単眼三次元流体計測器における画像処理の自動化と性能評価

流れ場の中にトレーサ粒子を混入し,そのトレーサ粒子の運動を1台のTVカメラで撮影し,コンピュータで解析することで,流速分布を間接的に計測する装置を試作した.一般的に利用されている両眼視(ステレオ法)による方法と比較して,カメラ間の対応処理などの問題が無く,簡単に三次元流速を計測できる利点がある.撮影される粒子は,画像上で円形の軌跡を描き,その軌跡の径より,カメラから粒子までの奥行きを計測することができる.本研究では円形シフト法で撮影される円軌跡の輝度勾配が,円軌跡の中心に集まることに着目し,重なった円軌跡からもそれぞれの軌跡を自動的に切り出す手法を開発した.画像解析には,輝度情報を用いた解析を行うことで,サブピクセル単位で解析を行うことに成功した.また,流体中に流れるトレーサ粒子のように計測点が運動している場合,螺旋軌跡が描かれるが,屈折レンズを計測点の運動より十分速い速度で回転させることで円軌跡として近似して解析する手法を開発した.フィールド画像間での円軌跡の変化より,螺旋の推定および解析を行うことができた.実際の流れ場に混入した粒子運動の計測では,粒子運動の三次元的な運動状態を良好に計測できることを確認した.また,マルチスポット光を用いたシステムを構築し,計測器の性能評価を行った.計測精度は,奥行き方向に関しては1%,TVカメラの受像面に平行な方向については,0.2%程の誤差であり,十分実用的であることを確認した.

流れ場の中にトレーサ粒子を混入し,そのトレーサ粒子の運動を1台のTVカメラで撮影し,コンピュータで解析することで,流速分布を間接的に計測する装置を試作した.一般的に利用されている両眼視(ステレオ法)による方法と比較して,カメラ間の対応処理などの問題が無く,簡単に三次元流速を計測できる利点がある.撮影される粒子は,画像上で円形の軌跡を描き,その軌跡の径より,カメラから粒子までの奥行きを計測することができる.本研究では円形シフト法で撮影される円軌跡の輝度勾配が,円軌跡の中心に集まることに着目し,重なった円軌跡からもそれぞれの軌跡を自動的に切り出す手法を開発した.画像解析には,輝度情報を用いた解析を行うことで,サブピクセル単位で解析を行うことに成功した.また,流体中に流れるトレーサ粒子のように計測点が運動している場合,螺旋軌跡が描かれるが,屈折レンズを計測点の運動より十分速い速度で回転させることで円軌跡として近似して解析する手法を開発した.フィールド画像間での円軌跡の変化より,螺旋の推定および解析を行うことができた.実際の流れ場に混入した粒子運動の計測では,粒子運動の三次元的な運動状態を良好に計測できることを確認した.また,マルチスポット光を用いたシステムを構築し,計測器の性能評価を行った.計測精度は,奥行き方向に関しては1%,TVカメラの受像面に平行な方向については,0.2%程の誤差であり,十分実用的であることを確認した.