ひずみ測定装置およびひずみ測定方法
【課題】本発明は、所定の特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができるひずみ測定装置およびひずみ測定方法を提供する。
【解決手段】本発明のひずみ測定装置Ｓａおよび該方法では、試験体ＳＭに外力を作用させる前後における試験体ＳＭの外力作用前画像Ａおよび外力作用後画像Ｂから、パターンのマッチングによって仮伸縮率が求められ、この求めた仮伸縮率を用いて外力作用前画像Ａまたは外力作用後画像Ｂにおけるパターンが変形され、この変形されたパターンに基づいて、試験体ＳＭの外力作用後画像Ｂから、パターンのマッチングによって伸縮率が求められる。
【解決手段】本発明のひずみ測定装置Ｓａおよび該方法では、試験体ＳＭに外力を作用させる前後における試験体ＳＭの外力作用前画像Ａおよび外力作用後画像Ｂから、パターンのマッチングによって仮伸縮率が求められ、この求めた仮伸縮率を用いて外力作用前画像Ａまたは外力作用後画像Ｂにおけるパターンが変形され、この変形されたパターンに基づいて、試験体ＳＭの外力作用後画像Ｂから、パターンのマッチングによって伸縮率が求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である材料（試験体、被検体）のひずみ（変形）を測定するひずみ測定装置およびひずみ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料は、種々の観点から評価されるが、その一つに、例えば、引張試験によるひずみ測定がある。このひずみ測定に関し、例えば、特許文献１や特許文献２に開示の技術がある。
【０００３】
この特許文献１に開示の非接触型変位量測定装置は、標点部を持つ試験片を固定するつかみ具、さらに標点部を観察する少なくとも２台の撮像装置と画像処理装置とを有し、撮像装置によって標点の位置ズレを抽出し、テンプレートマッチングによりそのズレ量より変位を求め、非接触で試験片標点部間の変位を測定するものであり、より具体的には、この非接触型変位量測定装置では、凸形状の標点部に２ケ所の三角形の基準部が設けられ、これが記憶されて、以後その画像部分が常に探し出され、画像の動きによって伸びが測定される。
【０００４】
また、特許文献２に開示の画像処理方法は、画像データ取得手段が対象物の変化前画像データおよび変化後画像データを受け付ける画像データ取得過程と、パラメータ取得手段が変化前画像データ上の解析点の座標および解析点を中心とする微小領域の大きさならびに解析点の移動量解析範囲、回転角解析範囲および歪み解析範囲の数値データを受け付けるパラメータ取得過程と、回転処理手段が微小領域をアフィン変換により回転角解析範囲において所定角度ずつ回転させたマスクを生成する回転処理過程と、第１相関値演算手段が変化前画像データ上の移動量解析範囲において各マスクを走査しながら変化後画像データとの相関値を計算する第１相関値算出過程と、位置角度検出手段が最大相関値となる位置および角度を検出する位置角度検出過程と、伸縮処理手段が最大相関値を示すマスクをアフィン変換により歪み解析範囲において所定伸縮率ずつ伸縮させた２次マスクを生成する伸縮処理過程と、第２相関値演算手段が各２次マスクと変化後画像データとの相関値を計算する第２相関値算出過程と、伸縮率検出手段が最大相関値となる伸縮率を検出する伸縮率検出過程と、状態決定手段が最大相関値を与える位置、角度および伸縮率から、それぞれ解析点の移動量、回転角および歪みを決定する状態決定過程とを備えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−２７８１０９号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、ひずみ測定は、試験体に外力を作用させることによって試験体にひずみを与える前の試験体の形状と、ひずみを与えた後の試験体の形状とで比較することによって測定される。前記特許文献１に開示の技術では、試験片における凸形状の標点部に２ケ所の三角形の基準部が設けられ、ひずみを与えた後の画像から、ひずみを与える前の三角形の基準部の画像をテンプレートとして用いたテンプレートマッチングによって前記三角形の基準部が探索され、ズレ量が求められ、このズレ量から変位が求められている。しかしながら、前記ひずみは、試験片全体に及ぶため、前記三角形の基準部も変形するので、前記テンプレートマッチングでは、ひずみを与えた前後の画像におけるパターンマッチングの精度が悪くなり、測定の精度およびその信頼性が低下する。この結果、ズレ量を精度よく求めることができず、変位も精度よく求めることができない。
【０００７】
一方、前記特許文献２に開示の技術では、ひずみを与えることによって生じる解析点の変形は、解析点を中心とする微小領域をアフィン変換により様々に変形することによって生成された様々な微小領域のマスクを用意することによって考慮されている。しかしながら、このような多数のマスク、前記特許文献２では回転処理過程で６０枚のマスク、伸縮処理過程で４４０枚のマスクに対し、画像相関演算を実行する必要があるため、情報処理量が多大となり、情報処理に時間を要してしまう。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、所定の特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができるひずみ測定装置およびひずみ測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるひずみ測定装置は、測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として前記撮影部によって取得する画像取得制御部と、前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理部と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理部によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理部と、前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理部と、前記変形処理部によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索する第２探索処理部と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理部によって再探索された前記外力作用後画像における前記測定特徴パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理部とを備えることを特徴とする。また、好ましくは、上述の測定装置において、前記変形処理部は、前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率を用いて前記外力作用前画像における前記特徴パターンを変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理部は、前記変形パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。また、好ましくは、上述の測定装置において、前記変形処理部は、前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率の逆数を用いて前記外力作用後画像における仮対応パターンを逆変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理部は、前記変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。
【００１０】
そして、本発明の他の一態様にかかるひずみ測定方法は、測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として取得する画像取得工程と、前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理工程と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理工程によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理工程と、前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理工程と、前記変形処理工程によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして探索する第２探索処理工程と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理工程によって再探索された前記外力作用後画像における前記特定対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理工程とを備えることを特徴とする。また、好ましくは、上述のひずみ測定方法において、前記変形処理工程は、前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率を用いて前記外力作用前画像における前記特徴パターンを変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理工程は、前記変形パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。また、好ましくは、上述のひずみ測定方法において、前記変形処理工程は、前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率の逆数を用いて前記外力作用後画像における仮対応パターンを逆変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理工程は、前記変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。
【００１１】
このような構成のひずみ測定装置およびひずみ測定方法では、仮伸縮率が求められ、変形パターンが生成される。このため、特徴パターンの変形が考慮されるとともに、特徴パターンを様々に変形した多数の変形パターンに対し探索処理を行う必要もない。したがって、このような構成のひずみ測定装置およびひずみ測定方法は、特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができる。
【００１２】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、前記撮影部は、１個のカメラ装置であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、１個のカメラ装置で特徴パターンを撮影することになり、より簡素にひずみ測定装置を構成することができ、コストを抑えることが可能となる。
【００１４】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、前記撮影部は、複数のカメラ装置であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、個々のカメラ装置で伸縮率の演算に必要なパターンを個別に撮影することができ、より高分解能な外力作用前後の画像を得ることができる。
【００１６】
また、他の一態様では、これら上述のひずみ測定装置において、前記特徴パターンは、互いに離間した複数のドットにより構成されたドットパターンであることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、ドット間の距離を演算することによって伸縮率を演算することができるひずみ測定装置を提供することができる。
【００１８】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記複数のドットは、所定の第１方向に沿って配置される第１ドット群のドットと、前記第１方向と線形独立な関係にある第２方向に沿って配置される第２ドット群のドットとを含むことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、線形独立な２方向の伸縮率を演算することができる。なお、第１ドット群のドットと、第２ドット群のドットとは、別個独立であってもよく、また、一部に重複があってもよい。
【００２０】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記複数のドットは、複数の領域ごとに分けられ、各領域のドットは、ランダムに配置されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、ランダムに配置された複数のドットを１つのパターンと見なすことができるため、外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する外力作用後画像におけるパターンをより正確に探索することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかるひずみ測定装置およびひずみ測定方法は、特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態におけるひずみ測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。
【図４】第２実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。
【図５】第２実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。
【図６】第１変形態様における所定パターンを示す図である。
【図７】第２変形態様における所定パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。本実施形態のひずみ測定装置Ｓａは、試験体ＳＭに生じたひずみを測定する装置であり、例えば、図１に示すように、カメラ装置１０と、画像処理部２０とを備えて構成される。
【００２６】
試験体（測定対象物、被検体、試験片）ＳＭは、測定対象であり、任意の材料であってよい。試験体ＳＭは、例えば、金属材料、プラスチック等の樹脂材料、生体材料（検体）、半導体材料、あるいは脆性破壊が生じない範囲でのセラミック材料等であってよい。
【００２７】
試験体ＳＭに生じるひずみは、試験体ＳＭに所定の外力を作用させることによって与えられる。例えば、引張試験では、試験体ＳＭは、周知の引張試験機（不図示）における、試験体ＳＭを固定するためのチャック（つかみ具）によってクランプされ、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力が作用され、試験体ＳＭにひずみが与えられる。
【００２８】
そして、試験体ＳＭには、試験体ＳＭに生じたひずみを測定するために、所定のパターンＭＰが設けられる。この所定パターンＭＰは、所定の形状を持ったマーク（しるし、目印）であり、本実施形態では、図１に示すように、試験体ＳＭの表面に設けられた２個一対の円形形状の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２から成るパターンＭＰａである。この所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２は、前記引張試験機によって試験体ＳＭが引っ張られる引張り方向に沿って所定の距離だけ離間して配置されている。所定パターンＭＰａは、試験体ＳＭにおける伸び等の変形に追従するように試験体ＳＭの表面に設けられる。所定パターンＭＰａは、例えば、印刷によって、あるいはインク等を用いた手書きによって描かれる。
