特開 2022-186401 対象物の変位量測定方法および変位量測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022186401

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】対象物の変位量測定方法および変位量測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20221208BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094601

(22)【出願日】2021-06-04

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117606

【弁理士】

【氏名又は名称】安部 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100136423

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100121186

【弁理士】

【氏名又は名称】山根 広昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130605

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 浩治

(72)【発明者】

【氏名】松本 高明

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA09

2F065AA14

2F065BB15

2F065BB28

2F065FF04

2F065FF61

2F065GG04

2F065HH04

2F065JJ01

2F065JJ03

2F065LL50

2F065MM07

2F065QQ03

2F065QQ28

2F065QQ31

2F065UU09

(57)【要約】

【課題】新たな対象物の変位量測定方法の提供
【解決手段】
対象物の変位量測定方法は、以下の工程Ａ～Ｄを含んでいる。
（Ａ）マークＡと、マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有するマーカ１２を測定対象物Ｍに取り付ける工程、
（Ｂ）カメラ１１の撮像方向にマーカ１２の一平面が向けられた測定対象物Ｍの基準画像を得る工程
（Ｃ）測定対象物Ｍの基準画像から、マークＡとマークＢとをパターンマッチングで認識する工程
（Ｄ）測定対象物Ｍの基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る工程
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マークＡと、前記マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有するマーカを測定対象物に取り付ける工程と、
カメラの撮像方向に前記マーカの前記一平面が向けられた測定対象物の基準画像を得る工程と、
前記測定対象物の基準画像から、前記マークＡと前記マークＢとをパターンマッチングで認識する工程と、
前記測定対象物の基準画像における前記マークＡと前記マークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る工程と
を含む、対象物の変位量測定方法。

【請求項2】

前記マークＡと前記マークＢとの距離は、前記マークＡで特定される１つの点と、前記マークＢで特定される１つの点との距離で定められる、請求項１に記載された対象物の変位量測定方法。

【請求項3】

前記マークＡと前記マークＢが異なる模様で印されており、前記マークＡと前記マークＢとは、パターンマッチングで特定される、請求項１または２に記載された対象物の変位量測定方法。

【請求項4】

前記基準画像から前記測定対象物が変位した変位画像を得る工程と、
前記変位画像における前記マークＡと前記マークＢとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、前記測定対象物の変位量を得る工程と
をさらに含む、請求項３に記載された対象物の変位量測定方法。

【請求項5】

前記マークＡと前記マークＢが同じ模様で印されており、前記マークＡと前記マークＢとは、パターンマッチングで特定される、請求項１または２に記載された対象物の変位量測定方法。

【請求項6】

前記一平面には、前記マークＡと前記マークＢとは異なる模様が印されたマークＣが含まれており、前記マークＣがパターンマッチングで特定され、
前記変位画像における前記マークＡと前記マークＣとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、前記測定対象物の変位量を得る工程と
をさらに含む、請求項５に記載された対象物の変位量測定方法。

【請求項7】

前記マークＡと前記マークＣとの距離は、前記マークＡで特定される１つの点と、前記マークＣで特定される１つの点との距離で定められる、請求項６に記載された対象物の変位量測定方法。

【請求項8】

カメラと、
測定対象物に取り付けられるマーカと、
画像処理装置と
を備え、
前記マーカは、マークＡと、前記マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有し、
前記画像処理装置は、
前記カメラの撮像方向に前記マーカの前記一平面が向けられた測定対象物の基準画像を得る処理と、
前記測定対象物の基準画像から、前記マークＡと前記マークＢとをパターンマッチングで認識する処理と、
前記測定対象物の画像の前記マークＡと前記マークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る処理と
が実行されるように構成された、変位量測定装置。

【請求項9】

前記マークＡと前記マークＢとの距離は、前記マークＡで特定される１つの点と、前記マークＢで特定される１つの点との距離で定められるように構成された、請求項８に記載された変位量測定装置。

【請求項10】

前記マークＡと前記マークＢが異なる模様で印されており、前記マークＡと前記マークＢとは、パターンマッチングで特定されるように構成された、請求項８または９に記載された変位量測定装置。

【請求項11】

前記基準画像から前記測定対象物が変位した変位画像を得る処理と、
前記変位画像における前記マークＡと前記マークＢとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、前記測定対象物の変位量を得る処理と
がさらに実行されるように構成された、請求項１０に記載された変位量測定装置。

【請求項12】

前記マークＡと前記マークＢが同じ模様で印されており、前記マークＡと前記マークＢとは、パターンマッチングで特定されるように構成された、請求項８または９に記載された変位量測定装置。

【請求項13】

前記マーカは、前記マークＡとマークＢが印刷されたシールで構成されている、請求項８から１２までの何れか一項に記載された変位量測定装置。

【請求項14】

前記一平面には、前記マークＡと前記マークＢとは異なる模様が印されたマークＣが含まれており、前記マークＣがパターンマッチングで特定され、
前記変位画像における前記マークＡと前記マークＣとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、前記測定対象物の変位量が得られるように構成された、請求項１２または１３に記載された変位量測定装置。

【請求項15】

前記マークＡと前記マークＣとの距離は、前記マークＡで特定される１つの点と、前記マークＣで特定される１つの点との距離で定められるように構成された、請求項１４に記載された変位量測定装置。

【請求項16】

前記マーカは、前記マークＡと前記マークＢと前記マークＣが印刷されたシールで構成されている、請求項１４または１５に記載された変位量測定装置。

【請求項17】

前記カメラが、前記一平面と正対していることを判定するように構成された判定部を備えた、請求項８から１６までの何れか一項に記載された変位量測定装置。

【請求項18】

前記判定部は、カメラの撮影方向に沿って照射されるレーザを照射する照射部と、反射したレーザを受光する受光部とを有し、前記一平面で反射したレーザが前記受光部で受光されることによって、カメラがマーカの一平面に対して正対していることが判定されるように構成された、請求項１７に記載された変位量測定装置。

【請求項19】

前記判定部は、カメラの撮影方向に沿って照射される十字や予め定められた形状のレーザ光を照射する照射部と、前記一平面に照射された十字や予め定められた形状の精度が評価されることによって、カメラがマーカの一平面に対して正対していることが判定されるように構成された、請求項１７に記載された変位量測定装置。

【請求項20】

前記判定部は、マーカに印されたマークの形状が精度良く写っているかが撮影画像を基に判定されるように構成された、請求項１７に記載された変位量測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物の変位量測定方法および変位量測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＷＯ２０１７／０２９９０５Ａ１には、単一のデジタルカメラによる面外変位分布計測方法、単一のデジタルカメラによる面内・面外変位同時計測方法なる発明が開示されている。同公報によれば、単一デジタル(ビデオ)カメラから物体表面に貼り付けたまたは転写した格子マーカをデジタル(ビデオ)カメラで撮影し、画像処理により画像上の格子ピッチの位相の面外変位による微小変化からサンプリングモアレ法を利用してその面外変位量を定量的に求める。また同様に同一格子の位相の面内・面外変位による微小変化からサンプリングモアレ法を利用してその面外・面内変位量を定量的に求め見かけ上の面内変位の影響を除外して３次元変位量を求めるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開番号ＷＯ２０１７／０２９９０５Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、本発明者は、ＷＯ２０１７／０２９９０５Ａ１に開示される技術について、モアレ模様の面外変位測定では１ピクセル単位で格子幅が計測されているため精度が向上しにくく誤差が生じやすい、と考えている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ここで開示される対象物の変位量測定方法は、以下の工程Ａ～Ｄを含んでいる。
（Ａ）マークＡと、マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有するマーカを測定対象物に取り付ける工程
（Ｂ）カメラの撮像方向にマーカの一平面が向けられた測定対象物の基準画像を得る工程
（Ｃ）測定対象物の基準画像から、マークＡとマークＢとをパターンマッチングで認識する工程
（Ｄ）測定対象物の基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る工程

