JPH0474907A - 変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的： （産業上の利用分野） この発明は、ファクトリオートメーション、材料の変位
試験、飛行機の対地速度測定、その他に利用する。

この発明は、一つの被測定対象を二次元画像として撮像
しく第一の画像）、ある時間が経通した後に再びその被
測定対象を撮像しく第二の画像）、その第一の画像の撮
像から第二の画像の撮像までに経過した時間にその被測
定対象が画面内で移動した距離を測定する変位計測装置
に関する。

（従来の技術） 材料の変位試験を例にとると、被試験ピースを試験装置
に装着した状態でテレビジョン画面に第一の静止画像を
撮像する０次にその被試験ピースに試験装置により所定
の引張り力を加え、その被試験ピースが変形した状態で
同一の条件でテレビジョン画面に第二の静止画像として
撮像する。この第一の静止画像と第二の静止画像とを重
ねると、被試験ピースの端部が重ならない状態が観測さ
れ、その重ならない部分の変位量を画像から測定するこ
とができる。

飛行機の対地速度測定を例にとると、飛行機が航行中に
地上の特定対象（例えば建物）を被測定対象としてテレ
ビジョン画面に第一の画像として撮像する。所定の時間
（例えば正確に１秒）の経通後にその被測定対象を同一
の装置で第二の画像として撮像する。この第一の画像と
第二の画像とを重ねてみると、ある方向にある距離だけ
ずれてその二つの画像が重なる。この方向および距１ｌ
ｌｌＩ（ベクトル距Ｍ）は上記所定時間内に飛行機が移
動したベクトル距離である。したがって、このベクトル
距離を上記所定の時間で割ると飛行機のベクトル速度が
得られる。

このように時間が経過した二つの状態のテレビジョン画
像からその時間内に被測定対象が移動したベクトル距離
またはベクトル速度を演算する技術は、ファクトリオー
トメーション、犯罪走査その他に広い応用がある。

従来このような二次元画像により変位を測定する装置と
して、次のような技術が知られている。

すなわち、テレビジョン信号として入力する第一の画像
をディジタル信号に変換し、第一の画像情報としていっ
たんメモリに蓄積する。このメモリに蓄積した第一の画
像情報について、少しずつ位置をずらした画像情報を多
数作る。すなわち、メモリに蓄積した第一の画像情報を
Ｘ軸方向に１コマずつ第１コマから第Ｍコマまでずらし
たＭ個の画像情報を作る。さらに、このＭ個の画像情報
をそれぞれＸ軸方向に１コマずつ第１コマから＝Ｌコマ
までずらしたＬ個の画像情報を作る。これにより位置が
１コマずつずれたＭｘＬ個の画像情報がで齢る。これを
メモリ領域に蓄積しておく。次に同じくテレビジョン信
号として人力する第二の画像を同−論理によりディジタ
ル信号に変換し、第二の画像情報とし、この第二の画像
情報と上記メモリ領域に蓄積されたＭｘＬ個の画像情報
とそれぞれ相関を演算する。すなわちＭｘＬ個の相開演
算を実行する。その演算されたＭｘＬ個の相関について
その最大のものを抽出する。その最大のものは第二の画
像とほぼ一致していることになる。この抽出された最大
のものが、Ｘ方向に何コマｙ方向に何コマずらしたもの
であるか知るとその各コマ数がベクトル変位量になる。

この技術は例えば、雑誌「レーザ科学研究」、１９８０
年３４２号１２６〜１３２頁「半導体イメージセンサに
よるスペックル相関法と変位測定への応用」に詳しい記
載がある。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来技術は、相関を演算しその最大。も。

を抽出してその変位を知るから、正しい結果を得ること
ができるすぐれた技術であるが、第一の画像についてＭ
ＸＬ個の位置のことなる多数の画像情報を作る操作、お
よびその多数の画像情報についてそれぞれ相関を演算す
る操作を行う必要があるから、リアルタイムにその結果
を得ることが困難である。

上記例の材料の変形試験のように、一定の状態を長く保
持する被測定対象については、例え演算時間が長くなっ
てもその結果が得られればよいが、飛行機の対地速度の
例、あるいはファクトリオートメーションについての応
用などの場合には、その画面に変化にしたがってリアル
タイムにその測定結果を得ることが必要である。逆にリ
アルタイムに変位量あるいは速度などが得られれば、そ
の測定結果は制剖に利用できるので、この技術の応用範
囲は著しく拡大することになる。

この発明はこのような背景に行なわれたものであって、
二つの撮像された画像情報から被測定対象の位置のずれ
を二次元的に正確に測定することができる装置であって
、その演算をリアルタイムに実行することができる装置
を提供することを目的とする。

この発明は、さらに被測定対象にあらかしめ目印をつけ
る必要がなく、固体表面に限らず液体の変位や歪を計測
てきる装置を提供することを目的とする。

さらに、リアルタイムに測定できた結果を矢印または線
分の形態で表示することにより、装置の使用者がリアル
タイムに測定対象の変化やその量及び方向等を把握でき
るような装置を提供することを目的とする。

発明の構成； （課題を解決するための手段） この発明は、ファクトリオートメーション、材料の変位
試験、飛行機の対地速度測定、その他に利用される変位
計測装置に関するものであり、この発明の上記目的は、
被測定物を撮影した際の第一の画像情報と当該撮影から
一定時間経過後に撮影した際の第二の画像情報について
Ｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ分割し、当該分割され
た画像情報に基づいて前記第一の画像情報と前記第二の
画像情報との複数の相関値を演算する相関演算手段と、
当該複数の相関値の中がらＸ＠方向及びｙ軸方向のそれ
ぞれについて最大値を求める最大値演算手段とを具備し
た変位計測装置において、画像情報の表示を行なうこと
が可能な表示手段を有し、当該表示手段に前記最大値を
その方向と変位量が表現可能な標識として表示すること
によって達成される。

