本発明は、物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラム、及び該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に、発電プラントやタービン等に使用された金属材料部材の脆化度を非破壊的に評価するために、腐食した結晶粒界の粒界溝の体積を算出して、当該体積により材料の脆化度を評価する際等に利用して有用なコンピュータ・プログラムの技術に関する。

従来、発電プラントやタービン材料等に用いられている低合金鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼等）の脆化度を評価する脆化評価方法の一例として、画像処理を用いて評価するように構成した脆化評価方法が提案されている。

すなわち、この脆化評価方法（金属材料の粒界偏析性状検出方法）は、金属材料の粒界を化学エッチング法により腐食してレプリカを採取し、このレプリカを走査型電子顕微鏡で観察し、その観察画像を付設の画像解析装置に入力して粒界腐食溝幅を定量的に測定して粒界偏析性状を求め、機器部材の脆化の度合い及び応力腐食割れ感受性の推定を行うように構成したものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−２３５３４６号公報

しかしながら、上記のような構成の脆化評価方法にあっては、使用する走査型電子顕微鏡に微妙な水平補正機能がなく、また画像解析ソフトでの補正も考慮されていないため、レプリカを走査型電子顕微鏡のホルダーに取り付ける際に、レプリカの測定面が水平になるように取り付けることができない。 このため、粒界腐食溝幅を正確に測定することができず、実際の粒界腐食溝幅からずれた値を測定値として脆化度を評価することになり、機器部材の脆化度を正確に評価することができない。

また、粒界腐食溝幅を画像解析で測定する場合、「エッチングによって生じた結晶粒間の段差が考慮されていない」、「粒界腐食溝幅の判定が困難（５０００倍の高倍率では粒界溝壁の境界の判定が困難）」、「特定の粒界腐食溝幅を拡大して測定しているため、より広い領域での結果が反映されない」等の問題があり、これによっても機器部材の脆化度を正確に評価することができない。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、発電プラントやタービン等に用いられる材料の脆化度を粒界腐食溝の体積で評価する際等に使用して有用な、物体表面にある凹部或いは凸部の体積を画像解析を利用して高精度に測定することが可能な、物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラム、及び該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラム、及び該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を以下のように構成する。

すなわち、請求項１に係る物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムの発明は、物体表面の三次元画像データから、該物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積を算出すべく、コンピュータを、予め得られている物体表面の三次元画像データを読み込んで、二次元表面形状画像を表示する手段、該二次元表面形状画像の全面を、指定されたフィルターサイズで一定方向に走査して最大値及び最小値のフィルター処理をし、該測定対象凹部或いは凸部を挟んでその側方に隣接している２箇所の物体表面間の段差に応じて、高位置側に物体表面高さを合わせて該段差をなくした高位置側補正三次元画像データと低位置側に物体表面高さを合わせて該段差をなくした低位置側補正三次元画像データとを演算処理して生成する手段、該低位置側補正三次元画像データから得られる縦断面画像に基づいて該縦断面画像の凹部或いは凸部を閾値１で２値化して、矩形化処理した矩形化三次元画像データを生成する手段、該矩形化三次元画像データと該高位置側補正三次元画像データとを論理積処理して、該高位置側補正三次元画像データ上で実幅よりも拡幅されている凹部或いは凸部の幅を、該低位置側補正三次元画像データから得られる矩形幅に縮小置換させた、高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データを生成する手段、該高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データから該低位置側補正三次元画像データを減算することで、該高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データにおける凹部或いは凸部の矩形化処理部分の三次元画像データを生成する手段、該低位置側補正三次元画像データから得られる低位置側補正凹凸部体積に、該矩形化処理部分の三次元画像データから得られる矩形化処理部分体積の１／２を加算して、該加算値を該測定対象凹部或いは凸部の体積として算出する手段、として機能させることを特徴とする。

