JP2018112476A - 微小変位測定装置および微小変位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラインセンサカメラの画像分解能よりも微小な変位を検出することが可能な微小変位測定装置および微小変位測定方法を提供する。【解決手段】斜線部１ｂを有する斜線ターゲット１と、斜線ターゲット１を撮影するラインセンサカメラ２と、ラインセンサカメラ２によって取得した画像信号から撮影画像を作成する画像作成部，パラメータを設定する処理パラメータ設定部，撮影画像上の斜線部１ｂの位置を検出する斜線位置検出部，並びに基準の斜線位置および現在の斜線位置に基づいて斜線部１ｂの所望の方向の移動量を求める微小変位計算部を含んでラインセンサカメラ２によって取得した画像信号に基づいて被測定対象物の所望の方向の微小変位を求める画像処理装置３とを備える構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、微小変位測定装置および微小変位測定方法に関し、とくにラインセンサカメラで撮影された画像を処理することにより被測定対象物の微小変位を高精度に測定する微小変位測定装置および微小変位測定方法に関する。

ビルや橋梁などが建設されている地盤は、時間が経つにつれて地盤沈下などを起こす可能性がある。地盤沈下が徐々に進行している場合、この地盤沈下による地盤の変位は微小でありこれを検出することは難しい。従来、人手による測量などにより地盤沈下の監視を行っているが、このような方法は、地盤変位の変化量を常時監視するのには非効率的であった。

一方、被測定対象物に目印となるマーカーなどを設置し、ラインセンサカメラを用いてこれを撮像し、撮像した画像を処理してマーカーの変化量を検出する方法が公知となっている。そこで、地盤変位の変化量を常時監視する方法として、例えば下記特許文献１に開示されているように、被測定対象物に白黒のマーカーを取り付け、このマーカーを撮像した画像に基づいてパターンマッチングを行い、マーカーの画像上の位置を検出し、その位置を実際の高さに換算することで地盤の変位を測定することが考えられる。

特開２０１０−２６６３４１号公報 特開２００６−２５８６１３号公報

しかしながら、上述したように地盤沈下等を測定する場合、地盤の微小な変位を検出することが重要であるのに対し、特許文献１に記載された技術では画像分解能よりも微小な変位を検出することができないという問題があった。とくに、ビルや橋梁などの影響で生じる地盤沈下などを監視する場合、ラインセンサカメラは地盤沈下などの影響を受けない位置に設置する必要がありマーカーの近傍に設置することができないため、被測定対象物とは離れた位置に設置してそこから撮像を行わざるを得ず、ラインセンサカメラによって取得した画像に基づいて地盤沈下等による微小な変位を測定することは難しかった。