（作用） 第一の画像が入力してから、その第一の画像をはじめに
走査線を単位に、ついでその走査線を単位にした情報か
ら分岐して画素を単位に、メモリ要素をカスケード接続
したメモリ群の上にシフトさせて展開する。このメモリ
群の上に展開された画素に対応する情報に対して、つぎ
に入力する第二の画像について画素を単位に一斉に情報
を供給し、この−斉に供給した第二の画像についての画
素を単位とした＋ｉ４報との間に相関を演算する。相関
は、それぞれ積あるいは排他的論理和などをつぎつぎに
演算してこれを累積加算することにより得られる。すな
わち、メモリ群上に展開する画素に対応する情報は、そ
の遅延にしたかって異なるずれを与えた情報となり、異
なるずれを与えた情報について一斉に相関を演算するこ
とと等価になる。すなわち、逐次演算方式であるので、
入力と同期してリアルタイムに演算を実行することがで
きる。

この発明はリアルタイムの演算が可能であるから、連続
的な計測を実行する場合に高速で対応することができる
。

固定的な遅延を与える手段またはウィンドウを設ける手
段を利用する場合には、ダイナミックレンジをきわめて
大きくすることができる。従来装置に比べるとその回路
規模に対するダイナミックレンジはきわめて大きくなる
。

また精度を上げるために回路規模を大きくしても、各回
路は並列的に動作するから処理時間が大きくならない。

二次元的に変位を観測できるから、変位ベクトルまたは
速度ベクトルを直接測定できる。これにより、例えば歪
計への応用では縦歪だけでなく剪断歪をも同時に測定す
ることができる。

リアルタイムで演算が実行されるから、測定結果をただ
ちに利用するフィードバック制御系の測定装置として利
用できる。これにより、ベクトル変位の計測を伴う制御
をきわめて高度化することができる。

被測定対象物に目印をつける必要がないから、液体の変
位を測定することができる。さらに、スペックル模様を
被測定対象とする場合にきわめて有効である。

（実施例） 第１図及び第７図はこの発明の実施例装置のブロック構
成図である。被測定対象物、０に発光装置１が照明を照
射し、レンズ系を介して撮像装置２に画像が撮像される
。

この発明の装置は、被測定対象物Ｏか撮像された画像を
一つの論理によりディジタル化するサンプリング回路３
と、このディジタル化された画像情報に固定的な遅延を
与えるバッファメモリ１００と、このバッフ７メモリの
出力信号を処理する相関計数装置２００と、この相関計
数装置２００および前記バッファメモリ１００を制御す
る制御回路９と、サンプリング回路３により起動され各
回路にタイミング信号を送出するタイミング回路４とを
備える。

発光装置１が１回短く発光し、被測定対象物が撮像装置
２に撮像されると、それが革−の画像であり、サンプリ
ング回路３によりディジタル化され第一の画像情報とな
って、バッファメモリ１００から相関計数装置２００に
送られる。一定の時間（例えば正確に１秒間）が経過し
たとき、発光装置Ｉが再度１回短く発光し、被測定対象
物が撮像装置２に撮像されると、それが第二の画像であ
る。これはサンプリング回路３によりディジタル化され
第二の画像情報となる。第二の画像情報は、バッファメ
モリ１００を通過することなく直接に相関計数装置２０
０に送られて利用される。

相関計数装置２００および制御回路９には、上記第一の
画像情報について、Ｘ軸方向にｌないししくこの実施例
図面ではＬ＝ｆ）コマずつ、ｙ＠方向に１ないしＭ（こ
の実施例図面ではＭ＝ｍ）コマずつ移動させた互いに位
置の異なるＭｘＬ個の画像情報と、上記第二の画像情報
との相関をそれぞれ演算する手段と、演算されたＭｘＬ
個の相関が最大である第一の画像情報の位置を第一の画
像情報を撮像した時刻から第二の画像情報を撮像した時
刻までの変位として出力する手段とを備える。

これをさらに詳しく説明する。相関計数装置には、上記
第一の画像情報のＸ軸方向の走査線に対応する情報をひ
とつの単位（第一単位と定義する、この実施例では１本
の走査線の情報を第一単位とする。）として蓄積する第
一メモリ要素７・１゜７・２．・・・・・・、７・ｍ−
１がカスケード接続された第一メモリ群を備える。制御
回路９には辺の第−単位の情報が人力する毎に同期して
、その第一単位の情報をこの第一メモリ群の入力端のメ
モリ要素７・ｌに蓄積しかつこの第一メモリ群上をシフ
トさせる手段を備える。

各相関計数回路８・１〜８１は第２図に示す構成になっ
ている。すなわち、上記第一メモリ要素毎にそのメモリ
要素の出力に送出される画素に対応する情報を単位（こ
こでは第二単位という、この実施例では１画素に相当し
８ビツトである）として蓄積する第二メモリ要素が！−
１個それぞれカスケード接続された第二メモリ群を備え
る。第二メモリ群は各相関計数回路８・ｌ〜８・ｍにあ
るから、第二メモリ群は総数ｍ個ある。

この相関計数回路８・１へ８１を制御する制御回路９に
は、上記第一メモリ要素の出力に上記第二単位の情報が
送出される毎に同期して、その第二単位の情報をこの第
二メモリ群の各入力端のメモリ要素（例、８３ｍ−１）
に蓄積しかつこの第二メモリ群上をそれぞれシフトさせ
る手段を備える。