また、請求項２に係る物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムの発明は、物体表面の三次元画像データから、該物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積を算出すべく、コンピュータを、予め得られている物体表面の三次元画像データを読み込んで、高さ方向の情報を明暗で表した二次元表面形状画像を表示する手段、該表示した二次元表面形状画像の全体に一様に生じている上下および左右の方向に沿った明度勾配をなくすことで該三次元画像データの水平補正処理をする手段、該水平補正処理後の二次元表面形状画像の全面を、指定されたフィルターサイズで一定方向に走査して最大値及び最小値のフィルター処理をし、該測定対象凹部或いは凸部を挟んでその側方に隣接している２箇所の物体表面間の段差に応じて、高位置側に物体表面高さを合わせて該段差をなくした高位置側補正三次元画像データと低位置側に物体表面高さを合わせて該段差をなくした低位置側補正三次元画像データとを演算処理して生成する手段、該低位置側補正三次元画像データから得られる縦断面画像に基づいて該縦断面画像の凹部或いは凸部を閾値１で２値化して、矩形化処理した矩形化三次元画像データを生成する手段、該矩形化三次元画像データと該高位置側補正三次元画像データとを論理積処理して、該高位置側補正三次元画像データ上で実幅よりも拡幅されている凹部或いは凸部の幅を、該低位置側補正三次元画像データから得られる矩形幅に縮小置換させた、高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データを生成する手段、該高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データから該低位置側補正三次元画像データを減算することで、該高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データにおける凹部或いは凸部の矩形化処理部分の三次元画像データを生成する手段、該低位置側補正三次元画像データから得られる低位置側補正凹凸部体積に、該矩形化処理部分の三次元画像データから得られる矩形化処理部分体積の１／２を加算し、該加算値を該測定対象凹部或いは凸部の体積として算出する手段、として機能させることを特徴とする。

また、請求項３に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記請求項１に記載の物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムが記録されていることを特徴とする。

また、請求項４に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記請求項２に記載の物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムが記録されていることを特徴とする。

上記構成に係る本発明の物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラム、及び当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いることで、測定対象凹部或いは凸部の周りを取り囲む物体表面に、当該測定対象凹部或いは凸部を挟んで高さ方向の段差部があった場合には、当該段差を考慮して、それらの段差部のエッヂ部同士を繋いで形成される傾斜面までを測定対象凹部或いは凸部とみなして、当該傾斜面部分で区画した体積に可及的に近似した体積値に補正して算出測定することができる。

また、物体表面の三次元画像データに水平誤差があっても、該三次元画像データをコンピュータに入力して、高さ方向の情報を明暗で表した二次元表面形状画像（白黒濃淡画像）を表示した際に、その表示画像の全体に一様に生じている水平誤差に起因する上下および左右の方向に沿った明度勾配をなくす画像処理をすることで、容易に該三次元画像データの水平補正処理を行うことができ、水平誤差のない高精度な凹部或いは凸部の体積を算出することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムについて、当該測定対象物を、化学エッチング法によって結晶粒界を腐食させた金属表面上の結晶粒界溝となして、当該結晶粒界溝の体積を算出して金属の脆化度を評価する場合に適用した実施形態例にて説明する。

図１及び図２には、本発明による物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムを利用して行う、金属部材の脆化評価方法の一実施の形態が示されていて、図１は脆化評価方法の手順を示す説明図、図２は粒界溝体積の補正手順を示す説明図である。

ここで、この脆化評価方法は、発電プラントやタービン等に用いられている金属材料からなる部材の脆化度を評価するのに有効な方法であって、予めレーザー顕微鏡を用いて評価対象物の三次元画像データを取得して、焦点移動メモリ画像及び二次元表面形状画像を作成し、この画像を、本発明に係る物体表面にある測定対象凹部或いは凸部の体積算出用プログラムがインストールされたコンピュータに入力して、画像処理することにより、評価対象物の脆化度の評価をするように構成したものである。 上記コンピュータには、中央演算装置，ハードディスクやＲＡＭ等の内部記憶装置，フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の外部記憶媒体の読み書き装置等を内蔵した本体と、キーボードやマウス等の入力機器、画像表示装置等からなる極一般的なパーソナル・コンピュータを使用できる。

すなわち、この脆化評価方法は測定対象凹部或いは凸部の幅や体積を、以下の（１）〜（５）のプロセスを経て算出する。 つまり、当該体積算出用プログラムは、コンピュータを下記の各プロセスを実行させる手段として機能させるものであり、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録して頒布し得る。

