JPWO2019082528A1 - Measurement method, computer program and measurement system - Google Patents

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    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

Abstract

計測領域の変位又は振動をより適切に計測することを可能とする。計測方法は、撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムにおける計測方法であって、撮像装置が、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、情報処理装置が、撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、斜め格子の長手方向の位相差を算出し、算出した長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出することを含む。It enables the displacement or vibration of the measurement area to be measured more appropriately. The measurement method is a measurement method in a measurement system having an image pickup device and an information processing device, and the image pickup device includes a longitudinal direction of a rectangular measurement region that is a part of a sample and a longitudinal direction of a rectangular diagonal lattice. The images before and after the deformation of the measurement area to which the diagonal grid is pasted are taken so that they match, and the information processing device calculates the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal grid from the shot images before and after the deformation by the moire method analysis. , Includes calculating the displacement or vibration in the lateral direction before and after deformation of the measurement area based on the calculated phase difference in the longitudinal direction.

Description

本開示は、計測領域の変位又は振動を計測する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for measuring displacement or vibration in a measurement area.

物体の面内又は面外の変位又は振動を測定する技術として、図1A及び図1Bに示すような1次元の正弦波格子、又は、図1C及び図1Dに示すような2次元のドット格子を用いたモアレ画像変位計測法(サンプリングモアレ法)が開発されている。これらの技術により、格子ピッチの1/1000の精度で微小変位分布の測定が可能である(特許文献1、特許文献2)。 As a technique for measuring in-plane or out-of-plane displacement or vibration of an object, a one-dimensional sine wave lattice as shown in FIGS. 1A and 1B or a two-dimensional dot lattice as shown in FIGS. 1C and 1D is used. The moiré image displacement measurement method (sampling moiré method) used has been developed. With these techniques, it is possible to measure the minute displacement distribution with an accuracy of 1/1000 of the lattice pitch (Patent Documents 1 and 2).

一方、斜めの格子を使用した場合、2次元サンプリングモアレ法を適用することにより、カメラのランダムノイズと、間引き処理と輝度補間による周期的な計測誤差とを大幅に低減することができる。したがって、斜めの格子を使用することにより、計測精度の向上が見込まれる(特許文献3)。 On the other hand, when an oblique lattice is used, by applying the two-dimensional sampling moire method, it is possible to significantly reduce the random noise of the camera and the periodic measurement error due to the thinning process and the luminance interpolation. Therefore, it is expected that the measurement accuracy will be improved by using the oblique grid (Patent Document 3).

特許第4831703号公報Japanese Patent No. 4831703 特許第6120459号公報Japanese Patent No. 6120459 特許第5818218号公報Japanese Patent No. 5818218

しかし、上記の方法では、変位を算出するために、最低限、格子ピッチの2倍のマーカーサイズが必要となる。したがって、例えば、柱状の構造物、又は、表面面積が小さい薄型の構造物のように、極端に細長い物体の計測を行うことは困難である。 However, in the above method, a marker size that is at least twice the lattice pitch is required to calculate the displacement. Therefore, it is difficult to measure an extremely elongated object such as a columnar structure or a thin structure having a small surface area.

計測方法、コンピュータプログラム及び計測システムの目的は、計測領域の変位又は振動をより適切に計測することを可能とすることにある。 The purpose of the measuring method, computer program and measuring system is to make it possible to more appropriately measure the displacement or vibration of the measuring area.

実施形態の一側面に係る計測方法は、撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムにおける計測方法であって、撮像装置が、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、情報処理装置が、撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、斜め格子の長手方向の位相差を算出し、算出した長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出することを含む。 The measurement method according to one aspect of the embodiment is a measurement method in a measurement system including an image pickup device and an information processing device, wherein the image pickup device has a longitudinal direction of a rectangular measurement region that is a part of a sample and a rectangular shape. The images before and after the deformation of the measurement area where the diagonal grid is pasted so as to match the longitudinal direction of the diagonal grid are taken, and the information processing device takes the images before and after the deformation, and the length of the diagonal grid is analyzed by the Moire method. This includes calculating the phase difference in the direction and calculating the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region based on the calculated phase difference in the longitudinal direction.

実施形態の他の側面に係る計測方法は、撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムにおける計測方法であって、撮像装置が、試料の一部である矩形状の計測領域であって、矩形状の二つの斜め格子内のラインの延伸方向が互いに異なるように二つの斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、情報処理装置が、撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、二つの斜め格子のそれぞれの長手方向の位相差を算出し、算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出することを含む。 The measurement method according to the other aspect of the embodiment is a measurement method in a measurement system including an image pickup device and an information processing device, wherein the image pickup device is a rectangular measurement region that is a part of a sample and has a rectangular shape. The images before and after the deformation of the measurement area to which the two diagonal grids are attached so that the stretching directions of the lines in the two diagonal grids are different from each other are taken, and the information processing apparatus takes the images before and after the deformation, and the moire method is used. By analysis, the phase difference in the longitudinal direction of each of the two diagonal grids is calculated, and based on the calculated phase difference in the longitudinal direction, the two-dimensional in-plane displacement or vibration before and after the deformation of the measurement region is calculated. Including.

実施形態の一側面に係るコンピュータプログラムは、撮像装置を有する計測システムが有する情報処理装置のコンピュータプログラムであって、撮像装置により撮影された、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像から、モアレ法解析により、斜め格子の長手方向の位相差を算出し、算出した長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出することを情報処理装置に実行させる。 The computer program according to one aspect of the embodiment is a computer program of an information processing device included in a measurement system having an image pickup device, and is a longitudinal direction of a rectangular measurement region that is a part of a sample taken by the image pickup device. The phase difference in the longitudinal direction of the diagonal grid was calculated from the images before and after the deformation of the measurement area where the diagonal grid was pasted so as to match the longitudinal direction of the rectangular diagonal grid, and the calculated longitudinal length was calculated by the Moire method analysis. The information processing apparatus is made to calculate the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region based on the phase difference in the directions.

実施形態の他の側面に係るコンピュータプログラムは、撮像装置を有する計測システムが有する情報処理装置のコンピュータプログラムであって、撮像装置により撮影された、試料の一部である矩形状の計測領域であって、矩形状の二つの斜め格子内のラインの延伸方向が互いに異なるように二つの斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像から、モアレ法解析により、二つの斜め格子のそれぞれの長手方向の位相差を算出し、算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出することを情報処理装置に実行させる。 The computer program according to the other aspect of the embodiment is a computer program of the information processing device included in the measurement system having the image pickup device, and is a rectangular measurement area which is a part of the sample photographed by the image pickup device. From the images before and after the deformation of the measurement area where the two diagonal grids are pasted so that the stretching directions of the lines in the two rectangular grids are different from each other, the length of each of the two diagonal grids is analyzed by the Moire method analysis. The information processing apparatus is made to calculate the phase difference in the direction and calculate the two-dimensional in-plane displacement or vibration before and after the deformation of the measurement region based on the calculated phase difference in the longitudinal direction.

実施形態の一側面に係る計測システムは、撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムであって、撮像装置は、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、情報処理装置は、撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、斜め格子の長手方向の位相差を算出する第1算出部と、算出した長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出する第2算出部と、を有する。 The measurement system according to one aspect of the embodiment is a measurement system including an image pickup device and an information processing device, and the image pickup device includes a longitudinal direction of a rectangular measurement region that is a part of a sample and a rectangular diagonal lattice. The images before and after the deformation of the measurement area to which the diagonal grid is pasted so as to match the longitudinal direction of the image are taken, and the information processing device uses the images before and after the taken deformation to analyze the position of the diagonal grid in the longitudinal direction. It has a first calculation unit that calculates the phase difference, and a second calculation unit that calculates the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region based on the calculated phase difference in the longitudinal direction.

実施形態の他の側面に係る計測システムは、撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムであって、撮像装置は、試料の一部である矩形状の計測領域であって、矩形状の二つの斜め格子内のラインの延伸方向が互いに異なるように二つの斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、情報処理装置は、撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、二つの斜め格子のそれぞれの長手方向の位相差を算出する第1算出部と、算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、計測領域の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出する第2算出部と、を有する。 The measurement system according to the other aspect of the embodiment is a measurement system having an image pickup device and an information processing device, and the image pickup device is a rectangular measurement area that is a part of a sample and has two rectangular shapes. The images before and after the deformation of the measurement area where the two diagonal grids are pasted so that the stretching directions of the lines in the diagonal grid are different from each other are taken, and the information processing apparatus uses the moire method analysis from the shot images before and after the deformation. Based on the first calculation unit that calculates the phase difference in the longitudinal direction of each of the two diagonal grids and the calculated phase difference in the longitudinal direction, the two-dimensional in-plane displacement or vibration before and after the deformation of the measurement region is calculated. It has a second calculation unit.

本実施形態によれば、計測方法、コンピュータプログラム及び計測システムは、計測領域の変位又は振動をより適切に計測することが可能となる。 According to this embodiment, the measuring method, the computer program and the measuring system can more appropriately measure the displacement or vibration of the measuring area.

本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。 The objects and effects of the present invention will be recognized and obtained specifically by using the components and combinations pointed out in the claims. Both the general description described above and the detailed description below are exemplary and descriptive and do not limit the invention as described in the claims.

従来の格子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional lattice. 従来の格子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional lattice. 従来の格子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional lattice. 従来の格子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional lattice. 計測システム100の概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the schematic structure of the measurement system 100. 計測処理の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the operation of the measurement process. 斜め格子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an oblique lattice. 斜め格子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an oblique lattice. 斜め格子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an oblique lattice. 斜め格子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an oblique lattice. 試料、計測領域及び斜め格子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a sample, a measurement area and an oblique lattice. 座標系の定義について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the definition of a coordinate system. 座標系の定義について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the definition of a coordinate system. 座標系の定義について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the definition of a coordinate system. 座標系の定義について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the definition of a coordinate system. 斜め格子と座標系について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an oblique grid and a coordinate system. 斜め格子と座標系について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an oblique grid and a coordinate system. 斜め格子と座標系について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an oblique grid and a coordinate system. 斜め格子の変位について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement of an oblique lattice. 斜め格子の変位について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement of an oblique lattice. 斜め格子の変位解析について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement analysis of an oblique lattice. 斜め格子の変位解析について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement analysis of an oblique lattice. 斜め格子の変位解析について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement analysis of an oblique lattice. 斜め格子の変位解析について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement analysis of an oblique lattice. 一組の格子対の変位解析について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement analysis of a set of lattice pairs. 一組の格子対の変位解析について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement analysis of a set of lattice pairs. 室内実験のセットアップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the setup of a laboratory experiment. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 一組の格子対を用いた室内実験について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the laboratory experiment using a set of lattice pairs. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 変位のグラフを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the graph of displacement. 格子マーカーのセッティングを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the setting of a grid marker. 変位の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of displacement. 変位の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of displacement. 測定のセットアップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the setup of measurement. 変位の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of displacement. 変位の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of displacement. 振動の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of vibration. 振動の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of vibration. 振動の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of vibration. 振動の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of vibration. 振動の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of vibration. 振動の測定結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement result of vibration. 路面上の変位測定について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement measurement on a road surface. 路面上の変位測定について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement measurement on a road surface. 柱状の構造物の変位測定について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement measurement of a columnar structure. 柱状の構造物の変位測定について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement measurement of a columnar structure.

以下、本開示の一側面に係る計測システムについて図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, the measurement system according to one aspect of the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present disclosure is not limited to those embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.

本実施形態は、撮像素子を備えた光学式カメラで撮影された、物体上の斜め方向に配置され且つ繰り返しを有する規則性模様から、物体の面内及び面外の変位及び振動を測定する技術に関する。 The present embodiment is a technique for measuring in-plane and out-of-plane displacement and vibration of an object from an obliquely arranged and repeating regular pattern on the object taken by an optical camera equipped with an image sensor. Regarding.

従来のサンプリングモアレ法による変位計測手法では、撮像素子を備えた光学式カメラで撮影された物体上の規則的に繰り返しのある模様(例えば格子模様)の変形前後の画像が解析される。この変位計測手法では、図1A〜図1Dに示すような1次元のライン状の格子マーカー又は2次元のドット格子マーカーが用いられる。この変位計測手法では、水平方向の変位計測に対しては垂直方向の格子(図1A)の変位量が測定及び解析され、垂直方向の変位計測に対しては水平方向の格子(図1B)の変位量が測定及び解析される。一方、2次元の格子マーカーを用いて、水平及び垂直の両方の方向に対して同時に十分な変位計測を行うためには、水平及び垂直方向の格子を両方含む格子が長方形(図1C)もしくは正方形(図1D)のメッシュ形状又は2次元ドットの模様(メッシュを反転させた形状)を有している必要がある。 In the displacement measurement method based on the conventional sampling moire method, images before and after deformation of a regularly repeating pattern (for example, a lattice pattern) on an object taken by an optical camera equipped with an image sensor are analyzed. In this displacement measurement method, a one-dimensional line-shaped grid marker or a two-dimensional dot grid marker as shown in FIGS. 1A to 1D is used. In this displacement measurement method, the displacement amount of the vertical grid (FIG. 1A) is measured and analyzed for the horizontal displacement measurement, and the displacement amount of the horizontal grid (FIG. 1B) is measured for the vertical displacement measurement. The amount of displacement is measured and analyzed. On the other hand, in order to perform sufficient displacement measurement in both the horizontal and vertical directions at the same time using the two-dimensional grid marker, the grid including both the horizontal and vertical grids is rectangular (Fig. 1C) or square. It is necessary to have the mesh shape of (FIG. 1D) or the pattern of two-dimensional dots (the shape of the inverted mesh).