ｉ＠２図において、相関計数回路８・１〜８・ｌでは、
第二メモリ群の各メモリ要素に、上記第二単位毎にその
第二単位と上記第二の画像情報の対応する第二単位との
演算を実行する手段として、相関演算回路（例、３２ｍ
１　）の人力Ａが接続されている。

この演算回路の人力Ｂにはサンプリング回路３から遅れ
て撮像された第二の画像情報がサンプリング出力にした
がって供給される。この人力Ｂには＠ｘ（１−１）個あ
るすべての相関演算回路の人力Ｂに同一の内容が一斉に
供給される。この相関演算回路の演算は一例として単純
な掛は算である。この演算の結果はそれぞれ相関演算回
路に対応してひとつずつ設けられた累算回路（例、８１
ｍ−１）に累積加算されるように構成されている。

次に、第７図に基づいて測定結果を表示するための手段
について説明する。タイミング回路４は、第１図に示さ
れたものと同一のものである。

つまり、タイミング回路４は、クロック６からのクロッ
ク信号とＣＰＵ７かうの設定値に基づいてウィンドウ制
御信号、転送制御回路１１への制御信号及びその他のタ
イミング制御信号を発生する。フレームメモリ１２には
ＣＰＩＪ７から特定の領域にデータが書込まれ、ブラウ
ン管などの表示手段の特定部分に任意の図形や文字など
が表示可能となる。シフトレジスタ１３は、転送制御回
路１１からの制御信号に基づいて例えは１本の走査線の
情報かフレームメモリ１２から転送される。転送された
後は、クロック１６からのクロックイ３号により１画素
ずつ順次Ｄ／Ａコンバータ１４へ出力する。　Ｄ／Ａコ
ンバータ１４は、シフトレジスタＩ３から人力されるデ
ィジタルデータをクロック１６の出力するクロック信号
に同期させてビデオ信号に変換する。

以上で説明した回路部分により、ＣＰＬ１１７はその制
御プログラムによりブラウン管等の任意の領域に任意の
図形３文字等を表示することができる。

インタフェイスＩＯは第１図に示されたものと同一のも
のであり、ＣＰυ１７以外のプロセスコントローラとも
通信が行なえるようにすることも可能である。また、相
関計数装置２００も第１図に示されたものと同一のもの
である。（：Ｐｔ１１７は、インタフェースｌＯを介し
て相関計数装置２００におりる入力された画像の相関計
測結果を入力して認識する。マウス・インタフェース１
５はマウス３００の動き量をＣＰＩＩＩ７に伝達する。

このように構成された装置の動作例を説明する。

人力する第一の画像についてサンプリング回路３がディ
ジタル化を行なう。ここではこのディジタル化された情
報を第一の画像情報という。ディジタル化前の画像は、
一般に画面の走査にしたがってＸ軸方向（水平方向）の
走査線がｙ軸方向（垂直方向）に配列された構成である
から、この画像をリアルタイムでディジタル化した第一
の画像情報は、はじめに第一番めの走査線がディジタル
化され、つぎに第二番めの走査線がディジタル化され、
つぎに第三番めの走査線がディジタル化され、というよ
うに、時間的に順にディジタル化される。

いま、第一の画像情報のＸ軸方向の走査線に対応する情
報を一つの単位（上記第−単位）とする。最も単純には
走査線１本の情報を第−単位とする。（走査線ｎ木の情
報または走査線１本のｎ分の１の＋ｆ４報を第−単位と
してもよい。）この例では第−単位は走査ｊｉｉｉｌ木
の情報である。第一メモリ要素７はこの第−単位の情報
を格納できる。

舅−メモリ要素７がｍ−１個用意されカスケード接続さ
れる。これが第一メモリ群である。

第一番目の走査線がディジタル化されてこの第一メモリ
群の人力に供給され、最初の第一メモリ要素７・１に蓄
積される。さらに第二番目の走査線がディジタル化され
て第一メモリ群の人力に供給されると、これは最初の第
一メモリ要素７・１に蓄積され、その前に蓄積されてい
た第一番目の走査線の情報は二番目の第一メモリ要素７
・２にシフトされる。このようにして１ｓ−１番目の走
査線がディジタル化されて第一メモリ群の人力に供給さ
れると、第一メモリ群の全メモリ要素に第一番目の走査
線から第■−１番目の走査線まで各情報が蓄積されるこ
とになる。

一方上記カスケート接続された各メモリ要素の接続点に
はそれぞれ第二メモリ群が分岐接続されている。この第
二メモリ群は画素を単位（ここでは第二単位という）と
する第二メモリ要素のカスケード接続により構成されて
いる。画素は白黒ならば１ビツトで構成することができ
るが、灰色を許容する場合には例えば８ビツトである。

この実施例では８ビツトを上記第二単位とする。８ビツ
トの第二メモリ要素がそれぞｔｌｆ−］個カスケード接
続されている。この４２−１個カスケード接続されたメ
モリ群が並列的にｍ個あることになる。

上記第一メモリ群の上を走査線の情報がシフトするとき
に、その走査線の情報を構成する画素の情報は画素単位
（第二単位）毎にこの第二メモリ群の分岐して流れ込む
、この第二メモリ群に画素単位の情報が流れ込む毎に第
二メモリ群の上で情報が次の第二メモリ要素にシフトさ
れる。相関演算回路（例、８２ｍ・１）はそれぞれ入力
Ａに新たな画素単位（第二単位）の情報が到来する毎に
、入力Ｂに到来する第二の画像情報のその時の画素との
相関を演算する。この演算結果は累算回路（例、８１ｍ
−１）にそれぞれ個別に累積加算される。