(１)予め得られている三次元画像データをコンピュータに入力して、高さ方向の情報を明暗で表した二次元表面形状画像（白黒濃淡画像）を表示するプロセス。
(２)該表示した二次元表面形状画像の全体に一様に生じている上下および左右の方向に沿った明度勾配をなくすことで該三次元画像データの水平補正処理をするプロセス。 なお、水平補正を行う必要が無ければ、当該プロセスは省略しても良い。
(３)該水平補正処理後の二次元表面形状画像に基づいて、該画像中の凹部或いは凸部の幅を測定するプロセス。 なお、当該幅測定は画面上の２点をマウスなどを使用して人為的に指定することで行う。
(４)該水平補正処理後の、或いは水平補正処理を省いた二次元表面形状画像（ＦＭＳ画像あるいはＺ画像）中の測定対象凹部或いは凸部のマスク画像を生成するプロセス。
なお、当該マスク画像は、マウス等の入力機器を用いて、二次元表面形状画像中の測定対象凹部或いは凸部を人為的にトレースして指定することで、その範囲を認識させて生成する。
(５)該マスク画像で覆われた部分の体積を該三次元画像データに基づいて算出するプロセス。

ここで、上記（５）の体積算出プロセスにあっては、更に以下の（５ａ）〜（５ｅ）のプロセスを内包しており、測定対象凹部或いは凸部の周りを取り囲む物体表面に、当該測定対象物を挟んで段差部があった場合に、当該段差部を考慮した補正処理をなし得る。

(５ａ)該マスク画像で覆った該水平補正処理後の二次元表面形状画像の全面に、測定対象凹凸部の最大幅のフィルターサイズで一定方向に走査して最大値及び最小値のフィルター処理をし、該測定対象凹部或いは凸部を挟んでその側方に隣接している２箇所の物体表面間の段差に応じて、高位置側に物体表面高さを合わせて該段差をなくした高位置側補正三次元画像データと低位置側に物体表面高さを合わせて該段差をなくした低位置側補正三次元画像データとを演算処理して生成するプロセス。

(５ｂ) 該低位置側補正三次元画像データから得られるフィルター走査方向の縦断面画像に基づいて該縦断面画像の凹部或いは凸部を閾値１で２値化して、矩形化処理した矩形化三次元画像データを生成するプロセス。

(５ｃ) 該矩形化三次元画像データと該高位置側補正三次元画像データとを論理積処理して、該高位置側補正三次元画像データ上で実幅よりも拡幅されている凹部或いは凸部の幅を、該低位置側補正三次元画像データから得られる矩形幅に縮小置換させた、高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データを生成するプロセス。

(５ｄ) 該高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データから該低位置側補正三次元画像データを減算することで、該高位置側凹凸幅縮小補正三次元画像データにおける凹部或いは凸部の矩形化処理部分の三次元画像データを生成するプロセス。

(５ｅ) 該低位置側補正三次元画像データから得られる低位置側補正凹凸部体積に、該矩形化処理部分の三次元画像データから得られる矩形化処理部分体積の１／２を加算し、該加算値を該測定対象凹部或いは凸部の体積として算出するプロセス。

以下、図１及び図２を参照しつつ、更に詳述する。

《１． レーザー顕微鏡による物体表面の三次元画像データの取得処理》
まず、評価対象物である金属部材の表面検査部位を機械研磨し、腐食液で腐食させた後、シート状のフィルム（レプリカ）を貼り付けて組織を転写し、レプリカを採取する。 そして、このレプリカをレーザー顕微鏡のステージ上にセットし、ステージをＺ軸方向に移動させながらレーザーを走査することにより、視野内の全面に焦点が合った画像、すなわち、焦点移動メモリ画像（ＦＳＭ画像）及び視野内の表面形状を白黒の濃淡画像で表示した２次表面形状画像（Ｚ画像：高さが明るさで表されている）とからなる物体表面の三次元画像データを得る（図３及び図４参照）。

《２． 画像入力処理》
次に、レーザー顕微鏡で得られた焦点移動メモリ画像（ＦＳＭ画像）や白黒濃淡画像（Ｚ画像）などの二次元表面形状画像をコンピュータに入力し、画像処理ソフトを用いてそれらの画像の所望エリアを所望の倍率で拡大してコンピュータの画面上に表示する。

《３． 画像水平補正処理》
次に、二次元表面形状画像（Ｚ画像）をＸ方向及びＹ方向に水平補正処理を行い、二次元表面形状画像の傾きを水平にする。 つまり、二次元表面形状画像の全体に一様に生じている上下方向（Ｙ方向）および左右方向（Ｘ方向）に沿った明度・輝度の勾配を当該輝度、明度を調整することによってなくして均一化させることで、当該三次元画像データの水平誤差を補正処理し、当該水平補正処理後の二次元表面形状画像データを記憶装置に保存する。 この補正後の二次元表面形状画像である白黒濃淡画像（Ｚ画像）及び焦点移動メモリ画像（ＦＳＭ画像）は図５及び図６に示すようになる。