【0006】

かかる変位量測定方法によれば、パターンマッチングを利用した画像処理によって、測定対象物Ｍの基準画像の解像度が基準解像度として得られる。

【0007】

マークＡとマークＢとの距離は、マークＡで特定される１つの点と、マークＢで特定される１つの点との距離で定められてもよい。マークＡとマークＢが異なる模様で印されており、マークＡとマークＢとがパターンマッチングで特定されてもよい。この場合、基準画像から測定対象物が変位した変位画像を得る工程と、変位画像におけるマークＡとマークＢとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、測定対象物の変位量を得る工程とがさらに含まれていてもよい。

【0008】

また、マークＡとマークＢが同じ模様で印されており、マークＡとマークＢとがパターンマッチングで特定されてもよい。この場合、マーカの一平面には、マークＡとマークＢとは異なる模様が印されたマークＣが含まれており、マークＣがパターンマッチングで特定されてもよい。この場合、変位画像におけるマークＡとマークＣとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、測定対象物の変位量を得る工程とがさらに含まれていてもよい。マークＡとマークＣとの距離は、マークＡで特定される１つの点と、マークＣで特定される１つの点との距離で定められてもよい。

【0009】

このように、ここでは対象物の変位量測定方法に関し、新たな方法が提案されている。

【0010】

また、ここで開示される変位量測定装置は、カメラと、測定対象物に取り付けられるマーカと、画像処理装置とを備えている。マーカは、マークＡと、マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有している。画像処理装置は、以下の処理ａ～ｃが実行されるように構成されているとよい。
（ａ）カメラの撮像方向にマーカの一平面が向けられた測定対象物の基準画像を得る処理
（ｂ）測定対象物の基準画像から、マークＡとマークＢとをパターンマッチングで認識する処理
（ｃ）測定対象物の画像のマークＡとマークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る処理

【0011】

かかる変位量測定装置によれば、パターンマッチングを利用した画像処理によって、測定対象物Ｍの基準画像の解像度が基準解像度として得られる。

【0012】

マークＡとマークＢとの距離は、マークＡで特定される１つの点と、マークＢで特定される１つの点との距離で定められるように構成されてもよい。マークＡとマークＢとは異なる模様で印されており、マークＡとマークＢとは、パターンマッチングで特定されるように構成されていてもよい。

【0013】

画像処理装置は、基準画像から測定対象物が変位した変位画像を得る処理と、変位画像におけるマークＡとマークＢとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、測定対象物の変位量を得る処理とがさらに実行されるように構成されていてもよい。

【0014】

一平面には、マークＡとマークＢとが同じ模様で印されており、マークＡとマークＢとは、パターンマッチングで特定されるように構成されていてもよい。マーカは、マークＡとマークＢが印刷されたシールで構成されていてもよい。

【0015】

一平面には、マークＡとマークＢとは異なる模様が印されたマークＣが含まれており、マークＣがパターンマッチングで特定され、変位画像におけるマークＡとマークＣとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、測定対象物の変位量が得られるように構成されていてもよい。マークＡとマークＣとの距離は、マークＡで特定される１つの点と、マークＣで特定される１つの点との距離で定められるように構成されていてもよい。マーカは、マークＡとマークＢとマークＣが印刷されたシールで構成されていてもよい。

【0016】

変位量測定装置は、カメラが、一平面と正対していることを判定するように構成された判定部を備えていてもよい。

【0017】

判定部は、カメラの撮影方向に沿って照射されるレーザを照射する照射部と、反射したレーザを受光する受光部とを有し、一平面で反射したレーザが受光部で受光されることによって、カメラがマーカの一平面に対して正対していることが判定されるように構成されてもよい。

【0018】

判定部は、カメラの撮影方向に沿って照射される十字や予め定められた形状のレーザ光を照射する照射部と、一平面に照射された十字や予め定められた形状の精度が評価されることによって、カメラがマーカの一平面に対して正対していることが判定されるように構成されてもよい。判定部は、マーカに印されたマークの形状が精度良く写っているかが撮影画像を基に判定されるように構成されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、ここで開示される変位量測定装置１０の模式図である。

【図2】図２は、図１においてカメラ１１で撮影された画像の変化の一例を示す模式図である。

【図3】図３は、カメラ１１の撮影範囲の変化を示す模式図である。

【図4】図４は、カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が変化した際のポイントＰａ、ポイントＰｃの動きを示す模式図である。

【図5】図５は、カメラ１１の撮影範囲Ｓ３とＳ４の変化を示す模式図である。

【図6】図６は、撮影範囲Ｓ４におけるポイントＰｄとＰｅの動きを示す模式図である。

【図7】図７は、撮影範囲がＳ３からＳ４に変化したことに起因する、ポイントＰｄとＰｅの変位量を示す模式図である。

【図8】図８は、マーカ１２の一例を示す平面図である。

【図9】図９は、他の形態に係るマーカ１２Ａの模式図である。

【図10】図１０は、他の形態に係るマーカ１２Ｂを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、ここで開示される発明の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0021】

図１は、ここで開示される変位量測定装置１０の模式図である。図２は、図１においてカメラ１１で撮影された画像の変化の一例を示す模式図である。

【0022】

〈変位量測定装置１０〉
変位量測定装置１０は、カメラ１１と、測定対象物Ｍに取り付けられるマーカ１２と、画像処理装置１３とを備えている。

【0023】

〈カメラ１１〉
カメラ１１は、測定対象物Ｍを撮影するための撮影装置である。カメラ１１は、図１に示されているように、撮影方向を測定対象物Ｍに向けてように配置されているとよい。カメラ１１は、図示は省略するが、例えば、イメージセンサとレンズを備えており、ピント調整機構などを備えているとよい。このようなカメラ１１は、適宜に市販のカメラが採用されうる。カメラ１１は、一台の単眼カメラでもよい。カメラ１１のイメージセンサには、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサが採用されうる。

【0024】

本発明者は、カメラ１１で測定対象物Ｍを撮影し、カメラ１１で撮影された測定対象物Ｍの画像を基に、測定対象物Ｍの変位を解析することを考えている。測定対象物Ｍの変位を精度良く得るには、カメラ１１の撮影範囲の変化を考慮して測定対象物Ｍの変位を求める必要がある。

【0025】

例えば、図１および図２に示されているように、カメラ１１で撮影された画像の面外方向ｚに測定対象物Ｍが変位すると、測定対象物Ｍの変位に応じてカメラ１１の撮影範囲が変化する。測定対象物Ｍが、カメラ１１に対して移動すると、カメラ１１の撮影範囲は、カメラ１１と測定対象物Ｍとの距離に応じて変化する。つまり、測定対象物Ｍにピントを合わせると、撮影範囲が変化する。撮影範囲が変化すると、カメラ１１で撮影された画像における測定対象物Ｍの位置が変化する。これに限らず、カメラ１１と測定対象物Ｍの相対的な位置が変化した場合などで、測定対象物Ｍの同一平面上で撮影範囲が変化しうる。カメラ１１で撮影された画像に基づいて、測定対象物Ｍの変位を精度良く得るには、カメラ１１の撮影範囲の変化を考慮して解析する必要がある。

