだ画素で見ると、略矩形波状の輝度分布41を備える。このような輝度分布41を用いてモアレ縞の位相を検出することも可能であるが、位相検出処理の容易化や高精度化の観点では、モアレ縞の輝度分布は、正弦波状(または余弦波状)であることが望ましい。
<< Details of detector >>
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the processing content of the detection unit in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of processing contents following FIG. As described above, the detection unit 33 receives the moire image 37 created by the moire image creation unit 32 and performs processing. Here, as shown in FIG. 6, the moire fringes included in the received moire image 37 have a substantially rectangular wavy luminance distribution 41 when viewed with pixels arranged in the Y direction. It is possible to detect the phase of the moiré fringes using such a luminance distribution 41, but from the viewpoint of facilitating the phase detection process and improving the accuracy, the luminance distribution of the moiré fringes is sinusoidal (or cosine wavy). ) Is desirable.

そこで、検出部33は、図6に示されるように、モアレ画像37の輝度分布41を、Y方向に沿って三角関数で近似する。具体的には、検出部33は、Y方向に並んだ各画素の輝度Iを、式(2)に示す三角関数(この例ではcos関数)で近似する。この近似には、例えば、最小二乗法等が用いられる。式(2)において、“A”は振幅であり、“y”はY方向に並んだ画素のY座標であり、“λ”はモアレ縞の波長(周期)[ピクセル]であり、“α1”は初期位相であり、“B”は背景輝度である。
I=A×cos{(y/λ)×2π+α1}+B …(2)
Therefore, as shown in FIG. 6, the detection unit 33 approximates the luminance distribution 41 of the moire image 37 with a trigonometric function along the Y direction. Specifically, the detection unit 33 approximates the brightness I of each pixel arranged in the Y direction by a trigonometric function (cos function in this example) shown in the equation (2). For this approximation, for example, the least squares method is used. In equation (2), "A" is the amplitude, "y" is the Y coordinate of the pixels arranged in the Y direction, "λ" is the wavelength (period) [pixel] of the moire fringes, and "α1". Is the initial phase and "B" is the background brightness.
I = A × cos {(y / λ) × 2π + α1} + B… (2)

これにより、輝度分布41は、輝度分布42のように近似される。そして、検出部33は、式(2)に基づくY方向の近似を、X方向の画素を順次変えながら行うことで、モアレ画像37全体を、Y方向に沿って三角関数で近似し、その結果となる中間画像43を作成する。なお、三角関数は、cos関数に限らず、sin関数であってもよい。 As a result, the luminance distribution 41 is approximated like the luminance distribution 42. Then, the detection unit 33 approximates the entire moire image 37 along the Y direction with a trigonometric function by performing the approximation in the Y direction based on the equation (2) while sequentially changing the pixels in the X direction, and as a result. An intermediate image 43 is created. The trigonometric function is not limited to the cos function and may be a sin function.

中間画像43は、図7に示されるように、X方向に並んだ画素で見ると、ストライプ模様に伴う短い周期の輝度分布がモアレ縞の周期(波長)で変調されたような輝度分布45を備える。そこで、検出部33は、図7に示されるように、中間画像43の輝度分布45を、X方向に沿って三角関数で近似する。具体的には、検出部33は、例えば、規定のY座標(Y0)において、X方向に並んだ各画素の輝度Iを、式(3)に示す三角関数(この例ではsin関数)で近似する。この近似には、例えば、最小二乗法等が用いられる。式(3)において、“A”は振幅であり、“x”はX方向に並んだ画素のX座標であり、“λ”はモアレ縞の波長(周期)[ピクセル]であり、“α2”は初期位相であり、“B”は背景輝度である。
I=A×sin{(x/λ)×2π+α2}+B …(3)
As shown in FIG. 7, the intermediate image 43 has a luminance distribution 45 in which the luminance distribution with a short period associated with the stripe pattern is modulated by the period (wavelength) of the moire fringes when viewed with pixels arranged in the X direction. Be prepared. Therefore, as shown in FIG. 7, the detection unit 33 approximates the luminance distribution 45 of the intermediate image 43 with a trigonometric function along the X direction. Specifically, for example, the detection unit 33 approximates the brightness I of each pixel arranged in the X direction at the specified Y coordinate (Y0) by the trigonometric function (sin function in this example) shown in the equation (3). To do. For this approximation, for example, the least squares method is used. In equation (3), "A" is the amplitude, "x" is the X coordinate of the pixels arranged in the X direction, "λ" is the wavelength (period) [pixel] of the moire fringes, and "α2". Is the initial phase and "B" is the background brightness.
I = A × sin {(x / λ) × 2π + α2} + B… (3)

