Airflow measurement based on CO2 visualization with a single-wavelength infrared camera

基于单波长红外相机二氧化碳可视化的气流测量

• 批准号: 22K18990
• 负责人: 宮崎 英樹
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18990/
• 关键词: 気流計測; 二酸化炭素; 赤外線カメラ; 流速分布; 動きベクトル検出

本研究では、CO2吸収波長に合わせた狭帯域低温バンドパスフィルタを内蔵した世界最高の性能の単一波長赤外線カメラを用いることにより、大気中のCO2のごくわずかな濃度・温度ゆらぎを可視化し、無照明で気流を動的に観察する手法を新たな気流計測技術として完成させることを目指している。初年度は、カメラから得られたCO2濃淡画像に適切な画像処理を施した後、動きベクトル検出法を適用するために、新たに数値解析ソフトウェアmatlabを導入した。これまでの予備実験では、C++で記述した自作プログラムを利用していたが、これにより既に整備されたライブラリから適切な画像処理方法を選べる環境が構築できた。また、こうした方が他の研究者と成果を共有する上でも便利であることがわかってきた。具体的には、動きベクトル検出法として多数のアルゴリズムを比較し、オプティカルフロー法、特にFarneback法が容易で頑健な処理の実現に適することがわかった。また、従来のPIV法で用いられるオイルミスト発生器を導入した。ところが、これを実験室環境で適用するには、従来用いられてきたオイルでは周囲の汚染が思った以上に顕著で、我々の実験室環境ではとても動作させられないことが判明した。やむを得ず、今後のPIV法との比較には純水ミストを用いることとしたが、純水ミストの到達距離はオイルミストに比べると短く、気流計測上は制約が大きい。我々のCO2を用いる方法がクリーンであることは期待していたが、従来のミストを用いる方法がこれほど様々な問題を引き起こすことは、自ら実際に比較してみるまでわからなかったことで、我々の手法の利点は想像以上であったことになる。

This study aims to develop a new method for CO2 absorption wavelength combination, narrow band low temperature measurement, and the world's highest performance single wavelength infrared ray measurement. In the first year, the CO2 shading method was applied to the image processing, and the new digital analysis method was introduced. C++ describes how to make use of this information and how to build an environment that is suitable for image processing. The results of other researchers are shared. The specific methods of dynamic search and extraction are compared with the most common methods, and the Farneback method is easy to handle. The PIV method is used to detect the presence of a gas generator. The environment of the room is clean and clean. In the future, the PIV method will be compared with the pure water method, and the pure water method will reach the distance. The method of using CO2 is to create a problem, compare it with the problem, and imagine the problem.