【００２９】
なお、本実施形態では、ドットパターンＤは、円形形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば多角形形状や不定形形状等の任意の形状であってよい。
【００３０】
カメラ装置１０は、試験体ＳＭをモニタ（観察、監視）するために、試験体ＳＭを被写体として撮影する装置であり、例えば、撮影光学系と、撮像素子と、画像生成部とを備えて構成される。前記撮影光学系は、試験体ＳＭの光学像（光像）を前記撮像素子の受光面に結像するための光学系である。前記撮像素子は、前記撮影光学系によって受光面上に形成された試験体ＳＭの光学像を光電変換して前記光学像における光量に応じた信号（各画素単位で受光された信号の信号列）を生成し、この信号を前記画像生成部へ出力する回路であり、例えば、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサ等である。前記画像生成部は、前記撮像素子で得られた前記信号に、例えば黒レベル補正処理、画素補間処理、シェーディング補正処理等の周知の画像処理を施すことによってディジタルの画像信号を生成し、画像処理部２０へ出力する回路である。カメラ装置１０は、モノクロカメラであっても、カラーカメラであってもよく、また、静止画を生成するディジタルスチルカメラであっても、動画を生成するディジタルビデオカメラであってもよい。
【００３１】
そして、カメラ装置１０は、所定パターンＭＰａが設けられた試験体ＳＭの部分を撮影することができ、そして、この所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を共に撮影することができるように、配置される。
【００３２】
画像処理部２０は、カメラ装置１０で得られた画像信号に基づいて試験体ＳＭのひずみを求める回路であり、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路を備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。そして、画像処理部２０は、本実施形態では、図１に示すように、機能的に、画像取得制御部２１と、第１探索処理部２２と、仮伸縮率演算処理部２３と、変形処理部２４と、第２探索処理部２５と、測定伸縮率演算部２６とを備えて構成される。これら画像取得制御部２１、第１探索処理部２２、仮伸縮率演算処理部２３、変形処理部２４、第２探索処理部２５および測定伸縮率演算部２６は、例えば、カメラ装置１０で得られた画像信号に基づいて試験体ＳＭのひずみを演算するひずみ測定プログラムの実行によって前記マイクロコンピュータに機能的に構成される。
【００３３】
なお、このようなひずみ測定プログラムが前記マイクロコンピュータに格納されていない場合には、これを記録した例えばフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から例えばフレキシブルディスクドライブ装置やＣＤ−ＲＯＭドライブ装置等の外部記憶装置を介して前記マイクロコンピュータにインストールされるようにひすみ測定装置Ｓａが構成されてもよく、また、このひずみ測定プログラムを管理するサーバコンピュータから通信網および通信インターフェース装置（ネットワークカード等）を介してひずみ測定プログラムがダウンロードされるようにひずみ測定装置Ｓａが構成されてもよい。また、本実施形態では、カメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を略リアルタイムで得ているが、このような態様に限定されるものではなく、試験体ＳＭのひずみを測定するためのデータは、このデータを記憶した記録媒体によって外部記憶装置を介してひずみ測定装置Ｓａに入力されるようにひずみ測定装置Ｓａが構成されてもよく、また、このデータを管理するサーバコンピュータから通信網および通信インターフェース装置を介してひずみ測定装置Ｓａに入力されるようにひずみ測定装置Ｓａが構成されてもよい。
【００３４】
そして、画像取得制御部２１は、試験体ＳＭに外力を作用させる前後における試験体ＳＭの画像を外力作用前画像および外力作用後画像としてカメラ装置１０によって取得し、これら外力作用前画像および外力作用後画像を第１探索処理部２２へ出力するものである。より具体的には、例えば、画像取得制御部２１は、測定開始コマンドを図略の入力装置から受け付けると、カメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、外力作用前画像としてカメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を取得し、続いて、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させた後に、カメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、外力作用後画像としてカメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を取得する。なお、カメラ装置１０がディジタルビデオカメラである場合には、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させる前に撮影された動画像のうちの適宜なフレームが外力作用前画像とされ、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させた後に撮影された動画像のうちの適宜なフレームが外力作用後画像とされればよい。また例えば、画像取得制御部２１は、測定開始コマンドを図略の入力装置（キーボードやマウス等）から受け付けると、カメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、外力作用前画像としてカメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を取得し、続いて、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させつつ、所定の時間間隔でカメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、カメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を連続的に取得する。この場合において、或る時刻に撮影された試験体ＳＭの画像は、前記或る時刻の１つ前のタイミングで撮影された試験体ＳＭの画像に対し、外力作用後画像となり、そして、前記或る時刻の１つ後のタイミングで撮影された試験体ＳＭの画像に対し、外力作用前画像となる。なお、カメラ装置１０がディジタルビデオカメラである場合には、カメラ装置１０によって撮影された試験体ＳＭの動画像のうち、前記所定の時間間隔でフレームを選択し、前記或る時刻に撮影された試験体ＳＭの画像とされればよい。
【００３５】
第１探索処理部２２は、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索し、この探索結果を仮伸縮率演算処理部２３へ出力するものである。この探索処理は、これら外力作用前画像と外力作用後画像との間における互いに対応する点を探索する周知の対応点探索法を用いて行われる。より具体的には、これら外力作用前画像および外力作用後画像のうちの一方が基準画像とされるとともに他方が参照画像とされ、基準画像における所定パターンＭＰａに対応する参照画像のパターンが対応探索法によって探索される。すなわち、基準画像と参照画像との相関演算によって、基準画像における所定パターンＭＰａに対応する参照画像のパターンが探索される。
【００３６】
仮伸縮率演算処理部２３は、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａの位置および第１探索処理部２２によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、試験体ＳＭの伸縮率を仮伸縮率として求め、この求めた仮伸縮率を変形処理部２４へ出力するものである。
【００３７】
変形処理部２４は、伸縮率演算処理部２３によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成し、この変形パターンを第２探索処理部２５へ出力するものである。より具体的には、例えば、本実施形態では、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａに仮伸縮率が乗算され、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａの変形パターンが生成される。
【００３８】
第２探索処理部２５は、変形処理部２４によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索し、この探索結果を測定伸縮率演算処理部２６へ出力するものである。
【００３９】
そして、測定伸縮率演算処理部２６は、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａの位置および第２探索処理部２５によって再探索された前記外力作用後画像における前記測定対応パターンの位置に基づいて、試験体ＳＭの伸縮率を測定伸縮率として求め、この求めた試験体ＳＭの測定伸縮率を出力するものである。
【００４０】
この試験体ＳＭの測定伸縮率は、後段（下流）の装置、例えば図略の出力装置に出力される。前記出力装置は、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００４１】
ここで、伸縮率εは、試験体ＭＰに設けられた所定パターンＭＰａにおける外力作用前の一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離を基準長Ｌ０とし、外力作用後の一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離を伸縮長Ｌ１とすると、次式１によって与えられる。
ε＝（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０ ・・・（１）
【００４２】
ここで、外力作用前後における第１ドットパターンＤ１の変位量を△Ｌ１とし、外力作用前後における第２ドットパターンＤ２の変位量を△Ｌ２とすると、次式２が成り立つ。
Ｌ１＝△Ｌ１＋Ｌ０＋△Ｌ２ ・・・（２）
【００４３】
よって、式１は、式２によって次式３になる。
ε＝（△Ｌ１＋△Ｌ２）／Ｌ０ ・・・（３）
【００４４】
本実施形態では、上述したように、第１探索処理部２２は、外力の作用による所定パターンＭＰａの変形、すなわち、ドットパターンＤの変形を考慮することなく、前記外力作用前画像における所定の所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索しているので、この探索された仮対応パターンの位置には、真（実際、現実）のパターンの位置からずれている可能性があり、誤差を含む可能性がある。仮伸縮率演算処理部２３によって上述のように求められる試験体ＳＭの伸縮率εは、そのため仮伸縮率ε０’とされ、前記式３と同様の考え方に拠る式４によって与えられる。
ε０’＝（△Ｌ１’＋△Ｌ２’）／Ｌ０ ・・・（４）
【００４５】
ここで、仮変位量△Ｌ１’は、第１ドットパターンＤ１の変形を考慮することなく第１探索処理部２２によって求められた第１ドットパターンＤ１に対応するドットパターン（第１仮対応ドットパターン）ＤＡ１’の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１の変位量であり、仮変位量△Ｌ２’は、第２ドットパターンＤ２の変形を考慮することなく第１探索処理部２２によって求められた第２ドットパターンＤ２に対応するドットパターン（第２仮対応ドットパターン）ＤＡ２’の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２の変位量である。
【００４６】
一方、上述したように、第２探索処理部２５は、外力の作用による所定パターンＭＰａの変形、すなわち、ドットパターンＤの変形を考慮することによって、前記外力作用前画像における所定の所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして探索しているので、この探索された測定対応パターンの位置は、仮対応パターンの位置に較べて真のパターンの位置により近いものとなっており、誤差が低減されている。測定伸縮率演算処理部２６によって上述のように求められる試験体ＳＭの伸縮率εは、そのため測定伸縮率ε０とされ、前記式３によって与えられる（ε０＝ε）。なお、この場合では、変位量△Ｌ１は、測定変位量であり、第１ドットパターンＤ１の変形を考慮することによって第２探索処理部２５によって求められた第１ドットパターンＤ１に対応するドットパターン（第１測定対応ドットパターン）ＤＡ１の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１の変位量であり、変位量△Ｌ２は、測定変位量であり、第２ドットパターンＤ２の変形を考慮することによって第２探索処理部２５によって求められた第２ドットパターンＤ２に対応するドットパターン（第２測定対応ドットパターン）ＤＡ２の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２の変位量である。
【００４７】
次に、本実施形態のひずみ測定装置Ｓａの動作について説明する。図２は、第１実施形態におけるひずみ測定装置の動作を示すフローチャートである。図３は、第１実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。図３（Ａ）は、外力作用前画像を示す模式図であり、図３（Ｂ）は、外力作用後画像を第１探索処理部２２で処理する画像処理を説明するための模式図であり、図３（Ｃ）は、外力作用前画像の所定パターンＭＰａに対する変形パターンを示す模式図であり、そして、図３（Ｂ）は、外力作用後画像を第２探索処理部２５で処理する画像処理を説明するための模式図である。
【００４８】
ひずみ測定の準備として、まず、試験体ＳＭに所定の所定パターンＭＰａが設けられる。続いて、この所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離である基準長Ｌ０が測定される（ステップＳ１１）。この基準長Ｌ０の測定は、例えば、カメラ装置１０によって撮影された画像信号が取り込まれ、所定パターンＭＰａを含む領域を撮影した試験体ＳＭの画像を用いて行われる。より具体的には、試験体ＳＭの画像を、例えばエッジ判定等の画像処理によって所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２の位置が判定され、一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離が求められる。第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２の各位置は、例えば、画像（撮像素子の受光面）における所定の位置（例えば四隅の点のうちの一つの点や光軸と交差する点等）を座標原点にｘｙ座標系が予め設定され、このｘｙ座標系のｘ座標値およびｙ座標値によって表される。なお、ドットパターンＤに対応する光学像が撮像素子の１つの画素によって受光され、ドットパターンＤに対応する画像が前記１つの画素による画像信号によって形成される場合には、ドットパターンＤの位置は、その画素の位置によって表され、ドットパターンＤに対応する光学像が撮像素子の複数の画素によって受光され、ドットパターンＤに対応する画像が前記複数の画素による画像信号によって形成される場合には、ドットパターンＤの位置は、ドットパターンＤの所定の代表点（例えば中心点、外接円の中心点および重心点等）によって代表され、その代表点に対応する画素の位置によって表される。また例えば、基準長Ｌ０の測定は、メジャーやノギス等を用いて行われてもよい。この場合には、図略の入力装置によって実測した基準長Ｌ０がひずみ測定装置Ｓａに入力される。なお、伸縮率εは、上述したように所定の比で表されるので、距離は、実寸法によって表されてもよいが、所定の長さを基準とした相対的な長さであってよい。例えば、前記距離は、前記撮像素子の画素の個数等によって表すことも可能である。