【0026】

図３は、カメラ１１の撮影範囲の変化を示す模式図である。図４は、カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が変化した際のポイントＰａ、ポイントＰｃの動きを示す模式図である。図３では、カメラ１１と測定対象物Ｍの距離（撮影距離）が遠い時の撮影範囲Ｓ１が太線で示されおり、撮影距離が近い時の撮影範囲Ｓ２が２点鎖線で示されている。また、カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が近い時の撮影範囲Ｓ２の目盛りが細線で示されている。図４では、カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が近づいた後の撮影範囲Ｓ２において、撮影距離が近づく前のポイントＰａの位置Ｐａ１とポイントＰｃの位置Ｐｃ１と、におけるポイントＰａの位置Ｐａ２とマークＣの位置Ｐｃ２とがそれぞれ示されている。

【0027】

図３および図４に示されているように、カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が変化することによって、撮影範囲がＳ１からＳ２に変化する。撮影範囲がＳ１からＳ２に変化すると、図４に示されているように、撮影画像においてポイントＰａとポイントＰｃの位置が動く。ポイントＰａとポイントＰｃの実際の距離は変わらない。しかし、図３に示されているように、撮影距離が変化するとカメラ１１の撮影範囲Ｓ１，Ｓ２が変わる。このため、カメラ１１で撮影された画像において、ポイントＰａとポイントＰｃの距離は、Ｋ１からＫ２に変化する。しかし、かかるＫ１からＫ２への距離の変化は、Ｓ１からＳ２への撮影範囲の変化もある。このため、ポイントＰａの変位（マーカ１２の変位）は、不明である。

【0028】

カメラ１１の撮影範囲におけるポイントＰａの面内座標を直交するＸＹ座標で表す。カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が近づく前のポイントＰａの位置Ｐａ１の面内座標は、（Ｘ１，Ｙ１）である。撮影画像においてポイントＰａ，Ｐｃ間のピクセル数がａであるとする。また、ポイントＰａ，Ｐｃ間の実際の距離がｓであるとする。ｓ＝ａ×ｑで計算されうる。ここで、ｑは、画像の解像度である。解像度ｑは、ｑ＝ｓ／ａで計算されうる。つまり、ポイントＰａ，Ｐｃ間の実際の距離ｓが予め分かっていれば、解像度ｑは計算できる。

【0029】

カメラ１１と測定対象物Ｍの距離が近づいた後のポイントＰａの位置Ｐａ２の面内座標は、（Ｘ２，Ｙ２）である。撮影画像における２点の実際の距離ｓが既知である場合、撮影画像における２点の座標が分かれば、撮影画像における２点の座標間のｘ軸方向のピクセル数と、ｙ軸方向のピクセル数とが得られる。撮影画像における２点の座標間のｘ軸方向のピクセル数と、ｙ軸方向のピクセル数とが得られると、撮影画像における２点の距離をピクセル数で得られる。撮影画像における２点の実際の距離が既知であるので、撮影画像における２点の距離がピクセル数で得られると、画像の解像度が分かる。撮影画像におけるマーカ１２のうち２点の実際の距離ｓが既知である場合、画像の解像度の変化が分かり、さらにポイントＰａの変位を割り出すことができる。さらに、マーカ１２のうち２点がパターンマッチング処理で特定できる場合、コンピュータによる画像処理によって、カメラ１１の撮影画像から、マーカ１２の変位，測定対象物Ｍの変位が割り出される。また、マーカ１２のうち２点は、一平面に設けられているとよい。

【0030】

図５から図７は、撮影範囲が変化した場合の事象をさらに示す図である。図５は、カメラ１１の撮影範囲Ｓ３とＳ４の変化を示す模式図である。図６は、撮影範囲Ｓ４におけるポイントＰｄとＰｅの動きを示す模式図である。図７は、撮影範囲がＳ３からＳ４に変化したことに起因する、ポイントＰｄとＰｅの変位量を示す模式図である。図５から図７に示された例では、ポイントＰｄは、Ｐｄ１からＰｄ２に移動する。ポイントＰｅは、Ｐｅ１からＰｅ２に移動する。

【0031】

ポイントＰｄとポイントＰｅは、図５に示されているように、カメラ１１の撮影範囲において、Ｘ方向にｕ１，Ｙ方向にそれぞれｖ１変化している。ポイントＰｄとポイントＰｅが、例えば、測定対象物Ｍに取り付けられマーカ１２の同一平面に記されている場合（図１参照）、ポイントＰｄとポイントＰｅは、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ同じ量変位する。

【0032】

図５に示されているように、ポイントＰｄの移動元の位置をＰｄ１とし、その座標を（ｄ１ｘ，ｄ１ｙ）とする。ポイントＰｄの移動先の位置をＰｄ２とし、その座標を（ｄ２ｘ，ｄ２ｙ）とする。ポイントＰｅの移動元の位置をＰｅ１とし、その座標を（ｅ１ｘ，ｅ１ｙ）とする。ポイントＰｅの移動先の位置をＰｅ２とし、その座標を（ｅ２ｘ，ｅ２ｙ）とする。

【0033】

図５に示されているように、撮影範囲Ｓ３が変化しない場合、ポイントＰｄとポイントＰｅが移動しても、ポイントＰｄとポイントＰｅの見かけ上の距離ｔ３は変わらない。つまり、図５に示された移動前の位置Ｐｄ１とＰｅ１の距離と、移動後の位置Ｐｄ２とＰｅ２の距離は、撮影範囲Ｓ３では、見かけ上では変わらず、ともにｔ３である。

【0034】

ポイントＰｄとポイントＰｅが、それぞれＰｄ２、Ｐｅ２に移動すると、撮影範囲がＳ３からＳ４に変化しうる。撮影範囲がＳ３からＳ４に変化すると、図６に示されているように、カメラ１１（図１参照）の撮影範囲Ｓ４において、ポイントＰｄは、位置Ｐｄ１からＰｄ２に移動する。ポイントＰｅは、位置Ｐｅ１からＰｅ２に移動する。図６では、ポイントＰｄの変位量ＭｄのうちＸ方向の変位量はＸｄＭとされ、Ｙ方向の変位量はＹｄＭとされている。ポイントＰｅの変位量ＭｅのうちＸ方向の変位量はＸｅＭとされ、Ｙ方向の変位量はＹｅＭとされている。

【0035】

撮影範囲Ｓ４では、見かけ上、ポイントＰｄとポイントＰｅの距離ｔ３が距離ｔ４に変化する。距離ｔ３が距離ｔ４に変化するのは、図５に示されているように、ポイントＰｄとポイントＰｅとがそれぞれ移動し、かつ、撮影範囲Ｓ３からＳ４に変化した結果である。ここで、撮影範囲が変化する前のポイントＰｄとポイントＰｅの見かけ上の距離ｔ３は、ピクセル数β３と撮影範囲Ｓ３の解像度を基に把握される。撮影範囲が変化した後のポイントＰｄとポイントＰｅの見かけ上の距離ｔ４は、ピクセル数β４と撮影範囲Ｓ４の解像度を基に取得されうる。ピクセル数β３，β４は、それぞれＸ方向およびＹ方向のピクセル数を基に取得されうる。