これにより、輝度分布45は、輝度分布46のように近似される。検出部33は、この近似された輝度分布46に基づいて、モアレ縞の位相を検出する。そして、検出部33は、前述したように、ある時点のモアレ画像37を対象に検出したモアレ縞の位相と、別の時点のモアレ画像37を対象に検出したモアレ縞の位相との位相差を検出し、この位相差(Δα)を用いて式(1)の演算を行うことで、物体3の変位量(例えばX方向の変位量)Δuを検出する。 As a result, the luminance distribution 45 is approximated like the luminance distribution 46. The detection unit 33 detects the phase of the moire fringes based on the approximate luminance distribution 46. Then, as described above, the detection unit 33 determines the phase difference between the phase of the moire fringes detected on the moire image 37 at a certain time point and the phase of the moire fringes detected on the moire image 37 at another time point. By detecting and performing the calculation of the equation (1) using this phase difference (Δα), the displacement amount (for example, the displacement amount in the X direction) Δu of the object 3 is detected.

なお、式(3)の三角関数は、sin関数に限らず、cos関数であってもよい。また、検出部33は、図7の例では、規定のY座標(Y0)においてモアレ縞の位相を検出した。ただし、検出部33は、例えば、Y座標を“Y0±ΔY”の範囲で動かした上で同様にしてY座標毎のモアレ縞の位相を検出し、その平均値を算出することで最終的な位相を定めてもよい。これによって、例えば、ノイズ等に影響に伴う検出誤差を低減できる。 The trigonometric function of the equation (3) is not limited to the sin function, but may be a cos function. Further, in the example of FIG. 7, the detection unit 33 detected the phase of the moire fringes at the specified Y coordinate (Y0). However, the detection unit 33, for example, moves the Y coordinate in the range of “Y0 ± ΔY”, detects the phase of the moire fringes for each Y coordinate in the same manner, and calculates the average value thereof to obtain the final value. The phase may be determined. Thereby, for example, the detection error due to the influence of noise and the like can be reduced.

《変位計測方法》
図8は、本発明の一実施の形態による変位計測方法において、処理内容の一例を示すフロー図である。例えば時系列的な変位計測を開始する初期時点において、撮像部10は、規定の設置状態で図1(a)のマーカ1を撮像し、変位計測部20は、撮像部10によって撮像されたマーカ画像を図4の基準用マーカ画像30として取得する(ステップS101)。続いて、内部マーカ作成部31は、図4に示したように、基準用マーカ画像30に対して、回転処理等を行うことで内部マーカ画像35を作成する(ステップS102)。
<< Displacement measurement method >>
FIG. 8 is a flow chart showing an example of processing contents in the displacement measurement method according to the embodiment of the present invention. For example, at the initial time when the time-series displacement measurement is started, the imaging unit 10 images the marker 1 of FIG. 1A in the specified installation state, and the displacement measuring unit 20 images the marker imaged by the imaging unit 10. The image is acquired as the reference marker image 30 of FIG. 4 (step S101). Subsequently, as shown in FIG. 4, the internal marker creating unit 31 creates the internal marker image 35 by performing rotation processing or the like on the reference marker image 30 (step S102).

次いで、モアレ画像作成部32は、図5の場合と同様に、基準用マーカ画像30に内部マーカ画像35を重ね合わせることで基準用モアレ画像を作成する(ステップS103)。検出部33は、当該基準用モアレ画像を対象に、図6および図7に示したような画像処理を介してモアレ縞の基準用位相を検出する(ステップS104)。 Next, the moire image creating unit 32 creates a reference moire image by superimposing the internal marker image 35 on the reference marker image 30 as in the case of FIG. 5 (step S103). The detection unit 33 detects the reference phase of the moire fringes on the reference moire image through image processing as shown in FIGS. 6 and 7 (step S104).