このようなことから本発明は、ラインセンサカメラの画像分解能よりも微小な変位を検出することが可能な微小変位測定装置および微小変位測定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る微小変位測定装置は、
平面状の基面に帯状の斜線部が設けられた斜線ターゲットと、
走査線方向が所望の方向に直交するように設置されて前記斜線ターゲットを撮影するラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて被測定対象物の前記所望の方向の変位を求める画像処理装置と
を備え、
前記斜線ターゲットは、前記斜線部と前記ラインセンサカメラの走査線方向とのなす角が０°より大きく４５°より小さく且つ前記基面が前記所望の方向および前記走査線方向に平行に被測定対象物に設置され、
前記画像処理装置は、予め設定された基準方向に対する前記斜線部の角度および前記ラインセンサカメラの画像分解能を設定する処理パラメータ設定部と、前記ラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて撮影画像を作成する画像作成部と、前記撮影画像に基づいて撮影画像上の前記斜線部の位置を検出する斜線位置検出部と、前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて前記斜線部の前記所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める微小変位計算部とを含む
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る微小変位測定装置は、
前記斜線位置検出部が、サブピクセル推定を用いて前記斜線部の位置を求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る微小変位測定装置は、
前記画像処理装置が、前記斜線ターゲットの回転角度を求める回転角度計算部をさらに含み、
前記処理パラメータ設定部が、前記基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅をさらに設定し、
前記斜線位置検出部が、前記斜線部の位置に加えて前記走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅を検出し、
前記回転角度計算部が、前記斜線部の角度，前記画像分解能，前記基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅，および走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅に基づいて前記斜線ターゲットの回転角度を算出し、
前記微小変位計算部が、前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に加えて前記斜線ターゲットの回転角度を用いて前記斜線部の所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る微小変位測定装置は、
前記画像処理装置が、前記撮影画像，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて、前記撮影画像上に前記斜線位置検出部によって測定当初に検出した前記斜線部の位置および前記斜線位置検出部によって検出した現在の前記斜線部の位置を表示する斜線位置表示部をさらに含む
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明に係る微小変位測定方法は、
走査線方向が所望の方向に直交するように設置されるとともに平面状の基面に帯状の斜線部が設けられた斜線ターゲット撮影するラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて被測定対象物の前記所望の方向の変位を求める微小変位測定方法であって、
前記斜線ターゲットを、前記斜線部と前記ラインセンサカメラの走査線方向とのなす角が０°より大きく４５°より小さく且つ前記基面が前記所望の方向および前記走査線方向に平行になるように被測定対象物に設置し、
基準方向に対する前記斜線部の角度および前記ラインセンサカメラの画像分解能を設定するパラメータ設定工程と、
前記ラインセンサカメラにより前記斜線ターゲットを撮影する画像撮影工程と、
前記ラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて撮影画像を作成する画像作成工程と、
前記撮影画像に基づいて前記斜線部の位置を検出する斜線位置検出工程と、
前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて前記斜線部の前記所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める微小変位計算工程と
を含む
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第６の発明に係る微小変位測定方法は、
前記斜線位置検出工程で、サブピクセル推定を用いて前記斜線部の位置を検出する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第７の発明に係る微小変位測定方法は、
前記斜線位置検出工程と前記微小変位計算工程との間に、前記斜線ターゲットの回転角度を求める回転角度計算工程をさらに含み、
前記パラメータ設定工程で、予め設定された基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅をさらに設定し、
前記斜線位置検出工程で、前記斜線部の位置に加えて前記走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅を検出し、
前記回転角度計算工程で、前記斜線部の角度，前記画像分解能，前記基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅，および走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅に基づいて前記斜線ターゲットの回転角度を算出し、
前記微小変位計算工程で、前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に加えて前記斜線ターゲットの回転角度を用いて前記斜線部の所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第８の発明に係る微小変位測定方法は、
前記微小変位計算工程の直前に、前記撮影画像，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて、前記撮影画像上に前記斜線位置検出部によって測定当初に検出した前記斜線部の位置および前記斜線位置検出部によって検出した現在の前記斜線部の位置を表示する斜線位置表示工程をさらに含む
ことを特徴とする。

本発明に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法によれば、ラインセンサカメラの画像分解能よりも微小な変位を検出することが可能になる。

本発明の実施例１に係る微小変位測定装置を示す概略構成図である。 図１に示す画像処理部の構成を示すブロック図である。 図３（ａ）は測定当初の斜線ターゲットとラインセンサカメラとの位置関係を示す説明図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すラインセンサカメラによって撮影した画像のイメージ図である。 図４（ａ）は斜線ターゲットが移動した場合の斜線ターゲットとラインセンサカメラとの位置関係を示す説明図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すラインセンサカメラによって撮影した画像のイメージ図である。 斜線ターゲットの移動量を算出する方法を説明するための説明図である。 本発明の実施例１における微小変位測定の流れを示すフローチャートである。 図７（ａ）は本発明の実施例２で用いるサブピクセル推定を説明するための説明図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ部拡大図である。 本発明の実施例３に係る微小変位測定装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。 図９（ａ）は回転していない状態の斜線ターゲットを示す説明図、図９（ｂ）は回転した状態の斜線ターゲットを示す説明図である。 本発明の実施例３における微小変位測定の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法について説明する。
本発明に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法は、斜線が描かれている斜線ターゲットを被測定対象物に設置し、この斜線ターゲットをラインセンサカメラで撮影し、取得した画像を画像処理して斜線ターゲットの位置を検出することで、画像分解能よりも微小な変位を測定することができるようにするものである。