【0036】

ポイントＰｄとポイントＰｅの実際の距離ｔが既知である場合には、ポイントＰｄとポイントＰｅの見かけ上の距離ｔ３が分かると、撮影範囲Ｓ３の解像度ｑ３が分かる。また、撮影範囲が変化した後のポイントＰｄとポイントＰｅの見かけ上の距離ｔ４が分かると、撮影範囲Ｓ４の解像度ｑ４が分かる。さらに、撮影範囲Ｓ３とＳ４との間での解像度の変化量（ｑ４－ｑ３）が分かる。また、カメライメージセンサ水平距離（isk）と、レンズ焦点距離（rsk）は、カメラ１１の仕様を基に得られる。面外変位量Δｚは、解像度変化とカメライメージセンサ水平距離をiskとし、レンズ焦点距離をrskとすると
Δｚ＝（ｑ４－ｑ３）×（isk／rsk）となる。

【0037】

次に、図７を説明する。撮影範囲Ｓ３での移動後のポイントＰｄの位置Ｐｄ２（図５参照）は、図７では、撮影範囲Ｓ４ではＰｄ３で示されている。さらに、撮影範囲Ｓ３での移動後のポイントＰｅの位置Ｐｅ２（図５参照）は、図７では、Ｐｅ３で示されている。図７に示されているように、撮影範囲がＳ３からＳ４に変化したことに起因する、ポイントＰｄの変位量はＭｄ１である。撮影範囲がＳ３からＳ４に変化したことに起因する、ポイントＰｅの変位量はＭｅ１である。変位量Ｍｄ１をＸＹ方向に分解すると、Ｘ方向成分はＸｄ１であり、Ｙ方向成分はＹｄ１である。図７に示された例では、Ｙｄ１＝０である。変位量Ｍｅ１をＸＹ方向に分解すると、Ｘ方向成分はＸｅ１であり、Ｙ方向成分はＹｅ１である。

【0038】

ここで、図７に示されているように、ＸｄＭ＝ｕ１＋Ｘｄ１，ＹｄＭ＝ｖ１＋Ｙｄ１，ＸｅＭ＝ｕ１＋Ｘｅ１，ＹｅＭ＝ｖ１＋Ｙｅ１である。このように、｛実際に計測された変位量（ＸｄＭ，ＹｄＭなど）＝実際の変位量（ｕ１，ｖ１）＋カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する変位量（Ｘｄ１，Ｙｄ１など）｝の関係が成り立つ。このため、実際に計測された変位量（ＸｄＭ，ＹｄＭなど）と、カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する変位量（Ｘｄ１，Ｙｄ１など）とが得られると、ポイントＰｄとＰｅの実際の動き（ｕ１，ｖ１）（図５参照）が得られる。

【0039】

変位量（ＸｄＭ，ＹｄＭなど）は、カメラ１１で撮影された画像における２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の座標から算出される。カメラ１１の撮影範囲の変化（つまり、面外方向における撮影範囲の変化Δｚ）は、上述のようにΔｚ＝（ｑ４－ｑ３）×（isk／rsk）で得られる。撮影範囲Ｓ３での２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の距離がｔ３であり、撮影範囲Ｓ４での２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の距離がｔ４である。この場合、カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する変位量（Ｘｄ１，Ｙｄ１など）は、撮影範囲Ｓ３におけるＰｄとＰｅの移動元の座標（ｄ１ｘ，ｄ１ｙ），（ｅ１ｘ，ｅ１ｙ）に対して、（ｔ４／ｔ３－１）の関係がある。

【0040】

図７に示された例では、
Ｘｄ１=ｄ１ｘ（ｔ４／ｔ３－１）；
Ｘｅ１=ｅ１ｘ（ｔ４／ｔ３－１）；
Ｙｄ１=ｄ１ｙ（ｔ４／ｔ３－１）；
Ｙｅ１=ｅ１ｙ（ｔ４／ｔ３－１）；
となる。ここで、撮影範囲Ｓ３におけるＰｄとＰｅの移動元の座標（ｄ１ｘ，ｄ１ｙ），（ｅ１ｘ，ｅ１ｙ）が代入されることによって、Ｘｄ１，Ｘｅ１，Ｙｄ１およびＹｅ１が得られる。このように、カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する変位量（Ｘｄ１，Ｙｄ１など）は、演算で求められる。

【0041】

２点間距離（ｔ）が既知である少なくとも２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）が撮影された画像において把握されると、カメラ１１の撮影範囲が変化する場合でも、カメラ１１で撮影された２点間距離（ｔ）が既知である２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の動きが分かる。実際に計測された変位量（ＸｄＭ，ＹｄＭなど）は、カメラ１１で撮影された画像から把握される２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）に基づいて把握される。２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の実際の変位量（ｕ１，ｖ１）は、同じである。また、２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の２点間距離（ｔ）は既知であることから、カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する解像度の変化量が分かる。カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する変位量（Ｘｄ１，Ｙｄ１など）は、演算で求められる。さらに、ＸｄＭ＝ｕ１＋Ｘｄ１，ＹｄＭ＝ｖ１＋Ｙｄ１，ＸｅＭ＝ｕ１＋Ｘｅ１，ＹｅＭ＝ｖ１＋Ｙｅ１が成り立つ。このため、実際に計測された変位量（ＸｄＭ，ＹｄＭなど）と、カメラ１１の撮影範囲の変化に起因する変位量（Ｘｄ１，Ｙｄ１など）とが得られると、実際の変位量（ｕ１，ｖ１）が演算で求められる。

【0042】

このように、２点間距離（ｔ）が既知である少なくとも２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）が撮影された画像において把握されると、カメラ１１の撮影範囲が変化する場合でも、カメラ１１で撮影された２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の動きから、ポイントＰｄとＰｅの実際の動き（ｕ１，ｖ１）が得られる（図７参照）。

【0043】

このため、２点間距離（ｔ）が既知である少なくとも２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）が撮影された画像において把握されるようなマーカ１２が用意されるとよい。そして、図１に示されているように、マーカ１２が、測定対象物Ｍに取り付けられており、マーカ１２と測定対象物Ｍとが一緒に撮影されると、測定対象物Ｍが移動するとともにカメラ１１の撮影範囲が変化する場合でも、マーカ１２に付された２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）が、撮影された画像から取得される。そして、カメラ１１で撮影された２点のポイント（Ｐｄ，Ｐｅ）の動きから、ポイントＰｄとＰｅの実際の動き（ｕ１，ｖ１）が得られる（図７参照）。

【0044】

〈マーカ１２〉
マーカ１２は、図１に示されているように、測定対象物Ｍに取り付けられる部材である。図８は、マーカ１２の一例を示す平面図である。マーカ１２は、図８に示されているように、マークＡ，マークＢおよびマークＣを有している。マークＡ，マークＢおよびマークＣは、マーカ１２の一平面に設けられている。ここで、マークＡとマークＢは、同じ模様である。同じ模様であるマークＡとマークＢは、マークＡから予め定められた距離ｓに配置されている。マークＣは、マークＡとマークＢとは異なる模様である。マークＡとマークＣとの距離は、予め分かっていなくてもよい。