また、この変位計測手法では、マーカーは、格子ピッチの2倍以上の幅及び高さを有している必要がある。そのため、ナノ・マイクロ構造体の機械的試験、又は、橋梁等の路面上の変位の計測を実行する際、マーカーの設置場所は限られる。加えて、曲面物体である電柱、街灯又は宇宙構造物等の柱状の構造物へのマーカーの設置が困難である。 Further, in this displacement measurement method, the marker needs to have a width and a height of at least twice the lattice pitch. Therefore, when performing a mechanical test of a nano-micro structure or a measurement of displacement on a road surface such as a bridge, the place where a marker is installed is limited. In addition, it is difficult to install markers on columnar structures such as utility poles, street lamps, and space structures, which are curved objects.

また、1次元の正弦波又は矩形波格子のマーカーを使用する場合、変位計測方向に対してラインが直交するマーカーを使用する必要がある。 When using a one-dimensional sine wave or square wave marker, it is necessary to use a marker whose line is orthogonal to the displacement measurement direction.

以下では、上記したようなマーカーの設置サイズの制限緩和、又は、より高精度な変位解析を実現するために、斜め格子を利用して物体の変位又は振動を測定する新たな方法について説明する。 In the following, a new method for measuring the displacement or vibration of an object using an oblique grid will be described in order to relax the limitation on the installation size of the marker as described above or to realize more accurate displacement analysis.

本実施形態では、水平格子、垂直格子又は直交格子が、一般的に用いられるように水平方向又は垂直方向のいずれかに対して平行に配置される代わりに、斜め格子が用いられる。これにより、以下のことが実現される。 In this embodiment, diagonal grids are used instead of horizontal grids, vertical grids or orthogonal grids arranged parallel to either the horizontal or vertical direction as is commonly used. As a result, the following can be realized.

なお、水平格子は、空間座標の水平方向に延伸する複数のライン(平行線)のそれぞれが一定間隔毎に配置された格子である。垂直格子は、空間座標の垂直方向に延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置された格子である。直交格子は、水平方向に延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置され、且つ、垂直方向に延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置された格子である。本実施形態では、格子方向は、格子の規則的変化が現れる方向と直交する方向のことを意味する。斜め格子は、格子方向が水平方向又は垂直方向に対して斜めである格子である。即ち、斜め格子には、斜め格子の長手方向又は短手方向に対して傾いて延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置される。 The horizontal grid is a grid in which each of a plurality of lines (parallel lines) extending in the horizontal direction of the spatial coordinates are arranged at regular intervals. A vertical grid is a grid in which a plurality of lines extending in the vertical direction of spatial coordinates are arranged at regular intervals. The orthogonal grid is a grid in which each of the plurality of lines extending in the horizontal direction is arranged at regular intervals, and each of the plurality of lines extending in the vertical direction is arranged at regular intervals. In the present embodiment, the grid direction means a direction orthogonal to the direction in which regular changes in the grid appear. An oblique grid is a grid whose grid direction is diagonal with respect to the horizontal or vertical direction. That is, in the diagonal lattice, each of a plurality of lines inclined and extending in the longitudinal direction or the lateral direction of the oblique lattice are arranged at regular intervals.

斜め格子は、矩形状の計測領域における水平方向又は垂直方向に対して、水平格子、垂直格子を傾けて配置することにより設けられてもよい。また、斜め格子が矩形状に設けられる場合、斜め格子は、斜め格子の短手方向に対して水平格子を傾けることにより設けられてもよい。 The diagonal grid may be provided by arranging the horizontal grid and the vertical grid at an angle with respect to the horizontal direction or the vertical direction in the rectangular measurement area. Further, when the diagonal grid is provided in a rectangular shape, the diagonal grid may be provided by inclining the horizontal grid with respect to the lateral direction of the diagonal grid.

(1)従来の1次元サンプリングモアレ法の代わりに、2次元サンプリングモアレ法(特許文献3)を利用することが可能となり、より高精度に位相解析を行うことが可能となる。2次元サンプリングモアレ法では、x方向及びy方向の両方向において、間引き処理及び輝度補間処理により得られる位相シフトしたモアレ縞に対して、2次元離散的フーリエ変換が実行される。
(2)変位を測定する方向に対して直交する方向を解析方向とする(x方向の変位についてはy方向で解析し、y方向の変位についてはx方向で解析する)ことにより、マーカーサイズの制限を大幅に緩和することが可能となる。
(3)2段モアレ法をより容易に利用することが可能となる。2段モアレ法では、モアレ縞を格子とみなして、算出したモアレ縞から、適切な間引き処理と輝度補間処理により、さらに2段モアレ縞が算出され、広視野で且つ高感度な変形計測が実行される。
(1) The two-dimensional sampling moire method (Patent Document 3) can be used instead of the conventional one-dimensional sampling moire method, and phase analysis can be performed with higher accuracy. In the two-dimensional sampling moire method, a two-dimensional discrete Fourier transform is executed on the phase-shifted moiré fringes obtained by the thinning process and the brightness interpolation process in both the x direction and the y direction.
(2) By setting the direction orthogonal to the direction in which the displacement is measured as the analysis direction (displacement in the x direction is analyzed in the y direction, and displacement in the y direction is analyzed in the x direction), the marker size can be adjusted. It is possible to greatly relax the restrictions.
(3) The two-stage moire method can be used more easily. In the two-stage moire method, the moire fringes are regarded as a grid, and the two-stage moire fringes are further calculated from the calculated moire fringes by appropriate thinning processing and brightness interpolation processing, and a wide-field and highly sensitive deformation measurement is executed. Will be done.

図2は、実施形態に従った計測システム100の概略構成の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the measurement system 100 according to the embodiment.

計測システム100は、試料200と、撮像装置300と、情報処理装置400とを有する。 The measurement system 100 includes a sample 200, an image pickup device 300, and an information processing device 400.

試料200は、例えば、電柱、街灯、宇宙構造物(ロケット等)等の柱状の構造物である。試料200は、試料200の一部である矩形状の計測領域201を含む。計測領域201は、少なくとも撮像装置300により撮像されたときの各辺の画素数が一画素以上あればよく、例えば直線状(横又は縦のライン状)でもよい。計測領域201には、矩形状の斜め格子202が貼付けられる。斜め格子202には、斜め格子202の長手方向又は短手方向に対して傾いて延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置される。斜め格子202は、背面に糊等が付着されたテープとして形成され、計測者により、計測領域201の長手方向と、斜め格子202の長手方向とがあうように計測領域201に貼付けられる。 Sample 200 is a columnar structure such as a utility pole, a street lamp, or a space structure (rocket or the like). The sample 200 includes a rectangular measurement area 201 that is a part of the sample 200. The measurement area 201 may have at least one pixel on each side when imaged by the image pickup apparatus 300, and may be, for example, a linear shape (horizontal or vertical line shape). A rectangular diagonal grid 202 is attached to the measurement area 201. In the diagonal grid 202, each of a plurality of lines inclined and extending in the longitudinal direction or the lateral direction of the diagonal grid 202 are arranged at regular intervals. The diagonal grid 202 is formed as a tape having glue or the like adhered to the back surface, and is attached to the measurement region 201 by the measurer so that the longitudinal direction of the measurement region 201 and the longitudinal direction of the diagonal grid 202 are aligned with each other.

撮像装置300は、例えば光学式カメラである。撮像装置300は、CCD(Charge Coupled Device)素子又はC−MOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)素子等の撮像素子と、その撮像素子上に像を結像する結像光学系と、撮像素子から出力された電気信号を増幅し、アナログ/デジタル変換するA/D変換器とを有する。撮像装置300は、試料200の計測領域201を定期的に撮像するように固定設置される。撮像装置300は、斜め格子202が貼付けられた計測領域201が変形した場合、計測領域201の変形前後の画像を撮影する。撮像装置300は、情報処理装置400と接続され、撮影した画像を各画素が0〜255の範囲の輝度値(8bitの画像センサの場合)を有するデジタル画像に変換して情報処理装置400へ出力する。 The image pickup device 300 is, for example, an optical camera. The image pickup device 300 is output from an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device) element or a C-MOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) element, an imaging optical system that forms an image on the image pickup device, and an image pickup device. It has an A / D converter that amplifies the electric signal and converts it into analog / digital. The image pickup apparatus 300 is fixedly installed so as to periodically image the measurement area 201 of the sample 200. When the measurement area 201 to which the oblique grid 202 is attached is deformed, the image pickup apparatus 300 captures images before and after the deformation of the measurement area 201. The image pickup device 300 is connected to the information processing device 400, converts the captured image into a digital image in which each pixel has a brightness value in the range of 0 to 255 (in the case of an 8-bit image sensor), and outputs the captured image to the information processing device 400. To do.

情報処理装置400は、例えばパーソナルコンピュータである。情報処理装置400は、インタフェース装置401と、通信装置402と、入力装置403と、表示装置404と、記憶装置405と、CPU(Central Processing Unit)410とを有する。 The information processing device 400 is, for example, a personal computer. The information processing device 400 includes an interface device 401, a communication device 402, an input device 403, a display device 404, a storage device 405, and a CPU (Central Processing Unit) 410.

インタフェース装置401は、USB(Universal Serial Bus)等のシリアルバスに準じるインタフェース回路を有し、撮像装置300と電気的に接続して画像データ及び各種の情報を送受信する。 The interface device 401 has an interface circuit similar to a serial bus such as USB (Universal Serial Bus), and is electrically connected to the image pickup device 300 to transmit and receive image data and various information.

通信装置402は、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)等の有線通信インタフェース回路を有し、イーサネット(登録商標)等の通信方式に従って、外部装置と通信接続する。なお、通信装置402は、無線LAN(Local Area Network)通信方式に従って不図示のアクセスポイントを介して外部装置と通信してもよい。 The communication device 402 has a wired communication interface circuit such as TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), and communicates with an external device according to a communication method such as Ethernet (registered trademark). The communication device 402 may communicate with an external device via an access point (not shown) according to a wireless LAN (Local Area Network) communication method.

入力装置403は、タッチパネル式の入力装置、キーボード、マウス等の入力デバイス及び入力デバイスから信号を取得するインタフェース回路を有する。入力装置403は、計測者により入力された入力データを受け付け、受け付けた入力データに応じた信号をCPU410に出力する。 The input device 403 includes a touch panel type input device, an input device such as a keyboard and a mouse, and an interface circuit for acquiring a signal from the input device. The input device 403 receives the input data input by the measurer, and outputs a signal corresponding to the received input data to the CPU 410.

表示装置404は、液晶、有機EL(Electro-Luminescence)等から構成されるディスプレイ及びディスプレイに画像データ又は各種の情報を出力するインタフェース回路を有する。表示装置404は、CPU410と接続されて、CPU410から出力された画像データをディスプレイに表示する。 The display device 404 includes a display composed of a liquid crystal, an organic EL (Electro-Luminescence), or the like, and an interface circuit for outputting image data or various information to the display. The display device 404 is connected to the CPU 410 and displays the image data output from the CPU 410 on the display.

記憶装置405は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の可搬用の記憶装置等を有する。また、記憶装置405には、情報処理装置400の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベース、テーブル等が格納される。コンピュータプログラムは、例えばCD−ROM(compact disk read only memory)、DVD−ROM(digital versatile disk read only memory)等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体からインストールされてもよい。コンピュータプログラムは、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶装置405にインストールされる。また、記憶装置405には、データとして、斜め格子202のピッチ(相互に隣接する各ラインの間隔)、各ラインの角度、撮像装置300が撮影する画像の解像度、フレームレート、撮像装置300が撮影した画像内における斜め格子202の相互に隣接する各ラインの間の画素数等が記憶される。 The storage device 405 includes a memory device such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a fixed disk device such as a hard disk, or a portable storage device such as a flexible disk and an optical disk. Further, the storage device 405 stores computer programs, databases, tables, etc. used for various processes of the information processing device 400. The computer program may be installed from a computer-readable portable recording medium such as a CD-ROM (compact disk read only memory) or a DVD-ROM (digital versatile disk read only memory). The computer program is installed in the storage device 405 using a known setup program or the like. Further, in the storage device 405, as data, the pitch of the diagonal grid 202 (interval between lines adjacent to each other), the angle of each line, the resolution of the image captured by the imaging device 300, the frame rate, and the imaging device 300 capture the data. The number of pixels and the like between the lines adjacent to each other of the diagonal grid 202 in the image are stored.