【００４９】
続いて、画像取得制御部２１によって、カメラ装置１０が試験体ＳＭを撮影することによって、外力作用前画像Ａが取得され、この外力作用前画像Ａがカメラ装置１０から画像処理部２０に取り込まれる（ステップＳ１２）。この外力作用前画像Ａは、例えば、図３（Ａ）に示す画像である。
【００５０】
続いて、第１探索処理部２２は、図３（Ａ）に破線で示すように、この外力作用前画像Ａから、所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２をそれぞれに含む所定の大きさの範囲を領域Ａ１、Ａ２として第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２のそれぞれに設定してテンプレートとして選択する（ステップＳ１３）。この領域Ａは、例えば、本実施形態では、対角線の交点にドットパターンＤの位置が一致するように設定された矩形の領域である。
【００５１】
続いて、引張試験機によって試験体ＳＭに引張加重が外力として加えられ、試験体ＳＭに外力が与えられる（ステップＳ１４）。
【００５２】
続いて、画像取得制御部２１によって、カメラ装置１０が試験体ＳＭを撮影することによって、外力作用後画像Ｂが取得され、この外力作用後画像Ｂがカメラ装置１０から画像処理部２０に取り込まれる（ステップＳ１５）。この外力作用後画像Ｂは、例えば、図３（Ｂ）に示す画像である。
【００５３】
続いて、第１探索処理部２２によって、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａに対応する外力作用後画像Ｂにおけるパターンが仮対応パターンとして対応点探索法を用いて探索され、仮伸縮率演算処理部２３によって、第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’および第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’が求められる（ステップＳ１６）。
【００５４】
より具体的には、外力作用前画像Ａが基準画像Ａとされるとともに外力作用後画像Ｂが参照画像Ｂとされ、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第１ドットパターンＤ１を含むように設定された領域Ａ１をテンプレートとして、この領域Ａ１にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、領域Ａ１と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって領域Ａ１と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、領域Ａ１にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、領域Ａ１にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１’が第１ドットパターンＤ１に対応する第１仮対応ドットパターンＤＡ１’とされる。同様に、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第２ドットパターンＤ２を含むように設定された領域Ａ２をテンプレートとして、この領域Ａ２にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、領域Ａ２と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって領域Ａ２と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、領域Ａ２にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、領域Ａ２にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２’が第２ドットパターンＤ２に対応する第２仮対応ドットパターンＤＡ２’とされる。
【００５５】
そして、仮伸縮率演算処理部２３によって、第１および第２仮対応ドットパターンＤＡ１’、ＤＡ２’の各位置（各座標値）が求められ、第１仮対応ドットパターンＤＡ１’の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’が求められ、第２仮対応ドットパターンＤＡ２’の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’が求められる。
【００５６】
続いて、仮伸縮率演算処理部２３によって、伸縮率（歪み量）εが仮伸縮率ε０’として計算される（ステップＳ１７）。より具体的には、仮伸縮率演算処理部２３は、前記式４によって仮伸縮率ε０’を求める。
【００５７】
このように仮伸縮率演算処理部２３は、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１の位置と、第１探索処理部２２によって探索された外力作用後画像Ｂにおける仮対応パターンである、前記第１ドットパターンＤ１に対応する第１仮対応ドットパターンＤＡ１’の位置とから第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’を求め、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２の位置と、第１探索処理部２２によって探索された外力作用後画像Ｂにおける仮対応パターンである、前記第２ドットパターンＤ２に対応する第２仮対応ドットパターンＤＡ２’の位置とから第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’を求め、そして、前記式４によって仮伸縮率ε０’を求める。
【００５８】
続いて、変形処理部２４によって、伸縮率演算処理部２３によって求められた仮伸縮率ε０’に基づいて、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａが変形され、変形パターンＭＰａ’が生成される（ステップＳ１８）。より具体的には、図３（Ａ）および図３（Ｃ）に示すように、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第１ドットパターンＤ１を含むように設定された領域Ａ１の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ１’の画像が生成される。この変形領域Ａ１’の画像が第１ドットパターンＤ１の新たなテンプレートとされる。この仮伸縮率ε０’の乗算によって、第１ドットパターンＤ１も変形され、第１変形ドットパターンＤ１’となる。同様に、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第２ドットパターンＤ２を含むように設定された領域Ａ２の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ２’の画像が生成される。この変形領域Ａ２’の画像が第２ドットパターンＤ２の新たなテンプレートとされる。この仮伸縮率ε０’の乗算によって、第２ドットパターンＤ２も変形され、第２変形ドットパターンＤ２’となる。
【００５９】
続いて、第２探索処理部２５によって、変形処理部２４によって生成された変形パターンＭＰａ’に基づいて、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａに対応する外力作用後画像Ｂにおけるパターンが測定対応パターンとして対応点探索法を用いて再探索され、測定伸縮率演算処理部２６によって、第１ドットパターンＤ１の測定変位量△Ｌ１および第２ドットパターンＤ２の測定変位量△Ｌ２が求められる（ステップＳ１９）。
【００６０】
より具体的には、変形領域Ａ１’をテンプレートとして、この変形領域Ａ１’にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、変形領域Ａ１’と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって変形領域Ａ１’と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、変形領域Ａ１’にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、変形領域Ａ１’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１が第１ドットパターンＤ１に対応する第１測定対応ドットパターンＤＡ１とされる。同様に、変形領域Ａ２’をテンプレートとして、この変形領域Ａ２’にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、変形領域Ａ２’と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって変形領域Ａ２’と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、変形領域Ａ２’にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、変形領域Ａ２’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２が第２ドットパターンＤ２に対応する第２測定対応ドットパターンＤＡ２とされる。このステップＳ１９におけるマッチング処理では、変形領域Ａ１’および変形領域Ａ２’を用いているので、上述のステップＳ１６におけるマッチング処理よりも相関値がより大きくなり、より信頼性が高い相関結果が得られる。
【００６１】
そして、測定伸縮率演算処理部２６によって、第１および第２測定対応ドットパターンＤＡ１、ＤＡ２の各位置（各座標値）が求められ、第１測定対応ドットパターンＤＡ１の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の測定変位量△Ｌ１が求められ、第２測定対応ドットパターンＤＡ２の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の測定変位量△Ｌ２が求められる。
【００６２】
続いて、測定伸縮率演算処理部２６によって、伸縮率（歪み量）が測定伸縮率ε０として計算される（ステップＳ２０）。より具体的には、測定伸縮率演算処理部２６は、前記式３によって測定伸縮率ε０（＝ε）を求める。
【００６３】
そして、このような動作によって求められた測定伸縮率ε０が画像処理部２０から出力される。
【００６４】
このように本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、試験体ＳＭに外力を作用させる前後における外力作用前画像および外力作用後画像を用いて所定パターンＭＰａの伸縮率を仮に求め、この求めた仮伸縮率ε０’を用いて所定パターンＭＰａを変形して変形パターンＭＰａ’を生成し、この変形パターンを用いて所定パターンＭＰａの伸縮率を再度求めるので、所定パターンＭＰａの変形を考慮することができるとともに、所定パターンＭＰａを様々に変形した多数の変形パターンＭＰａ’に対し探索処理を行う必要がない。したがって、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、所定のパターンＭＰａの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができる。
【００６５】
そして、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、１個のカメラ装置１０によって所定パターンＭＰａの一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を撮影することができるので、より簡素に装置を構成することができ、コストを抑えることが可能となる。
【００６６】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６７】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。図５は、第２実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。図５（Ａ）は、外力作用前画像を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、外力作用後画像を示す模式図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）の上段には、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像および外力作用後画像が示され、図５（Ａ）および図５（Ｂ）の下段には、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像および外力作用後画像が示されている。
【００６８】
第１実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、図１に示すように、試験体ＳＭを撮影する撮影部が１個のカメラ装置１０を備えて構成されたが、第２実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、試験体ＳＭを撮影する撮影部が複数のカメラ装置３０を備えて構成されるものである。このような第２実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、例えば、図４に示すように、第１および第２カメラ装置３１、３２を備えるカメラ装置（カメラ装置システム）３０と、画像処理装置４０とを備えて構成される。
【００６９】
この第１および第２カメラ装置３１、３２は、それぞれ、試験体ＳＭをモニタ（観察、監視）するために、試験体ＳＭを被写体として所定パターンＭＰａの各部分をそれぞれ撮影する装置である。例えば、第１カメラ装置３１は、所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１を含む所定範囲の領域部分を撮影することができるように配置され、前記所定範囲の領域部分を撮影し、第１実施形態のカメラ装置１０と同様に構成される。そして、第２カメラ装置３２は、所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２を含む所定範囲の領域部分を撮影することができるように配置され、前記所定範囲の領域部分を撮影し、第１実施形態のカメラ装置１０と同様に構成される。
【００７０】
