ステレオ画像法による三次元形状・変形計測法の開発大阪府立大学大学院工学研究科航空宇宙海洋系専攻正岡研究室 M1 河村恵里 B4 大平紘敬ステレオ画像法による三次元計測法研究目的研究背景近年、構造物の強度・信頼性を評価するための非破壊検査にデジタルカメラを用いた画像解析の手法が用いられている。変形前2枚の画像村田,増田,デジタル画像相関法による木材のひずみ分布解析,可視化情報学会論文,Vol.25,No9,(2006),pp57-63 白石,森田,デジタル相関法による構造物の変形解析技術の開発,埼玉県産業技術総合センター研究報告書,第4巻,(2006) デジタルカメラを用いた画像解析の特徴 1000 レーザー変位計等の光学的非接触の計測法に比べ •デジタルカメラを用いたステレオ画 900 画素数・計測システムが簡易 700 600 400 ・溶接変形の三次元計測に応用す 200 山口晃司,柴原正和,画像処理による非接触変形・応力法の開発, 溶接シンポジウム(2006) 100 0 2000 ・大型構造物の変形計測が可能 ①画像相関法 500 300 ・面内変形の計測が可能対応点探索システムを構築する。システムを構築する。 800 ・安価・全視野計測が可能ステレオ画像法像法による三次元形状・変形測定像法による三次元形状・変形測定急増している（万画素） 2001 2002 2003 2004 2005 2006 年度清水英樹,大型構造物向け三次元形状計測技術とその評価, 溶接学会誌(2003) ②サブピクセル画像照合法ることにより、本手法の妥当性・有ることにより、本手法の妥当性・有 2007 （年）デジタルカメラの発売主要画素数用性について検証する。用性について検証する。変形前形状画像解析の利点や近年の画素数増加により今後期待される手法であるが、三次元変形問題への適用事例は少ない。対応点探索 ①画像相関法左右画像から対応点を求め、三次元座標を得る左右画像から対応点を求め、三次元座標を得る bj(xi+Δx ,yi+Δy) dx Δx dy 右カメラ光軸 X P = B tan β R /(tan β L + tan β R ) YP Z ZP αL θ1 βL α0 XP A(ai) A (ai) Z P = X P tan β L αＲ θ2 βＲ R 右カメラ視点 B X 基準画像比較画像比較する画像領域 A(ai), B(bj)を同サイズ dx×dy で設定(dx,dyは 10～100程度) ステレオ画像法模式図比較画像の画像領域 B(bj) をずらしながら順次設定最小二乗曲面が最大値の座標(x,y) 対応点輝度相関値ただし、カメラ間距離B ,焦点距離 f, カメラと基準線の成す角θ1θ2は既知左カメラ視点 Δy ピクセル単位での対応点bj を基準にそれと隣接する点 (x 方向 3×y方向3)の輝度相関値から最小二乗曲面を作成 B(bj) YP = Z P tan α 0 L ②サブピクセル画像照合法 ai(xi,yi) P(XP,YP,ZP) 左カメラ光軸変形後形状三次元変形ステレオ画像法による三次元計測法 Y 最小二乗曲面 P(XP,YP,ZP) ｙR x+Δx-1 xR xR xRsinθ 右画像座標 tan β R = βR θ2 sin β R = 90-θ2 xRcosθ R fsinθ 各々の領域の輝度相関値 Rij(ai,bj) を正規化相関により求める｡ｙR f fcosθ 変形前2枚の画像 (xR,yR) f cos θ 2 + xR sin θ 2 f sin θ 2 − xR cos θ 2 f cosθ 2 + xR sin θ 2 f + xR 2 X 2 Z x+Δx+1 x ピクセル座標 yR f 2 + xR 輝度相関値Rijが最大時における B(bj)の中心位置bj(xi+Δx,yi+Δy)が対応点（ピクセル単位）となる。 2 αR f Y X X-Z平面 tan α R = xR x+Δx 対応点(サブピクセル単位) R 右画像座標全画素について繰り返し適用溶接試験片の面外変形計測結果結言面外変位[mm] •デジタルカメラを用いたステレオ画像 118 [mm] Y 法による計測システムを確立した。法による計測システムを確立した。 [mm] Z X •本手法による三次元形状計測の精本手法による三次元形状計測の精 Z 118[mm] [mm] 309 溶接条件溶接長さ（mm） 70 溶接速度（mm/s） 1.67 電流（A） 100 電圧（V）約17 1.5 Z方向変位[mm] -203 Y 118 118 282 Y -176 255 -149 [mm] -122 228 X -95 201 [mm] 59 [mm] X 59 [mm] A ダイヤルゲージによる計測結果両者の三次元形状はほぼ一致！ 0 -0.5 -1 ダイヤルゲージと比較した本手法の利点 A -1.5 ・撮影画像を元に計測するため計測時間・手間計測時間・手間が大幅に短縮 -2 -2.5 0 A’ 20 ・全視野計測が可能なので計測点数計測点数が多い 40 60 80 Y方向座標[mm] A-A’におけるZ方向変位 100 した。 0 ダイヤルゲージ 0.5 実用上十分な精度であることを確認実用上十分な精度であることを確認今後の展望本手法による計測結果本手法 A’ 1 度はダイヤルゲージと同程度であり、 Z ビードオンプレート溶接を実施した鋼板 120 ・面内変形計測面内変形計測が可能 •船体外板等の大型曲面構造の三次元形状計測への適用を試みる。 •簡易的に非常に多くの面内・面外変形データが得られるため、様々な溶接継手に関する変形データベースの構築を容易に行うことが可能である。