（基本的な構成）
図１から図５を用いて本発明の実施例１に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法について説明する。

図１に示すように、本実施例に係る微小変位測定装置は、斜線ターゲット１と、ラインセンサカメラ２と、画像処理装置３とを備えて構成されている。

斜線ターゲット１は、平面状の基面１ａに帯状のライン（以下、斜線部）１ｂを設けたものである。本実施例において基面１ａは矩形状に形成されている。また、斜線部１ｂは、基準方向（図１に示す一点鎖線方向）に対する傾き（以下、斜線部の角度と称する）がθ［°］、また、基準方向に沿う幅がＬ［ｍｍ］となっており、これらθおよびＬは既知とする。また、０°＜θ＜４５°とする。
この斜線ターゲット１は、その基面１ａが鉛直方向に沿うように、かつ、その基準方向が水平方向に沿うように図示しない被測定対象物に設置される。

ラインセンサカメラ２は、１ラインの撮影を行う機器であって、その走査線方向（本実施例では、図１に示す一点鎖線方向。以下、単に走査線方向と称する）が水平方向に沿うように、被測定対象物とは所望の距離離間した位置（ラインセンサカメラ２自体が地盤沈下の影響を受けないような被測定対象物から十分に離間した位置）に設置され、斜線ターゲット１を撮影する。

画像処理装置３は、画像処理部３Ａと、モニタ３Ｂとを備えている。
画像処理部３Ａは、ラインセンサカメラ２によって取得した画像信号に基づいて斜線ターゲット１を利用して被測定対象物の所望の方向（本実施例では、鉛直方向）の微小変位を求めるものであって、図２に示すように、画像作成部３ａと、処理パラメータ設定部３ｂと、斜線位置検出部３ｃと、斜線位置表示部３ｄと、微小変位計算部３ｅと、メモリ３ｆ，３ｇとを備えている。
モニタ３Ｂは、後で詳述する画像処理部３Ａで作成した撮影画像Ｉおよび斜線位置Ｐ₀，Ｐ_Nを表示する。

画像作成部３ａは、ラインセンサカメラ２から入力される画像信号を時系列的に並べて撮影画像Ｉ（図３（ｂ）および図４（ｂ）参照）を作成する。この画像作成部３ａにより作成された撮影画像Ｉはメモリ３ｆに保管される。

処理処理パラメータ設定部３ｂは、画像作成部３ａにより作成した撮影画像Ｉから斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］を計算するために必要なパラメータである画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］および斜線部の角度θ［°］を設定する。なお、画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］に関しては、例えば、特開２０１０−１６９５０５号公報に開示されているような白黒のキャリブレーションターゲットを用いて計算したり、ラインセンサカメラ２の素子の長さ（数）や焦点距離、斜線ターゲット１までの距離などから計算したりするなど、既知の手法により取得すればよい。この処理パラメータ設定部３ｂにより設定されたパラメータはメモリ３ｇに保管される。

斜線位置検出部３ｃは、画像作成部３ａにより作成された撮影画像Ｉを画像処理してこの撮影画像Ｉ上の斜線部１ｂの位置（以下、現在の斜線位置と称する）Ｐ_N［ｐｉｘ］を検出する。現在の斜線位置Ｐ_Nを検出する手法としては、撮影画像Ｉ上のエッジ部分を検出する、または斜線部１ｂのパターンをあらかじめ登録しておき撮影画像Ｉとパターンとの相関値を計算して最も相関値が高い位置を検出するなど、既知の手法により検出すればよい。この斜線位置検出部３ｃにより検出した現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］はメモリ３ｇに保管される。なお、斜線位置検出部３ｃにより測定当初に求めた斜線部１ｂの位置Ｐ₀［ｐｉｘ］は、斜線の基準位置としてメモリ３ｇに保管する。