画像処理部４０は、第１および第２カメラ装置３１、３２で得られた画像信号に基づいて試験体ＳＭのひずみを求める回路であり、例えば、マイクロコンピュータ等によって構成される。そして、画像処理装置４０は、第１実施形態の画像処理部２０における画像取得制御部２１、第１探索処理部２２、仮伸縮率演算処理部２３、変形処理部２４、第２探索処理部２５および測定伸縮率演算部２６と同様の各部を機能的に備えて構成されるが、第１実施形態にように１つの画像中（画像信号中）に第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を含むものではなく、第１カメラ装置３１が第１ドットパターンＤ１を撮影するとともに第２カメラ装置３２が第２ドットパターンＤ２を撮影するように構成されているため、これら各部は、当該部の処理を行う際に、第１カメラ装置３１によって撮影された画像と第２カメラ装置３２によって撮影された画像とを個別に処理する点が異なっている。
【００７１】
すなわち、第１実施形態において図２を用いて説明したステップＳ１１ないしステップＳ２０と同様の各処理を同様の順に従って試験体ＳＭのひずみが測定されるが、第１ドットパターンＤ１に対する各処理は、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像Ａおよび外力作用後画像Ｂに対して行われ、第２ドットパターンＤ２に対する各処理は、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像Ａおよび外力作用後画像Ｂに対して行われる。
【００７２】
より具体的には、第１ドットパターンＤ１に対する、ステップＳ１１ないしステップＳ１６と同様の各処理において、ステップＳ１３では、図５（Ａ）の上段に示すように、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像に対し、第１ドットパターンＤ１を含む所定の大きさの範囲が領域Ａ１として第１ドットパターンＤ１に設定され、テンプレートとして選択され、ステップＳ１６では、この領域Ａ１をテンプレートとして、この領域Ａ１にマッチする領域が第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、領域Ａ１にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１’が第１ドットパターンＤ１に対応する第１仮対応ドットパターンＤＡ１’とされ、これら第１仮対応ドットパターンＤＡ１’の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’が求められる。同様に、第２ドットパターンＤ２に対する、ステップＳ１１ないしステップＳ１６と同様の各処理において、ステップＳ１３では、図５（Ａ）の下段に示すように、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像に対し、第２ドットパターンＤ２を含む所定の大きさの範囲が領域Ａ２として第２ドットパターンＤ２に設定され、テンプレートとして選択され、ステップＳ１６では、この領域Ａ２をテンプレートとして、この領域Ａ２にマッチする領域が第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、領域Ａ２にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２’が第２ドットパターンＤ２に対応する第２仮対応ドットパターンＤＡ２’とされ、これら第２仮対応ドットパターンＤＡ２’の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’が求められる。なお、第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離である基準長Ｌ０が第１および第２カメラ装置３１、３２のそれぞれによって得られた各画像に基づいて求められる場合には、第１カメラ装置３１と第２カメラ装置３２との間の距離、例えば第１カメラ装置３１の光軸と第２カメラ装置３２の光軸との間の距離が予め画像処理部４０に与えられる。
【００７３】
そして、第１ドットパターンＤ１に対する、ステップＳ１７ないしステップＳ２０と同様の各処理において、ステップＳ１８では、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第１ドットパターンＤ１を含むように設定された領域Ａ１の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ１’の画像が第１ドットパターンＤ１の新たなテンプレートとして生成され、ステップＳ１９では、この変形領域Ａ１’をテンプレートとして、この変形領域Ａ１’にマッチする領域が第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、変形領域Ａ１’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１が第１ドットパターンＤ１に対応する第１測定対応ドットパターンＤＡ１とされ、図５（Ｂ）の上段に示すように、これら第１測定対応ドットパターンＤＡ１の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の測定変位量△Ｌ１が求められる。同様に、第２ドットパターンＤ２に対する、ステップＳ１７ないしステップＳ２０と同様の各処理において、ステップＳ１８では、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第２ドットパターンＤ２を含むように設定された領域Ａ２の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ２’の画像が第２ドットパターンＤ２の新たなテンプレートとして生成され、ステップＳ１９では、この変形領域Ａ２’をテンプレートとして、この変形領域Ａ２’にマッチする領域が第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、変形領域Ａ２’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２が第２ドットパターンＤ２に対応する第２測定対応ドットパターンＤＡ２とされ、図５（Ｂ）の下段に示すように、これら第２測定対応ドットパターンＤＡ２の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の測定変位量△Ｌ２が求められる。
【００７４】
このように上述の点を除き、第１実施形態と同様に動作することによって、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、試験体ＳＭの測定伸縮率ε０（＝ε）を前記式３によって測定することができる。
【００７５】
そして、第１実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、領域Ａ１および領域Ａ２を含む範囲をカメラ装置１０で撮影しなければならないが、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、第１カメラ装置３１が領域Ａ１を含む範囲を撮影し、第２カメラ装置３２が領域Ａ２を含む範囲を撮影すればよいので、第１および第２カメラ装置３１、３２にカメラ装置１０と同等のスペックの装置を用いた場合、より高い分解能で撮影することができ、より高精度に伸縮率を測定することができる。
【００７６】
なお、上述の第１および第２実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａ、Ｓｂでは、互いに離間した２個一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を備える所定パターンＭＰａが用いられたが、これに限定されるものではない。他のパターンも用いることができる。
【００７７】
図６は、第１変形態様における所定パターンを示す図である。図７は、第２変形態様における所定パターンを示す図である。
【００７８】
例えば、所定パターンは、所定の第１方向に沿って配置される第１ドット群のドットと、前記第１方向と線形独立な関係にある第２方向に沿って配置される第２ドット群のドットとを含む複数のドットを備えた所定パターンＭＰｂであってもよい。より具体的には、所定パターンＭＰｂは、図６に示すように、互いに直交するｘ方向およびｙ方向の２方向に延びる試験体ＳＭに用いられ、その一方表面におけるｘ方向に沿って設けられる２個一対の第１ドットＤ１１および第２ドットＤ１２（第１ドット群）と、前記一方表面におけるｙ方向に沿って設けられる２個一対の第１ドットＤ１３および第２ドットＤ１４（第２ドット群）とを備えて構成される。試験体ＳＭが図６に示すように、十字形状であって互いに対向する一対の端部を１組にｘ方向およびｙ方向のそれぞれに引っ張られる場合には、これら第１および第２ドット群のドットＤ１１、Ｄ１２；Ｄ１３、Ｄ１４は、十字形状の試験体ＳＭにおけるｘ方向とｙ方向とが交差する領域に配置される。ここで、仮伸縮率によるドットパターンの変形では、各方向が独立に扱われる。すなわち、第１ドット群を用いて第１ドット群の方向における仮伸縮率が求められるともに、第２ドット群を用いて第２ドット群の方向における仮伸縮率が求められ、これら各方向の仮伸縮率を用いてドットパターンが各方向に変形され、ドットパターン全体としての変形が行われる。このような所定パターンＭＰｂを用いることによって、線形独立な２方向の伸縮率ε、図６に示す例ではｘ方向の伸縮率εｘおよびｙ方向の伸縮率εｙを演算することができる。
【００７９】
なお、第１ドット群のドットと、第２ドット群のドットとは、上述のように、別個独立であってもよく、また、一部に重複があってもよい。例えば、図６に破線で示すように、試験体ＳＭの表面におけるｘ方向とｙ方向とが交差する交差点に設けられたドットＤ１５が、上述の第１ドット群の第２ドットＤ１２（または第１ドットＤ１１）に代えられるとともに上述の第２ドット群の第２ドットＤ１４（または第１ドットＤ１３）に代えられてよい。
【００８０】
また例えば、所定パターンは、複数の領域ごとに分けられ、各領域のドットがランダムに配置されている複数のドットを備えた所定パターンＭＰｃであってもよい。より具体的には、所定パターンＭＰｃは、図７に示すように、所定範囲内にランダムに配置された４個一組の第１ないし第４ドットＤ２１〜Ｄ２４を備える第１ドット群Ｄ２０と、所定範囲内にランダムに配置された４個一組の第１ないし第４ドットＤ３１〜Ｄ３４を備える第２ドット群Ｄ３０とを備え、第１ドット群と第２ドット群とは、引張方向に沿って互いに所定の距離だけ離間している。このような所定パターンＭＰｃを用いることによって、ランダムに配置された複数のドットを１つのパターンと見なすことができるため、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰｃに対応する外力作用後画像Ｂにおけるパターンをより正確に探索することができる。なお、第１ドット群Ｄ２０の第１ないし第４ドットＤ２１〜Ｄ２４の配置パターンと、第２ドット群Ｄ３０の第１ないし第４ドットＤ３１〜Ｄ３４の配置パターンとは、同一であっても異なっていてもよい。
【００８１】
また、上述の第１および第２実施形態では、仮伸縮率ε０’を外力作用前画像Ａの領域Ａ１、Ａ２に作用させることによって、より具体的には仮伸縮率ε０’を乗算することによって変形領域Ａ１’、Ａ２’を生成し、この変形領域Ａ１’、Ａ２’を新たなテンプレートとして外力作用後画像Ｂとマッチング処理するように、ひずみ測定装置Ｓａ、Ｓｂが構成されたが、逆に、仮伸縮率ε０’を外力作用後画像Ｂの第１および第２仮対応パターンＤＡ１’、ＤＡ２’に仮伸縮率ε０’に逆作用させることによって、より具体的には仮伸縮率ε０’の逆数を乗算することによって変形パターンを生成し、外力作用前画像Ａの領域Ａ１、Ａ２をテンプレートとして、この変形パターンを含む外力作用後画像とマッチング処理するように、ひずみ測定装置Ｓａ、Ｓｂが構成されてもよい。なお、仮伸縮率ε０’の逆数を乗算する前後において、前記前後における各パターンの代表点は、一致される。
【００８２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００８３】
ＳＭ 試験体
ＭＰａ、ＭＰｂ、ＭＰｃ 所定パターン
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４、Ｄ３１〜Ｄ３４ ドットパターン
Ｓａ、Ｓｂ ひずみ測定装置
１０、３１、３２ カメラ装置
２０、４０ 画像処理部
２１ 画像取得制御部
２２ 第１探索処理部
２３ 仮伸縮率演算処理部
２４ 変形処理部
２５ 第２探索処理部
２６ 測定伸縮率演算処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である材料（試験体、被検体）のひずみ（変形）を測定するひずみ測定装置およびひずみ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料は、種々の観点から評価されるが、その一つに、例えば、引張試験によるひずみ測定がある。このひずみ測定に関し、例えば、特許文献１や特許文献２に開示の技術がある。
【０００３】
この特許文献１に開示の非接触型変位量測定装置は、標点部を持つ試験片を固定するつかみ具、さらに標点部を観察する少なくとも２台の撮像装置と画像処理装置とを有し、撮像装置によって標点の位置ズレを抽出し、テンプレートマッチングによりそのズレ量より変位を求め、非接触で試験片標点部間の変位を測定するものであり、より具体的には、この非接触型変位量測定装置では、凸形状の標点部に２ケ所の三角形の基準部が設けられ、これが記憶されて、以後その画像部分が常に探し出され、画像の動きによって伸びが測定される。
【０００４】
また、特許文献２に開示の画像処理方法は、画像データ取得手段が対象物の変化前画像データおよび変化後画像データを受け付ける画像データ取得過程と、パラメータ取得手段が変化前画像データ上の解析点の座標および解析点を中心とする微小領域の大きさならびに解析点の移動量解析範囲、回転角解析範囲および歪み解析範囲の数値データを受け付けるパラメータ取得過程と、回転処理手段が微小領域をアフィン変換により回転角解析範囲において所定角度ずつ回転させたマスクを生成する回転処理過程と、第１相関値演算手段が変化前画像データ上の移動量解析範囲において各マスクを走査しながら変化後画像データとの相関値を計算する第１相関値算出過程と、位置角度検出手段が最大相関値となる位置および角度を検出する位置角度検出過程と、伸縮処理手段が最大相関値を示すマスクをアフィン変換により歪み解析範囲において所定伸縮率ずつ伸縮させた２次マスクを生成する伸縮処理過程と、第２相関値演算手段が各２次マスクと変化後画像データとの相関値を計算する第２相関値算出過程と、伸縮率検出手段が最大相関値となる伸縮率を検出する伸縮率検出過程と、状態決定手段が最大相関値を与える位置、角度および伸縮率から、それぞれ解析点の移動量、回転角および歪みを決定する状態決定過程とを備えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−２７８１０９号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、ひずみ測定は、試験体に外力を作用させることによって試験体にひずみを与える前の試験体の形状と、ひずみを与えた後の試験体の形状とで比較することによって測定される。前記特許文献１に開示の技術では、試験片における凸形状の標点部に２ケ所の三角形の基準部が設けられ、ひずみを与えた後の画像から、ひずみを与える前の三角形の基準部の画像をテンプレートとして用いたテンプレートマッチングによって前記三角形の基準部が探索され、ズレ量が求められ、このズレ量から変位が求められている。しかしながら、前記ひずみは、試験片全体に及ぶため、前記三角形の基準部も変形するので、前記テンプレートマッチングでは、ひずみを与えた前後の画像におけるパターンマッチングの精度が悪くなり、測定の精度およびその信頼性が低下する。この結果、ズレ量を精度よく求めることができず、変位も精度よく求めることができない。