CPU410は、予め記憶装置405に記憶されているプログラムに基づいて動作する。CPU410は、汎用プロセッサであってもよい。なお、CPU410に代えて、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(digital signal processor)、LSI(large scale integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等が用いられてもよい。 The CPU 410 operates based on a program stored in the storage device 405 in advance. The CPU 410 may be a general-purpose processor. Even if a GPU (Graphics Processing Unit), DSP (digital signal processor), LSI (large scale integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), etc. are used instead of the CPU 410. Good.

CPU410は、インタフェース装置401、通信装置402、入力装置403、表示装置404及び記憶装置405と接続され、これらの各部を制御する。CPU410は、記憶装置405に記憶された各プログラムを読み取り、読み取った各プログラムに従って動作する。これにより、CPU410は、取得部411、第1算出部412及び第2算出部413として機能する。 The CPU 410 is connected to the interface device 401, the communication device 402, the input device 403, the display device 404, and the storage device 405, and controls each of these parts. The CPU 410 reads each program stored in the storage device 405 and operates according to each read program. As a result, the CPU 410 functions as an acquisition unit 411, a first calculation unit 412, and a second calculation unit 413.

図3は、撮像装置300及び情報処理装置400による計測処理の動作の例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the measurement process by the image pickup apparatus 300 and the information processing apparatus 400.

以下、図3に示したフローチャートを参照しつつ、計測処理の動作の例を説明する。なお、以下に説明する動作のフローは、予め記憶装置405に記憶されているプログラムに基づき主にCPU410により情報処理装置400の各要素と協働して実行される。 Hereinafter, an example of the operation of the measurement process will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The operation flow described below is mainly executed by the CPU 410 in cooperation with each element of the information processing device 400 based on the program stored in the storage device 405 in advance.

本実施形態では、試料200の計測領域201に、図4Aに示すような斜め方向の格子202を配置することにより、単一の格子から水平方向又は垂直方向の変位又は振動を測定する手法について説明する。 In the present embodiment, a method of measuring displacement or vibration in the horizontal or vertical direction from a single grid by arranging a grid 202 in the diagonal direction as shown in FIG. 4A in the measurement region 201 of the sample 200 will be described. To do.

情報処理装置400は、試料200の矩形状の計測領域201の短手方向の変位又は振動を計測したい場合、その長手方向の変位又は振動を計測する。これにより、情報処理装置400は、例えば、街灯、電柱、宇宙構造物等の柱状の構造物のように、格子方向が垂直方向である格子を貼付けることが困難な試料に対する水平方向の変位又は振動を解析することが可能となる。同様に、情報処理装置400は、例えば、高さが十分に低い平板状のマーカーを利用して中央部の変位を測定する必要がある路面等の構造物のように、格子方向が水平方向である格子を貼付けることが困難な試料に対する垂直方向の変位又は振動を解析することが可能となる。 When the information processing apparatus 400 wants to measure the displacement or vibration of the rectangular measurement area 201 of the sample 200 in the lateral direction, it measures the displacement or vibration in the longitudinal direction thereof. As a result, the information processing apparatus 400 is displaced in the horizontal direction with respect to a sample in which it is difficult to attach a grid whose grid direction is vertical, such as a columnar structure such as a street lamp, a utility pole, or a space structure. It becomes possible to analyze the vibration. Similarly, the information processing apparatus 400 has a lattice direction in the horizontal direction, such as a structure such as a road surface in which it is necessary to measure the displacement of the central portion by using a flat plate-shaped marker having a sufficiently low height. It is possible to analyze vertical displacement or vibration with respect to a sample for which it is difficult to attach a certain lattice.

例えば、試料200の矩形状の計測領域201の短手方向が水平方向である場合、情報処理装置400は、モアレ法解析により、格子202のサイズが十分に大きい長手方向(垂直方向)の変位又は振動を解析する。情報処理装置400は、算出した変位量の値(変位値)に対して数値的な補正演算を行うことにより、格子202のサイズが小さい水平方向の変位又は振動を算出する。これにより、情報処理装置400は、斜め格子を用いて、変位又は振動を正しく計測することが可能となる。 For example, when the lateral direction of the rectangular measurement region 201 of the sample 200 is the horizontal direction, the information processing apparatus 400 may be displaced in the longitudinal direction (vertical direction) in which the size of the lattice 202 is sufficiently large by the moire method analysis. Analyze the vibration. The information processing apparatus 400 calculates the displacement or vibration in the horizontal direction in which the size of the lattice 202 is small by performing a numerical correction calculation on the calculated displacement value (displacement value). As a result, the information processing apparatus 400 can correctly measure the displacement or the vibration by using the diagonal grid.

なお、この水平方向及び垂直方向と撮像装置300の撮像素子の縦及び横の並び方向とは一致する必要はないが、処理を簡潔にするためには一致することが望ましい。仮に、この水平方向及び垂直方向と撮像装置300の撮像素子の縦及び横の並び方向とが一致しない場合、撮像装置300が有する水準器、又は、撮像装置300と別個に設けられた水準器等により、ずれ角が計測される。そして、情報処理装置400は、計測したずれ角を用いて、撮影した画像を補正する。 It is not necessary that the horizontal and vertical directions and the vertical and horizontal arrangement directions of the image pickup devices of the image pickup device 300 match, but it is desirable that they match in order to simplify the process. If the horizontal and vertical directions do not match the vertical and horizontal arrangement directions of the image pickup devices of the image pickup device 300, a level provided by the image pickup device 300, a level provided separately from the image pickup device 300, or the like. The deviation angle is measured by. Then, the information processing apparatus 400 corrects the captured image by using the measured deviation angle.

最初に、撮像装置300は、斜め格子202が貼付けられた計測領域201の変形前後の画像を撮影する(ステップS101)。 First, the image pickup apparatus 300 takes an image before and after the deformation of the measurement area 201 to which the oblique grid 202 is attached (step S101).

次に、情報処理装置400の取得部411は、インタフェース装置401を介して撮像装置300から計測領域201の変形前後の画像を取得する(ステップS102)。 Next, the acquisition unit 411 of the information processing device 400 acquires images before and after the deformation of the measurement area 201 from the image pickup device 300 via the interface device 401 (step S102).

次に、第1算出部412は、取得した変形前後の画像から、モアレ法解析により、斜め格子202の長手方向の位相差を算出する(ステップS103)。例えば、第1算出部412は、1次元サンプリングモアレ法により、斜め格子202の長手方向の位相差を算出する。 Next, the first calculation unit 412 calculates the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal grid 202 from the acquired images before and after the deformation by moire method analysis (step S103). For example, the first calculation unit 412 calculates the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal grid 202 by the one-dimensional sampling moiré method.

以下、図4Aに示した斜め格子を用いて、1次元サンプリングモアレ法を適用した場合の計測領域201の変形前後のモアレ縞の位相の変化について説明する。格子202のx方向及びy方向のピッチをそれぞれPx及びPyとすると、変形前の画像における格子202の輝度Iは、式(1)で表される。
Hereinafter, the phase change of the moire fringes before and after the deformation of the measurement region 201 when the one-dimensional sampling moire method is applied will be described using the diagonal grid shown in FIG. 4A. Assuming that the pitches of the grid 202 in the x-direction and the y-direction are Px and Py, respectively, the brightness I of the grid 202 in the image before deformation is represented by the equation (1).

ここで、x及びyは、それぞれ変形前の画像内の水平方向及び垂直方向の位置(座標)であり、A及びBは、それぞれ格子202の変調振幅及び背景輝度である。式(1)のcos関数における角度は格子202の位相φを表す。即ち、位相φは、式(2)で表される。
Here, x and y are horizontal and vertical positions (coordinates) in the image before deformation, respectively, and A and B are the modulation amplitude and background brightness of the grid 202, respectively. The angle in the cos function of equation (1) represents the phase φ of the grid 202. That is, the phase φ is represented by the equation (2).

一方、変形後の画像における輝度Iに対応する格子202の位相φ’は、式(3)で表される。但し、変形は、単なる剛体変位であるものとする。または、変形によるひずみ量は十分小さく、無視できるものとする。
On the other hand, the phase φ'of the grid 202 corresponding to the brightness I in the deformed image is represented by the equation (3). However, the deformation is assumed to be a mere rigid body displacement. Alternatively, the amount of strain due to deformation is sufficiently small and can be ignored.

ここで、x’及びy’は、それぞれ変形後の画像内の輝度Iに対応する水平方向及び垂直方向の位置(座標)である。式(2)及び式(3)から、試料200(計測領域201)の変形によって生じる格子202の位相変化(位相差)Δφは、式(4)で表される。
Here, x'and y'are the positions (coordinates) in the horizontal direction and the vertical direction corresponding to the brightness I in the deformed image, respectively. From the formulas (2) and (3), the phase change (phase difference) Δφ of the grid 202 caused by the deformation of the sample 200 (measurement region 201) is represented by the formula (4).

式(2)の位相φ及び式(3)の位相φ’に対して、1次元サンプリングモアレ法を適用して、x方向に間引き数Txでダウンサンプリングして得られる変形前後のモアレ縞の位相φmx及び位相φ’mxは、それぞれ式(5)及び式(6)で表される。なお、1次元サンプリングモアレ法によりモアレ縞の位相を算出する方法の詳細な説明については、例えば特許第5818218号公報を参照されたい。
The moire fringes before and after deformation obtained by downsampling the phase φ of equation (2) and the phase φ'of equation (3) with the thinning number T x in the x direction by applying the one-dimensional sampling moire method. The phase φ mx and the phase φ'mx are represented by the equations (5) and (6), respectively. For a detailed explanation of the method of calculating the phase of the moire fringes by the one-dimensional sampling moire method, refer to, for example, Japanese Patent No. 5818218.

式(5)及び式(6)から、x方向の解析によって得られる試料200(計測領域201)の変形によって生じるモアレ縞の位相差Δφmxは、式(7)で表される。
From the equations (5) and (6), the phase difference Δφ mx of the moire fringes caused by the deformation of the sample 200 (measurement region 201) obtained by the analysis in the x direction is expressed by the equation (7).

また、式(2)の位相φ及び式(3)の位相φ’に対して、1次元サンプリングモアレ法を適用して、y方向に間引き数Tyでダウンサンプリングして得られる変形前後のモアレ縞の位相φmy及び位相φmy’はそれぞれ式(8)及び式(9)で表される。
Further, the phase phi 'expression phases phi and formula (2) (3), 1-dimensional sampling moire method by applying the moire before and after modification obtained by downsampling at a thinning number T y in the y-direction represented by the phase phi my and the phase phi my 'each type stripe (8) and (9).

式(8)及び式(9)から、y方向の解析によって得られる試料200(計測領域201)の変形によって生じるモアレ縞の位相差Δφmxは、式(10)で表される。
From the equations (8) and (9), the phase difference Δφ mx of the moire fringes caused by the deformation of the sample 200 (measurement region 201) obtained by the analysis in the y direction is expressed by the equation (10).

式(4)、式(7)及び式(10)に示されるように、試料200(計測領域201)の変位である格子202の位相差は、x方向での解析とy方向での解析とで、結果が同じになる。即ち、格子202の位相差Δφは、式(11)で表される。
As shown in the formulas (4), (7) and (10), the phase difference of the grid 202, which is the displacement of the sample 200 (measurement region 201), is analyzed in the x direction and the y direction. And the result is the same. That is, the phase difference Δφ of the grid 202 is represented by the equation (11).

このように、斜め格子202が使用される場合、x方向で解析してもy方向で解析しても、位相差は、理論上同じ値となる。したがって、情報処理装置400は、斜め格子202を垂直方向に解析することにより、水平方向の変位を算出することができる。同様に、情報処理装置400は、斜め格子202を水平方向に解析することにより、垂直方向の変位を算出することができる。 As described above, when the diagonal grid 202 is used, the phase difference is theoretically the same regardless of whether the analysis is performed in the x direction or the y direction. Therefore, the information processing apparatus 400 can calculate the displacement in the horizontal direction by analyzing the diagonal grid 202 in the vertical direction. Similarly, the information processing apparatus 400 can calculate the displacement in the vertical direction by analyzing the diagonal grid 202 in the horizontal direction.

次に、第2算出部413は、第1算出部412が算出した長手方向の位相差に基づいて、計測領域201の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出する(ステップS104)。 Next, the second calculation unit 413 calculates the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region 201 based on the phase difference in the longitudinal direction calculated by the first calculation unit 412 (step S104).

(座標系の定義)
まず、1次元サンプリングモアレ法による変位測定における空間座標系を定義する。図5Aに示すように、水平方向をx軸、垂直方向をy軸としたx−y座標を定義する。水平方向、即ちx方向の変位をuxとし、垂直方向、即ちy方向の変位をuyとする。
(Definition of coordinate system)
First, the spatial coordinate system in the displacement measurement by the one-dimensional sampling moiré method is defined. As shown in FIG. 5A, xy coordinates are defined with the horizontal direction as the x-axis and the vertical direction as the y-axis. Let u x be the displacement in the horizontal direction, that is, the x direction, and let u y be the displacement in the vertical direction, that is, the y direction.