【0045】

図８に示された形態では、マーカ１２は、矩形のマークであり、８×２の格子の区画が設定されている。当該８×２の格子の区画には、図８に示されているように、黒色に塗られた正方形の領域と、白色に塗られた正方形の領域とが、千鳥に配置されている。このマーカ１２では、黒色に塗られた正方形の領域が左上と右下に配置される部分の矩形領域１２ａ，１２ｂと、黒色に塗られた正方形の領域が右上と左下に配置される部分の矩形領域１２ｃとが生じる。ここで、矩形領域１２ａ、１２ｂは、黒色に塗られた正方形の領域が左上と右下に配置されており、画像処理において局所的には同じ模様と認識されうる。矩形領域１２ｃは、黒色に塗られた正方形の領域が右上と左下に配置される。矩形領域１２ｃと、矩形領域１２ａ，１２ｂとは鏡面対称性を有するが一致しない。このため、矩形領域１２ｃは、画像処理において矩形領域１２ａ，１２ｂとは異なる模様と認識される。マーカ１２は、測定対象物Ｍに設定されるＸ，Ｙの直交する２方向に沿って格子の区画が配置されるとよい。

【0046】

〈測定対象物Ｍ〉
ここで、測定対象物Ｍは、例えば、振動テストでテストされる被検査対象物でありうる。この場合、加振機に取り付けられ、振動が加えられる。振動テストでテストされる被検査対象物は、種々、挙げられる。被検査対象物は、車載される電池、機器、装置などでありうる。被検査対象物には、複数の電池が組み込まれた電池パックのような車載電池が含まれる。マーカ１２は、かかる被検査対象物としての測定対象物Ｍに取り付けられているとよい。カメラ１１は、図１に示されているように、測定対象物Ｍに取り付けられたマーカ１２に向けられているとよい。図１では、測定対象物Ｍは、カメラ１１の撮影範囲においてＭ１からＭ２で示されているように移動する。

【0047】

ここで、測定対象物Ｍは、図１に示されているように、カメラ１１の撮影領域において面内方向および面外方向の任意の方向に移動しうる。ここで面内方向は、撮影領域における水平面に沿った移動であり、ｘ方向、ｙ方向で表されうる。面外方向は、撮影領域における撮影方向に沿った移動であり、ｚ方向で表されうる。測定対象物Ｍは、カメラ１１の撮影領域において面内方向および面外方向に移動する。測定対象物Ｍが撮影された画像では、図２に示されているように、マーカ１２の位置や大きさが変化する。マーカ１２は、かかる被検査対象物としての測定対象物Ｍの予め定められた位置にそれぞれ取り付けられていてもよい。この場合、マーカ１２が取り付けられた部位の局所的な変位が観察できる。例えば、電池パックの筐体や、筐体に固定された電池モジュールや各電池セルなどに、それぞれマーカ１２が取り付けられていてもよい。

【0048】

〈画像処理装置１３〉
画像処理装置１３は、変位量測定装置１０において測定対象物Ｍの画像を処理する装置である。画像処理装置１３は、例えば、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化されうる。具体的には、画像処理装置１３の各機能は、画像処理装置１３を構成する各コンピュータの演算装置（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）や記憶装置（メモリーやハードディスクなど）と、ソフトウエアとの協働によって処理される。例えば、画像処理装置１３の各構成および処理は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュールなどとして、または、それらの一部として具現化されうる。画像処理装置１３の処理は、１つのコンピュータで実行されてもよい。また、画像処理装置１３の処理は、複数のコンピュータで実行されてもよい。また、画像処理装置１３の処理は、カメラ１１の内部に組み込まれたコンピュータや外部のコンピュータと協働で実行されてもよい。例えば、画像処理装置１３に記憶される情報または一部の情報を、外部のコンピュータが記憶してもよい。また、画像処理装置１３が実行する処理または処理の一部を、外部のコンピュータが実行してもよい。

【0049】

画像処理装置１３は、変位量を測定するのに必要な処理が実行されるように構成されている。変位量を測定するのに必要な処理には、例えば、以下の処理１３ａ～１３ｃが含まれる。処理１３ａ～１３ｃは、変位量を測定するのに必要な処理のうち、基準解像度を得るための処理である。処理１３ａ～１３ｃは、画像処理装置１３に組み込まれた処理モジュールによる処理で具現化されうる。

【0050】

〈処理１３ａ〉
処理１３ａは、カメラ１１の撮像方向にマーカ１２の一平面が向けられた測定対象物Ｍの基準画像を得る処理である。マーカ１２の一平面の法線方向が、カメラ１１の撮像方向に向けられているとよい。ここで処理１３ａは、図１において、例えば、初期の位置Ｍ１における測定対象物Ｍの画像が、基準画像として得られるとよい。図１に示された例では、測定対象物Ｍの位置Ｍ１は、移動後の測定対象物Ｍの位置Ｍ２よりもカメラ１１からの距離が遠い。このため、図２に示されているように、カメラ１１の撮影範囲において片側に寄っている。

【0051】

〈処理１３ｂ〉
処理１３ｂは、測定対象物Ｍの基準画像から、マークＡとマークＢとをパターンマッチングで認識する処理である。図２および図８に示された形態では、マークＡとマークＢとの模様が、画像処理装置１３に予め定め記憶されている。マークＡとマークＢとには、同じ模様で印されており、パターンマッチングで特定される。このため、画像処理装置１３において、マークＡとマークＢは容易に精度良く特定される。処理１３ｂでは、例えば、マーカ１２の中から矩形領域１２ａの模様が画像処理でマークＡとして認識される。次に、パターンマッチングによって、マーカ１２のうちマークＡと同じ模様が付された矩形領域１２ｂの模様がマークＢとして認識される。

【0052】

〈処理１３ｃ〉
処理１３ｃは、測定対象物Ｍの画像のマークＡとマークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る処理である。処理１３ｃでは、撮影された基準画像における測定対象物Ｍの画像のマークＡとマークＢとの距離が演算される。図２および図８に示された形態では、マークＡでは、黒色に塗られた正方形の領域が対角に配置されている。当該正方形の領域の交点が、マークＡの中心位置Ｐａとして認識されるように構成されている。マークＢについても、同様に対角に配置された黒塗りの正方形領域の交点が、マークＢの中心位置Ｐｂとして認識されるように構成されている。マークＡの中心位置ＰａやマークＢの中心位置Ｐｂは、対角に配置された黒色に塗られた正方形の領域の連続した辺が交差する点として認識されてもよい。この実施形態では、マークＡとマークＢとの距離は、マークＡの中心位置Ｐａと、マークＢの中心位置Ｐｂとの距離として演算される。

【0053】

基準解像度を得る処理では、パターンマッチングを利用した画像処理によって、測定対象物Ｍの基準画像の解像度が基準解像度として得られる。図２および図８に示された形態では、マーカ１２におけるマークＡとマークＢとの実際の距離ｘ０が、画像処理装置１３に予め記憶されている。測定対象物Ｍの基準画像の解像度は、マーカ１２におけるマークＡとマークＢとの実際の距離ｘ０と、測定対象物Ｍの基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離ｘ１との比（ｘ１／ｘ０）によって得られる。かかる解像度は、基準解像度あるいは初期解像度とも称されうる。