【０００７】
一方、前記特許文献２に開示の技術では、ひずみを与えることによって生じる解析点の変形は、解析点を中心とする微小領域をアフィン変換により様々に変形することによって生成された様々な微小領域のマスクを用意することによって考慮されている。しかしながら、このような多数のマスク、前記特許文献２では回転処理過程で６０枚のマスク、伸縮処理過程で４４０枚のマスクに対し、画像相関演算を実行する必要があるため、情報処理量が多大となり、情報処理に時間を要してしまう。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、所定の特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができるひずみ測定装置およびひずみ測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるひずみ測定装置は、測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として前記撮影部によって取得する画像取得制御部と、前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理部と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理部によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理部と、前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理部と、前記変形処理部によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索する第２探索処理部と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理部によって再探索された前記外力作用後画像における前記測定特徴パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理部とを備えることを特徴とする。また、好ましくは、上述の測定装置において、前記変形処理部は、前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率を用いて前記外力作用前画像における前記特徴パターンを変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理部は、前記変形パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。また、好ましくは、上述の測定装置において、前記変形処理部は、前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率の逆数を用いて前記外力作用後画像における仮対応パターンを逆変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理部は、前記変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。
【００１０】
そして、本発明の他の一態様にかかるひずみ測定方法は、測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として取得する画像取得工程と、前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理工程と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理工程によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理工程と、前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理工程と、前記変形処理工程によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして探索する第２探索処理工程と、前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理工程によって再探索された前記外力作用後画像における前記特定対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理工程とを備えることを特徴とする。また、好ましくは、上述のひずみ測定方法において、前記変形処理工程は、前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率を用いて前記外力作用前画像における前記特徴パターンを変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理工程は、前記変形パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。また、好ましくは、上述のひずみ測定方法において、前記変形処理工程は、前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率の逆数を用いて前記外力作用後画像における仮対応パターンを逆変換して変形パターンを生成し、前記第２探索処理工程は、前記変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索するものである。
【００１１】
このような構成のひずみ測定装置およびひずみ測定方法では、仮伸縮率が求められ、変形パターンが生成される。このため、特徴パターンの変形が考慮されるとともに、特徴パターンを様々に変形した多数の変形パターンに対し探索処理を行う必要もない。したがって、このような構成のひずみ測定装置およびひずみ測定方法は、特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができる。
【００１２】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、前記撮影部は、１個のカメラ装置であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、１個のカメラ装置で特徴パターンを撮影することになり、より簡素にひずみ測定装置を構成することができ、コストを抑えることが可能となる。
【００１４】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、前記撮影部は、複数のカメラ装置であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、個々のカメラ装置で伸縮率の演算に必要なパターンを個別に撮影することができ、より高分解能な外力作用前後の画像を得ることができる。
【００１６】
また、他の一態様では、これら上述のひずみ測定装置において、前記特徴パターンは、互いに離間した複数のドットにより構成されたドットパターンであることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、ドット間の距離を演算することによって伸縮率を演算することができるひずみ測定装置を提供することができる。
【００１８】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記複数のドットは、所定の第１方向に沿って配置される第１ドット群のドットと、前記第１方向と線形独立な関係にある第２方向に沿って配置される第２ドット群のドットとを含むことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、線形独立な２方向の伸縮率を演算することができる。なお、第１ドット群のドットと、第２ドット群のドットとは、別個独立であってもよく、また、一部に重複があってもよい。
【００２０】
また、他の一態様では、上述のひずみ測定装置において、前記複数のドットは、複数の領域ごとに分けられ、各領域のドットは、ランダムに配置されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、ランダムに配置された複数のドットを１つのパターンと見なすことができるため、外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する外力作用後画像におけるパターンをより正確に探索することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかるひずみ測定装置およびひずみ測定方法は、特徴パターンの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態におけるひずみ測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。
【図４】第２実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。
【図５】第２実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。
【図６】第１変形態様における所定パターンを示す図である。
【図７】第２変形態様における所定パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。本実施形態のひずみ測定装置Ｓａは、試験体ＳＭに生じたひずみを測定する装置であり、例えば、図１に示すように、カメラ装置１０と、画像処理部２０とを備えて構成される。
【００２６】
試験体（測定対象物、被検体、試験片）ＳＭは、測定対象であり、任意の材料であってよい。試験体ＳＭは、例えば、金属材料、プラスチック等の樹脂材料、生体材料（検体）、半導体材料、あるいは脆性破壊が生じない範囲でのセラミック材料等であってよい。
【００２７】
試験体ＳＭに生じるひずみは、試験体ＳＭに所定の外力を作用させることによって与えられる。例えば、引張試験では、試験体ＳＭは、周知の引張試験機（不図示）における、試験体ＳＭを固定するためのチャック（つかみ具）によってクランプされ、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力が作用され、試験体ＳＭにひずみが与えられる。
【００２８】
そして、試験体ＳＭには、試験体ＳＭに生じたひずみを測定するために、所定のパターンＭＰが設けられる。この所定パターンＭＰは、所定の形状を持ったマーク（しるし、目印）であり、本実施形態では、図１に示すように、試験体ＳＭの表面に設けられた２個一対の円形形状の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２から成るパターンＭＰａである。この所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２は、前記引張試験機によって試験体ＳＭが引っ張られる引張り方向に沿って所定の距離だけ離間して配置されている。所定パターンＭＰａは、試験体ＳＭにおける伸び等の変形に追従するように試験体ＳＭの表面に設けられる。所定パターンＭＰａは、例えば、印刷によって、あるいはインク等を用いた手書きによって描かれる。
【００２９】
なお、本実施形態では、ドットパターンＤは、円形形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば多角形形状や不定形形状等の任意の形状であってよい。
【００３０】
カメラ装置１０は、試験体ＳＭをモニタ（観察、監視）するために、試験体ＳＭを被写体として撮影する装置であり、例えば、撮影光学系と、撮像素子と、画像生成部とを備えて構成される。前記撮影光学系は、試験体ＳＭの光学像（光像）を前記撮像素子の受光面に結像するための光学系である。前記撮像素子は、前記撮影光学系によって受光面上に形成された試験体ＳＭの光学像を光電変換して前記光学像における光量に応じた信号（各画素単位で受光された信号の信号列）を生成し、この信号を前記画像生成部へ出力する回路であり、例えば、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のイメージセンサ等である。前記画像生成部は、前記撮像素子で得られた前記信号に、例えば黒レベル補正処理、画素補間処理、シェーディング補正処理等の周知の画像処理を施すことによってディジタルの画像信号を生成し、画像処理部２０へ出力する回路である。カメラ装置１０は、モノクロカメラであっても、カラーカメラであってもよく、また、静止画を生成するディジタルスチルカメラであっても、動画を生成するディジタルビデオカメラであってもよい。
【００３１】
そして、カメラ装置１０は、所定パターンＭＰａが設けられた試験体ＳＭの部分を撮影することができ、そして、この所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を共に撮影することができるように、配置される。
【００３２】
画像処理部２０は、カメラ装置１０で得られた画像信号に基づいて試験体ＳＭのひずみを求める回路であり、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路を備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。そして、画像処理部２０は、本実施形態では、図１に示すように、機能的に、画像取得制御部２１と、第１探索処理部２２と、仮伸縮率演算処理部２３と、変形処理部２４と、第２探索処理部２５と、測定伸縮率演算部２６とを備えて構成される。これら画像取得制御部２１、第１探索処理部２２、仮伸縮率演算処理部２３、変形処理部２４、第２探索処理部２５および測定伸縮率演算部２６は、例えば、カメラ装置１０で得られた画像信号に基づいて試験体ＳＭのひずみを演算するひずみ測定プログラムの実行によって前記マイクロコンピュータに機能的に構成される。
【００３３】
なお、このようなひずみ測定プログラムが前記マイクロコンピュータに格納されていない場合には、これを記録した例えばフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から例えばフレキシブルディスクドライブ装置やＣＤ−ＲＯＭドライブ装置等の外部記憶装置を介して前記マイクロコンピュータにインストールされるようにひすみ測定装置Ｓａが構成されてもよく、また、このひずみ測定プログラムを管理するサーバコンピュータから通信網および通信インターフェース装置（ネットワークカード等）を介してひずみ測定プログラムがダウンロードされるようにひずみ測定装置Ｓａが構成されてもよい。また、本実施形態では、カメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を略リアルタイムで得ているが、このような態様に限定されるものではなく、試験体ＳＭのひずみを測定するためのデータは、このデータを記憶した記録媒体によって外部記憶装置を介してひずみ測定装置Ｓａに入力されるようにひずみ測定装置Ｓａが構成されてもよく、また、このデータを管理するサーバコンピュータから通信網および通信インターフェース装置を介してひずみ測定装置Ｓａに入力されるようにひずみ測定装置Ｓａが構成されてもよい。