次に、1次元サンプリングモアレ法による解析上の座標系を定義する。図5Bに示すように、X−Y座標を定義する。1次元サンプリングモアレ法による解析上の水平方向をX座標とし、1次元サンプリングモアレ法による解析上の垂直方向をY座標とする。 Next, the coordinate system for analysis by the one-dimensional sampling moiré method is defined. As shown in FIG. 5B, the XY coordinates are defined. The horizontal direction in the analysis by the one-dimensional sampling moiré method is the X coordinate, and the vertical direction in the analysis by the one-dimensional sampling moiré method is the Y coordinate.

なお、従来の垂直格子、水平格子及び直交格子では、x−y座標とX−Y座標が一致していることになる。図5Cに示すように、格子内の各ラインがY軸と平行である場合、X方向(水平方向)に解析することにより、X方向の変位が算出される。また、図5Dに示すように、格子内の各ラインがX軸と平行である場合、Y方向(垂直方向)に解析することにより、Y方向の変位が算出される。 In the conventional vertical grid, horizontal grid, and orthogonal grid, the xy coordinates and the XY coordinates are the same. As shown in FIG. 5C, when each line in the grid is parallel to the Y axis, the displacement in the X direction is calculated by analyzing in the X direction (horizontal direction). Further, as shown in FIG. 5D, when each line in the grid is parallel to the X axis, the displacement in the Y direction is calculated by analyzing in the Y direction (vertical direction).

(単一の斜め格子の場合の変位量の算出)
一方、図6Aに示すように、斜め格子202内の各ラインは、x−y座標系において、x軸に対して角度θ(反時計回りを正とする)だけ傾いて配置される。なお、説明を簡単にするために、図内において、格子は1本のみ表示している。この場合、図6B及び図6Cに示すように、X−Y座標系におけるX軸及びY軸は、それぞれx−y座標系におけるx軸及びy軸に対して角度−φだけ傾いて配置される。ここで、x軸及びy軸とX軸及びY軸とのなす角度φは、−90°<φ≦90°とする。
(Calculation of displacement in the case of a single diagonal grid)
On the other hand, as shown in FIG. 6A, each line in the diagonal grid 202 is arranged at an angle θ (counterclockwise is positive) with respect to the x-axis in the xy coordinate system. For the sake of simplicity, only one grid is displayed in the figure. In this case, as shown in FIGS. 6B and 6C, the X-axis and the Y-axis in the XY coordinate system are arranged at an angle −φ with respect to the x-axis and the y-axis in the xy coordinate system, respectively. .. Here, the angle φ formed by the x-axis and y-axis and the X-axis and Y-axis is −90 ° <φ ≦ 90 °.

X方向に変位解析される場合、図6Bに示されるように、斜め格子202の各ラインはY軸と平行な状態で解析されるため、x軸及びy軸とX軸及びY軸とのなす角度φは、式(12)で表される。
したがって、X方向に変位解析される場合、格子角度θは、0°<θ≦180°となる。
When the displacement is analyzed in the X direction, as shown in FIG. 6B, each line of the diagonal grid 202 is analyzed in a state parallel to the Y axis, so that the x-axis and the y-axis are formed by the X-axis and the Y-axis. The angle φ is expressed by the equation (12).
Therefore, when the displacement is analyzed in the X direction, the lattice angle θ is 0 ° <θ ≦ 180 °.

Y方向に変位解析される場合、図6Cに示されるように、斜め格子202の各ラインはX軸と平行な状態で解析されるため、x軸及びy軸とX軸及びY軸とのなす角度φは、式(13)で表される。
したがって、Y方向に変位解析される場合、格子角度θは、−90°<θ≦90°となる。
When the displacement is analyzed in the Y direction, as shown in FIG. 6C, each line of the diagonal grid 202 is analyzed in a state parallel to the X-axis, so that the x-axis and the y-axis are connected to the X-axis and the Y-axis. The angle φ is expressed by the equation (13).
Therefore, when the displacement is analyzed in the Y direction, the lattice angle θ is −90 ° <θ ≦ 90 °.

ここで、図7Aに示すように、斜め格子202が特定の方向に特定の変位量だけ変位した場合を考える。この場合、斜め格子202の変位を、変位ベクトルuで表すと、図7Bに示すように、変位ベクトルuは、x方向の変位ベクトルuxと、y方向の変位ベクトルuyの和で表される。即ち、変位ベクトルuは、式(14)で表される。
Here, as shown in FIG. 7A, consider a case where the diagonal grid 202 is displaced by a specific displacement amount in a specific direction. In this case, when the displacement of the diagonal lattice 202 is represented by the displacement vector u, the displacement vector u is represented by the sum of the displacement vector u x in the x direction and the displacement vector u y in the y direction, as shown in FIG. 7B. Displacement. That is, the displacement vector u is represented by the equation (14).

(X方向に変位解析した場合の変位量の算出)
ここで、図6Aに示したように、各ラインがx−y座標系のx軸に対して角度θ(反時計回りを正とする)だけ傾いて配置された斜め格子202の変位量について考える。図8Aに示すように、斜め格子202の変位ベクトルuは、X−Y座標系で表される。X方向に1次元サンプリングモアレ法で変位解析すると、解析値uXが算出される。解析値uXを有するベクトルuXは、図8Bに示すように、x方向の変位uxに対するベクトルuX-xと、y方向の変位uyに対するベクトルuX-yに分解される。即ち、ベクトルuXは、式(15)で表される。
(Calculation of displacement amount when displacement analysis is performed in the X direction)
Here, as shown in FIG. 6A, consider the displacement amount of the diagonal grid 202 in which each line is arranged at an angle θ (counterclockwise is positive) with respect to the x-axis of the xy coordinate system. .. As shown in FIG. 8A, the displacement vector u of the diagonal grid 202 is represented by the XY coordinate system. When the displacement is analyzed in the X direction by the one-dimensional sampling moiré method, the analysis value u X is calculated. Vector u X with an analysis value u X, as shown in FIG. 8B, the vector u Xx for x-direction displacement u x, is resolved into a vector u Xy against displacement u y in the y-direction. That is, the vector u X is represented by the equation (15).

図8Bに示すように、x方向の変位量uxに対する解析値uX-x、及び、y方向の変位量uyに対する解析値uX-yは、それぞれ式(16)及び式(17)で表される。As shown in FIG. 8B, the analysis value u Xx for x-direction displacement amount u x, and the analysis value u Xy for displacement u y in the y-direction is represented by the respective formulas (16) and (17) ..

式(15)、式(16)及び式(17)から、解析値uXは、x方向の変位量uxおよびy方向の変位量uyを用いて、式(18)で表される。From the equations (15), (16) and (17), the analysis value u X is expressed by the equation (18) using the displacement amount u x in the x direction and the displacement amount u y in the y direction.

ここで、x方向のみに変位した場合、即ち、ux≫uyの場合、式(18)の右辺の第2項は零とみなすことができる。したがって、式(19)のように、x方向の変位量uxは、斜め格子の解析値uXから算出される。Here, in the case of displacement only in the x direction, that is, in the case of u x >> u y , the second term on the right side of the equation (18) can be regarded as zero. Therefore, as in Eq. (19), the displacement amount u x in the x direction is calculated from the analysis value u X of the diagonal lattice.

同様に、y方向のみに変位した場合、即ち、uy≫uxの場合、式(18)の右辺の第1項は零とみなすことができる。したがって、式(20)のように、y方向の変位量uyは、斜め格子の解析値uXから算出される。Similarly, when displaced only in the y direction, that is, when u y >> u x , the first term on the right side of equation (18) can be regarded as zero. Therefore, as in equation (20), the displacement amount u y in the y direction is calculated from the analysis value u X of the diagonal lattice.

このように、変位方向がx方向又はy方向の内の何れか1方向のみである場合、情報処理装置400は、1次元サンプリングモアレ法でX方向にuXを解析することにより、x方向又はy方向の変位を算出することができる。ここで、uXは、従来の1次元サンプリングモアレ法の変位計測と同じ原理で、X方向のモアレ縞の位相差に格子ピッチP(図4A)を乗算して(−2π)で除算することにより算出される。 As described above, when the displacement direction is only one of the x direction and the y direction, the information processing apparatus 400 analyzes u X in the X direction by the one-dimensional sampling moire method, thereby performing the x direction or the y direction. The displacement in the y direction can be calculated. Here, u X is calculated by multiplying the phase difference of the moire fringes in the X direction by the lattice pitch P (FIG. 4A) and dividing by (-2π) on the same principle as the displacement measurement of the conventional one-dimensional sampling moire method. Is calculated by.

(Y方向に変位解析した場合の変位量の算出)
同様に、図9Aに示すように、斜め格子202の変位ベクトルuは、X−Y座標系で表せる。Y方向に1次元サンプリングモアレ法で変位解析すると、解析値uYが算出される。解析値uYを有するベクトルuYは、図9Bに示すように、x方向の変位uxに対するベクトルuY-xと、y方向の変位uyに対するベクトルuY-yに分解される。このベクトルuYについて、X方向に変位解析した場合と同様にして、式(21)〜式(24)が成立する。
(Calculation of displacement amount when displacement analysis is performed in the Y direction)
Similarly, as shown in FIG. 9A, the displacement vector u of the diagonal grid 202 can be represented by the XY coordinate system. When displacement analysis is performed in the Y direction by the one-dimensional sampling moiré method, the analysis value u Y is calculated. Vector u Y having analysis value u Y, as shown in FIG. 9B, the vector u Yx for x-direction displacement u x, is resolved into a vector u Yy against displacement u y in the y-direction. Equations (21) to (24) hold for this vector u Y in the same manner as in the case of displacement analysis in the X direction.

ここで、x方向のみに変位した場合、即ち、ux≫uyの場合、式(24)の右辺の第2項は零とみなすことができる。したがって、式(25)のように、x方向の変位量uxは、斜め格子の解析値uYから算出される。Here, in the case of displacement only in the x direction, that is, in the case of u x »u y , the second term on the right side of the equation (24) can be regarded as zero. Therefore, as in Eq. (25), the displacement amount u x in the x direction is calculated from the analysis value u Y of the diagonal lattice.

同様に、y方向のみに変位した場合、即ち、uy≫uxの場合、式(24)の右辺の第1項は零とみなすことができる。したがって、式(26)のように、y方向の変位量uyは、斜め格子の解析値uYから算出される。Similarly, when displaced only in the y direction, that is, when u y >> u x , the first term on the right side of equation (24) can be regarded as zero. Therefore, as in Eq. (26), the displacement amount u y in the y direction is calculated from the analysis value u Y of the diagonal lattice.

このように、変位方向がx方向又はy方向の内の何れか1方向のみである場合、情報処理装置400は、1次元サンプリングモアレ法でY方向にuYを解析することにより、x方向又はy方向の変位を算出することができる。ここで、uYは従来の1次元サンプリングモアレ法の変位計測と同じ原理で、Y方向のモアレ縞の位相差に格子ピッチP(図4A)を乗算して(−2π)で除算することにより算出される。 As described above, when the displacement direction is only one of the x direction and the y direction, the information processing apparatus 400 analyzes u Y in the Y direction by the one-dimensional sampling moire method, thereby performing the x direction or the y direction. The displacement in the y direction can be calculated. Here, u Y is based on the same principle as the displacement measurement of the conventional one-dimensional sampling moiré method, by multiplying the phase difference of the moiré fringes in the Y direction by the lattice pitch P (FIG. 4A) and dividing by (-2π). It is calculated.

また、第2算出部413は、取得した画像毎に算出した変位を時系列に並べた波形に対して、高速フーリエ変換(FFT)を用いて、周波数変換を行う。第2算出部413は、周波数変換を行った波形から、予め定められた一又は複数の周波数帯におけるピーク周波数を検出し、検出した各ピーク周波数を、計測領域201の変形前後の短手方向又は長手方向の振動(数)として算出する。 In addition, the second calculation unit 413 performs frequency conversion on the waveform in which the displacements calculated for each acquired image are arranged in time series by using the fast Fourier transform (FFT). The second calculation unit 413 detects peak frequencies in one or a plurality of predetermined frequency bands from the frequency-converted waveform, and sets the detected peak frequencies in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region 201 or in the lateral direction. Calculated as longitudinal vibration (number).

(2次元サンプリングモアレ法による位相差の算出)
なお、ステップS103において、第1算出部412は、モアレ法解析として、1次元サンプリングモアレ法の代わりに、2次元サンプリングモアレ法を用いて、斜め格子202の長手方向の位相差を算出してもよい。2次元サンプリングモアレ法によりモアレ縞の位相を算出する方法の詳細な説明については、例えば特許第5818218号公報を参照されたい。
(Calculation of phase difference by two-dimensional sampling moire method)
In step S103, the first calculation unit 412 may calculate the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal lattice 202 by using the two-dimensional sampling moire method instead of the one-dimensional sampling moire method as the moire method analysis. Good. For a detailed description of the method of calculating the phase of moire fringes by the two-dimensional sampling moire method, refer to, for example, Japanese Patent No. 5818218.