斜線位置表示部３ｄは、画像作成部３ａにより作成した撮影画像Ｉと、斜線位置検出部３ｃにより検出した斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］とに基づいて、撮影画像Ｉ上に斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］を表示し、斜線位置表示画像としてメモリ３ｇに保管する。具体的な表示方法としては、例えば斜線の基準位置Ｐ₀を赤色または実線で表示し、現在の斜線位置Ｐ_Nを黄色または点線で表示するなどの任意の方法で表示すればよい。この斜線位置表示部３ｄにより作成した斜線位置表示画像はメモリ３ｇを介してモニタ３Ｂに表示される。

微小変位計算部３ｅは、処理パラメータ設定部３ｂにより設定したパラメータ（画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］および斜線部の角度θ［°］）と、斜線位置検出部３ｃにより検出した斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］とを用いて、斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量（微小変位）ｘ［ｍｍ］を計算する。

図３から図５を用いて斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］の算出方法について具体的に説明すると、まず、図３に示す斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］と、図４に示す現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］とから、斜線部１ｂの撮影画像Ｉ上の移動量Ｐ［ｐｉｘ］を求める。次に、この移動量Ｐ［ｐｉｘ］と、画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］とを用いて、走査線方向に沿った斜線ターゲット１の実際の移動量ｌ［ｍｍ］を下式（１）により求める。
ｌ＝Ｐ×ｎ …（１）

続いて、図５に示すように、斜線部の角度θ［°］を用いて鉛直方向に沿った斜線ターゲット１の実際の移動量ｘ［ｍｍ］を下式（２）により求める。
ｘ＝ｌ×ｔａｎθ …（２）

ここで、例えばθ＝２６．６°とした場合、ｔａｎθ＝０．５となるので、撮影画像Ｉ上で（すなわち走査線方向に）斜線部１ｂが１［ｐｉｘ］移動した場合、斜線ターゲット１が鉛直方向に０．５［ｐｉｘ］移動したことと等価となり、解像度は２倍となる。θ［°］をさらに小さくすれば、解像度をさらに向上させることができる。微小変位計算部３ｅにより算出した斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］は微小変位としてメモリ３ｇに保管される。

次に、図６を用いて本実施例に係る微小変位測定方法について簡単に説明する。図６に示すように、本実施例ではまず処理パラメータ設定部３ｂにより画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］および斜線部の角度θ［°］を設定し（ステップＳ１）、続いてラインセンサカメラ２により斜線ターゲット１を撮像し（ステップＳ２）、画像作成部３ａによりラインセンサカメラ２から入力される画像信号に基づいて撮影画像Ｉを作成する（ステップＳ３）。

続いて、斜線位置検出部３ｃにより撮影画像Ｉに基づき測定当初に検出した斜線部１ｂの撮影画像Ｉ上の位置は斜線の基準位置Ｐ₀として、また、それ以降に検出した斜線部１ｂの撮影画像Ｉ上の位置は現在の斜線位置Ｐ_Nとして検出する（ステップＳ４）。

続いて、斜線位置表示部３ｄにより撮影画像Ｉ、斜線の基準位置Ｐ₀、および現在の斜線位置Ｐ_Nに基づいて斜線位置表示画像を作成し（ステップＳ５）、微小変位計算部３ｅにより画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］、斜線の基準位置Ｐ₀、および現在の斜線位置Ｐ_Nに基づいて斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］を算出する（ステップＳ６）。微小変位測定を実施している間、上述したステップＳ２からステップＳ６の処理を繰り返す。

このように構成される本実施例に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法によれば、被測定対象物に斜線ターゲット１を設置し、この斜線ターゲット１をラインセンサカメラ２により撮影するという簡易な装置構成で、撮影に用いたラインセンサカメラ２の画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］よりも微小な被測定対象物の所望の方向の微小変位を測定することができる。