その後、変位計測時点となるまで待機状態となる(ステップS105)。変位計測時点は、例えば、ユーザによって任意に定められるか、または、変位計測装置2が内部のタイマ等に基づき定期的(例えば、1日に1回等)に定めるものであってもよい。ステップS105で変位計測時点に達すると、撮像部10は、ステップS101の場合と同じ設置状態で図1(a)のマーカ1を撮像し、変位計測部20は、撮像部10によって撮像されたマーカ画像を図5の計測用マーカ画像36として取得する(ステップS106)。 After that, it is in a standby state until the displacement measurement time is reached (step S105). The displacement measurement time point may be arbitrarily determined by the user, or may be periodically determined by the displacement measuring device 2 based on an internal timer or the like (for example, once a day). When the displacement measurement time point is reached in step S105, the imaging unit 10 images the marker 1 of FIG. 1 (a) in the same installation state as in step S101, and the displacement measuring unit 20 images the marker imaged by the imaging unit 10. The image is acquired as the measurement marker image 36 of FIG. 5 (step S106).

続いて、モアレ画像作成部32は、図5に示したように、計測用マーカ画像36にステップS102で作成された内部マーカ画像35を重ね合わせることで計測用モアレ画像を作成する(ステップS107)。検出部33は、当該計測用モアレ画像を対象に、図6および図7に示したような画像処理を介してモアレ縞の計測用位相を検出する(ステップS108)。 Subsequently, as shown in FIG. 5, the moire image creation unit 32 creates a measurement moire image by superimposing the internal marker image 35 created in step S102 on the measurement marker image 36 (step S107). .. The detection unit 33 detects the measurement phase of the moire fringes on the measurement moire image through image processing as shown in FIGS. 6 and 7 (step S108).

そして、検出部33は、ステップS104で検出した基準用位相とステップS108で検出した計測用位相との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて式(1)を用いてマーカ1の変位量を検出する(ステップS109)。その後、変位計測が不要となるまで、ステップS105〜ステップS109の処理が繰り返し実行される(ステップS110)。その結果、この例では、変位計測時点毎に、初期時点からのマーカ1(ひいては物体3)の変位量が検出される。 Then, the detection unit 33 detects the phase difference between the reference phase detected in step S104 and the measurement phase detected in step S108, and displaces the marker 1 using the equation (1) based on the detected phase difference. The amount is detected (step S109). After that, the processes of steps S105 to S109 are repeatedly executed until the displacement measurement becomes unnecessary (step S110). As a result, in this example, the displacement amount of the marker 1 (and thus the object 3) from the initial time point is detected at each displacement measurement time point.

なお、ここでは、初期時点で基準用マーカ画像(内部マーカ画像)を作成し、以降、それを使い続ける例を示した。ただし、場合によっては、例えば、2つの時点間の位相差(ひいては変位量)を検出する際に、適宜、基準用マーカ画像(内部マーカ画像)を作成するようなことも可能である。すなわち、2つの時点に取得した計測用マーカ画像の一方を基準用マーカ画像として内部マーカ画像を作成し、当該内部マーカ画像を2つの計測用マーカ画像にそれぞれ重ね合わせることで2つの時点の間で生じた位相差(ひいては変位量)を検出可能である。また、内部マーカ画像35は、前述したように、撮像を行わずに作成されたコンピュータグラフィックス(CG)画像であってもよい。 Here, an example is shown in which a reference marker image (internal marker image) is created at the initial stage and is used continuously thereafter. However, in some cases, for example, when detecting the phase difference (and thus the displacement amount) between two time points, it is possible to appropriately create a reference marker image (internal marker image). That is, an internal marker image is created by using one of the measurement marker images acquired at the two time points as a reference marker image, and the internal marker image is superimposed on the two measurement marker images, so that between the two time points. The generated phase difference (and thus the amount of displacement) can be detected. Further, as described above, the internal marker image 35 may be a computer graphics (CG) image created without imaging.