特許第5818218号公報に記載されているように、変形前の斜め格子に対して、2次元サンプリングモアレ法を適用した場合、x方向及びy方向の格子ピッチであるPx及びPyに近い間引き数Tx、Tyでそれぞれダウンサンプリングして算出されるモアレ縞の位相φmxyは、式(27)で表される。
As described in Japanese Patent No. 5818218, when the two-dimensional sampling moiré method is applied to the diagonal grid before deformation, the grid pitches in the x and y directions are thinned out close to P x and P y. The phase φ mxy of the moire fringes calculated by downsampling with the numbers T x and T y is expressed by Eq. (27).

同様に、変形後の斜め格子に対して、2次元サンプリングモアレ法を適用した場合、モアレ縞の位相φ'mxyは、式(28)で表される。
Similarly, when the two-dimensional sampling moire method is applied to the deformed diagonal lattice, the phase φ'mxy of the moire fringes is expressed by the equation (28).

したがって、変形前後のモアレ縞の位相差Δφmxyは、式(29)で表される。
Therefore, the phase difference Δφ mxy of the moire fringes before and after the deformation is expressed by the equation (29).

式(30)に示すように、2次元サンプリングモアレ法により算出されるモアレ縞の位相差は、式(4)に示した1次元サンプリングモアレ法により算出される位相差と等価となる。即ち、2次元サンプリングモアレ法による解析結果と1次元サンプリングモアレ法による解析結果とは同じになる。但し、2次元サンプリングモアレ法は、1次元サンプリングモアレと比較して、より長い計測時間を必要とするが、カメラのランダムノイズに強いため、雑音の多い画像を用いた変位解析に向いている。
As shown in the equation (30), the phase difference of the moire fringes calculated by the two-dimensional sampling moire method is equivalent to the phase difference calculated by the one-dimensional sampling moire method shown in the equation (4). That is, the analysis result by the two-dimensional sampling moire method and the analysis result by the one-dimensional sampling moire method are the same. However, the two-dimensional sampling moiré method requires a longer measurement time than the one-dimensional sampling moiré, but is resistant to random noise of the camera, and is therefore suitable for displacement analysis using a noisy image.

即ち、2次元サンプリングモアレ法によっても、1次元サンプリングモアレ法と同様に、物体の変形によって生じる格子の位相差を、斜め格子の変位測定に利用することが可能である。各方向における変位及び振動は、変形前後のモアレ縞の位相差Δφmxyから、1次元サンプリングモアレ法を用いる場合と同様にして、算出される。That is, in the two-dimensional sampling moiré method as well, the phase difference of the lattice caused by the deformation of the object can be used for the displacement measurement of the oblique lattice, as in the one-dimensional sampling moiré method. The displacement and vibration in each direction are calculated from the phase difference Δφ mxy of the moire fringes before and after the deformation in the same manner as when the one-dimensional sampling moire method is used.

(2段モアレ法による位相差の算出)
ステップS103において、第1算出部412は、モアレ法解析として、1次元サンプリングモアレ法の代わりに、2段モアレ法を用いて、斜め格子202の長手方向の位相差を算出してもよい。2段モアレ法によりモアレ縞の位相を算出する方法の詳細な説明については、例えば国際公開WO2018/061321号公報を参照されたい。
(Calculation of phase difference by two-stage moire method)
In step S103, the first calculation unit 412 may calculate the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal grid 202 by using the two-stage moire method instead of the one-dimensional sampling moire method as the moire method analysis. For a detailed explanation of the method of calculating the phase of moire fringes by the two-stage moire method, refer to, for example, International Publication WO2018 / 061321A.

国際公開WO2018/061321号公報に記載されているように、変形前の斜め格子に対して、2段モアレ法をx方向の解析に適用した場合、1次元サンプリングモアレ法と同様に、まずx方向の格子ピッチであるPxに近い間引き数Txでダウンサンプリングしてモアレ縞が算出される。そして、算出されたモアレ縞が格子とみなされて、その格子のピッチに近い間引き数Tx (2)で再度ダウンサンプリングして2段モアレ(モアレのモアレ)縞が算出される。この2段モアレ縞の位相φmx (2)は、式(31)で表される。
As described in International Publication WO2018 / 061321, when the two-stage moiré method is applied to the x-direction analysis of the diagonal lattice before deformation, first, the x-direction is the same as the one-dimensional sampling moiré method. Moire fringes are calculated by downsampling with a thinning number T x close to P x , which is the lattice pitch of. Then, the calculated moire fringes are regarded as a grid, and downsampling is performed again with a thinning number T x (2) close to the pitch of the grid to calculate two-stage moire (moire moire) fringes. The phase φ mx (2) of this two-stage moire fringe is expressed by Eq. (31).

同様に、変形後の斜め格子に対して、2段モアレ法をx方向の解析に適用した場合、2段モアレ縞の位相φ'mx (2)は、式(32)で表される。
Similarly, when the two-stage moiré method is applied to the analysis in the x direction for the deformed diagonal lattice, the phase φ'mx (2) of the two-stage moiré fringes is expressed by Eq. (32).

したがって、変形前後のx方向のモアレ縞の位相差Δφmx (2)は、式(33)で表される。
Therefore, the phase difference Δφ mx (2) of the moire fringes in the x direction before and after the deformation is expressed by the equation (33).

このように、斜め格子のx方向に2段モアレ法を適用することにより算出されるモアレ縞の位相差は、式(4)に示した1次元サンプリングモアレ法により算出される位相差と等価となる。即ち、2段モアレ法による解析結果と1次元サンプリングモアレ法による解析結果は同じになる。但し、2段モアレ法では、1次元サンプリングモアレ法と比較して、空間分解能が低下するが、広視野且つ高精度に変位を測定することが可能となる。 In this way, the phase difference of the moire fringes calculated by applying the two-stage moire method in the x direction of the diagonal lattice is equivalent to the phase difference calculated by the one-dimensional sampling moire method shown in the equation (4). Become. That is, the analysis result by the two-stage moire method and the analysis result by the one-dimensional sampling moire method are the same. However, the two-stage moire method has a lower spatial resolution than the one-dimensional sampling moire method, but it is possible to measure the displacement with a wide field of view and high accuracy.

同様に、変形前の斜め格子に対して、2段モアレ法をy方向の解析に適用した場合、1次元サンプリングモアレ法と同様に、まずy方向の格子ピッチであるPyに近い間引き数Tyでダウンサンプリングしてモアレ縞が算出される。そして、算出されたモアレ縞が格子とみなされて、その格子のピッチに近い間引き数Ty (2)で再度ダウンサンプリングして2段モアレ(モアレのモアレ)縞が算出される。この2段モアレ縞の位相φmy (2)は、式(34)で表される。
Similarly, when the two-stage moiré method is applied to the analysis in the y direction for the diagonal lattice before deformation, the thinning number T close to P y , which is the lattice pitch in the y direction, is the same as the one-dimensional sampling moiré method. Moire fringes are calculated by downsampling with y . Then, the calculated moire fringes are regarded as a grid, and downsampling is performed again with a thinning number T y (2) close to the pitch of the grid to calculate two-stage moire (moire moire) fringes. The phase φ my (2) of this two-stage moire fringe is expressed by the equation (34).

同様に、変形後の斜め格子に対して、2段モアレ法をy方向の解析に適用した場合、2段モアレ縞の位相φ'my (2)は、式(35)で表される。
Similarly, with respect to diagonal grid after deformation, if the two-step moire method is applied in the y-direction of the analysis, the two-stage moire fringe phase phi 'my (2) is represented by the formula (35).

したがって、変形前後のy方向のモアレ縞の位相差Δφmy (2)は、式(36)で表される。
Therefore, the phase difference Δφ my (2) of the moire fringes in the y direction before and after the deformation is expressed by the equation (36).

このように、斜め格子のy方向に2段モアレ法を適用することにより算出されるモアレ縞の位相差は、式(4)に示した1次元サンプリングモアレ法により算出される位相差と等価となる。即ち、2段モアレ法による解析結果と1次元サンプリングモアレ法による解析結果とは同じになる。 In this way, the phase difference of the moire fringes calculated by applying the two-stage moire method in the y direction of the diagonal lattice is equivalent to the phase difference calculated by the one-dimensional sampling moire method shown in the equation (4). Become. That is, the analysis result by the two-stage moire method and the analysis result by the one-dimensional sampling moire method are the same.

即ち、2段モアレ法によっても、1次元サンプリングモアレ法と同様に、物体の変形によって生じる格子の位相差を、斜め格子の変位測定に利用することが可能である。各方向における変位及び振動は、変形前後のモアレ縞の位相差Δφmx (2)又はΔφmy (2)から、1次元サンプリングモアレ法を用いる場合と同様にして、算出される。That is, in the two-stage moire method as well as the one-dimensional sampling moire method, the phase difference of the lattice caused by the deformation of the object can be used for the displacement measurement of the oblique lattice. The displacement and vibration in each direction are calculated from the phase difference Δφ mx (2) or Δφ my (2) of the moire fringes before and after the deformation in the same manner as when the one-dimensional sampling moire method is used.

式(4)、式(11)、式(30)、式(33)及び式(36)をまとめると、式(37)が成立する。
When the equation (4), the equation (11), the equation (30), the equation (33) and the equation (36) are put together, the equation (37) is established.

即ち、高速処理可能な1次元サンプリングモアレ法、ノイズに強い2次元サンプリングモアレ法、及び、高精度且つ広視野である2段モアレ法の何れにおいても、物体の変形によって生じる格子の位相差を斜め格子の変位測定に利用することが可能である。 That is, in any of the one-dimensional sampling moiré method capable of high-speed processing, the two-dimensional sampling moiré method resistant to noise, and the two-stage moiré method having high accuracy and wide field of view, the phase difference of the lattice caused by the deformation of the object is oblique. It can be used to measure the displacement of a lattice.

(一組の斜め格子対を用いた変位の算出)
変位がx方向又はy方向のみである場合、単一の斜め格子を用いることにより変位を算出することができる。しかしながら、変位がx方向又はy方向以外の任意の方向である場合、即ち、変位がx成分及びy成分の両方を有する場合、情報処理装置400は、uxとuyの2変数を算出する必要がある。この場合、情報処理装置400は、単一の斜め格子を用いるだけでは、変位を算出できない。
(Calculation of displacement using a set of diagonal grid pairs)
If the displacement is only in the x or y direction, the displacement can be calculated by using a single diagonal grid. However, when the displacement is in any direction other than the x direction or the y direction, that is, when the displacement has both the x component and the y component, the information processing apparatus 400 calculates two variables, u x and u y. There is a need. In this case, the information processing apparatus 400 cannot calculate the displacement only by using a single diagonal grid.

そこで、図4B又は図4Cに示すように、試料200の計測領域201には、単一の斜め格子202ではなく、矩形状の二つの斜め格子202(一組の斜め格子対)が貼付けられてもよい。または、図4Dに示すように、試料200の計測領域201には、二つの斜め格子を重ねた斜め方向のメッシュ状の格子が貼り付けられてもよい。この場合、予めフーリエ変換やローパスフィルター処理等の画像処理により、二つの異なる斜め方向の格子が抽出される。この場合も、二つの斜め格子202のそれぞれには、斜め格子202の長手方向又は短手方向に対して傾いて延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置される。二つの斜め格子202のそれぞれは、背面に糊等が付着されたテープとして形成され、計測者により、二つの斜め格子202内のラインの延伸方向が互いに異なるように(互い違いに)計測領域201に貼付けられる。特に、二つの斜め格子202は、図4Eに示すように、計測領域201の長手方向と、各斜め格子202の長手方向とがあうように、試料200の矩形状の計測領域201に貼付けられる。但し、二つの斜め格子202の変位量は、同一であるものとする。即ち、二つの斜め格子202内において、各ラインは同様に変化するものとする(剛体変位)。なお、二つの斜め格子202は、二つのマーカー又はシート格子として別個に形成されてもよいし、一つのマーカー又はシート格子として一体に形成されてもよい。 Therefore, as shown in FIG. 4B or FIG. 4C, not a single diagonal grid 202 but two rectangular diagonal grids 202 (a set of diagonal grid pairs) are attached to the measurement area 201 of the sample 200. May be good. Alternatively, as shown in FIG. 4D, a mesh-like grid in the diagonal direction in which two diagonal grids are overlapped may be attached to the measurement region 201 of the sample 200. In this case, two different diagonal grids are extracted in advance by image processing such as Fourier transform and low-pass filter processing. Also in this case, in each of the two diagonal grids 202, a plurality of lines that are inclined and extended with respect to the longitudinal direction or the lateral direction of the diagonal grid 202 are arranged at regular intervals. Each of the two diagonal grids 202 is formed as a tape having glue or the like adhered to the back surface, and the measurer sets the measurement area 201 so that the stretching directions of the lines in the two diagonal grids 202 are different from each other (alternately). It can be pasted. In particular, as shown in FIG. 4E, the two diagonal grids 202 are attached to the rectangular measurement region 201 of the sample 200 so that the longitudinal direction of the measurement region 201 and the longitudinal direction of each diagonal grid 202 are aligned with each other. However, it is assumed that the displacement amounts of the two diagonal grids 202 are the same. That is, it is assumed that each line changes in the same manner in the two diagonal grids 202 (rigid body displacement). The two diagonal grids 202 may be formed separately as two markers or sheet grids, or may be integrally formed as one marker or sheet grid.