【0054】

この実施形態では、マークＡで特定される１つの点Ｐａは、マークＡの中心位置で規定されている。マークＢで特定される１つの点Ｐｂは、マークＢの中心位置で規定されている。マークＡとマークＢにおいて、画像処理によって認識可能な１つの点がそれぞれ特定されるとよい。マークＡとマークＢとの距離は、マークＡで特定される１つの点と、マークＢで特定される１つの点との距離で定められるように構成されているとよい。かかる観点において、マークＡで特定される１つの点Ｐａは、マークＡの中心位置で規定されていなくてもよい。また、マークＢで特定される１つの点Ｐｂは、マークＢの中心位置で規定されていなくてもよい。マーカ１２におけるマークＡとマークＢとの実際の距離ｓ（図８参照）は、既知であるとよく、画像処理装置１３に予め記憶されているとよい。

【0055】

次に、測定対象物Ｍの基準画像においてマークＡとマークＢとは異なるマークＣを探索する。マークＣとしての矩形領域１２ｃでは、黒色に塗られた正方形の領域が右上と左下に配置されている。矩形領域１２ｃは、矩形領域１２ａ、１２ｂとは鏡面対称性を有する。このため、矩形領域１２ｃは、画像処理において矩形領域１２ａ、１２ｂとは異なる模様と認識される。また、マークＣとしての矩形領域１２ｃは、矩形領域１２ａ、１２ｂに対して鏡面対称性を有する模様として、パターンマッチングによって探索できる。探索されたマークＣのうち、対角に配置された黒塗りの正方形領域の交点が、マークＣの中心位置Ｐｃとして認識されるように構成されているとよい。マークＡとマークＣとの距離ｘ２は、マークＡで特定される１つの点Ｐａと、マークＣで特定される１つの点Ｐｃとの距離で定められるように構成されているとよい。測定対象物Ｍの基準画像においてマークＡとマークＣとの距離がα１として記録されるとよい。

【0056】

なお、矩形領域１２ａ、１２ｂに対してパターンマッチングによって探索できる模様は、ここで挙げられる鏡面対称性を有する模様に限定されない。例えば、矩形領域１２ａ、１２ｂに対してパターンマッチングによって探索できる模様は、矩形領域１２ａ、１２ｂに対して１８０度未満の回転対称性を有する模様などでもよい。また、画像処理装置１３において、各マークに採用された模様の画像データが予め記憶されていてもよい。この場合には、各マークがパターンマッチング処理で探索できるので、任意の模様を採用してもよい。例えば、各マークは、それぞれ同一でない異形形状で、対称性などの関係性がなくてもよい。

【0057】

次に、加振機などで振動が与えられることによって、測定対象物Ｍの画像が変化する。この際、測定対象物Ｍにマーカ１２が取り付けられていることによって、測定対象物Ｍの変位を得ることができる。しかし、測定対象物Ｍにピントを合わせると、カメラ１１と測定対象物Ｍとの距離Ｌ１に応じてカメラ１１の撮影範囲が変化する。このため、単純に撮影画像から測定対象物Ｍの変位が得られない。

【0058】

図２および図８に示された形態では、マーカ１２の一平面には、マークＡとマークＢとは異なる模様が印されたマークＣが含まれている。上述のようにマークＣは、パターンマッチングで特定される。加振機などで振動が与えられることによって、測定対象物Ｍの画像が変化する。つまり、カメラ１１で撮影された画像における測定対象物Ｍの位置は、カメラ１１の向きと、カメラ１１と測定対象物Ｍとの距離Ｌ１と、カメラ１１の焦点距離と、画角と、イメージセンサのサイズとによって決まる。このうち、カメラ１１の向きと、カメラ１１の焦点距離と、画角と、イメージセンサのサイズとが一定であるとすると、カメラ１１の撮影された画像における測定対象物Ｍの位置は、カメラ１１に対する測定対象物Ｍの変位によって変化する。

【0059】

カメラ１１で撮影された画像の面外方向のマーカ１２の変位に応じて、カメラ１１で撮影された画像においてマークＡとマークＣとの距離がα１からα２に変化する。カメラ１１で撮影された画像においてマークＡとマークＣとの距離の変化から、マーカ１２の面外方向の変位が得られる。図８に示されたマーカ１２によれば、一平面には、マークＡとマークＢとは異なる模様が印されたマークＣを含み、マークＣがパターンマッチングで特定される。そして、変位画像におけるマークＡとマークＣとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、マーカ１２の変位量が得られる。このように、マークＡの位置の変化と、マークＡとマークＣとの距離の変化に基づいて、測定対象物Ｍの変位（面内変位および面外変位）が把握される。

【0060】

このように、ここで提案される変位量測定方法は、以下の工程（Ａ）～（Ｃ）が含まれているとよい。
（Ａ） マークＡと、マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有するマーカ１２を測定対象物Ｍに取り付ける。
（Ｂ） カメラ１１の撮像方向にマーカ１２の一平面が向けられた測定対象物Ｍの基準画像を得る。
（Ｃ） 測定対象物Ｍの基準画像から、マークＡとマークＢとをパターンマッチングで認識する。
（Ｄ） 測定対象物Ｍの基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離に基づいて、基準解像度を得る。

【0061】

このように、変位量測定装置および変位量測定方法によれば、パターンマッチングを利用した画像処理によって、測定対象物Ｍの基準画像の解像度が基準解像度として得られる。この実施形態では、マークＡと、マークＡから予め定められた距離に配置されたマークＢとを一平面に有するマーカ１２が測定対象物Ｍに取り付けられている。カメラ１１の撮像方向にマーカ１２の一平面が向けられ、カメラ１１によって基準画像が得られる。マーカ１２のマークＡとマークＢとは、パターンマッチングで認識される。基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離に基づいて、基準解像度が精度良く得られる。

【0062】

この場合、マークＡとマークＢとの距離は、マークＡで特定される１つの点と、マークＢで特定される１つの点との距離で定められるとよい。マーカ１２の一平面には、マークＡとマークＢとが同じ模様で印されていてもよい。この場合、マークＡとマークＢとは、パターンマッチングで特定されるとよい。さらに、一平面には、マークＡとマークＢとは異なる模様が印されたマークＣが含まれていてもよい。マークＣは、パターンマッチングで特定されるとよい。また、変位画像におけるマークＡとマークＣとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、測定対象物Ｍの変位量が得られるとよい。ここで提案される変位量測定方法によれば、測定対象物Ｍにマーカ１２が取り付けられており、パターンマッチングによって、マーカ１２に印されたマークＡとマークＢとマークＣとが特定される。そして、カメラ１１で撮影された画像を基に、基準解像度および測定対象物Ｍの変位量が精度良く得られる。つまり、測定対象物Ｍの面内移動と面外移動の量が精度良く得られる。

【0063】

かかる変位量測定装置および変位量測定方法によれば、測定対象物Ｍにマーカ１２を取付け、カメラ１１で撮影することによって、画像から測定対象物Ｍの変位が得られる。例えば、測定対象物Ｍの予め定められた複数の位置に、それぞれマーカ１２が取り付けられていることによって、測定対象物Ｍのそれぞれの位置での局所的な変位が取得できる。例えば、電池パックや電池モジュールのように複数の電池セルが、筐体に収められている場合には、各電池セルと、筐体の複数の位置にそれぞれマーカ１２が取り付けられるとよい。そして、マーカ１２を含む画像を撮影し、画像処理装置１３で予め定められたプログラムに沿って画像処理を実行することによって、各電池セルと、筐体の複数の位置のそれぞれの変位が取得できる。このため、画像処理によって、筐体に対する各電池セルの固定の程度などが適切に取得できる。