このように各相関演算回路（全部で １１ｘ（ｕ−１）個ある）が演算する相関は、その人力
Ｂには第二の画像情報について同一の内容か供給され、
その入力Ａには、第一の画像情報についてそれぞれ第一
メモリ群および第二メモリ群により遅延された内容が与
えられている。この遅延された内容はそれぞれＸ軸方向
およびｙ軸方向に位置の異なる第一の画像情報に相当す
る。すなわち、第一メモリ群により各第一メモリ要素を
シフトする毎にｙ軸方向に１走査線毎に異なる位置の情
報を供給することになり、第二メモリ群により各第二メ
モリ要素をシフトする毎にＸ軸方向に１画素分ずつ位置
の異なる情報を供給することになる。したがフて一つの
時刻、今の瞬間には、全部で＋ａｘ　（Ａ−１）個ある
相関演算回路はそれぞれ第一の画像情報の異なる位置に
ついて、第二の画像情報のその時に送出されている位置
の各画素の掛は算を演算していることになる。このよう
にして第二の画像情報についてその位置を走査にしたが
って変更してゆき、第二の画像情報のすべての画素の送
出が終わると、各相開演算回路はそれぞれ第一の画像情
報の異なる位置について第二の画像情報の画素相互の掛
は算を演算していたことになる。

この掛は算をｆＬ算した結果はそれぞれ個別の累算回路
で累積加算される。この累積加算された結果はとりもな
おさず相関を演算した結果になる。

すなわち相関は、 Ｒ（Ｃ，、Ｃ，）−Σ−Σ−ｆ（ｘ　、ｙ）Ｘｇ（ｘ　
　◆　Ｃｗ　　、ｙ　”　　Ｃｙ　　）と表わされるか
ら、積の累積加算となる。

つまり、各累算回路（例、８１−・ｌ　全部で＠ｘ（ｉ
−１）個ある）にはそれぞれ異なる位置についての相関
が蓄積されたことになる。

制御回路９はこの累算回路（例、ｌ１１ｍ−１）をすべ
て検索し、その蓄積している値の最大のものを発見する
と、その累算回路に対応する位置では、第一の画像と第
二の画像とが一致しているものと考えられる。すなわち
その累算回路の対応する位置は座標上で（Ｘ＋、Ｖ＋）
に相当し、第一の画像に撮像された被測定対象物が座標
上で（ｘ＋。ｙ＋）だけ８動したことになり、これがこ
の装置て求めるベクトル距離である。第一の画像を撮像
した時刻から第二の画像を撮像した時刻までの経過時間
が記録されているならば、このベクトル距離をその経過
時間で割るとベクトル速度が得られる。これらの測定結
果は制御回路９で求められ、インタフェース回路１０か
ら出力される。

上述の相関演算回路（例、８２ｍ・ｌ）の演算は掛は算
のように単純な演算であり、累算回路（例、８１ｍ−１
）で実行する内容は単なる累積加算である。

第一メモリ群および第二メモリ群で実行させる画像情報
のシフトは単なる情報のシフトであり、これは撮像され
た画像の走査にしたがって実行される。したがって、上
記したすべての演算は画像の走査または画像のディジタ
ル化にしたがって、その動作に同期して実行することが
可能であり、リアルタイムで実現することかできる。

上記例では第一の画像と第二の画像とは、例えばその撮
像のタイミングに１秒のずれがあるとした。しかし、こ
れは容易にテレビジョン信号のフレーム送出周期まで短
縮することができる。

上記例では第一の画像と第二の画像との比較を行なうも
のとして説明をわかりやすくしたが、第一の画像を基準
画像として、時間の経過にしたがって第二の画像をつぎ
つぎに発生させてその変位を測定することができる。ま
た、第一の画像と第二の画像との変位を測定したら、そ
の第二の画像をあらたに第一の画像とし、つぎに到来す
る画像をあらたな第二の画像としてつぎつぎに変位を測
定することもできる。

ここで、上記実施例図面ではこみいったこの発明の原理
を理解しやすくするために Ｌ−ｊ２−１％　Ｍ−■ として説明したが、実用的には第一の画像と第二の画像
とでは、その被測定対象物の移動方向は不定である。つ
まり一般には観測すべき変位は必ず正の方向のみに発生
するとは限らない。したがって実用的な装置では、第１
図に示すバッファメモリ１００により、第一の画像情報
に固定的な遅延を与えておき、この固定的な遅延を与え
た点を基準にして、Ｌを正の方向に１、負の方向に１、
合計で２ＩＬ−１設定し、Ｍについても正の方向に■、
負の方向にｍ、合計で２ｍ−１を設定することがよい。

このように正および負の各方向に測定レンジを拡げてお
くと、はじめに被測定対象物を画面の中心に移し、いず
れの方向に移動した場合にもフォローできる。

つぎに、画面の切出しについて説明する。上記説明では
、ＭおよびＬについて具体的な数値を表示していないが
、相関演算回路や累算回路は關×したけ必要であるから
、例えばＮＴＳＣ方式のテレビジョン画面についてすべ
ての画素を対象とするような設計をすると、ＭおよびＬ
についてそれぞれ数百となり、その回路規模は膨大にな
ってしまう、すなわち、かりに、ＮＴＳＣ方式のテレビ
ジョン画面で撮像画面が人力する場合にも、その画面の
中の必要な部分を切出してその部分について観測を行な
えば十分である。

このために、第１図に示す実施例ては、タイミング回路
４に画面の切出しの機能を付加しウィンドウ信号を発生
する構成となっている。これは第二の画像信号信号のデ
ィジタル化に同期して、その第二の画像のうち画面上で
必要な部分についてウィンドウ信号Ｗを発生する。この
ウィンドウ信号Ｗは第２図に示すように各累算回路に供
給されていて、このウィンドウ信号Ｗがあるとき（論理
ｒ１」のとき）に限り累積加算の動作が実行される。こ
のように、ウィンドウ信号Ｗがないタイミングのデータ
は捨てられる。被測定対象物が撮像されたテレビジョン
画面の中で、縦方向にほぼ１０分の１、横方向にほぼ１
０分の１で切出される範囲に写つすとすれば、回路規模
は１００分の１になる。実用的な回路はＭ　−３２、Ｌ
−３２でぃどで十分に実現することができる。