情報処理装置400は、二つの斜め格子202上のそれぞれの点Q1およびQ2を1つの点とみなすことにより、二つの斜め格子202における任意の方向の変位を算出する。The information processing apparatus 400 calculates the displacement of the two diagonal grids 202 in an arbitrary direction by regarding the points Q 1 and Q 2 on the two diagonal grids 202 as one point.

情報処理装置400は、変位を測定する方向とは異なる方向において変位を解析する(水平方向の変位測定に対しては垂直方向に変位解析を行う)。これにより、情報処理装置400は、水平方向又は垂直方向の変位を個別に測定することができる。または、情報処理装置400は、水平方向及び垂直方向の変位を同時に測定することができる。 The information processing apparatus 400 analyzes the displacement in a direction different from the direction in which the displacement is measured (for the displacement measurement in the horizontal direction, the displacement analysis is performed in the vertical direction). As a result, the information processing apparatus 400 can individually measure the displacement in the horizontal direction or the vertical direction. Alternatively, the information processing apparatus 400 can simultaneously measure displacements in the horizontal direction and the vertical direction.

この場合、ステップS101において、撮像装置300は、二つの斜め格子202が貼付けられた計測領域201の変形前後の画像を撮影する。 In this case, in step S101, the image pickup apparatus 300 captures images before and after the deformation of the measurement area 201 to which the two diagonal grids 202 are attached.

ステップS102において、取得部411は、撮像装置300から計測領域201の変形前後の画像を取得する。 In step S102, the acquisition unit 411 acquires images before and after the deformation of the measurement area 201 from the image pickup apparatus 300.

ステップS103において、第1算出部412は、単一の斜め格子202を使用する場合と同様にして、取得した変形前後の画像から、モアレ法解析により、二つの斜め格子202の長手方向の位相差を算出する。例えば、第1算出部412は、1次元サンプリングモアレ法により、各斜め格子202の長手方向の位相差を算出する。なお、第1算出部412は、2次元サンプリングモアレ法により、各斜め格子202の長手方向の位相差を算出してもよい。または、第1算出部412は、2段モアレ法により、各斜め格子202の長手方向の位相差を算出してもよい。 In step S103, the first calculation unit 412 performs the phase difference in the longitudinal direction of the two diagonal grids 202 from the acquired images before and after the deformation by the moire method analysis in the same manner as when a single diagonal grid 202 is used. Is calculated. For example, the first calculation unit 412 calculates the phase difference in the longitudinal direction of each diagonal grid 202 by the one-dimensional sampling moiré method. The first calculation unit 412 may calculate the phase difference in the longitudinal direction of each diagonal grid 202 by the two-dimensional sampling moire method. Alternatively, the first calculation unit 412 may calculate the phase difference in the longitudinal direction of each diagonal grid 202 by the two-stage moire method.

ステップS104において、第2算出部413は、単一の斜め格子202を使用する場合と同様にして、第1算出部412が算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、計測領域201の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出する。 In step S104, the second calculation unit 413 deforms the measurement region 201 based on the phase difference in each longitudinal direction calculated by the first calculation unit 412 in the same manner as when a single diagonal grid 202 is used. Calculate the front-back two-dimensional in-plane displacement or vibration.

図10Aに示すように、二つの斜め格子1及び2の水平方向に対する角度をそれぞれθ1、θ2とする。なお、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析する場合、θ1とθ2はそれぞれ、0°<θ1≦180°,0°<θ2≦180°であり、Y方向に変位解析する場合、−90°<θ1≦90°,−90°<θ2≦90°である。As shown in FIG. 10A, the angles of the two diagonal grids 1 and 2 with respect to the horizontal direction are θ 1 and θ 2 , respectively. When the displacement analysis is performed in the X direction by the one-dimensional sampling moire method, θ 1 and θ 2 are 0 ° <θ 1 ≤ 180 ° and 0 ° <θ 2 ≤ 180 °, respectively, and the displacement analysis is performed in the Y direction. In the case, −90 ° <θ 1 ≦ 90 °, −90 ° <θ 2 ≦ 90 °.

以下では、図10Bに示すように、二つの斜め格子202が任意の方向に変位uだけ移動した場合の処理について説明する。以下では、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合と、1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合とについて説明する。 Hereinafter, as shown in FIG. 10B, processing when the two diagonal grids 202 are moved by the displacement u in an arbitrary direction will be described. Hereinafter, a case where the displacement analysis is performed in the X direction by the one-dimensional sampling moiré method and a case where the displacement analysis is performed in the Y direction by the one-dimensional sampling moiré method will be described.

(X方向に変位解析した場合の変位の算出)
二つの斜め格子202が任意の方向に変位uだけ移動したときに、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合、斜め格子1上の点Q1の変位量としてuX1が算出され、斜め格子2上の点Q2の変位量としてuX2が算出される。uX1及びuX2は、式(18)により、それぞれ式(38)及び式(39)で表される。
(Calculation of displacement when displacement analysis is performed in the X direction)
When the two diagonal grid 202 is moved by displacement u in any direction, when the displacement analyzer in the X direction one-dimensional sampling moire method, u X1 is calculated as the amount of displacement of the point to Q 1 on diagonal grid 1, u X2 is calculated as the amount of displacement of the point Q 2 on the diagonal grid 2. u X1 and u X2 are represented by the formulas (38) and (39), respectively, according to the formula (18).

式(38)および式(39)を連立方程式として解くことにより、二つの斜め格子202のx方向の変位量ux及びy方向の変位量uyは、それぞれ式(40)及び式(41)のように算出される。Equation (38) and the formula by solving (39) as simultaneous equations, the amount of displacement of the displacement u x and y directions in the x direction of the two diagonal grid 202 u y are each formula (40) and (41) It is calculated as.

ここで、K1及びK2は、それぞれ式(42)及び式(43)で表される。
Here, K 1 and K 2 are represented by the formulas (42) and (43), respectively.

このように、二つの斜め格子202を用いた場合、1次元サンプリングモアレ法によってX方向に解析することにより、x方向およびy方向の変位のそれぞれが算出される。 As described above, when the two diagonal grids 202 are used, the displacements in the x direction and the displacement in the y direction are calculated by analyzing in the X direction by the one-dimensional sampling moire method.

(Y方向に変位解析した場合の変位の算出)
二つの斜め格子202が任意の方向に変位uだけ移動したときに、1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合、斜め格子1上の点Q1の変位量としてuY1が算出され、斜め格子2上の点Q2の変位量としてuY2が算出される。uY1及びuY2は、式(24)により、それぞれ式(44)及び式(45)で表される。
(Calculation of displacement when displacement analysis is performed in the Y direction)
When the two diagonal grid 202 is moved by displacement u in any direction, when the displacement analyzer in the Y direction by a one-dimensional sampling moire method, u Y1 is calculated as the amount of displacement of the point to Q 1 on diagonal grid 1, u Y2 is calculated as the amount of displacement of the point Q 2 on the diagonal grid 2. u Y1 and u Y2 are represented by the formulas (44) and (45), respectively, according to the formula (24).

式(44)及び式(45)を連立方程式として解くことにより、二つの斜め格子202のx方向の変位量ux及びy方向の変位量uyは、それぞれ式(46)及び式(47)のように算出される。Equation (44) and formula by solving (45) as simultaneous equations, the amount of displacement of the displacement u x and y directions in the x direction of the two diagonal grid 202 u y are each formula (46) and (47) It is calculated as.

ここで、K1及びK2は、それぞれ上記した式(42)及び式(43)で表される。Here, K 1 and K 2 are represented by the above equations (42) and (43), respectively.

このように、二つの斜め格子202を用いた場合、1次元サンプリングモアレ法によってY方向に解析することにより、x方向およびy方向の変位のそれぞれが算出される。 In this way, when the two diagonal grids 202 are used, the displacements in the x-direction and the y-direction are calculated by analyzing in the Y direction by the one-dimensional sampling moire method.

[測定例1]
(水平方向のみに変位させた場合の単一の斜め格子による変位測定)
単一の斜め格子による水平方向(x方向)の変位測定を実証するための室内実験の結果を以下に示す。
[Measurement Example 1]
(Displacement measurement with a single diagonal grid when displaced only in the horizontal direction)
The results of laboratory experiments to demonstrate horizontal (x-direction) displacement measurements with a single diagonal grid are shown below.

図11は、室内実験のセットアップを示す。本実験では、格子ピッチが4mmであり、各ラインが様々な角度を有する斜め格子6が用いられる。格子角度は、45°,60°,−45°(135°),−60°(120°)である。格子6は、移動ステージ7により、水平方向(x方向)8に0〜1mmの範囲内で0.1mmずつ変位しながら、デジタルカメラ5により動画撮影されている。カメラ5は、撮影画像上の格子ピッチが10画素となるように設置されている。 FIG. 11 shows a laboratory experiment setup. In this experiment, an oblique grid 6 having a grid pitch of 4 mm and each line having various angles is used. The grid angles are 45 °, 60 °, −45 ° (135 °), −60 ° (120 °). The grid 6 is photographed by the digital camera 5 while being displaced by the moving stage 7 in the horizontal direction (x direction) 8 by 0.1 mm within a range of 0 to 1 mm. The camera 5 is installed so that the grid pitch on the captured image is 10 pixels.

撮影した動画画像において連続するフレーム(静止画像)が、変形前後の画像として、1次元サンプリングモアレ法で変位解析される。撮影画像の変位解析は、X方向及びY方向のそれぞれについて行われる。 A continuous frame (still image) in the captured moving image is subjected to displacement analysis by the one-dimensional sampling moire method as an image before and after deformation. The displacement analysis of the captured image is performed in each of the X direction and the Y direction.

解析結果に対して本発明の手法を適用し、本実施形態の有効性が確認された。図12Aは、格子角度が45°と60°である格子パターン6を用いて1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合の変位量のグラフを示す。図12Bは、本実施形態の手法を適用して式(19)により補正した変位量のグラフを示す。各グラフにおいて、横軸は与えた変位量を示し、縦軸は変位解析の結果算出された変位量を示す。図12Aに示される変位量に対し、本実施形態の手法による補正を適用することにより、図12Bに示すように、いずれの格子角度においても変位量が正確に算出されていることが確認された。 The method of the present invention was applied to the analysis results, and the effectiveness of the present embodiment was confirmed. FIG. 12A shows a graph of the amount of displacement when displacement analysis is performed in the X direction by the one-dimensional sampling moire method using the lattice pattern 6 having lattice angles of 45 ° and 60 °. FIG. 12B shows a graph of the displacement amount corrected by the equation (19) by applying the method of the present embodiment. In each graph, the horizontal axis shows the given displacement amount, and the vertical axis shows the displacement amount calculated as a result of the displacement analysis. By applying the correction by the method of this embodiment to the displacement amount shown in FIG. 12A, it was confirmed that the displacement amount was accurately calculated at any of the grid angles as shown in FIG. 12B. ..

同様に、図12Cは、1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合の変位量のグラフを示す。図12Dは、本実施形態の手法を適用して式(25)により算出した変位量のグラフを示す。1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合においても、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合と同様に、変位量が正確に算出されていることが確認された。 Similarly, FIG. 12C shows a graph of the amount of displacement when displacement analysis is performed in the Y direction by the one-dimensional sampling moire method. FIG. 12D shows a graph of the displacement amount calculated by the equation (25) by applying the method of the present embodiment. It was confirmed that the displacement amount was calculated accurately even in the case of the displacement analysis in the Y direction by the one-dimensional sampling moiré method, as in the case of the displacement analysis in the X direction by the one-dimensional sampling moiré method.

[測定例2]
(垂直方向のみに変位させた場合の単一の斜め格子による変位測定)
測定例1と同様の条件及び手順で、格子を垂直方向(y方向)に変位させた場合の変位測定の室内実験の結果を以下に示す。
[Measurement example 2]
(Displacement measurement with a single diagonal grid when displaced only in the vertical direction)
The results of a laboratory experiment of displacement measurement when the grid is displaced in the vertical direction (y direction) under the same conditions and procedures as in Measurement Example 1 are shown below.

格子6は、移動ステージ7により、垂直方向に0〜1mmの範囲で0.1mmずつ変位しながら、デジタルカメラ5により動画撮影されている。 The grid 6 is photographed by the digital camera 5 while being displaced by the moving stage 7 by 0.1 mm in the range of 0 to 1 mm in the vertical direction.