《動作検証結果》
図9(a)および図9(b)は、図1(a)の変位計測システムの動作検証によって得られた検証結果の一例を示す図である。この例では、図1(b)のマーカ1aと、640×360画素(ピクセル)のイメージセンサ12(図2)とが用いられる。図9(a)には、マーカ1aをX方向に0〜30[mm]の範囲で5[mm]単位で移動させた場合に、モアレ縞の位相が逐次変化する様子が示される。この例では、変位量が20[mm]を超えると、モアレ縞の位相に1周期以上の変化が生じている。
<< Operation verification result >>
9 (a) and 9 (b) are diagrams showing an example of verification results obtained by the operation verification of the displacement measurement system of FIG. 1 (a). In this example, the marker 1a of FIG. 1B and the image sensor 12 (FIG. 2) of 640 × 360 pixels (pixels) are used. FIG. 9A shows how the phase of the moire fringes changes sequentially when the marker 1a is moved in the X direction in the range of 0 to 30 [mm] in units of 5 [mm]. In this example, when the displacement amount exceeds 20 [mm], the phase of the moire fringes changes by one cycle or more.

検出部33は、図9(a)に示されるような各モアレ縞の位相の位相差に基づいてマーカ1aの変位量を検出する。図9(b)には、マーカ1aの実際の変位量と、図9(a)の位相差に基づいて検出(算出)された変位量(検出値)との関係が示される。図9(b)の例では、理想値に近い検出値が得られている。 The detection unit 33 detects the displacement amount of the marker 1a based on the phase difference of the phases of the moire fringes as shown in FIG. 9A. FIG. 9B shows the relationship between the actual displacement amount of the marker 1a and the displacement amount (detected value) detected (calculated) based on the phase difference of FIG. 9A. In the example of FIG. 9B, a detected value close to the ideal value is obtained.

《各種変形例》
ここでは、図1(b)に示したような、X方向に並んだストライプ模様が記されたマーカ1aを用いてマーカ1aのX方向の変位量を検出する場合を例に説明を行った。一方、例えば、Y方向に並んだストライプ模様が記されたマーカを用いることで、同様にして、マーカのY方向の変位量を検出することが可能である。
<< Various variants >>
Here, a case where the displacement amount of the marker 1a in the X direction is detected by using the marker 1a on which the stripe pattern arranged in the X direction is described as shown in FIG. 1B has been described as an example. On the other hand, for example, by using a marker having a striped pattern arranged in the Y direction, it is possible to detect the displacement amount of the marker in the Y direction in the same manner.

また、図1(c)に示したようなチェッカ模様が記されたマーカ1bを用いる場合、変位計測部20は、チェッカ模様を含んだマーカ画像を、画像処理によってX方向に並んだストライプ模様またはY方向に並んだストライプ模様に変換すればよい。さらに、変位計測部20は、例えば、このストライプ模様に変換されたマーカ画像を回転させることで内部マーカ画像を作成すればよい。これによって、変位計測部20は、前述したマーカ1aを用いる場合と同様の方法でマーカ1b(ひいては物体3)の変位(X方向、またはY方向、あるいはその両方向の変位)を計測できる。 Further, when the marker 1b on which the checker pattern as shown in FIG. 1C is used, the displacement measuring unit 20 arranges the marker image including the checker pattern in the X direction by image processing. It may be converted into a striped pattern arranged in the Y direction. Further, the displacement measuring unit 20 may create an internal marker image by rotating the marker image converted into the stripe pattern, for example. As a result, the displacement measuring unit 20 can measure the displacement (displacement in the X direction, the Y direction, or both directions) of the marker 1b (and thus the object 3) in the same manner as when the marker 1a is used.

《実施の形態の主要な効果》
以上、実施の形態の変位計測装置および変位計測方法を用いることで、代表的には、小さい処理負荷または記憶容量でマーカ1自体の変位を計測できるようになる。すなわち、サンプリングモアレ法等のような複雑な処理を用いることなく、マーカ1(ひいては物体3)の全体としての変位量を検出できるようになる。その結果、例えば、立坑工事等の建設現場において、地盤の変位状況を監視することができ、作業者の安全を確保することが可能になる。
<< Main effects of the embodiment >>
As described above, by using the displacement measuring device and the displacement measuring method of the embodiment, it becomes possible to typically measure the displacement of the marker 1 itself with a small processing load or storage capacity. That is, the displacement amount of the marker 1 (and thus the object 3) as a whole can be detected without using a complicated process such as the sampling moire method. As a result, for example, at a construction site such as a shaft construction, the displacement state of the ground can be monitored, and the safety of workers can be ensured.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof.