この切出しの機能に関連して重要な機能はバッファメモ
リ１００で与える固定的な遅延である。すなわち、上述
の切出しの機能により被測定対象物か画面内で写ってい
るごく限られた部分のみについてウィンドウを設定する
と、第一の画像ではこのウィンドウの中に被測定対象物
があったが、第二の画像では被測定対象物がこのウィン
ドウの外に出てしまう場合がある。このような場合にも
測定を可能としないと、ウィンドウを大きく設定して回
路規模が大きくなり、あるいは測定のレンジがノドさく
なるなど不都合がある。

このために第１図に示す実施例では、バッファメモリ１
００にフレーム内遅延回路６を設け、このフレーム内遅
延回路６は制御回路９でその遅延量を設定できるように
構成した。すなわち、ウィンドウを設けて切出しを行な
う場合で、被測定対象物の移動が大きく第二の画像では
被測定対象物がその設定したウィンドウに入らない場合
には、このフレーム内遅延回路６により、その予測位置
まで固定的なずれを与えることができる。相関計数装置
２００では上述の説明のとおり、遅延時間は位置のずれ
に対応するから、そのＸ方向およびＸ方向に固定的な遅
延を前もって与えることは、一つの画面フレーム内で固
定的にＸ方向およびＸ方向にずれを与えた位置で測定を
行なうことになる。

このフレーム内遅延回路６の制御は制御回路９により適
応的に実行することがよい、つまり、一つの事象につい
て殺り退し測定を行ないその結果を反映させて適応的に
与えるずれを変更設定する。

この操作により原則的に一つのテレビジョン画面内での
移動に対して対応することが可能になり、きわめて大き
いダイナミックレンジの測定装置が得られることになる
。

第３図にこの発明の実施例の動作説明用のタイムチャー
トを示す、また第４図および第５図に制御回路９の制御
フローチャート要部を示す。

つぎにさらに定量的に説明する。

第６図はこの発明実施例の原理説明図である。

画像の部分領域を、ここでは簡単にするためＸ方向ｐ、
Ｘ方向９の長方形とする。その位置を左上角の画素の座
標で代表する。相関の場合、二つの画像の相対的位置の
みが関係するので、片方の画素の位置を（０，０）とす
る、二つの画像をｆ　（ｘ　、ｙ）、ｇ（ｘ　、ｙ）と
し対象とする部分画像をＦ（０，０）、Ｇ（ｃ、、ｃ、
）とすると第５図に示すとおりになり、２つの画像の相
関は、 Ｒ（Ｃｘ　、　Ｃ，）−％Ｉ’　東ｆ（ｘ　、ｙ）ｘｇ
（×４−　Ｃ１ｌ　、ｙ＋　Ｃｙ　）となる。

また、Ｒ（Ｃ，＋ｊ２゜、Ｃ，◆ｌｌｏ　）の値が、Ｒ
（ｘ　、ｙ）の ｃ、　−ｉ　　≦Ｘ≦Ｃ１Ｉ◆λ、 Ｃｙ−■　≦ｙ≦Ｃｙ◆Ｉ の範囲での最大値をとった場合、Ｆ（０，０）がＧ（Ｃ
Ｘ　、Ｃｙ　）の近傍から移動したとの前提条件のもと
でｇ　（ｘ　、ｙ）の画像は、Ｘ方向へＣ，＋ｕｏ、Ｘ
方向へＣｙ◆麿。だけ移動したと判断できる。これによ
り、対象の変位ベクトルＤ、さらに画像ｆ　（ｘ　、ｙ
）の撮像時刻と、画像ｇ（ｘ　、ｙ）の撮像時刻の差ｔ
より、その間の移動速度ベクトルＶはＤ−（ＣＭ　　”
ｊ！ｏ　　、Ｃｙ　　”　　Ｉｌｏ　　）ｖ−（（ｃ、
＋　　ｌ１ｏ）／１ＡＣｙ　　＊　　ｍｏ）／ｌ）とな
る。

変位ベクトルを加算することでトータルの変位を計測で
きる。この発明のハードウェアでは、実時間て相関をと
れるのはＦ　（０，０）の画像と、Ｇ（Ｃ，、Ｃ，）を
中心に、Ｘ方向に±■、Ｘ方向に±２の範囲にある近傍
画像（２Ｊ２◆１）　ｘ　（２＋ｓ＋１）個との間であ
ｉ−）！’）、（２１◆１）　ｘ　（２＋＋＋ｌ）個の
相関値が並列的に実時間で計算される。

例えば、（ｃ−、Ｃ，）を相関をとるＧ　（ｘ　、ｙ）
の中心座標とし、（Ｃ，、Ｃ，）＝　（０，０）とする
と、ｆ　（ｘ　、ｙ）がｇ（ｘ　、ｙ）に移動じた時、
Ｘ方向に±２、Ｘ方向に±２の範囲の移動量が実時間で
計測できる。