（サブピクセル推定を用いた微小変位測定）
図７を用いて本発明の実施例２に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法について説明する。
本実施例は、実施例１に対し、ラインセンサカメラ２で撮影した画像から、斜線部１ｂの位置をサブピクセル推定などの画像処理を用いて検出することで、実施例１よりも高い画像分解能で変位を測定するようにしたものである。具体的には、本実施例は、上述した実施例１に対し斜線位置検出部３ｃにおける処理が異なる。その他の構成は実施例１で説明したものと同様であり、実施例１で説明したものと同様の部分には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施例において斜線位置検出部３ｃでは、画像作成部３ａにより作成された撮影画像Ｉを画像処理して斜線の基準位置Ｐ₀または現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］を検出する手法として、サブピクセル推定を用いる。サブピクセル推定としては、例えば、斜線ターゲット１のパターンをあらかじめ登録しておき、撮影画像Ｉの端からパターンマッチングを行い、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、相関値が最大になる位置の近傍点で曲線近似を行い、近似曲線の頂点の位置Ｐ_Sをサブピクセル推定により検出した斜線の基準位置Ｐ₀または現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］として設定する等が考えられる。この斜線位置検出部３ｃにより検出した斜線の基準位置Ｐ₀および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］はメモリ３ｇに保管される。
なお、サブピクセル推定としては、上述した方法に限らず、「位相相関限定法」などの手法を用いることもできる。

このように構成される本実施例に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法によれば、実施例１の測定方法よりも、画像分解能を向上させることができ、より高精度に微小変位測定を行うことができる。

（斜線ターゲットの回転補正）
図８から図１０を用いて本発明の実施例３に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法について説明する。
本実施例は、実施例１，実施例２に対し、斜線ターゲット１の位置を画像処理で検出するとともに、斜線ターゲット１を被測定対象物に設置する際に生じた回転を補正することで、微小変位測定の精度を向上させるようにしたものである。

すなわち、斜線ターゲット１の基準方向（図９に示す二点鎖線方向）がラインセンサカメラ２の走査線方向（本実施例では、図９（ｂ）に示す一点鎖線方向）に対して回転した状態で、斜線ターゲット１が被測定対象物に設置されてしまった場合、実施例１で説明した方法では正確な微小変位を求めることができないため、斜線ターゲット１の回転角度分の補正を行う。

具体的には、本実施例は、上述した実施例１または実施例２に対して、画像処理部３Ａの構成および画像処理部３Ａにおける処理が異なる。その他の構成は実施例１または実施例２で説明したものと同様であり、実施例１または実施例２で説明したものと同様の部分には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施例において斜線ターゲット１は、斜線部１ｂの基準方向に対する傾き（以下、斜線部の角度と称する）がθ１［°］、また、基準方向に沿う幅（以下、斜線部１ｂの基準方向の幅と称する）がＬａ［ｍｍ］となっており、これらθ１およびＬａは既知とする。
この斜線ターゲット１は、その基面１ａが鉛直方向に沿うように、かつ、その基準方向が走査線方向に対してθ４［°］回転した状態で被測定対象物に設置されているものとする。

また、本実施例の画像処理部３Ａは、図８に示すように、画像作成部３ａと、処理パラメータ設定部３ｂと、斜線位置検出部３ｃと、斜線位置表示部３ｄと、微小変位計算部３ｅと、メモリ３ｆ，３ｇとに加え、回転角度計算部３ｈを備えている。

本実施例において処理パラメータ設定部３ｂは、画像作成部３ａにより作成した撮影画像Ｉから斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］を計算するために必要なパラメータである画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］および斜線部の角度θ１［°］と、斜線ターゲット１の回転角度を計算するために必要なパラメータである斜線部１ｂの基準方向の幅Ｌａ［ｍｍ］を設定する。この処理パラメータ設定部３ｂにより設定されたパラメータはメモリ３ｇに保管される。