図13Aは、格子角度が45°と60°である格子パターン6を用いて1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合の変位量のグラフを示す。図13Bは、本実施形態の手法を適用して式(20)により算出した変位量の値を示す。各グラフにおいて、横軸は与えた変位量を示し、縦軸は変位解析の結果算出された変位量を示す。図13Aに示される変位量に対し、本実施形態の手法を適用することにより、図13Bに示すように、いずれの格子角度においても変位量が正確に算出されていることが確認された。 FIG. 13A shows a graph of the amount of displacement when displacement analysis is performed in the X direction by the one-dimensional sampling moire method using the lattice pattern 6 having lattice angles of 45 ° and 60 °. FIG. 13B shows the value of the displacement amount calculated by the equation (20) by applying the method of the present embodiment. In each graph, the horizontal axis shows the given displacement amount, and the vertical axis shows the displacement amount calculated as a result of the displacement analysis. By applying the method of this embodiment to the displacement amount shown in FIG. 13A, it was confirmed that the displacement amount was accurately calculated at any of the lattice angles as shown in FIG. 13B.

同様に、図13Cは、1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合の変位量のグラフを示す。図13Dは、本実施形態の手法を適用して式(26)により補正した変位量のグラフを示す。1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合においても、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合と同様に、変位量が正確に算出されていることが確認された。 Similarly, FIG. 13C shows a graph of the amount of displacement when displacement analysis is performed in the Y direction by the one-dimensional sampling moire method. FIG. 13D shows a graph of the displacement amount corrected by the equation (26) by applying the method of the present embodiment. It was confirmed that the displacement amount was calculated accurately even in the case of the displacement analysis in the Y direction by the one-dimensional sampling moiré method, as in the case of the displacement analysis in the X direction by the one-dimensional sampling moiré method.

[測定例3]
(水平方向および垂直方向に同時に変位させた場合の一組の斜め格子対による変位測定)
一組の斜め格子対による、任意方向に変位させた場合の変位測定を実証するための室内実験の結果を以下に示す。
[Measurement example 3]
(Displacement measurement with a set of diagonal grid pairs when displaced simultaneously in the horizontal and vertical directions)
The results of a laboratory experiment to demonstrate the displacement measurement when displaced in any direction with a pair of diagonal grids are shown below.

測定例3では、測定例1及び測定例2と同様に、図11に示したセットアップが用いられる。斜め格子対の格子角として、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析する場合は、θ1=45°とθ2=135°の組合せ、及び、θ1=60°とθ2=120°の組合せが用いられた。斜め格子対の格子角として、1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析する場合は、θ1=45°とθ2=−45°の組合せ、及び、θ1=60°とθ2=−60°の組合せが用いられた。図14に示すように、斜め格子対6は、移動ステージ7により、任意方向10の変位として、水平方向(x方向)に0〜1mmの範囲内で0.1mmずつ、且つ、垂直方向(y方向)に0〜2mmの範囲内で0.2mmずつ変位しながら、デジタルカメラ5により動画撮影されている。In Measurement Example 3, the setup shown in FIG. 11 is used as in Measurement Example 1 and Measurement Example 2. When performing displacement analysis in the X direction using the one-dimensional sampling moiré method as the grid angle of the diagonal grid pair, the combination of θ 1 = 45 ° and θ 2 = 135 ° and θ 1 = 60 ° and θ 2 = 120 ° The combination of was used. When performing displacement analysis in the Y direction using the one-dimensional sampling moiré method as the lattice angle of diagonal lattice pairs, the combination of θ 1 = 45 ° and θ 2 = −45 °, and θ 1 = 60 ° and θ 2 = − A 60 ° combination was used. As shown in FIG. 14, the diagonal lattice pair 6 is displaced by the moving stage 7 in the arbitrary direction 10 by 0.1 mm in the horizontal direction (x direction) within a range of 0 to 1 mm, and in the vertical direction (y). A moving image is taken by the digital camera 5 while being displaced by 0.2 mm in the range of 0 to 2 mm in the direction).

図15Aは、1次元サンプリングモアレ法でX方向に変位解析した場合の変位量のグラフを示す。図15Cは、本実施形態の手法を適用して式(40)〜式(43)により算出した変位量のグラフを示す。図15Aのグラフにおいて、横軸は与えた変位量を示し、縦軸は変位解析の結果算出された変位量を示す。図15Cのグラフにおいて、横軸は変位解析の結果算出されたx方向の変位量uxを示し、縦軸は変位解析の結果算出されたy方向の変位量uyを示す。図15Cに示すように、いずれの格子角度においても変位量が正確に算出されていることが確認された。FIG. 15A shows a graph of the amount of displacement when displacement analysis is performed in the X direction by the one-dimensional sampling moire method. FIG. 15C shows a graph of the displacement amount calculated by the equations (40) to (43) by applying the method of the present embodiment. In the graph of FIG. 15A, the horizontal axis shows the given displacement amount, and the vertical axis shows the displacement amount calculated as a result of the displacement analysis. In the graph of FIG. 15C, the horizontal axis represents the displacement amount u x in the x direction calculated as a result of the displacement analysis, and the vertical axis represents the displacement amount u y in the y direction calculated as a result of the displacement analysis. As shown in FIG. 15C, it was confirmed that the displacement amount was accurately calculated at any of the lattice angles.

同様に、図15Bは、1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合の変位量のグラフを示す。図15Dは、本実施形態の手法を適用して式(46)〜式(47)、式(42)〜式(43)により算出した変位量のグラフを示す。1次元サンプリングモアレ法でY方向に変位解析した場合においても、変位量が正確に算出さていることが確認された。 Similarly, FIG. 15B shows a graph of the amount of displacement when displacement analysis is performed in the Y direction by the one-dimensional sampling moire method. FIG. 15D shows a graph of the displacement amount calculated by the formulas (46) to (47) and the formulas (42) to (43) by applying the method of the present embodiment. It was confirmed that the displacement amount was calculated accurately even when the displacement was analyzed in the Y direction by the one-dimensional sampling moire method.

室内実験の結果より、1次元サンプリングモアレ法でX方向及びY方向のいずれの方向に変位解析する場合にも、x方向の変位及びy方向の変位量は適切に分離され、正確に計測されることが確認された。 From the results of laboratory experiments, the displacement in the x direction and the amount of displacement in the y direction are appropriately separated and accurately measured when the displacement is analyzed in either the X direction or the Y direction by the one-dimensional sampling moire method. It was confirmed that.

[測定例4]
(橋梁上における橋梁の変位測定)
実際の構造物における変位測定を実証するための変位測定の結果を以下に示す。
[Measurement example 4]
(Measurement of displacement of the bridge on the bridge)
The results of displacement measurement for demonstrating displacement measurement in an actual structure are shown below.

図16は、本実験の格子マーカーのセッティングを示す。従来手法の格子11のピッチは40mmに設定され、本実施形態の格子12のピッチは10mmに設定されている。本実施形態の斜め格子12の格子角は、θ1=45°、θ2=135°に設定されている。本測定では、y方向の変位に対し、X方向に解析が行われた。FIG. 16 shows the setting of the grid markers in this experiment. The pitch of the grid 11 of the conventional method is set to 40 mm, and the pitch of the grid 12 of the present embodiment is set to 10 mm. The grid angles of the diagonal grid 12 of the present embodiment are set to θ 1 = 45 ° and θ 2 = 135 °. In this measurement, the displacement in the y direction was analyzed in the X direction.

従来手法及び本実施形態の手法によって、それぞれ、橋梁上をトラックが通過する際の橋梁の変位が測定され、変位の測定結果が比較・検証された。 The displacement of the bridge when the truck passed over the bridge was measured by the conventional method and the method of the present embodiment, respectively, and the measurement results of the displacement were compared and verified.

図17Aは、従来手法による変位の測定結果を示し、図17Bは、本実施形態の手法による変位の測定結果を示す。この変位の測定結果から、本実施形態の手法でも、従来手法と同等に、変位が測定されることが確認された。 FIG. 17A shows the displacement measurement result by the conventional method, and FIG. 17B shows the displacement measurement result by the method of the present embodiment. From the measurement result of this displacement, it was confirmed that the displacement is measured by the method of this embodiment as well as the conventional method.

[測定例5]
(柱状構造物の変位および振動の測定)
柱状構造物の変位測定及び振動測定の結果を以下に示す。
[Measurement Example 5]
(Measurement of displacement and vibration of columnar structure)
The results of displacement measurement and vibration measurement of the columnar structure are shown below.

図18は、本測定のセットアップを示す。本測定では、直径50mmの円柱形状を有する柱状構造物において地上から1.5mの高さの位置に本実施形態の手法による格子マーカー14と、従来手法による格子マーカー15とがそれぞれ取付けられている。そして、本実施形態の手法及び従来手法による柱状構造物の水平方向16の変位及び振動数の測定結果が比較されている。なお、この柱状構造物には、基準点として、柱状構造物の地表高さの位置に、従来手法によるマーカー及び本実施形態の手法によるマーカーが取付けられている。 FIG. 18 shows the setup of this measurement. In this measurement, a grid marker 14 according to the method of the present embodiment and a grid marker 15 according to the conventional method are attached to a columnar structure having a columnar shape having a diameter of 50 mm at a height of 1.5 m from the ground. .. Then, the measurement results of the displacement and the frequency of the columnar structure 16 in the horizontal direction by the method of the present embodiment and the conventional method are compared. As a reference point, a marker according to the conventional method and a marker according to the method of the present embodiment are attached to the columnar structure at the position of the columnar structure at the ground surface height.

測定開始から30秒後に水平方向16の振動が加えられ、測定開始から60秒後に前後方向17の振動が加えられ、24fps(Frame Per Sec)のサンプリングレートのシネマカメラ13で動画撮影が行われた。 Vibration in the horizontal direction 16 was applied 30 seconds after the start of measurement, vibration in the front-back direction 17 was applied 60 seconds after the start of measurement, and a moving image was shot with a cinema camera 13 having a sampling rate of 24 fps (Frame Per Sec). ..

柱状構造物とカメラの間の距離は3mである。本実施形態の手法による斜め格子14の格子ピッチは10mmに設定され、格子角は45°に設定されている。従来手法による格子マーカー15として、格子ピッチが10mmである垂直方向の格子が使用されている。 The distance between the columnar structure and the camera is 3 m. The grid pitch of the diagonal grid 14 according to the method of the present embodiment is set to 10 mm, and the grid angle is set to 45 °. As the grid marker 15 according to the conventional method, a grid in the vertical direction having a grid pitch of 10 mm is used.

変位測定結果にFFT周波数解析処理を行うことにより、振動解析が行われた。振動解析として、国際公開WO2018/061321号公報の実施例3の手法が援用された。 Vibration analysis was performed by performing FFT frequency analysis processing on the displacement measurement results. As the vibration analysis, the method of Example 3 of International Publication WO2018 / 061321 was used.

変位量の解析として、従来手法ではX方向に解析が行われるのに対し、本実施形態の手法ではY方向に解析が行われた。 As the analysis of the displacement amount, the analysis is performed in the X direction in the conventional method, whereas the analysis is performed in the Y direction in the method of the present embodiment.

図19Aは、従来手法による変位の測定結果を示し、図19Bは、本実施形態の手法による変位の測定結果を示す。この変位の測定結果から、本実施形態の手法でも、従来手法と同等に、0.3mm以内の精度で変位が測定されることが確認された。 FIG. 19A shows the displacement measurement result by the conventional method, and FIG. 19B shows the displacement measurement result by the method of the present embodiment. From the displacement measurement results, it was confirmed that the displacement of the present embodiment is also measured with an accuracy of 0.3 mm or less, which is the same as the conventional method.

図20Aは、従来手法による静止時(測定開始から30秒間)の振動の測定結果を示し、図20Bは、本実施形態の手法による静止時(測定開始から30秒間)の振動の測定結果を示す。この振動の測定結果から、本実施形態の手法でも、従来手法と同様に、周波数成分が算出されることが確認された。 FIG. 20A shows the measurement result of the vibration at rest (30 seconds from the start of measurement) by the conventional method, and FIG. 20B shows the measurement result of the vibration at rest (30 seconds from the start of measurement) by the method of the present embodiment. .. From the measurement result of this vibration, it was confirmed that the frequency component is calculated by the method of this embodiment as well as the conventional method.

図21Aは、従来手法による水平方向16の振動印加時(測定開始後30秒から60秒までの間)の振動の測定結果を示し、図21Bは、本実施形態の手法による水平方向16の振動印加時(測定開始後30秒から60秒までの間)の振動の測定結果を示す。この測定結果から、水平方向16の振動印加時において、本実施形態の手法でも、従来手法と同様に、周波数成分が算出されることが確認された。 FIG. 21A shows the measurement result of the vibration when the vibration in the horizontal direction 16 is applied by the conventional method (between 30 seconds and 60 seconds after the start of measurement), and FIG. 21B shows the vibration in the horizontal direction 16 by the method of the present embodiment. The measurement result of the vibration at the time of application (from 30 seconds to 60 seconds after the start of measurement) is shown. From this measurement result, it was confirmed that when the vibration in the horizontal direction 16 is applied, the frequency component is calculated by the method of the present embodiment as well as the conventional method.