1,1a,1b…マーカ、2…変位計測装置、3…物体、10…撮像部、20…変位計測部、30…基準用マーカ画像、31…内部マーカ作成部、32…モアレ画像作成部、33…検出部、35…内部マーカ画像、36,36a,36b…計測用マーカ画像、37…モアレ画像、43…中間画像 1,1a, 1b ... Marker, 2 ... Displacement measuring device, 3 ... Object, 10 ... Imaging unit, 20 ... Displacement measuring unit, 30 ... Reference marker image, 31 ... Internal marker creation unit, 32 ... Moire image creation unit, 33 ... Detection unit, 35 ... Internal marker image, 36, 36a, 36b ... Measurement marker image, 37 ... Moire image, 43 ... Intermediate image

Claims (10)

周期模様が記されたマーカを撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像されたマーカ画像に基づいて前記マーカの変位を計測する変位計測部と、
を有する変位計測装置であって、
前記変位計測部は、
前記撮像部によって撮像された基準用のマーカ画像に対して画像の面方向で所定の傾きを有するマーカ画像を、内部マーカ画像として作成する内部マーカ作成部と、
第1の時点で前記撮像部によって撮像された第1のマーカ画像と、第2の時点で前記撮像部によって撮像された第2のマーカ画像とに対して、前記内部マーカ作成部で作成した同一の前記内部マーカ画像を重ね合わせることで第1のモアレ画像と第2のモアレ画像とをそれぞれ作成するモアレ画像作成部と、
前記第1のモアレ画像に含まれるモアレ縞の位相と、前記第2のモアレ画像に含まれるモアレ縞の位相との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて前記第1の時点と前記第2の時点との間で生じた前記マーカの全体としての変位量を検出する検出部と、
を有する、
変位計測装置。
An imaging unit that captures a marker with a periodic pattern and
A displacement measuring unit that measures the displacement of the marker based on the marker image captured by the imaging unit,
It is a displacement measuring device having
The displacement measuring unit
An internal marker creating unit that creates a marker image having a predetermined inclination in the plane direction of the image as an internal marker image with respect to the reference marker image captured by the imaging unit.
The same as the first marker image captured by the imaging unit at the first time point and the second marker image captured by the imaging unit at the second time point created by the internal marker creating unit. A moire image creation unit that creates a first moire image and a second moire image by superimposing the internal marker images of the above.
The phase difference between the phase of the moire fringes included in the first moire image and the phase of the moire fringes included in the second moire image is detected, and the first time point and the above are based on the detected phase difference. A detection unit that detects the total displacement of the marker generated between the second time point and the second time point.
Have
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記周期模様は、ストライプ模様である、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The periodic pattern is a striped pattern.
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記周期模様は、チェッカ模様であり、
前記変位計測部は、前記チェッカ模様を画像処理によってストライプ模様に変換する、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The periodic pattern is a checkered pattern.
The displacement measuring unit converts the checker pattern into a striped pattern by image processing.
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記内部マーカ作成部は、前記基準用のマーカ画像を画像処理によって前記画像の面方向で回転されることで前記内部マーカ画像を作成する、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The internal marker creating unit creates the internal marker image by rotating the reference marker image in the plane direction of the image by image processing.
Displacement measuring device.
請求項1記載の変位計測装置において、
前記検出部は、前記モアレ画像作成部によって作成されたモアレ画像の輝度分布を、前記画像の面方向の一つである第1の方向に沿って三角関数で近似することで中間画像を作成し、前記中間画像の輝度分布を、前記画像の面方向の他の一つであり前記第1の方向と直交する方向である第2の方向に沿って三角関数で近似することで前記モアレ縞の位相を検出する、
変位計測装置。
In the displacement measuring device according to claim 1,
The detection unit creates an intermediate image by approximating the brightness distribution of the moire image created by the moire image creation unit with a trigonometric function along a first direction, which is one of the plane directions of the image. The moire fringes are obtained by approximating the brightness distribution of the intermediate image with a trigonometric function along a second direction which is one of the plane directions of the image and is orthogonal to the first direction. Detect phase,
Displacement measuring device.
周期模様が記されたマーカと、
前記マーカを撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像されたマーカ画像に基づいて前記マーカの変位を計測する変位計測部と、