さらに、この発明では（Ｃ，、Ｃ，）を適応的に変更し
て計測できるので連続的に計測をする場合衣のような計
測が可能である。

（１）　ｇ（ｘ　、ｙ）を計測毎に更新する計測前回の
変位ベクトルＤが Ｄ＝　（Ｃ，ｏ　”　ｎｏ　、Ｃｙｏ”　ｍ６　）であ
った場合、次の計測をＧ　（Ｃｘｌ　、Ｃｙｌ　）Ｃｘ
ｌ−Ｃｘｏ　◆ｊ２　ｏ　、Ｃｙｌ−Ｃｙｏすｉｏ、の
近傍について行なう。これを綬り返すことにより速度変
化分が、Ｘ方向に±β以内、Ｘ方向に士■以内であれば
、正常な計測が実行される。（ｃ、　、Ｃ，Ｊを固定し
た時のような変位ベクトルＤの計測可能範囲の制限が緩
和される。

（２）　ｇ（ｘ　、ｙ）を更新しない計測前項とその内
容は同じである。変位ベクトルＤがトータルの変位量も
表す。

（３）　（１，）および（２）項の併用上記（１）項の
方法はｇ（ｘ　、ｙ）の更新のたびに誤差が加算される
ので若干精度が劣化する。上記（２）項の方法はトータ
ル変位量（Ｔ、　、Ｔ、）が画像全体の大きさにより制
限される。

これに対して第６図に示すフローチャートの処理により
精度と計測範囲が改善される。図中ＴＯはトータル変位
ベクトルを、（Ｃ−、Ｃ，）は相関のＧ（ｘ、ｙ）の中
心座標を、Ｃ＋＋Ｏ◆Ｕ。、Ｃ，。◆ｏ＋ｏは結果を、
ＬＸ、Ｌ、は更新をするしないを決める基準値をそれぞ
れ示す。

撮像装置２から出力された映像信号はサンプリング回路
３により離散化される。多値化の場合はＡＤ変換器など
を使用し、２値化であればコンパレータなどが通用でき
る。

タイミング回路４では、サンプリング回路３から出力さ
れた離散化のタイミング信号（ＣＬＫ）をもとに、水平
同期信号（ＨＤ）、垂直同期信号（ｖＯ）、相間計数回
路の初期化信号（ＣＬＲ）　、相関計数範囲（ウィンド
ウ）を示す信号（ＷＮＤ）を生成し相関計数装置２００
の各ブロックへ出力する。

初期化信号ｆｃＬＲ）は、相関計数回路８・１８・２．
・・・、８・ｍを初期化するもので、たとえば垂直同期
信号（ＶＯ）でこれを代用したとすると各相関計数値は
相関計数範囲を示す信号（ＩＩＩＮＤ）の終了から次の
垂直同期信号（ＶＤ）までの間保存される。相関計数範
囲を示す信号（１！ＮＯ）は相関をとるイメージの範囲
を示すもので、本実施例の場合は現在のイメージの一部
を表わす。

タイミング回路４は、タイミング信号（ＣＬに）により
これらの信号を系統的に発生するため、水平方向および
垂直方向の座標を計数し、座標計数回路と、この座標に
よって相関をとる範囲かどうかの判定をする回路などに
より構成される。

一方、サンプリング回路３を通過した映像パターンは、
バッファメモリ１００に入力し、先立つフレームの中か
ら指定されたフレームの指定された部位と相関計数装置
２００により相関がとられる。

すなわち、バッファメモリ１００のフレーム遅延回路５
がサンプリング回路３により離散化された映像信号を指
定のフレームだけ遅延して出力する。この場合メモリを
使用する方法もあり、メモリを使用すると第５図に示す
ｇ（ｘ　、ｙ）を更新しない計測も可能となる。また、
フレーム内遅延回路６は第５図に示す相関をとる２つの
画像のｘ　、ｙ方向のズレ量、すなわち（Ｃ，、Ｃ，）
分だけの遅延を行なう。

このように遅延された映像信号は、フレーム内遅延回路
６から相関計数装置２００の遅延回路７・１．７・２．
・・・、７１−１および各ブロックが相関をとるイメー
ジの始点が１行分（Ｊ２個）の相関計数回路８・１．８
・２．・・・、８・ｍに出力され、遅延回路７・１．７
・２．・・・、７・トＩで各出力か各人力の上（座標が
Ｘは同じ、ｙ方向で１少ない画素）になるように、水平
方向１ライン分の遅延が行なわれる。また相関計数回路
８・１．８・２．・・・、８・ｌでは、シフトレジスタ
回路８３ｍ４．８３ｍ・２．−．８３ｍ−ｍ−１がタイ
ミング信号（ＣＬＫ）に同期して１タイミング信号（Ｃ
ＬＫ）前の人力を出力し、相関演算回路８２ｍ−１，８
２ｍ・２．・・・８２ｍ−βが相関演算を行なう、多値
の場合は積算、２僅の場合には排他論理和（ＥＸＯＲ）
が−数的によく使用される。

累算回路８１ｍ・１．ＢＩｌｌ・２．−．８１■・１で
はタイミング信号（ＣＬＫ）にあわせて相関演算範囲を
示す信号ＷＶＤ−１の時に相関演算回路８２−・１の出
力を累算し、初期化信号（ＣＬＲ）により初期化（＝０
）される。この場合離散化された映像信号が２値の場合
はカウンタでよい、■制御回路９は各相関計数回路８・
１．８・２．・・・、８・ｍの結果を有効範囲の終了と
ともに読み出し、その最大値を探索する。その最大値を
とった計数回路のｘ、ｙ方向への遅延量を対象映像パタ
ーン間の変位量として図外のバスおよび人出力インタフ
ェースを介して外部へ圧力するとともに、次の計測にあ
たっての遅延量中心値をバッファメモリ１００に設定す
る。この処理の流れを第４図に示す。