【００３４】
そして、画像取得制御部２１は、試験体ＳＭに外力を作用させる前後における試験体ＳＭの画像を外力作用前画像および外力作用後画像としてカメラ装置１０によって取得し、これら外力作用前画像および外力作用後画像を第１探索処理部２２へ出力するものである。より具体的には、例えば、画像取得制御部２１は、測定開始コマンドを図略の入力装置から受け付けると、カメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、外力作用前画像としてカメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を取得し、続いて、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させた後に、カメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、外力作用後画像としてカメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を取得する。なお、カメラ装置１０がディジタルビデオカメラである場合には、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させる前に撮影された動画像のうちの適宜なフレームが外力作用前画像とされ、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させた後に撮影された動画像のうちの適宜なフレームが外力作用後画像とされればよい。また例えば、画像取得制御部２１は、測定開始コマンドを図略の入力装置（キーボードやマウス等）から受け付けると、カメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、外力作用前画像としてカメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を取得し、続いて、前記引張試験機によって試験体ＳＭに外力を作用させつつ、所定の時間間隔でカメラ装置１０に試験体ＳＭを撮影させ、カメラ装置１０から試験体ＳＭの画像信号を連続的に取得する。この場合において、或る時刻に撮影された試験体ＳＭの画像は、前記或る時刻の１つ前のタイミングで撮影された試験体ＳＭの画像に対し、外力作用後画像となり、そして、前記或る時刻の１つ後のタイミングで撮影された試験体ＳＭの画像に対し、外力作用前画像となる。なお、カメラ装置１０がディジタルビデオカメラである場合には、カメラ装置１０によって撮影された試験体ＳＭの動画像のうち、前記所定の時間間隔でフレームを選択し、前記或る時刻に撮影された試験体ＳＭの画像とされればよい。
【００３５】
第１探索処理部２２は、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索し、この探索結果を仮伸縮率演算処理部２３へ出力するものである。この探索処理は、これら外力作用前画像と外力作用後画像との間における互いに対応する点を探索する周知の対応点探索法を用いて行われる。より具体的には、これら外力作用前画像および外力作用後画像のうちの一方が基準画像とされるとともに他方が参照画像とされ、基準画像における所定パターンＭＰａに対応する参照画像のパターンが対応探索法によって探索される。すなわち、基準画像と参照画像との相関演算によって、基準画像における所定パターンＭＰａに対応する参照画像のパターンが探索される。
【００３６】
仮伸縮率演算処理部２３は、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａの位置および第１探索処理部２２によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、試験体ＳＭの伸縮率を仮伸縮率として求め、この求めた仮伸縮率を変形処理部２４へ出力するものである。
【００３７】
変形処理部２４は、伸縮率演算処理部２３によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成し、この変形パターンを第２探索処理部２５へ出力するものである。より具体的には、例えば、本実施形態では、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａに仮伸縮率が乗算され、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａの変形パターンが生成される。
【００３８】
第２探索処理部２５は、変形処理部２４によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索し、この探索結果を測定伸縮率演算処理部２６へ出力するものである。
【００３９】
そして、測定伸縮率演算処理部２６は、前記外力作用前画像における所定パターンＭＰａの位置および第２探索処理部２５によって再探索された前記外力作用後画像における前記測定対応パターンの位置に基づいて、試験体ＳＭの伸縮率を測定伸縮率として求め、この求めた試験体ＳＭの測定伸縮率を出力するものである。
【００４０】
この試験体ＳＭの測定伸縮率は、後段（下流）の装置、例えば図略の出力装置に出力される。前記出力装置は、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００４１】
ここで、伸縮率εは、試験体ＭＰに設けられた所定パターンＭＰａにおける外力作用前の一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離を基準長Ｌ０とし、外力作用後の一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離を伸縮長Ｌ１とすると、次式１によって与えられる。
ε＝（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０ ・・・（１）
【００４２】
ここで、外力作用前後における第１ドットパターンＤ１の変位量を△Ｌ１とし、外力作用前後における第２ドットパターンＤ２の変位量を△Ｌ２とすると、次式２が成り立つ。
Ｌ１＝△Ｌ１＋Ｌ０＋△Ｌ２ ・・・（２）
【００４３】
よって、式１は、式２によって次式３になる。
ε＝（△Ｌ１＋△Ｌ２）／Ｌ０ ・・・（３）
【００４４】
本実施形態では、上述したように、第１探索処理部２２は、外力の作用による所定パターンＭＰａの変形、すなわち、ドットパターンＤの変形を考慮することなく、前記外力作用前画像における所定の所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索しているので、この探索された仮対応パターンの位置には、真（実際、現実）のパターンの位置からずれている可能性があり、誤差を含む可能性がある。仮伸縮率演算処理部２３によって上述のように求められる試験体ＳＭの伸縮率εは、そのため仮伸縮率ε０’とされ、前記式３と同様の考え方に拠る式４によって与えられる。
ε０’＝（△Ｌ１’＋△Ｌ２’）／Ｌ０ ・・・（４）
【００４５】
ここで、仮変位量△Ｌ１’は、第１ドットパターンＤ１の変形を考慮することなく第１探索処理部２２によって求められた第１ドットパターンＤ１に対応するドットパターン（第１仮対応ドットパターン）ＤＡ１’の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１の変位量であり、仮変位量△Ｌ２’は、第２ドットパターンＤ２の変形を考慮することなく第１探索処理部２２によって求められた第２ドットパターンＤ２に対応するドットパターン（第２仮対応ドットパターン）ＤＡ２’の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２の変位量である。
【００４６】
一方、上述したように、第２探索処理部２５は、外力の作用による所定パターンＭＰａの変形、すなわち、ドットパターンＤの変形を考慮することによって、前記外力作用前画像における所定の所定パターンＭＰａに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして探索しているので、この探索された測定対応パターンの位置は、仮対応パターンの位置に較べて真のパターンの位置により近いものとなっており、誤差が低減されている。測定伸縮率演算処理部２６によって上述のように求められる試験体ＳＭの伸縮率εは、そのため測定伸縮率ε０とされ、前記式３によって与えられる（ε０＝ε）。なお、この場合では、変位量△Ｌ１は、測定変位量であり、第１ドットパターンＤ１の変形を考慮することによって第２探索処理部２５によって求められた第１ドットパターンＤ１に対応するドットパターン（第１測定対応ドットパターン）ＤＡ１の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１の変位量であり、変位量△Ｌ２は、測定変位量であり、第２ドットパターンＤ２の変形を考慮することによって第２探索処理部２５によって求められた第２ドットパターンＤ２に対応するドットパターン（第２測定対応ドットパターン）ＤＡ２の位置に基づく、所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２の変位量である。
【００４７】
次に、本実施形態のひずみ測定装置Ｓａの動作について説明する。図２は、第１実施形態におけるひずみ測定装置の動作を示すフローチャートである。図３は、第１実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。図３（Ａ）は、外力作用前画像を示す模式図であり、図３（Ｂ）は、外力作用後画像を第１探索処理部２２で処理する画像処理を説明するための模式図であり、図３（Ｃ）は、外力作用前画像の所定パターンＭＰａに対する変形パターンを示す模式図であり、そして、図３（Ｂ）は、外力作用後画像を第２探索処理部２５で処理する画像処理を説明するための模式図である。
【００４８】
ひずみ測定の準備として、まず、試験体ＳＭに所定の所定パターンＭＰａが設けられる。続いて、この所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離である基準長Ｌ０が測定される（ステップＳ１１）。この基準長Ｌ０の測定は、例えば、カメラ装置１０によって撮影された画像信号が取り込まれ、所定パターンＭＰａを含む領域を撮影した試験体ＳＭの画像を用いて行われる。より具体的には、試験体ＳＭの画像を、例えばエッジ判定等の画像処理によって所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２の位置が判定され、一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離が求められる。第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２の各位置は、例えば、画像（撮像素子の受光面）における所定の位置（例えば四隅の点のうちの一つの点や光軸と交差する点等）を座標原点にｘｙ座標系が予め設定され、このｘｙ座標系のｘ座標値およびｙ座標値によって表される。なお、ドットパターンＤに対応する光学像が撮像素子の１つの画素によって受光され、ドットパターンＤに対応する画像が前記１つの画素による画像信号によって形成される場合には、ドットパターンＤの位置は、その画素の位置によって表され、ドットパターンＤに対応する光学像が撮像素子の複数の画素によって受光され、ドットパターンＤに対応する画像が前記複数の画素による画像信号によって形成される場合には、ドットパターンＤの位置は、ドットパターンＤの所定の代表点（例えば中心点、外接円の中心点および重心点等）によって代表され、その代表点に対応する画素の位置によって表される。また例えば、基準長Ｌ０の測定は、メジャーやノギス等を用いて行われてもよい。この場合には、図略の入力装置によって実測した基準長Ｌ０がひずみ測定装置Ｓａに入力される。なお、伸縮率εは、上述したように所定の比で表されるので、距離は、実寸法によって表されてもよいが、所定の長さを基準とした相対的な長さであってよい。例えば、前記距離は、前記撮像素子の画素の個数等によって表すことも可能である。
【００４９】
続いて、画像取得制御部２１によって、カメラ装置１０が試験体ＳＭを撮影することによって、外力作用前画像Ａが取得され、この外力作用前画像Ａがカメラ装置１０から画像処理部２０に取り込まれる（ステップＳ１２）。この外力作用前画像Ａは、例えば、図３（Ａ）に示す画像である。
【００５０】
続いて、第１探索処理部２２は、図３（Ａ）に破線で示すように、この外力作用前画像Ａから、所定パターンＭＰａにおける一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２をそれぞれに含む所定の大きさの範囲を領域Ａ１、Ａ２として第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２のそれぞれに設定してテンプレートとして選択する（ステップＳ１３）。この領域Ａは、例えば、本実施形態では、対角線の交点にドットパターンＤの位置が一致するように設定された矩形の領域である。
【００５１】
続いて、引張試験機によって試験体ＳＭに引張加重が外力として加えられ、試験体ＳＭに外力が与えられる（ステップＳ１４）。
【００５２】
続いて、画像取得制御部２１によって、カメラ装置１０が試験体ＳＭを撮影することによって、外力作用後画像Ｂが取得され、この外力作用後画像Ｂがカメラ装置１０から画像処理部２０に取り込まれる（ステップＳ１５）。この外力作用後画像Ｂは、例えば、図３（Ｂ）に示す画像である。
【００５３】
続いて、第１探索処理部２２によって、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａに対応する外力作用後画像Ｂにおけるパターンが仮対応パターンとして対応点探索法を用いて探索され、仮伸縮率演算処理部２３によって、第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’および第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’が求められる（ステップＳ１６）。
【００５４】
より具体的には、外力作用前画像Ａが基準画像Ａとされるとともに外力作用後画像Ｂが参照画像Ｂとされ、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第１ドットパターンＤ１を含むように設定された領域Ａ１をテンプレートとして、この領域Ａ１にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、領域Ａ１と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって領域Ａ１と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、領域Ａ１にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、領域Ａ１にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１’が第１ドットパターンＤ１に対応する第１仮対応ドットパターンＤＡ１’とされる。同様に、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第２ドットパターンＤ２を含むように設定された領域Ａ２をテンプレートとして、この領域Ａ２にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、領域Ａ２と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって領域Ａ２と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、領域Ａ２にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、領域Ａ２にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２’が第２ドットパターンＤ２に対応する第２仮対応ドットパターンＤＡ２’とされる。