【0064】

〈マーカ１２Ａ〉
図９は、他の形態に係るマーカ１２Ａの模式図である。図２および図８に示された形態では、測定対象物Ｍに取り付けられるマーカ１２の一形態が例示されている。マーカ１２は、かかる形態に限定されない。例えば、図２および図８に示されたマーカ１２は、図９に示されるマーカ１２Ａに置き換えられうる。

【0065】

マーカ１２Ａは、図９に示されているように、マークＡと、マークＡと同じ模様であるマークＢと、マークＡ，Ｂとは異なる模様であるマークＣとが、マーカ１２の一平面に形成されている。マークＡとマークＢは、黒色に塗られた正方形の領域が左上と右下に配置される部分の矩形領域１２ａ，１２ｂを有している。同じ模様であるマークＡ，マークＢの矩形領域１２ａ，１２ｂの中心位置Ｐａ，Ｐｂは、予め定められた距離に配置されている。マークＣは、黒色に塗られた正方形の領域が左下と右上に配置される部分の矩形領域１２ｃを有している。マークＣの矩形領域１２ｃと、マークＡとマークＢの矩形領域１２ａと、１２ｂとは、鏡面対称性を有するが一致しない。このため、矩形領域１２ｃは、画像処理において矩形領域１２ａと、１２ｂとは異なる模様と認識される。

【0066】

このように、マーカ１２Ａは、図２および図８に示されたマーカ１２のように８×２の格子の区画に設けられていない。しかし、マーカ１２Ａは、マーカ１２と同様の矩形領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃをそれぞれ有しており、マーカ１２と同様に機能する。つまり、マーカ１２Ａは、測定対象物Ｍに取り付けられる。そして、撮影画像の基準解像度を得ること、および、撮影画像から測定対象物Ｍの変位を得ることに用いられる。

【0067】

マーカ１２Ａによれば、マークＡとマークＢの距離は、画像処理装置１３において予め記憶されている。基準画像上のマークＡとマークＢの距離ｓ０から基準解像度ｑ０が得られる。ここで、画像上の２点間の距離は、２点間のピクセル数に換算されうる。マークＡとマークＢは、同じ模様であり、パターンマッチングによって特定され、中心位置Ｐａ，Ｐｂが特定される。マークＡとマークＢの中心位置Ｐａ，Ｐｂ間のピクセル数がａであると、マークＡとマークＢの距離ｓは、ｓ＝ａ×ｑで計算されうる。ここで、ｑは、画像の解像度であり、ｑ＝ｓ／ａで計算されうる。つまり、マークＡとマークＢの距離ｓが予め分かっていれば、解像度ｑは、計算できる。

【0068】

マークＡとマークＣは、鏡面対称性を有する異なる模様であり、パターンマッチングによって特定される。なお、この実施形態では、マークＣは、鏡面対称性を有する異なる模様であるが、マークＣの模様が画像処理装置１３に予め記憶されていてもよい。マークＡとマークＣの中心位置Ｐａ，Ｐｃの距離ｔは、ｑ＝ｔ／β＝ｓ／ａの関係がある。ここでβは、マークＡとマークＣの中心位置Ｐａ，Ｐｃの間のピクセル数である。

【0069】

測定対象物Ｍが面外方向に変位した場合など、解像度ｑが変わると、画像範囲が変わる。例えば、解像度ｑがｑ１からｑ２に変化し、撮影画像におけるマークＡとマークＢの中心位置Ｐａ，Ｐｂ間の距離ｔがｔ１からｔ２に変化したとする。撮影画像におけるマークＡとマークＣの中心位置Ｐａ，Ｐｂ間のピクセル数βは、β１からβ２に変化する。それぞれの関係は、ｔ１／ｑ１＝β１，ｔ２／ｑ１＝β２，ｔ１／β２＝ｑ２である。
ｔ２／ｑ１＝β２は、解像度を初期基準での二点間距離変化によるピクセル変化が示されたものである。ｔ１／β２＝ｑ２は、２点間の実際の距離が一定なので、ピクセル数が変化しているとしたときに変化した解像度を計算するための計算式が示されている。

【0070】

面外方向の変位量Δｚは、解像度の変化Δｑ＝（ｑ２－ｑ１）と、カメラ１１のイメージセンサの水平距離（ｉｓｋ）と、カメラ１１（レンズ）の焦点距離（ｒｓｋ）とによって、Δｚ＝（ｑ２－ｑ１）×（isk／rsk）で得られる。

【0071】

〈マーカ１２Ｂ〉
図１０は、他の形態に係るマーカ１２Ｂを示す平面図である。マーカ１２Ｂは、図１０に示されているように、一平面に、マークＡとマークＢとが設けられている。ここで、マークＡは、黒色に塗られた正方形の領域が左上と右下に配置されている。マークＢは、黒色に塗られた正方形の領域が右上と左下に配置されている。マークＡとマークＢは、鏡面対称性を有しており、画像処理において異なる模様と認識される。また、この実施形態では、マークＢは、マークＡに対して鏡面対称性を有する模様であり、マークＡを基にパターンマッチングによって探索できる。このように、マーカ１２Ｂでは、マークＡとマークＢとは異なる模様で印されている。また、マークＡとマークＢとは、パターンマッチングで特定される。また、この実施形態では、マークＡの黒色に塗られた正方形の領域と、マークＢの黒色に塗られた正方形の領域とが重ならないように、マークＡとマークＢとが配置されている。詳しくは、マークＡの右上の領域に、マークＢの左下の黒色に塗られた正方形の領域が配置されている。これにより、マーカ１２Ｂは、全体としてコンパクトに収められ、省スペース化が図られている。

【0072】

マークＡとマークＢは、それぞれ対角に配置された黒塗りの正方形領域の交点が、マークの中心位置Ｐａ，Ｐｂとして認識される。マークＢは、マークＡから予め定められた距離に配置されている。マークＡ，Ｂの中心位置Ｐａ，Ｐｂの距離は、画像処理装置１３において予め記憶されている。

【0073】

このマーカ１２Ｂは、図１に示されているように、測定対象物Ｍに取り付けられる。そして、カメラ１１の撮像方向にマーカ１２の一平面が向けられた測定対象物Ｍの基準画像が得られる。測定対象物Ｍの基準画像から、マークＡとマークＢとがパターンマッチングによって認識される。測定対象物Ｍの基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離に基づいて基準解像度が得られる。さらに、基準画像から測定対象物が変位すると変位画像が得られる。変位画像におけるマークＡとマークＢとの距離の変化量と、基準解像度とに基づいて、測定対象物の変位量が得られる。このように、マーカ１２Ｂにおいても、画像処理装置１３において、パターンマッチングによってマークＡとマークＢとが認識され、基準解像度が得られる。さらに、基準画像から測定対象物が変位すると、測定対象物の変位量が得られる。つまり、測定対象物Ｍの面内移動と面外移動の量が得られる。