次に、第７図に基づいて計測結果の表示について説明す
る。第９図は、表示処理のフローチャートである。前述
のように、相関計数装置２００は、タイミング回路４よ
り出力されるウィンドウ制御信号に基づいて画像中の一
定の領域についてのみ計測を行なう、また、タイミング
回路４に対して信号発生のタイミングを指示するのはＣ
Ｐυ１７であることから、ＣＰｔ１１７が解釈・実行す
るプログラムにおいては測定のために切出される一定の
領域が画像中のどこであってフレームメモリ１２のどの
領域に相当するかは、加算と乗算との簡単な演算により
求めることができる。従って、ＣＰＵ１７が実行するプ
ログラムによれば、相関計測結果を矢印として表示する
に際し、画像中のどの部分が矢印の起点となるかを容易
に演算できる。すなわち、例えば第６図（ａ）　におい
ては、座標（（Ｐ−１）／２゜（ｑ−１）／２）を矢印
の起点とすればよい、また、実際のフレームメモリ１２
のアドレスを指定するには整数値のみしか使用できない
ため、（Ｐ−１）／２または（ｑ−１）／２が非整数と
なったときには小数点以下を切上げる等の操作が必要で
ある。

また、前述のように、相関計数装置２００は画素クロッ
クに同期した乗算及び累積加算により相関を計測するの
で、入力される画像信号が例えばビデオ信号だとすると
、フレームが終了した時点で相関計数装置２００には測
定結果が生成されている。従って、ＣＰＵ１１７はこの
時点でインタフェース１０を介して相関計数装置２００
の値を読み出すようにすれば、計測結果すなわち入力さ
れた２つの画像間のベクトル距離を認識することができ
る。

故に、計測結果によるベクトル距離を例えば（ＸＩ、Ｙ
＋）　とすると、表示すべき矢印の終点は座標（（ｐ−
１）／２・ＸＩ　、　（ｑ−１）／２◆ｙ＋）　　とな
る。

以上のようにして表示すべき矢印の起点と終点が求めら
れたら、この２点を結ぶ線分のデータをフレームメモリ
１２内に格納すればよい。第８図に基づいてその方法の
具体例を説明する。そこで、全表示可能な範囲をＸ方向
について０≦Ｘ≦Ｘ−１（Ｘは定数）、Ｘ方向にライて
０≦ｙ　５Ｙ−１（Ｙは定数）とする。この範囲内の領
域とフレームメモリ内のアドレスとの関係は以下のよう
に対応付けるものとする。すなわち、座！（０，０）を
アドレス０に対応させ、また座標（１，０）をアドレス
１に対応させる。同根に、座標（Ｘ−１，Ｑ）をアドレ
スｘ−１，座！（０，１）をアトＬ／スＸ、座標（１，
１）　ラフドレスＸ−１、・・・・・・・・・、座標（
Ｘ−１，Ｙ−１）をアドレスＸＹ−１とする。そこで、
タイミング回路４に設定した値から、矢印の起点の座標
は（Ｘｏ、ｙｏ）　とする。

また、測定結果から矢印の終点は（ｘ＋、ｙ＋）　とす
る、このとき、２つの点（×。、ｙｏ）　、　　（ｘ＋
、ｙ＋）　を結ぶ線分を表示するに際し、先ずｙ−ｙ０
◆ｌに対するライン中の線分のＸ座標は、 となる。以下同様に、 ただし、前述のようにアドレス指定においては非整数は
使用できないので、計算結果は適時整数（まるめる、尚
、初めから整数のみを計算してもよい、また、ｘ＜Ｏ，
ｘ≧Ｘ、３１＜Ｏ，ｙａｖのいずれかの条件が成立した
場合には画面端であるので計算を打ち切る。

以上のようにして表示すべき矢印または線分についての
対応アドレスの３４算が終了したら、ＣＰＵ１７は当該
対応アドレスにデータを格納する。

このとぎ、フレームメモリ１２．シフトレジスタ］３及
びＤ／＾コンバータ１４を構成するにあたり、フレーム
メモリ１２に格納されるデータの大きさに応じて得られ
るビデオイエ号の色を変えることができるような構成に
することも可能である。つまり、例えば矢印の起点を線
分と異なる色（異なる大きさのデータ）にて表示するよ
うにすれば、装置使用者に対して理解が容易な表示とな
る。また、ＣＰＵ１７の代わりに専用の描画プロセッサ
が線分を表示するためのアドレス計算を行なうような構
成にすることもできる。この場合には、ＣＰＵ１７が線
分の起点と終点を描画プロセッサに対して指示するだけ
で、フレームメモリ１２内に線分のイメージが出現する
ことになる。上述のような起点、終点及び線分の表示を
計測の終了ごとに行なうことにより、リアルタイムにて
変位を計測し、結果をリアルタイムで表示することが可
能となる。

次に、相関計測を行なう範囲の表示とその変更方法につ
いて説明する。相関副側を行なう範囲については、前述
のように第７図におけるタイミング回路４に対する設定
により画面内の座標を知ることができる。また、画面内
の座標フレームメモリ１２におけるアドレスに変換する
ことができるので、例えば計測を行なう範囲（ウィンド
ウ範囲）が長方形であるならば、フレームメモリ１２上
のイメージにこれと対応した長方形を表示すればよい０
以上の計測結果及び測定範囲を表示手段（図示せず）に
表示することにより、使用者は、測定対象について直接
は観察できない現象について確認することができる。そ
の際、測定範囲（相関計測を行なう範囲）の変更が視覚
的、感覚的に測定対象に対応していればいるほど、その
計測器は優れたものと言える。そこで、この実施例にお
ける変位計測装置ではマウス、トラックボール等のポイ
ンティング・デバイスにより表示画面上に表示されたカ
ーソルを操作し、またそれらに備わっているスイッチを
操作することにより、ウィンドウ範囲の位置指定、大き
さ変更等が可能な構成とした。一般に、カーソルを表示
画面内に表示し、その表示位置をマウス３００の動きに
合わせて変更するように構成することができる。すなわ
ち、使用者がカーソルを画面内の任意の位置に移動させ
てマウス３００に備わるスイッチを操作することにより
、装置はそのようにして画面内で使用者により指定され
た位置の座標を２識することがてぎる。