【００５５】
そして、仮伸縮率演算処理部２３によって、第１および第２仮対応ドットパターンＤＡ１’、ＤＡ２’の各位置（各座標値）が求められ、第１仮対応ドットパターンＤＡ１’の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’が求められ、第２仮対応ドットパターンＤＡ２’の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’が求められる。
【００５６】
続いて、仮伸縮率演算処理部２３によって、伸縮率（歪み量）εが仮伸縮率ε０’として計算される（ステップＳ１７）。より具体的には、仮伸縮率演算処理部２３は、前記式４によって仮伸縮率ε０’を求める。
【００５７】
このように仮伸縮率演算処理部２３は、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１の位置と、第１探索処理部２２によって探索された外力作用後画像Ｂにおける仮対応パターンである、前記第１ドットパターンＤ１に対応する第１仮対応ドットパターンＤＡ１’の位置とから第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’を求め、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２の位置と、第１探索処理部２２によって探索された外力作用後画像Ｂにおける仮対応パターンである、前記第２ドットパターンＤ２に対応する第２仮対応ドットパターンＤＡ２’の位置とから第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’を求め、そして、前記式４によって仮伸縮率ε０’を求める。
【００５８】
続いて、変形処理部２４によって、伸縮率演算処理部２３によって求められた仮伸縮率ε０’に基づいて、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａが変形され、変形パターンＭＰａ’が生成される（ステップＳ１８）。より具体的には、図３（Ａ）および図３（Ｃ）に示すように、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第１ドットパターンＤ１を含むように設定された領域Ａ１の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ１’の画像が生成される。この変形領域Ａ１’の画像が第１ドットパターンＤ１の新たなテンプレートとされる。この仮伸縮率ε０’の乗算によって、第１ドットパターンＤ１も変形され、第１変形ドットパターンＤ１’となる。同様に、外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第２ドットパターンＤ２を含むように設定された領域Ａ２の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ２’の画像が生成される。この変形領域Ａ２’の画像が第２ドットパターンＤ２の新たなテンプレートとされる。この仮伸縮率ε０’の乗算によって、第２ドットパターンＤ２も変形され、第２変形ドットパターンＤ２’となる。
【００５９】
続いて、第２探索処理部２５によって、変形処理部２４によって生成された変形パターンＭＰａ’に基づいて、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰａに対応する外力作用後画像Ｂにおけるパターンが測定対応パターンとして対応点探索法を用いて再探索され、測定伸縮率演算処理部２６によって、第１ドットパターンＤ１の測定変位量△Ｌ１および第２ドットパターンＤ２の測定変位量△Ｌ２が求められる（ステップＳ１９）。
【００６０】
より具体的には、変形領域Ａ１’をテンプレートとして、この変形領域Ａ１’にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、変形領域Ａ１’と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって変形領域Ａ１’と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、変形領域Ａ１’にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、変形領域Ａ１’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１が第１ドットパターンＤ１に対応する第１測定対応ドットパターンＤＡ１とされる。同様に、変形領域Ａ２’をテンプレートとして、この変形領域Ａ２’にマッチする領域が外力作用後画像Ｂから探索される。このマッチング処理では、変形領域Ａ２’と、外力作用後画像Ｂにおける部分領域であって変形領域Ａ２’と同じ大きさの部分領域との相関演算が行われ、この部分領域を所定の間隔でずらしながら外力作用後画像Ｂの全面に亘って走査することによって、変形領域Ａ２’にマッチする領域（相関値が最も大きな領域）が外力作用後画像Ｂから探索される。そして、この探索された、変形領域Ａ２’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２が第２ドットパターンＤ２に対応する第２測定対応ドットパターンＤＡ２とされる。このステップＳ１９におけるマッチング処理では、変形領域Ａ１’および変形領域Ａ２’を用いているので、上述のステップＳ１６におけるマッチング処理よりも相関値がより大きくなり、より信頼性が高い相関結果が得られる。
【００６１】
そして、測定伸縮率演算処理部２６によって、第１および第２測定対応ドットパターンＤＡ１、ＤＡ２の各位置（各座標値）が求められ、第１測定対応ドットパターンＤＡ１の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の測定変位量△Ｌ１が求められ、第２測定対応ドットパターンＤＡ２の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の測定変位量△Ｌ２が求められる。
【００６２】
続いて、測定伸縮率演算処理部２６によって、伸縮率（歪み量）が測定伸縮率ε０として計算される（ステップＳ２０）。より具体的には、測定伸縮率演算処理部２６は、前記式３によって測定伸縮率ε０（＝ε）を求める。
【００６３】
そして、このような動作によって求められた測定伸縮率ε０が画像処理部２０から出力される。
【００６４】
このように本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、試験体ＳＭに外力を作用させる前後における外力作用前画像および外力作用後画像を用いて所定パターンＭＰａの伸縮率を仮に求め、この求めた仮伸縮率ε０’を用いて所定パターンＭＰａを変形して変形パターンＭＰａ’を生成し、この変形パターンを用いて所定パターンＭＰａの伸縮率を再度求めるので、所定パターンＭＰａの変形を考慮することができるとともに、所定パターンＭＰａを様々に変形した多数の変形パターンＭＰａ’に対し探索処理を行う必要がない。したがって、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、所定のパターンＭＰａの変形を考慮しつつ測定精度の向上と情報処理量の低減とを図ることができる。
【００６５】
そして、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、１個のカメラ装置１０によって所定パターンＭＰａの一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を撮影することができるので、より簡素に装置を構成することができ、コストを抑えることが可能となる。
【００６６】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６７】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態におけるひずみ測定装置の構成を示す図である。図５は、第２実施形態のひずみ測定装置における、試験体の測定伸縮率を求める演算手法を説明するための図である。図５（Ａ）は、外力作用前画像を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、外力作用後画像を示す模式図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）の上段には、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像および外力作用後画像が示され、図５（Ａ）および図５（Ｂ）の下段には、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像および外力作用後画像が示されている。
【００６８】
第１実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、図１に示すように、試験体ＳＭを撮影する撮影部が１個のカメラ装置１０を備えて構成されたが、第２実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、試験体ＳＭを撮影する撮影部が複数のカメラ装置３０を備えて構成されるものである。このような第２実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、例えば、図４に示すように、第１および第２カメラ装置３１、３２を備えるカメラ装置（カメラ装置システム）３０と、画像処理装置４０とを備えて構成される。
【００６９】
この第１および第２カメラ装置３１、３２は、それぞれ、試験体ＳＭをモニタ（観察、監視）するために、試験体ＳＭを被写体として所定パターンＭＰａの各部分をそれぞれ撮影する装置である。例えば、第１カメラ装置３１は、所定パターンＭＰａの第１ドットパターンＤ１を含む所定範囲の領域部分を撮影することができるように配置され、前記所定範囲の領域部分を撮影し、第１実施形態のカメラ装置１０と同様に構成される。そして、第２カメラ装置３２は、所定パターンＭＰａの第２ドットパターンＤ２を含む所定範囲の領域部分を撮影することができるように配置され、前記所定範囲の領域部分を撮影し、第１実施形態のカメラ装置１０と同様に構成される。
【００７０】
画像処理部４０は、第１および第２カメラ装置３１、３２で得られた画像信号に基づいて試験体ＳＭのひずみを求める回路であり、例えば、マイクロコンピュータ等によって構成される。そして、画像処理装置４０は、第１実施形態の画像処理部２０における画像取得制御部２１、第１探索処理部２２、仮伸縮率演算処理部２３、変形処理部２４、第２探索処理部２５および測定伸縮率演算部２６と同様の各部を機能的に備えて構成されるが、第１実施形態にように１つの画像中（画像信号中）に第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を含むものではなく、第１カメラ装置３１が第１ドットパターンＤ１を撮影するとともに第２カメラ装置３２が第２ドットパターンＤ２を撮影するように構成されているため、これら各部は、当該部の処理を行う際に、第１カメラ装置３１によって撮影された画像と第２カメラ装置３２によって撮影された画像とを個別に処理する点が異なっている。
【００７１】
すなわち、第１実施形態において図２を用いて説明したステップＳ１１ないしステップＳ２０と同様の各処理を同様の順に従って試験体ＳＭのひずみが測定されるが、第１ドットパターンＤ１に対する各処理は、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像Ａおよび外力作用後画像Ｂに対して行われ、第２ドットパターンＤ２に対する各処理は、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像Ａおよび外力作用後画像Ｂに対して行われる。
【００７２】
より具体的には、第１ドットパターンＤ１に対する、ステップＳ１１ないしステップＳ１６と同様の各処理において、ステップＳ１３では、図５（Ａ）の上段に示すように、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像に対し、第１ドットパターンＤ１を含む所定の大きさの範囲が領域Ａ１として第１ドットパターンＤ１に設定され、テンプレートとして選択され、ステップＳ１６では、この領域Ａ１をテンプレートとして、この領域Ａ１にマッチする領域が第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、領域Ａ１にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１’が第１ドットパターンＤ１に対応する第１仮対応ドットパターンＤＡ１’とされ、これら第１仮対応ドットパターンＤＡ１’の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の仮変位量△Ｌ１’が求められる。同様に、第２ドットパターンＤ２に対する、ステップＳ１１ないしステップＳ１６と同様の各処理において、ステップＳ１３では、図５（Ａ）の下段に示すように、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像に対し、第２ドットパターンＤ２を含む所定の大きさの範囲が領域Ａ２として第２ドットパターンＤ２に設定され、テンプレートとして選択され、ステップＳ１６では、この領域Ａ２をテンプレートとして、この領域Ａ２にマッチする領域が第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、領域Ａ２にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２’が第２ドットパターンＤ２に対応する第２仮対応ドットパターンＤＡ２’とされ、これら第２仮対応ドットパターンＤＡ２’の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の仮変位量△Ｌ２’が求められる。なお、第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２間の距離である基準長Ｌ０が第１および第２カメラ装置３１、３２のそれぞれによって得られた各画像に基づいて求められる場合には、第１カメラ装置３１と第２カメラ装置３２との間の距離、例えば第１カメラ装置３１の光軸と第２カメラ装置３２の光軸との間の距離が予め画像処理部４０に与えられる。
【００７３】