図22Aは、従来手法による前後方向17の振動印加時(測定開始から60秒経過以降)の振動の測定結果を示し、図22Bは、本実施形態の手法による前後方向17の振動印加時(測定開始から60秒経過以降)の振動の測定結果を示す。この振動の測定結果から、前後方向17の振動印加時においても、本実施形態の柱状構造物の長手方向の解析手法により、従来手法と同様に、周波数成分が算出されることが確認された。 FIG. 22A shows the measurement result of the vibration when the vibration in the front-rear direction 17 is applied by the conventional method (after 60 seconds have passed from the start of the measurement), and FIG. 22B shows the measurement result when the vibration in the front-rear direction 17 is applied by the method of the present embodiment (measurement). The measurement result of the vibration (after 60 seconds from the start) is shown. From the measurement result of this vibration, it was confirmed that the frequency component was calculated by the analysis method in the longitudinal direction of the columnar structure of the present embodiment even when the vibration in the front-rear direction 17 was applied, as in the conventional method.

この測定例では、比較的細かい格子ピッチの模様を有する格子が使用されたため、従来手法でも変位及び振動が正しく計測された。しかし、カメラがより遠方に設置される際に使用されるような、より粗い格子ピッチの模様を有する垂直格子が使用される場合、筒状構造物の円周方向の曲率の影響により、変位及び振動は正しく解析されない可能性がある。例えば、筒状構造物の1周分における格子ピッチが2である場合、撮像した画像には、格子の変化点が一つしか写らず、変位及び振動は正しく解析されない。一方、本実施形態の手法であれば、筒状構造物の長手方向は、平面の一部(直線状)とみなせるため、高精度に変位及び振動が算出される。 In this measurement example, since a grid having a pattern with a relatively fine grid pitch was used, displacement and vibration were correctly measured even by the conventional method. However, if a vertical grid with a coarser grid pitch pattern is used, such as that used when the camera is installed farther away, the displacement and the influence of the circumferential curvature of the tubular structure will cause displacement and Vibrations may not be analyzed correctly. For example, when the lattice pitch in one round of the tubular structure is 2, only one change point of the lattice is shown in the captured image, and the displacement and vibration are not analyzed correctly. On the other hand, in the method of the present embodiment, since the longitudinal direction of the tubular structure can be regarded as a part of a plane (straight line), displacement and vibration are calculated with high accuracy.

本実施形態により、サンプリングモアレ法による変位解析における格子取付けの制約が緩和されるため、様々な形状の計測対象に格子を取付けることが可能となる。したがって、計測システム100は、構造物又は計測対象の形状による制約を受けることなく、変位を測定することが可能となる。 According to this embodiment, the restrictions on the grid mounting in the displacement analysis by the sampling moiré method are relaxed, so that the grid can be mounted on the measurement target of various shapes. Therefore, the measurement system 100 can measure the displacement without being restricted by the shape of the structure or the measurement target.

図23Aに示すように、例えば、路面上の変位を測定する際、従来手法では、路面の端部でしか変位測定を行うことができなかった。一方、図23Bに示すように、本実施形態の手法では、薄い箱型のブロック又はハンプ等に斜め格子22を取付けることにより、道路中央部など様々な箇所において変位測定を行うことが可能となる。 As shown in FIG. 23A, for example, when measuring the displacement on the road surface, the conventional method can measure the displacement only at the end of the road surface. On the other hand, as shown in FIG. 23B, in the method of the present embodiment, by attaching the diagonal grid 22 to a thin box-shaped block or hump, it is possible to measure the displacement at various places such as the central part of the road. ..

また、図24Aに示すように、従来手法では、細い柱状の構造物に対して、変位測定のために必要な大きさの格子を取付けることが困難であり、高精度に変位測定を行うことが困難であった。一方、図24Bに示すように、本実施形態の手法では、細い柱状の構造物に対して、変位測定のために必要な大きさの格子25を取付けることが可能となるため、柱状の構造物の変位測定を高精度に行うことが可能となる。 Further, as shown in FIG. 24A, it is difficult to attach a grid of a size required for displacement measurement to a thin columnar structure by the conventional method, and it is possible to perform displacement measurement with high accuracy. It was difficult. On the other hand, as shown in FIG. 24B, in the method of the present embodiment, a grid 25 having a size required for displacement measurement can be attached to a thin columnar structure, so that the columnar structure can be attached. It is possible to measure the displacement of the above with high accuracy.

以上詳述したように、本実施形態の手法により、構造物の形状に制約されることなく、様々な形状の構造物の面内又は面外の変位又は振動の計測を行うことが可能となる。 As described in detail above, the method of the present embodiment makes it possible to measure in-plane or out-of-plane displacement or vibration of structures having various shapes without being restricted by the shape of the structure. ..

特に、本実施形態の手法では、MEMS(メムス、Micro Electro Mechanical Systems)機械等の微小構造物から、社会インフラである橋、トンネル又は高層ビル等の大型構造物まで、より精度よく且つより簡易に変位又は振動を計測することが可能となる。 In particular, in the method of the present embodiment, from microstructures such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) machines to large structures such as bridges, tunnels or high-rise buildings which are social infrastructures, more accurately and more easily. It is possible to measure displacement or vibration.

100 計測システム
200 試料
201 計測領域
202 斜め格子
300 撮像装置
411 取得部
412 第1算出部
413 第2算出部
100 Measurement system 200 Sample 201 Measurement area 202 Diagonal grid 300 Imaging device 411 Acquisition unit 412 First calculation unit 413 Second calculation unit

Claims (12)

撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムにおける計測方法であって、
前記撮像装置が、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように前記斜め格子が貼付けられた前記計測領域の変形前後の画像を撮影し、
前記情報処理装置が、
前記撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、前記斜め格子の長手方向の位相差を算出し、
前記算出した長手方向の位相差に基づいて、前記計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出する、
ことを含むことを特徴とする計測方法。
It is a measurement method in a measurement system having an image pickup device and an information processing device.
The image pickup apparatus captures images before and after deformation of the measurement area to which the diagonal grid is attached so that the longitudinal direction of the rectangular measurement region that is a part of the sample and the longitudinal direction of the rectangular diagonal grid are aligned with each other. Take a picture
The information processing device
From the images before and after the deformation taken, the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal lattice was calculated by the moire method analysis.
Based on the calculated phase difference in the longitudinal direction, the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region is calculated.
A measurement method characterized by including.
前記モアレ法解析は、1次元サンプリングモアレ法である、請求項1に記載の計測方法。 The measurement method according to claim 1, wherein the moire method analysis is a one-dimensional sampling moire method. 前記モアレ法解析は、2段モアレ法である、請求項1に記載の計測方法。 The measurement method according to claim 1, wherein the moire method analysis is a two-stage moire method. 前記斜め格子は、テープとして形成され、
前記斜め格子には、前記斜め格子の短手方向に対して傾いて延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置される、請求項1〜3の何れか一項に記載の計測方法。
The diagonal grid is formed as a tape
The measurement method according to any one of claims 1 to 3, wherein each of a plurality of lines inclined and extending in the lateral direction of the diagonal lattice are arranged at regular intervals.
撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムにおける計測方法であって、
前記撮像装置が、試料の一部である矩形状の計測領域であって、矩形状の二つの斜め格子内のラインの延伸方向が互いに異なるように前記二つの斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、
前記情報処理装置が、
前記撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、前記二つの斜め格子のそれぞれの長手方向の位相差を算出し、
前記算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、前記計測領域の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出する、
ことを含むことを特徴とする計測方法。
It is a measurement method in a measurement system having an image pickup device and an information processing device.
The imaging device is a rectangular measurement area that is a part of a sample, and is a measurement area to which the two diagonal grids are attached so that the stretching directions of the lines in the two rectangular grids are different from each other. Take images before and after deformation,
The information processing device
From the images before and after the deformation taken, the phase difference in the longitudinal direction of each of the two diagonal lattices was calculated by the moire method analysis.
Based on the calculated phase difference in each longitudinal direction, the two-dimensional in-plane displacement or vibration before and after the deformation of the measurement region is calculated.
A measurement method characterized by including.
前記モアレ法解析は、1次元サンプリングモアレ法又は2次元サンプリングモアレ法である、請求項5に記載の計測方法。 The measurement method according to claim 5, wherein the moire method analysis is a one-dimensional sampling moire method or a two-dimensional sampling moire method. 前記モアレ法解析は、2段モアレ法である、請求項5に記載の計測方法。 The measurement method according to claim 5, wherein the moire method analysis is a two-stage moire method. 前記二つの斜め格子は、テープとして形成され、
前記二つの斜め格子のそれぞれには、前記斜め格子の短手方向に対して傾いて延伸する複数のラインのそれぞれが一定間隔毎に配置される、請求項5〜7の何れか一項に記載の計測方法。
The two diagonal grids are formed as tape and
The invention according to any one of claims 5 to 7, wherein a plurality of lines inclined and extending with respect to the lateral direction of the diagonal grid are arranged at regular intervals in each of the two diagonal grids. Measurement method.
撮像装置を有する計測システムが有する情報処理装置のコンピュータプログラムであって、
前記撮像装置により撮影された、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように前記斜め格子が貼付けられた前記計測領域の変形前後の画像から、モアレ法解析により、前記斜め格子の長手方向の位相差を算出し、
前記算出した長手方向の位相差に基づいて、前記計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出する、
ことを前記情報処理装置に実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
It is a computer program of an information processing device of a measurement system having an image pickup device.
Before and after deformation of the measurement area to which the diagonal grid is attached so that the longitudinal direction of the rectangular measurement area which is a part of the sample and the longitudinal direction of the rectangular diagonal grid, which are photographed by the imaging device, match. The phase difference in the longitudinal direction of the diagonal lattice was calculated from the image of the above by the moire method analysis.
Based on the calculated phase difference in the longitudinal direction, the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region is calculated.
A computer program characterized by causing the information processing apparatus to execute the above.
撮像装置を有する計測システムが有する情報処理装置のコンピュータプログラムであって、
前記撮像装置により撮影された、試料の一部である矩形状の計測領域であって、矩形状の二つの斜め格子内のラインの延伸方向が互いに異なるように前記二つの斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像から、モアレ法解析により、前記二つの斜め格子のそれぞれの長手方向の位相差を算出し、
前記算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、前記計測領域の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出する、
ことを前記情報処理装置に実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
It is a computer program of an information processing device of a measurement system having an image pickup device.
The two diagonal grids are attached so that the stretching directions of the lines in the two rectangular grids are different from each other in the rectangular measurement area which is a part of the sample photographed by the imaging device. From the images before and after the deformation of the measurement area, the phase difference in the longitudinal direction of each of the two diagonal grids was calculated by the moire method analysis.
Based on the calculated phase difference in each longitudinal direction, the two-dimensional in-plane displacement or vibration before and after the deformation of the measurement region is calculated.
A computer program characterized by causing the information processing apparatus to execute the above.
撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムであって、
前記撮像装置は、試料の一部である矩形状の計測領域の長手方向と、矩形状の斜め格子の長手方向とがあうように前記斜め格子が貼付けられた前記計測領域の変形前後の画像を撮影し、
前記情報処理装置は、
前記撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、前記斜め格子の長手方向の位相差を算出する第1算出部と、
前記算出した長手方向の位相差に基づいて、前記計測領域の変形前後の短手方向の変位又は振動を算出する第2算出部と、
を有することを特徴とする計測システム。
A measurement system that has an imaging device and an information processing device.
The imaging device captures images before and after deformation of the measurement area to which the diagonal grid is attached so that the longitudinal direction of the rectangular measurement region that is a part of the sample and the longitudinal direction of the rectangular diagonal grid are aligned with each other. Take a picture
The information processing device
The first calculation unit that calculates the phase difference in the longitudinal direction of the diagonal grid by the moire method analysis from the images before and after the deformation taken.
Based on the calculated phase difference in the longitudinal direction, the second calculation unit that calculates the displacement or vibration in the lateral direction before and after the deformation of the measurement region, and
A measurement system characterized by having.
撮像装置及び情報処理装置を有する計測システムであって、
前記撮像装置は、試料の一部である矩形状の計測領域であって、矩形状の二つの斜め格子内のラインの延伸方向が互いに異なるように前記二つの斜め格子が貼付けられた計測領域の変形前後の画像を撮影し、
前記情報処理装置は、
前記撮影した変形前後の画像から、モアレ法解析により、前記二つの斜め格子のそれぞれの長手方向の位相差を算出する第1算出部と、
前記算出したそれぞれの長手方向の位相差に基づいて、前記計測領域の変形前後の2次元面内変位又は振動を算出する第2算出部と、
を有することを特徴とする計測システム。
A measurement system that has an imaging device and an information processing device.
The image pickup apparatus is a rectangular measurement region that is a part of a sample, and is a measurement region to which the two diagonal grids are attached so that the stretching directions of the lines in the two rectangular grids are different from each other. Take images before and after deformation,
The information processing device
The first calculation unit that calculates the phase difference in the longitudinal direction of each of the two diagonal grids by the moire method analysis from the images before and after the deformation taken.
A second calculation unit that calculates the two-dimensional in-plane displacement or vibration of the measurement region before and after deformation based on the calculated phase difference in each longitudinal direction.
A measurement system characterized by having.
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