《４． 粒界溝幅測定処理》
次に、上記水平補正処理作業によって得られた二次元表面形状画像（Ｚ画像）において、粒界幅を測定する。 この最大粒界幅は、二次元表面形状画像上の粒界部の２点をマウス等の入力機器で指定して多数箇所で測定し、当該測定値を記憶装置に保存することで、その測定値の中から最大のものを選出可能とする。

《５． マスク画像作成処理》
次に、図７に示すように、上記最大の粒界幅より少し大きい幅で、二次元表面形状画像の焦点移動メモリ画像（ＦＳＭ画像）の粒界部をトレースした画像（マスク画像）を作成する。 このマスク画像は、マウス等の入力機器を用いて、二次元表面形状画像中の測定対象凹部或いは凸部を人為的にトレースして指定することで、その範囲を認識させて生成する。

そして、当該マスク画像の作成が済んだら、コンピュータの画面上に拡大表示した視野域を逐次に次の視野域に移動させて、上記のマスク画像の作成までの処理を、所定の全視野域に亘って行う。 ここで、上記二次元表面形状画像としては、焦点移動メモリ画像（ＦＳＭ画像）に代えてＺ画像を用いても良いが、ＦＭＳ画像の方がZ画像の白黒濃淡画面よりも粒界が分かりやすく、マスクを容易に描くことができる。

《６． 粒界段差部画像補正処理》
次に、二次元表面形状画像の白黒濃淡画像（Ｚ画像）において、図２に示すステップ１〜ステップ４を実行し、結晶粒間の段差を補正し、この後、結晶粒界部以外のノイズ成分を除去し、粒界腐食部分のみを抽出した画像を作成する。

具体的には、ステップ１において、上記水平補正処理後の二次元表面形状画像（１）の全面に対して、測定済みの溝幅の最大値に合わせたフィルターサイズに指定してこれを一定方向に走査し、最小値→最大値→最大値→最小値フィルターの順で連続してフィルター処理することにより低位置側の粒界表面高さに合わせて粒界溝を消去した画像（２）を得る。 また同様に、（２）に対してその全面に、最小値→最小値フィルターをかけることにより、高位置側の粒界表面高さに合わせて粒界溝を消去した画像（３）を得る。 そして、これらの画像（１），（２），（３）のデータは逐次に記憶装置に保存する。

この際、フィルターサイズは最大粒界幅よりも一回り大きいサイズに指定しても良い。 ここで、フィルターサイズとは、極小領域を処理する時のフィルターの大きさを言い、通常はフィルターの形は円形でその直径がフィルターサイズとなる。 そして、このフィルターサイズを粒界幅よりも一回り大きいサイズに指定することで、粒界溝自体をも確実に消してしまい、金属表面の結晶粒相互間について、その粒界表面の高さ同士を比較する画像が得られることになる。

また、上記最小値フィルターとは、フィルターの中の画素で最も暗いもの（最も小さな値）を当該フィルターの中心の画素（輝度）に設定したものであり、この最小値フィルター処理をかけると、フィルターサイズよりも小さな突起部が切除されて消されることになる。 一方、上記最大値フィルターとは、フィルターの中の画素で最も明るいもの（最も大きな値）を当該フィルターの中心の画素（輝度）に設定したものであり、この最大値フィルターをかけるとフィルターサイズよりも小さな凹みが埋められて消されることになる。

次に、ステップ２において、画像（１）−画像（２）の処理作業を行い、結晶粒間の表面高さを低位置側の結晶粒表面高さに揃えて、それら結晶粒間の段差をなくした低位置側補正三次元画像（４）を生成し、低位置側補正三次元画像データ得る。 また、当該低位置側補正三次元画像（４）に対して、閾値１で２値化することにより矩形化した矩形化三次元画像（６）を生成し、矩形化三次元画像データを得る。 そして、これらの画像（４），（６）のデータも逐次に記憶装置に保存する。