そして、第１ドットパターンＤ１に対する、ステップＳ１７ないしステップＳ２０と同様の各処理において、ステップＳ１８では、第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第１ドットパターンＤ１を含むように設定された領域Ａ１の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ１’の画像が第１ドットパターンＤ１の新たなテンプレートとして生成され、ステップＳ１９では、この変形領域Ａ１’をテンプレートとして、この変形領域Ａ１’にマッチする領域が第１カメラ装置３１によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、変形領域Ａ１’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ１が第１ドットパターンＤ１に対応する第１測定対応ドットパターンＤＡ１とされ、図５（Ｂ）の上段に示すように、これら第１測定対応ドットパターンＤＡ１の位置（座標値）と第１ドットパターンＤ１の位置（座標値）とから第１ドットパターンＤ１の測定変位量△Ｌ１が求められる。同様に、第２ドットパターンＤ２に対する、ステップＳ１７ないしステップＳ２０と同様の各処理において、ステップＳ１８では、第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用前画像Ａの所定パターンＭＰａにおける第２ドットパターンＤ２を含むように設定された領域Ａ２の画像に、仮伸縮率ε０’が乗算され、変形領域Ａ２’の画像が第２ドットパターンＤ２の新たなテンプレートとして生成され、ステップＳ１９では、この変形領域Ａ２’をテンプレートとして、この変形領域Ａ２’にマッチする領域が第２カメラ装置３２によって撮影された外力作用後画像Ｂから探索され、この探索された、変形領域Ａ２’にマッチする領域におけるドットパターンＤＡ２が第２ドットパターンＤ２に対応する第２測定対応ドットパターンＤＡ２とされ、図５（Ｂ）の下段に示すように、これら第２測定対応ドットパターンＤＡ２の位置（座標値）と第２ドットパターンＤ２の位置（座標値）とから第２ドットパターンＤ２の測定変位量△Ｌ２が求められる。
【００７４】
このように上述の点を除き、第１実施形態と同様に動作することによって、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、試験体ＳＭの測定伸縮率ε０（＝ε）を前記式３によって測定することができる。
【００７５】
そして、第１実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａは、領域Ａ１および領域Ａ２を含む範囲をカメラ装置１０で撮影しなければならないが、本実施形態におけるひずみ測定装置Ｓｂは、第１カメラ装置３１が領域Ａ１を含む範囲を撮影し、第２カメラ装置３２が領域Ａ２を含む範囲を撮影すればよいので、第１および第２カメラ装置３１、３２にカメラ装置１０と同等のスペックの装置を用いた場合、より高い分解能で撮影することができ、より高精度に伸縮率を測定することができる。
【００７６】
なお、上述の第１および第２実施形態におけるひずみ測定装置Ｓａ、Ｓｂでは、互いに離間した２個一対の第１および第２ドットパターンＤ１、Ｄ２を備える所定パターンＭＰａが用いられたが、これに限定されるものではない。他のパターンも用いることができる。
【００７７】
図６は、第１変形態様における所定パターンを示す図である。図７は、第２変形態様における所定パターンを示す図である。
【００７８】
例えば、所定パターンは、所定の第１方向に沿って配置される第１ドット群のドットと、前記第１方向と線形独立な関係にある第２方向に沿って配置される第２ドット群のドットとを含む複数のドットを備えた所定パターンＭＰｂであってもよい。より具体的には、所定パターンＭＰｂは、図６に示すように、互いに直交するｘ方向およびｙ方向の２方向に延びる試験体ＳＭに用いられ、その一方表面におけるｘ方向に沿って設けられる２個一対の第１ドットＤ１１および第２ドットＤ１２（第１ドット群）と、前記一方表面におけるｙ方向に沿って設けられる２個一対の第１ドットＤ１３および第２ドットＤ１４（第２ドット群）とを備えて構成される。試験体ＳＭが図６に示すように、十字形状であって互いに対向する一対の端部を１組にｘ方向およびｙ方向のそれぞれに引っ張られる場合には、これら第１および第２ドット群のドットＤ１１、Ｄ１２；Ｄ１３、Ｄ１４は、十字形状の試験体ＳＭにおけるｘ方向とｙ方向とが交差する領域に配置される。ここで、仮伸縮率によるドットパターンの変形では、各方向が独立に扱われる。すなわち、第１ドット群を用いて第１ドット群の方向における仮伸縮率が求められるともに、第２ドット群を用いて第２ドット群の方向における仮伸縮率が求められ、これら各方向の仮伸縮率を用いてドットパターンが各方向に変形され、ドットパターン全体としての変形が行われる。このような所定パターンＭＰｂを用いることによって、線形独立な２方向の伸縮率ε、図６に示す例ではｘ方向の伸縮率εｘおよびｙ方向の伸縮率εｙを演算することができる。
【００７９】
なお、第１ドット群のドットと、第２ドット群のドットとは、上述のように、別個独立であってもよく、また、一部に重複があってもよい。例えば、図６に破線で示すように、試験体ＳＭの表面におけるｘ方向とｙ方向とが交差する交差点に設けられたドットＤ１５が、上述の第１ドット群の第２ドットＤ１２（または第１ドットＤ１１）に代えられるとともに上述の第２ドット群の第２ドットＤ１４（または第１ドットＤ１３）に代えられてよい。
【００８０】
また例えば、所定パターンは、複数の領域ごとに分けられ、各領域のドットがランダムに配置されている複数のドットを備えた所定パターンＭＰｃであってもよい。より具体的には、所定パターンＭＰｃは、図７に示すように、所定範囲内にランダムに配置された４個一組の第１ないし第４ドットＤ２１〜Ｄ２４を備える第１ドット群Ｄ２０と、所定範囲内にランダムに配置された４個一組の第１ないし第４ドットＤ３１〜Ｄ３４を備える第２ドット群Ｄ３０とを備え、第１ドット群と第２ドット群とは、引張方向に沿って互いに所定の距離だけ離間している。このような所定パターンＭＰｃを用いることによって、ランダムに配置された複数のドットを１つのパターンと見なすことができるため、外力作用前画像Ａにおける所定パターンＭＰｃに対応する外力作用後画像Ｂにおけるパターンをより正確に探索することができる。なお、第１ドット群Ｄ２０の第１ないし第４ドットＤ２１〜Ｄ２４の配置パターンと、第２ドット群Ｄ３０の第１ないし第４ドットＤ３１〜Ｄ３４の配置パターンとは、同一であっても異なっていてもよい。
【００８１】
また、上述の第１および第２実施形態では、仮伸縮率ε０’を外力作用前画像Ａの領域Ａ１、Ａ２に作用させることによって、より具体的には仮伸縮率ε０’を乗算することによって変形領域Ａ１’、Ａ２’を生成し、この変形領域Ａ１’、Ａ２’を新たなテンプレートとして外力作用後画像Ｂとマッチング処理するように、ひずみ測定装置Ｓａ、Ｓｂが構成されたが、逆に、仮伸縮率ε０’を外力作用後画像Ｂの第１および第２仮対応パターンＤＡ１’、ＤＡ２’に仮伸縮率ε０’に逆作用させることによって、より具体的には仮伸縮率ε０’の逆数を乗算することによって変形パターンを生成し、外力作用前画像Ａの領域Ａ１、Ａ２をテンプレートとして、この変形パターンを含む外力作用後画像とマッチング処理するように、ひずみ測定装置Ｓａ、Ｓｂが構成されてもよい。なお、仮伸縮率ε０’の逆数を乗算する前後において、前記前後における各パターンの代表点は、一致される。
【００８２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００８３】
ＳＭ 試験体
ＭＰａ、ＭＰｂ、ＭＰｃ 所定パターン
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４、Ｄ３１〜Ｄ３４ ドットパターン
Ｓａ、Ｓｂ ひずみ測定装置
１０、３１、３２ カメラ装置
２０、４０ 画像処理部
２１ 画像取得制御部
２２ 第１探索処理部
２３ 仮伸縮率演算処理部
２４ 変形処理部
２５ 第２探索処理部
２６ 測定伸縮率演算処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として取得する画像取得部と、
前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理部と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理部によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理部と、
前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理部と、
前記変形処理部によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索する第２探索処理部と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理部によって再探索された前記外力作用後画像における前記測定対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理部とを備えること
を特徴とするひずみ測定装置。
【請求項２】
前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、
前記撮影部は、１個のカメラ装置であること
を特徴とする請求項１に記載のひずみ測定装置。
【請求項３】
前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、
前記撮影部は、複数のカメラ装置であること
を特徴とする請求項１に記載のひずみ測定装置。
【請求項４】
前記特徴パターンは、互いに離間した複数のドットにより構成されたドットパターンであること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のひずみ測定装置。
【請求項５】
前記複数のドットは、所定の第１方向に沿って配置される第１ドット群のドットと、前記第１方向と線形独立な関係にある第２方向に沿って配置される第２ドット群のドットとを含むこと
を特徴とする請求項４に記載のひずみ測定装置。
【請求項６】
前記複数のドットは、複数の領域ごとに分けられ、各領域のドットは、ランダムに配置されていること
を特徴とする請求項４に記載のひずみ測定装置。
【請求項７】
測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として取得する画像取得工程と、
前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理工程と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理工程によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理工程と、
前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理工程と、
前記変形処理工程によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして探索する第２探索処理工程と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理工程によって再探索された前記外力作用後画像における前記特定対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理工程とを備えること
を特徴とするひずみ測定方法。
【請求項１】
測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として取得する画像取得部と、
前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理部と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理部によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理部と、
前記伸縮率演算処理部によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理部と、
前記変形処理部によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして再探索する第２探索処理部と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理部によって再探索された前記外力作用後画像における前記測定対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理部とを備えること
を特徴とするひずみ測定装置。
【請求項２】
前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、
前記撮影部は、１個のカメラ装置であること
を特徴とする請求項１に記載のひずみ測定装置。
【請求項３】
前記試験体を撮影する撮影部をさらに備え、
前記撮影部は、複数のカメラ装置であること
を特徴とする請求項１に記載のひずみ測定装置。
【請求項４】
前記特徴パターンは、互いに離間した複数のドットにより構成されたドットパターンであること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のひずみ測定装置。
【請求項５】
前記複数のドットは、所定の第１方向に沿って配置される第１ドット群のドットと、前記第１方向と線形独立な関係にある第２方向に沿って配置される第２ドット群のドットとを含むこと
を特徴とする請求項４に記載のひずみ測定装置。
【請求項６】
前記複数のドットは、複数の領域ごとに分けられ、各領域のドットは、ランダムに配置されていること
を特徴とする請求項４に記載のひずみ測定装置。
【請求項７】
測定対象である試験体に外力を作用させる前後における前記試験体の画像を外力作用前画像および外力作用後画像として取得する画像取得工程と、
前記外力作用前画像における所定の特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを仮対応パターンとして探索する第１探索処理工程と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第１探索処理工程によって探索された前記外力作用後画像における前記仮対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を仮伸縮率として求める仮伸縮率演算処理工程と、
前記伸縮率演算処理工程によって求められた仮伸縮率に基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンまたは前記外力作用後画像における前記仮対応パターンを変形して変形パターンを生成する変形処理工程と、
前記変形処理工程によって生成された変形パターンに基づいて、前記外力作用前画像における前記特徴パターンに対応する前記外力作用後画像におけるパターンを測定対応パターンとして探索する第２探索処理工程と、
前記外力作用前画像における前記特徴パターンの位置および前記第２探索処理工程によって再探索された前記外力作用後画像における前記特定対応パターンの位置に基づいて、前記試験体の伸縮率を測定伸縮率として求める測定伸縮率演算処理工程とを備えること
を特徴とするひずみ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８３３０９（Ｐ２０１２−８３３０９Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１７２７（Ｐ２０１０−２３１７２７）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
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