このことから、画面内に表示されているウィンドウ範囲
の位置を移動させたい場合には、例えば使用者がウィン
ドウ範囲の右上隅にカーソルを８ＭｊＪさせてマウス３
００のスイッチを押し、押したまま移動させたい場所ま
でカーソルを動かして閣すという操作を行なえばよい、
また、ウィンドウ範囲の大きさを変更させたい場合には
、例えばウィンドウ範囲の左上隅にカーソルを移動させ
てマウス３００のスイッチを押し、押したまま変更させ
たい大きさまでカーソルを動かして動すという操作を行
なえばよい、この２つの操作の組み合わせにより、画面
内に表示されているウィンドウ範囲を任意の大きさで任
意の場所に移動させることができる。第１Ｏ図は、測定
画面の表示例を示す図である。この例では３個のウィン
ドウと計測された３個のベクトルが表示されているが、
この個数はいくつであってもよい。また、それぞれの色
表現も自由に構成させることができる。更に、一般に知
られているスーパインポーズ等の手法を用いて入力画像
と測定結果の表示画面とを重ね合わせて表示させること
により、測定結果の利用価値はより高いものになる。

以上説明したこの発明の実施例は、１次元の画像にも同
様に通用でき、Ｘ方向のみの処理となるだけで処理上に
木質的に差はない。２次元のものを１次元の計測用とし
て使用した場合に、計測したい移動方向に対して垂直方
向の移動があった場合にも精度良く計測できる点など、
１次元のシステムにない特徴を有している。

発明の効果； 以上説明したように、この発明の装置では各回路が入力
する画像情報の走査に同期して動作するので、画像情報
の走査速度にしたがって完全なリアルタイムによる相関
演算および変位の測定を行なうことができる。この発明
の装置では特別に高速の論理素子を必要としないので実
用的な価格で精度の高い装置を実現することかできる。

また、リアルタイムで測定した結果を矢印または線分の
形態で表示することにより装置の使用者がリアルタイム
に測定対象の変化やその量及び方向等を把握できるよう
な装置を実現することかできる。

【図面の簡単な説明】

％ｘ図はこの発明の実施例装置のブロック構成図、第２
図はこの発明の実施例装置の相関計数回路のブロック構
成図、第３図は動作説明用のタイムチャート、第４及び
第５図は制御回路の制御フローチャート、第６図（ａ）
及び（ｂ）はこの発明の実施例の原理説明用の撮像画面
を説明する図、第７図は表示手段と制御回路の構成図、
第８図は線分の表示のための説明図、第９図は線分（ベ
クトル）表示処理の主なフローチャート、第１Ｏ図は測
定画面の表示例を示す図である。 ！・・・発光装置、２・・・撮像装置、３・・・サンプ
リング回路、４・・・タイミング回路、１００・・・バ
ッファメモリ、５・・・フレーム遅延回路、６・・・フ
レーム内遅延回路、２００・・・相関計数装置、７・・
・第一メそす要素、８・・・相関計数回路、９・・・制
御回路、ＩＯ・・・インタフェース、１１・・・転送制
御回路、１２・・・フレームメモリ、１３・・・シフト
レジスタ、１４・・・Ｄ／＾コンバータ、　１５・・・
マウス・インタフェース、　１６・・・クロック、１７
・・・ＣＰＵ　、　３００・・・マウス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物を撮影した際の第一の画像情報と当該撮影
   から一定時間経過後に撮影した際の第二の画像情報につ
   いてｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ分割し、当該分割
   された画像情報に基づいて前記第一の画像情報と前記第
   二の画像情報との複数の相関値を演算する相関演算手段
   と、当該複数の相関値の中からｘ軸方向及びｙ軸方向の
   それぞれについて最大値を求める最大値演算手段とを具
   備した変位計測装置において、画像情報の表示を行なう
   ことが可能な表示手段を有し、当該表示手段に前記最大
   値をその方向と変位量が表現可能な標識として表示する
   ようにしたことを特徴とする変位計測装置。 ２、前記標識として矢印を採用した請求項１に記載の変
   位計測装置。 ３、前記矢印はその起点と当該起点に接続された線分に
   より構成される請求項２に記載の変位計測装置。 ４、前記相関演算手段は、前記第一の画像情報及び前記
   第二の画像情報に関し、情報量を減らす方向にそれぞれ
   多値化した画像について前記相関量を演算し、当該多値
   化は明度、色彩等の画像情報に含まれる特徴に基づくも
   のとした請求項１に記載の変位計測装置。 ５、前記多値化された画像情報を前記表示手段に表示す
   るようにした請求項４に記載の変位計測装置。 ６、前記相関演算手段は、前記第一の画像情報及び前記
   第二の画像情報の一部の領域についてのみ前記相関値の
   演算を行なうようにウィンドウ設定手段を有し、当該ウ
   インドを前記表示手段に表示するようにした請求項１に
   記載の変位計測装置。 ７、前記ウィンドウの位置及び大きさの指定をマウス、
   トラックボール等のポインティング・デバイスにより行
   なうようにした請求項６に記載の変位計測装置。 ８、前記ウィンドウを複数設定可能であり、かつ前記標
   識を複数表示可能な請求項６に記載の変位計測装置。 ９、前記複数のウィンドウ毎にそれぞれ異なる量又は方
   法により画像情報の多値化を行なうようにした請求項１
   に記載の変位計測装置。