【0074】

ここで、マークＡとマークＢの位置は、それぞれ基準画像における直交座標において（ＸＡ，ＹＡ），（ＸＢ，ＹＢ）として取得されうる。各点の座標は、予め画像処理プログラムによって取得できるように構成されているとよい。マークＡとマークＢのｘ方向の距離ｕは、ｕ＝｜ＸＢ－ＸＡ｜として得られ得る。マークＡとマークＢのｙ方向の距離ｖは、ｖ＝｜ＹＢ－ＹＡ｜として得られ得る。

【0075】

基準画像におけるマークＡとマークＢとの距離ｔをｔ０とする。マークＡとマークＢとの距離のピクセル数β０で換算されうる。また、基準画像の解像度が基準解像度ｑ０とすると、ｔ０＝β０ ×ｑ０となる。画像処理装置１３は、マークＡとマークＢとの距離がピクセル数β０で取得され、基準解像度ｑ０が取得されることによって、マークＡとマークＢとの距離ｔ０が得られるように構成されうる。

【0076】

マーカ１２Ｂが、カメラ１１で撮影画像の面外方向ｚに移動すると、上述のように撮影画像においてマークＡとマークＢとの距離が変化する。画像処理装置１３では、上述のようにマークＡとマークＢとがパターンマッチングによって取得され、変位後のマークＡとマークＢとの距離がピクセル数β１で取得される。ここで、マークＡとマークＢの実際の距離ｔは変化しない。このため、変位後の撮影画像の解像度ｑ１は、例えば、ｑ１＝ｔ／β１で得られる。面外方向の変位量Δｚは、上述のようにΔｚ＝（ｑ２－ｑ１）×（isk／rsk）で得られる。

【0077】

以下、ここで例示されたマーカ１２，１２Ａ，１２Ｂを、マーカ１２として一般化して説明する。ここで提案されるマーカ１２は、図３，図９および図１０に示されているものに限定されない。マーカ１２は、それぞれパターンマッチングによって画像処理装置１３が認識可能な模様を少なくとも２つ有しているとよい。認識した模様のうち何れか１つは、他の１つと異なっている。認識した模様のうち２つの模様は、予め定められた距離に配置されている。マーカ１２は、測定対象物Ｍに取り付けられ、カメラ１１で撮影される。基準画像では、予め定められた距離に配置された２つの模様に基づいて、基準解像度が得られる。基準画像から測定対象物が変位すると、測定対象物の変位量が得られる。つまり、このようなマーカ１２が用いられることによって、カメラの画角と測定範囲の情報で、カメラ１１で撮影された測定対象物Ｍの画像を基に、パターンマッチングを利用した画像処理によって、測定対象物Ｍの面内移動と面外移動の量が精度良く得られる。これに対して、画像の変位との関係に関するデータを事前に取得することを必要としない。このため、カメラ１１で撮影された撮影画像が画像処理されることによって、測定対象物Ｍの面内移動と面外移動の量が精度良く得られる。

【0078】

マーカ１２に付される模様は、図３および図１０に示されているように、全体を二単位以上として、一単位を黒い四角の１つの角同士が接触している模様でありうる。また、マーカ１２に付される模様は、黒い四角の外形の２辺が十字になるとよい。このような模様によれば、小さなドットで表現できるので模様を小さくできる。模様が付される平面が小さくでき、模様が付される平面の平面度が出やすい。このため、精度良く、測定対象物Ｍの微小な変位量をも精度良く測定できる。また、マーカ１２，１２Ａに付される模様は、互い違いの黒白で中心点が規定されている。このため、パターンマッチングによって画像の黒濃度の変化を読み取れる。このため、画像処理装置１３（コンピュータ）による画像処理によって、高精度なパターン認識が可能であり、高精度な計測が可能である。

【0079】

マーカ１２は、ラベルライターのようなテープに、上述した模様を印刷したものでもよい。また、マーカ１２は、インクジェットによって印刷されるシールであってもよい。この場合、マーカ１２は、測定対象物Ｍの平面に貼り付けられるとよい。この場合、マーカ１２が軽いので、測定対象物Ｍの変位に影響しない。

【0080】

また、測定対象物Ｍに凹凸があり、そのまま貼り付けると平面度が確保できない場合には、マーカ１２は、金属や樹脂のプレートに貼り、測定対象物Ｍに取り付けられるとよい。金属のプレートとしては、アルミ板のような軽量な金属のプレートが用いられるとよい。樹脂のプレートとしては、ポリスチレンやアクリル板のような樹脂のプレートに貼り、測定対象物Ｍに取り付けられるとよい。なお、マーカ１２は、金属や樹脂のプレートに直接印刷されてもよい。また、マーカ１２は、測定対象物Ｍの平坦な面に直接印刷されてもよい。

【0081】

また、図１に示されているように、カメラ１１とマーカ１２の一平面が正対していることを判定するように構成された判定部３０が設けられていてもよい。かかる判定部３０が設けられていることによって、カメラ１１とマーカ１２の一平面が正対していることを判定できるので、マーカ１２の変位量が精度良く測定される。

【0082】

判定部３０は、例えば、マーカ１２の一平面が光を反射するものであれば、カメラ１１の撮影方向に沿ってレーザーポインタを当てて、マーカ１２の一平面で反射したレーザ光が予め定められた範囲内に収まる場合に正対していると判定するものであってもよい。この場合、図１に示されているように、カメラ１１は、カメラ１１の撮影方向に向けてレーザＬ１を照射する照射部３１と、反射したレーザＬ２を受光する受光部３２とを有していてもよい。そして、マーカ１２の一平面で反射したレーザＬ２が受光部３２で受光されることによって、カメラ１１がマーカ１２の一平面に正対していることが判定されるように構成されているとよい。

【0083】

また、カメラ１１の撮影方向に沿ってマーカ１２に正三角形のポインタを投射し、投射されたポインタの各辺の長さを評価し、各辺の差が予め定められた閾値よりも小さければ、カメラ１１とマーカ１２の一平面が正対していると判定してもよい。ポインタの形状は、正三角形に限定されず、例えば、十字や正方形のポインタであっても良い。カメラの撮影方向に沿って照射される十字や予め定められた形状のレーザ光を照射する照射部と、一平面に照射された十字や予め定められた形状の精度が評価されることによって、カメラがマーカの一平面に対して正対していることが判定されるように構成されていてもよい。

【0084】

また、判定部３０は、かかる形態に限定されない。判定部３０の機能は、画像処理装置１３に組み込まれていてもよい。例えば、上述した実施形態では、マーカ１２に黒色に塗られた正方形の領域がいくつかある。この場合、カメラ１１で撮影された画像を基に、正方形の領域の各辺の差が、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判定し、各辺の差が予め定められた閾値よりも小さければ、カメラ１１とマーカ１２の一平面が正対していると判定してもよい。このように、マーカ１２に印されたマークの形状が精度良く写っているかが撮影画像を基に判定されてもよい。

【0085】

以上、ここで開示される発明について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた実施形態などは本発明を限定しない。また、ここで開示される発明の実施形態は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。

【符号の説明】

【0086】

１０ 変位量測定装置
１１ カメラ
１２，１２Ａ，１２Ｂ マーカ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 矩形領域
１３ 画像処理装置
３０ 判定部
３１ 照射部
３２ 受光部
Ａ，Ｂ，Ｃ マーク
Ｌ１ レーザ
Ｌ２ 反射したレーザ
Ｍ 測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】