また、斜線位置検出部３ｃは、画像作成部３ａにより作成された撮影画像Ｉを画像処理して斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］を検出するとともに、エッジ処理などにより撮影画像Ｉ上の斜線部１ｂの走査線方向の幅（以下、撮影画像Ｉ上の斜線部１ｂの幅と称する）ｗ［ｐｉｘ］を検出する。現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］、斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および撮影画像Ｉ上の斜線部１ｂの幅ｗ［ｐｉｘ］はメモリ３ｇに保管される。

また、回転角度計算部３ｈは、処理パラメータ設定部３ｂにより設定したパラメータ（画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］、斜線部の角度θ１［°］および斜線部１ｂの基準方向の幅Ｌａ［ｍｍ］）と斜線位置検出部３ｃにより検出した撮影画像Ｉ上の斜線部の幅ｗ［ｐｉｘ］とに基づいて斜線ターゲット１の回転角度［°］を計算する。

図９を用いて具体的に説明すると、まず、三角形の定理より、基準方向に対する斜線部１ｂの幅方向の傾きθ２［°］と斜線部１ｂの幅方向の長さＬｂ［ｍｍ］は、斜線部の角度θ１［°］および斜線部１ｂの基準方向の幅Ｌａ［ｍｍ］を用いて、下式（３）、下式（４）により求めることができる。
θ２＝９０°−θ１ …（３）
Ｌｂ＝Ｌａ×ｃｏｓθ２ …（４）

また、斜線部１ｂの走査線方向の実際の幅Ｗ［ｍｍ］は既知である撮影画像Ｉ上の斜線部１ｂの幅ｗ［ｐｉｘ］および画像分解能ｎ［ｍｍ/ｐｉｘ］を用いて、下式（５）により求めることができる。
Ｗ＝ｗ×ｎ …（５）

また、走査線方向に対する斜線部１ｂの幅方向の傾きθ３［°］は、上式（４）および（５）で得られた斜線部１ｂの幅方向の長さＬｂ［ｍｍ］および斜線部１ｂの走査線方向の実際の幅Ｗ［ｍｍ］を用いて、下式（６）により求めることができる。ただし、式（６）はａｃｏｓの戻り値の角度がラジアンを返す場合の式である。

さらに、走査線方向と基準方向とのなす角度（以下、回転角度と称する）θ４［°］は、上式（３）および（６）で得られた基準方向に対する斜線部１ｂの幅方向の傾きθ２［°］および走査線方向に対する斜線部１ｂの幅方向の傾きθ３［°］を用いて、下式（７）により求めることができる。

斜線位置表示部３ｄは、画像作成部３ａにより作成した撮影画像Ｉと、斜線位置検出部３ｃにより検出した斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］とに基づいて、撮影画像Ｉ上に斜線の基準位置Ｐ₀［ｐｉｘ］および現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］を表示し、斜線位置表示画像としてメモリ３ｇに保管する。表示方法としては、例えば斜線の基準位置Ｐ₀を赤色または実線で表示し、現在の斜線位置Ｐ_Nを黄色または点線で表示するなど、任意の方法で表示すればよい。この斜線位置表示部３ｄにより作成した斜線位置表示画像はメモリ３ｇを介してモニタ３Ｂに表示される。

微小変位計算部３ｅは、処理パラメータ設定部３ｂにより設定したパラメータ（画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］，斜線部の角度θ１［°］および斜線部１ｂの基準方向の幅Ｌａ［ｍｍ］）と、斜線位置検出部３ｃにより検出した撮影画像Ｉ上の現在の斜線位置Ｐ_N［ｐｉｘ］と、回転角度計算部３ｈにより算出した回転角度θ４［°］とを用いて、斜線ターゲット１の設置時の回転角度を考慮した斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］を計算する。
具体的には、微小変位ｘ［ｍｍ］は、実施例１で説明した式（１）で求められる走査線方向に沿った斜線ターゲット１の実際の移動量ｌ［ｍｍ］、斜線部の角度θ１［°］、回転角度θ４［°］および上式（７）を用いて、下式（８）により求めることができる。