次に、ステップ３において、画像（１）−画像（３）の作業を行い、結晶粒間の表面高さを高位置側の結晶粒表面高さに揃えて、それら結晶粒間の段差をなくした高位置側補正三次元画像（５）を生成し、高位置側補正三次元画像データ得る。 そして、上記高位置側補正三次元画像（５）と矩形化三次元画像（６）との論理積処理作業を行うことで、高位置側補正三次元画像（５）上で実幅よりも拡幅されてしまっている測定対象凹凸部分の幅を、低位置側補正三次元画像データから得た矩形化三次元画像（６）の矩形幅に縮小置換してなる、高位置側凹凸幅の縮小補正三次元画像（７）を生成し、当該高位置側凹凸幅の縮小補正の三次元画像データを得る。 そして、これらの画像（５），（７）のデータも逐次に記憶装置に保存する。

次に、ステップ４において、画像（７）−画像（４）の作業を行い、結晶粒界段差部の補正矩形画像（８）を生成して補正矩形三次元画像データを得、当該画像データも記憶装置に保存する。 そして、上記低位置側補正三次元画像（４）のデータから読み出した体積と結晶粒界段差部の補正矩形画像（８）のデータから読み出した体積の半分とを加算する。 このようにして、レプリカにより反転して凸部として得た測定対象凹部である粒界溝の体積を求める。

すなわち、粒界溝に隣接する２つの金属結晶粒の表面に高さ方向の段差があった場合には、それら２つの金属結晶粒表面にエッヂ部同士を繋いだ傾斜した面までを粒界溝部分とみなして、表面高さの低い金属結晶粒の表面を延長して区画される粒界溝の体積に、さらにその上方にある上記傾斜面に至る部分の体積に可及的に近似した体積値を加算して補正することができ、化学エッチングにより腐食させて形成した粒界溝部の腐食体積を妥当性の高い値に可及的に近づけて算出測定することができることになる。

《７． 粒界溝体積、粒界溝面積、粒界溝長さ、粒界溝最大深さ測定》
次に、マスク画像で覆われた粒界溝部分の三次元画像データから、上記粒界溝体積（粒界腐食体積）の他に、粒界溝断面積（粒界腐食面積）、粒界溝長さ及び粒界溝最大深さ（粒界腐食最大深さ）、粒界溝平均断面積（粒界腐食平均断面積）、粒界溝平均深さ（粒界腐食平均深さ）を測定または算出する。

そして、金属部材の脆化度の評価をするにあたって、これらの測定値や算出値を基礎とする。 すなわち、脆化を評価する材料の結晶粒界を観察し、この観察画像を水平補正し、観察視野内の結晶粒界段差部を補正し、結晶粒界部以外のノイズ成分を除去し、粒界腐食部分のみの体積を広い領域で精度良く算出することができ、もって、この算出値からさらに粒界腐食体積、粒界腐食面積、粒界長さ及び粒界腐食最大深さ、粒界腐食平均断面積、粒界腐食平均深さ等を算出して金属材料の脆化度を高精度で評価することができるようになる。

また、前記の実施の形態の説明においては、物体表面における測定対象凹部或いは凸部の幅測定方法および体積測定方法を、発電プラントやタービン等の金属材料の脆化度を評価するのに適用した場合を例示したが、衛星、飛行機等から得られた地表面の凹部形状或いは凸部形状の分析、電気回路基板の表面に搭載された電子部品による凹部或いは凸部の分析、ロボットによる走行面の凹部或いは凸部の認識等、各種の分野にも適用し得る。 例えば、河川の堤防や傾斜地の修復造成等を行う場合に適用すれば、法面等の斜面を形成するための盛土量や掘削量等を容易に算出することができる。

本発明に係る物体表面における測定対象凹部或いは凸部の幅測定方法および体積測定方法を利用してなる脆化評価方法の一実施の形態を示した説明図であって、脆化評価方法の手順を示した説明図である。

図１の脆化評価方法における粒界溝体積補正方法を示した説明図である。

水平補正前の二次元表面形状画像（Ｚ画像）及びその高度差（Ｘ方向）を示した説明図である。

水平補正前の高度差（Ｙ方向）及び３次元画像を示した説明図である。

水平補正後の二次元表面形状画像（Ｚ画像）及びその高度差（Ｘ方向）を示した説明図である。

水平補正後の高度差（Ｙ方向）及び３次元画像を示した説明図である。

マスク画像を示した説明図である。