レーザー計測 | デジタル画像相関法について

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デジタル画像相関法とは、負荷を受ける前後でサンプルをデジタル画像として取り込み、その表面に施されたランダムなパターンを追跡し、テスト時におけるサンプルの変形を推測すること。実際には、無負荷状態で取り込んだ画像の小領域を、変形後の画像の中から正規化された相関係数の最適値となる領域を探し出すことによって、成し遂げられます。この処理を全ての小領域で繰り返す事によって、全視野の変形データが得られます。

2台のカメラが異なる方向から被計測物を捉えた場合、被計測物の表面は、それぞれのカメラのピクセルに割り当てられます。カメラの相対位置、レンズの倍率などの像に関するパラメータが分かっている時には、表面の分布が3次元の座標上に計算されます（図1参照）。この計算は、両方のカメラで捉えられている被計測物の表面の全ての点で実行されます。ここで重要なことは、被計測物の表面の状態が、このアルゴリズムで十分に判別できるようなパターン（斑模様）を有していることです。
形状のデータを取り込んだら、次のステップに移ります。次のステップは、被計測物の表面の3次元での変形を計測することです。この処理は、2台のカメラで撮ったそれぞれの画像の相関で行なわれます。
図2に表面の要素の変位をベクトルで示します。中心位置のPの変形前がU変形後Vで表されています。加えて、この表面には回転、傾きか歪が生じています。各ポイントのベクトルと変形前の形状で歪が計算されます。これは、表面の隣り合った点の変位の差、又は画像相関で使用した小片（小さな面の要素）の歪の解析で求められます。

測定のセットアップは比較的簡単です。
2次元測定（2D）では（面内変位）使用するカメラは1台、3次元測定（3D）では、2台以上のカメラが使用されます。デジタル画像相関法では、レーザー光は使用せず、白色光源でサンプルが照明されます。但し、測定前にサンプルの表面には、ランダムな斑模様を付けなければなりません。斑模様を施す方法としては、スタンプシール（斑模様付き）、エアーブラシやスプレーによる吹き付けなどがあります。

校正の値の正確さが、デジタル3D画像相関法の精度に大きく影響します。校正プレート（図3参照）を手でカメラの前に置き、異なる箇所でこのプレートの像を取り込みます。校正には、10枚以上の画像が必要です。校正プレートの画像取り込み解析ソフトにより、校正プレートの点を自動的に取り込みます。1枚の画像の取り込みには数秒、取り込み後、数十秒で校正が終了します。

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