を用いて前記マーカの変位を計測する変位計測方法であって、
前記変位計測部が、前記撮像部によって撮像された基準用のマーカ画像に対して画像の面内方向で所定の傾きを有するマーカ画像を、内部マーカ画像として作成する第1の工程と、
第1の時点で前記撮像部によって前記マーカを撮像することで第1のマーカ画像を取得する第2の工程と、
前記変位計測部が、前記第1のマーカ画像に対して前記第1の工程で作成した前記内部マーカ画像を重ね合わせることで第1のモアレ画像を作成する第3の工程と、
第2の時点で前記撮像部によって前記マーカを撮像することで第2のマーカ画像を取得する第4の工程と、
前記変位計測部が、前記第2のマーカ画像に対して前記第1の工程で作成した前記内部マーカ画像を重ね合わせることで第2のモアレ画像を作成する第5の工程と、
前記変位計測部が、前記第1のモアレ画像に含まれるモアレ縞の位相と、前記第2のモアレ画像に含まれるモアレ縞の位相との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて前記第1の時点と前記第2の時点との間で生じた前記マーカの全体としての変位量を検出する第6の工程と、
を有する、
変位計測方法。
A marker with a periodic pattern and
An imaging unit that captures the marker and
A displacement measuring unit that measures the displacement of the marker based on the marker image captured by the imaging unit,
This is a displacement measurement method for measuring the displacement of the marker using the above.
The first step in which the displacement measuring unit creates a marker image having a predetermined inclination in the in-plane direction of the reference marker image captured by the imaging unit as an internal marker image.
A second step of acquiring a first marker image by imaging the marker with the imaging unit at the first time point, and
A third step in which the displacement measuring unit superimposes the internal marker image created in the first step on the first marker image to create a first moire image.
A fourth step of acquiring a second marker image by imaging the marker with the imaging unit at a second time point.
A fifth step in which the displacement measuring unit superimposes the internal marker image created in the first step on the second marker image to create a second moire image.
The displacement measuring unit detects the phase difference between the phase of the moire fringes included in the first moire image and the phase of the moire fringes included in the second moire image, and the phase difference is based on the detected phase difference. A sixth step of detecting the total displacement of the marker between the first time point and the second time point, and the sixth step.
Have
Displacement measurement method.
請求項6記載の変位計測方法において、
前記周期模様は、ストライプ模様である、
変位計測方法。
In the displacement measuring method according to claim 6,
The periodic pattern is a striped pattern.
Displacement measurement method.
請求項6記載の変位計測方法において、
前記周期模様は、チェッカ模様であり、
前記変位計測方法は、さらに、前記変位計測部が前記チェッカ模様を画像処理によってストライプ模様に変換する工程を有する、
変位計測方法。
In the displacement measuring method according to claim 6,
The periodic pattern is a checkered pattern.
The displacement measuring method further includes a step in which the displacement measuring unit converts the checker pattern into a striped pattern by image processing.
Displacement measurement method.
請求項6記載の変位計測方法において、
前記変位計測部は、前記第1の工程において、前記基準用のマーカ画像を画像処理によって前記画像の面方向で回転されることで前記内部マーカ画像を作成する、
変位計測方法。
In the displacement measuring method according to claim 6,
In the first step, the displacement measuring unit creates the internal marker image by rotating the marker image for reference in the plane direction of the image by image processing.
Displacement measurement method.
請求項6記載の変位計測方法において、
前記変位計測部は、前記第6の工程において、前記第5の工程で作成されたモアレ画像の輝度分布を、前記画像の面方向の一つである第1の方向に沿って三角関数で近似することで中間画像を作成し、前記中間画像の輝度分布を、前記画像の面方向の他の一つであり前記第1の方向と直交する方向である第2の方向に沿って三角関数で近似することで前記モアレ縞の位相を検出する、
変位計測方法。
In the displacement measuring method according to claim 6,
In the sixth step, the displacement measuring unit approximates the brightness distribution of the moire image created in the fifth step with a trigonometric function along the first direction, which is one of the plane directions of the image. By doing so, an intermediate image is created, and the brightness distribution of the intermediate image is trigonometrically applied along a second direction which is one of the plane directions of the image and is orthogonal to the first direction. By approximating, the phase of the moire fringes is detected.
Displacement measurement method.
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