微小変位計算部３ｅにより算出した斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］はメモリ３ｇに保管される。

次に、図１０を用いて本実施例に係る微小変位測定方法について簡単に説明する。図１０に示すように、本実施例ではまず処理パラメータ設定部３ｂにより画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］，斜線部の角度θ１［°］および斜線部１ｂの基準方向の幅Ｌａ［ｍｍ］を設定し（ステップＳ１１）、続いてラインセンサカメラ２により斜線ターゲット１を撮像し（ステップＳ１２）、画像作成部３ａによりラインセンサカメラ２から入力される画像信号に基づいて撮影画像Ｉを作成する（ステップＳ１３）。

続いて、斜線位置検出部３ｃにより撮影画像Ｉに基づき測定当初に検出した斜線部１ｂの撮影画像Ｉ上の位置を斜線の基準位置Ｐ₀として、また、それ以降に検出した斜線部１ｂの撮影画像Ｉ上の位置を現在の斜線位置Ｐ_Nとして検出する（ステップＳ１４）。

続いて、回転角度計算部３ｈにより画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］、斜線部の角度θ１［°］、斜線部１ｂの基準方向の幅Ｌａ［ｍｍ］および撮影画像Ｉ上の斜線部１ｂの幅ｗ［ｐｉｘ］に基づいて、回転角度θ４［°］を算出する（ステップＳ１５）。

続いて、斜線位置表示部３ｄにより撮影画像Ｉ、斜線の基準位置Ｐ₀、および現在の斜線位置Ｐ_Nに基づいて斜線位置表示画像を作成し（ステップＳ１６）、微小変位計算部３ｅにより画像分解能ｎ［ｍｍ／ｐｉｘ］、現在の斜線位置Ｐ_N、斜線部の角度θ１［°］および回転角度θ４［°］に基づいて斜線ターゲット１の鉛直方向の移動量ｘ［ｍｍ］を算出する（ステップＳ１７）。微小変位測定を実施している間、上述したステップＳ１２からステップＳ１７の処理を繰り返す。

このように構成される本実施例に係る微小変位測定装置および微小変位測定方法によれば、斜線ターゲット１の基準方向が、この斜線ターゲット１を撮影するラインセンサカメラ２の走査線方向に対して回転した状態で被測定対象物に設置された場合であっても、高精度に微小変位測定を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施例１〜３に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、斜線位置表示部３ｄは必ずしも画像処理部３Ａに含まれなくともよく、少なくともラインセンサカメラ２により斜線ターゲット１を撮影した画像信号を利用して被測定対象物の所望の方向に対する微小な変位を測定することができればよい。また、モニタ３Ｂについても必ずしも画像処理装置３に含まれなくともよく、例えば、画像処理部３Ａにより求めた微小変位を他の手段で出力するようにしてもよい。

本発明は、ラインセンサカメラで撮影された画像を処理することにより被測定対象物の微小変位を測定する微小変位測定装置および微小変位測定方法に利用することができる。

１…斜線ターゲット、１ａ…基面、１ｂ…斜線部、２…ラインセンサカメラ、３…画像処理装置、３Ａ…画像処理部、３Ｂ…モニタ、３ａ…画像作成部、３ｂ…処理パラメータ設定部、３ｃ…斜線位置検出部、３ｄ…斜線位置表示部、３ｅ…微小変位計算部、３ｆ，３ｇ…メモリ、３ｈ…回転角度計算部、Ｉ…撮影画像

Claims (8)

1. 平面状の基面に帯状の斜線部が設けられた斜線ターゲットと、
   走査線方向が所望の方向に直交するように設置されて前記斜線ターゲットを撮影するラインセンサカメラと、
   前記ラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて被測定対象物の前記所望の方向の変位を求める画像処理装置と
   を備え、
   前記斜線ターゲットは、前記斜線部と前記ラインセンサカメラの走査線方向とのなす角が０°より大きく４５°より小さく且つ前記基面が前記所望の方向および前記走査線方向に平行に被測定対象物に設置され、
   前記画像処理装置は、予め設定された基準方向に対する前記斜線部の角度および前記ラインセンサカメラの画像分解能を設定する処理パラメータ設定部と、前記ラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて撮影画像を作成する画像作成部と、前記撮影画像に基づいて撮影画像上の前記斜線部の位置を検出する斜線位置検出部と、前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて前記斜線部の前記所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める微小変位計算部とを含む
   ことを特徴とする微小変位測定装置。
2. 前記斜線位置検出部が、サブピクセル推定を用いて前記斜線部の位置を求める
   ことを特徴とする請求項１記載の微小変位測定装置。
3. 前記画像処理装置が、前記斜線ターゲットの回転角度を求める回転角度計算部をさらに含み、
   前記処理パラメータ設定部が、前記基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅をさらに設定し、
   前記斜線位置検出部が、前記斜線部の位置に加えて前記走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅を検出し、
   前記回転角度計算部が、前記斜線部の角度，前記画像分解能，前記基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅，および走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅に基づいて前記斜線ターゲットの回転角度を算出し、
   前記微小変位計算部が、前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に加えて前記斜線ターゲットの回転角度を用いて前記斜線部の所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の微小変位測定装置。
4. 前記画像処理装置が、前記撮影画像，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて、前記撮影画像上に前記斜線位置検出部によって測定当初に検出した前記斜線部の位置および前記斜線位置検出部によって検出した現在の前記斜線部の位置を表示する斜線位置表示部をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の微小変位測定装置。
5. 走査線方向が所望の方向に直交するように設置されるとともに平面状の基面に帯状の斜線部が設けられた斜線ターゲット撮影するラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて被測定対象物の前記所望の方向の変位を求める微小変位測定方法であって、
   前記斜線ターゲットを、前記斜線部と前記ラインセンサカメラの走査線方向とのなす角が０°より大きく４５°より小さく且つ前記基面が前記所望の方向および前記走査線方向に平行になるように被測定対象物に設置し、
   基準方向に対する前記斜線部の角度および前記ラインセンサカメラの画像分解能を設定するパラメータ設定工程と、
   前記ラインセンサカメラにより前記斜線ターゲットを撮影する画像撮影工程と、
   前記ラインセンサカメラによって取得した画像信号に基づいて撮影画像を作成する画像作成工程と、
   前記撮影画像に基づいて前記斜線部の位置を検出する斜線位置検出工程と、
   前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて前記斜線部の前記所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める微小変位計算工程と
   を含むことを特徴とする微小変位測定方法。
6. 前記斜線位置検出工程で、サブピクセル推定を用いて前記斜線部の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項５記載の微小変位測定方法。
7. 前記斜線位置検出工程と前記微小変位計算工程との間に、前記斜線ターゲットの回転角度を求める回転角度計算工程をさらに含み、
   前記パラメータ設定工程で、予め設定された基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅をさらに設定し、
   前記斜線位置検出工程で、前記斜線部の位置に加えて前記走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅を検出し、
   前記回転角度計算工程で、前記斜線部の角度，前記画像分解能，前記基準方向に沿った前記斜線部の実際の幅，および走査線方向に沿った前記斜線部の撮影画像上の幅に基づいて前記斜線ターゲットの回転角度を算出し、
   前記微小変位計算工程で、前記斜線部の角度，前記画像分解能，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に加えて前記斜線ターゲットの回転角度を用いて前記斜線部の所望の方向の移動量を前記被測定対象物の変位として求める
   ことを特徴とする請求項５または請求項６記載の微小変位測定方法。
8. 前記微小変位計算工程の直前に、前記撮影画像，ならびに前記斜線位置検出部によって検出した測定当初の前記斜線部の位置および現在の前記斜線部の位置に基づいて、前記撮影画像上に前記斜線位置検出部によって測定当初に検出した前記斜線部の位置および前記斜線位置検出部によって検出した現在の前記斜線部の位置を表示する斜線位置表示工程をさらに含む
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の微小変位測定方法。