JP2009210490A - Image analysis system and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象の速度場を解析する画像解析システム及び該画像解析システムに用いられるコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to an image analysis system for analyzing a velocity field of a measurement target and a computer program used for the image analysis system.
粒子画像流速測定法(以下、「PIV」という)を用いて、発電施設などの煙突から排出される煙、水蒸気、火山灰、黄砂などを遠方から観測するシステムとして、本出願人は、特許文献1に開示された技術を提案している。これは、測定対象である流体の乱流構造を抽出することにより、長距離離れた位置からの測定を可能としたものである。乱流構造を、疑似粒子画像と見なすことにより、PIV手法を適用して、流体の速度データを求めている。乱流構造を抽出する際には、ストローハル数と測定対象の流体の乱流構造を発生させる物体の代表長さを利用して空間周波数を求め、この空間周波数でハイパスフィルタ処理を施して抽出している。
特許文献1では、乱流構造を疑似粒子画像と見なして捉えることにより、PIV解析、特に、画像相関法によるPIV解析を長距離離れた測定対象に対して適用可能にしたものである。しかし、特許文献1の技術は、乱流構造の抽出が可能なものしか測定できない。例えば、非流体や層流の流体を測定することは困難である。そこで、乱流構造を抽出することなく、層流の流体の速度場や非流体の速度場(振動などによる挙動変化)も含めて解析するにあたって、これら測定対象の濃淡画像を用いることが考えられるが、従来、濃淡画像の場合には、相関係数のピークが不明確、あるいはピークが複数出現するといった弊害が生じるため、画像相関法を用いることが困難であった。本出願人は、この点に鑑み、特願2006−325235として、濃淡画像からなる画像データにハイパスフィルタを施すことによって相関係数のピーク値を明確化して疑似粒子画像を作成し、それにより画像相関法を用いて濃淡画像の速度場を解析することを提案している。しかし、ハイパスフィルタを施す場合、その設定カットオフ周波数が適切でないと、PIVによる解析結果の信頼性に影響がでることがわかった。
In
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、測定対象の濃淡画像を用いた画像相関法によるPIV解析を可能にし、乱流に限らず、層流の流体や非流体の速度場の解析を行うことができ、かつ、信頼性の高い解析結果が得られる画像解析システム及び該画像解析システムに用いられるコンピュータプログラムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and enables PIV analysis by an image correlation method using a gray-scale image to be measured, and analyzes not only turbulent flow but also laminar fluid and non-fluid velocity fields. It is an object of the present invention to provide an image analysis system capable of performing an analysis result with high reliability and a computer program used for the image analysis system.
上記課題を解決するため、本発明の画像解析システムは、測定対象を所定の撮像時間間隔で撮像手段により撮像して得られた時系列の画像データを比較して、前記画像データに含まれる所定の濃淡画像の速度場を解析する画像処理手段を備えた画像解析システムであって、前記画像処理手段は、連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えたフィルタリング手段と、前記フィルタリング手段によりフィルタリングされた後の空間周波数成分を画像に変換し、得られた前記二時刻以上の画像データに含まれる所定の濃淡画像間の速度ベクトルをPIV解析により求めるPIV解析手段とを備え、前記PIV解析手段により得られた前記濃淡画像の速度ベクトルに誤ベクトルが含まれていると判定された場合に、前記フィルタリング手段が、カットオフ周波数を調整して前記画像データを再度フィルタリングし、前記PIV解析手段によるPIV解析が再実行されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the image analysis system of the present invention compares time-series image data obtained by imaging a measurement target with an imaging unit at a predetermined imaging time interval, and compares the time series image data with the predetermined data included in the image data. An image analysis system comprising image processing means for analyzing the velocity field of a grayscale image, wherein the image processing means cuts a spatial frequency component below a predetermined frequency from image data at two or more consecutive times A spatial frequency component after filtering by the filtering means, and converting the velocity vector between predetermined grayscale images included in the obtained image data at two or more times by PIV analysis. A PIV analysis means to be obtained, and an error vector is included in the velocity vector of the grayscale image obtained by the PIV analysis means. When it is determined to be, the filtering means adjusts the cutoff frequency filtering the image data again, characterized in that the PIV analysis is again performed by the PIV analysis means.
また、本発明の画像解析システムは、測定対象を所定の撮像時間間隔で撮像手段により撮像して得られた時系列の画像データを比較して、前記画像データに含まれる所定の濃淡画像の速度場を解析する画像処理手段を備えた画像解析システムであって、前記画像処理手段は、連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えたフィルタリング手段と、前記フィルタリング手段によりフィルタリングした後の空間周波数成分を画像に変換し、得られた前記二時刻以上の画像データに含まれる所定の濃淡画像間の速度ベクトルをPIV解析により求めるPIV解析手段と、前記PIV解析手段により得られた前記濃淡画像の速度ベクトルに誤ベクトルが含まれているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって誤ベクトルが含まれていると判定された場合、前記フィルタリング手段のカットオフ周波数を調整し、該フィルタリング手段により前記画像データを再度フィルタリングする処理を実行させると共に、前記PIV解析手段によるPIV解析を再実行させる再処理指令手段とを具備することを特徴とする構成とすることが好ましい。 In addition, the image analysis system of the present invention compares time-series image data obtained by imaging the measurement object by the imaging means at a predetermined imaging time interval, and compares the speed of the predetermined grayscale image included in the image data. An image analysis system including an image processing unit for analyzing a field, wherein the image processing unit includes a high-pass filter that cuts a spatial frequency component of a predetermined frequency or less from image data at two or more consecutive times. And PIV analysis means for converting a spatial frequency component after filtering by the filtering means into an image and obtaining a velocity vector between predetermined grayscale images included in the obtained image data at two or more times by PIV analysis, It is determined whether or not an error vector is included in the velocity vector of the grayscale image obtained by the PIV analysis means. When the determination unit determines that the erroneous vector is included by the determination unit, the cutoff frequency of the filtering unit is adjusted, and the filtering unit performs a process of filtering the image data again. It is preferable that the apparatus includes a reprocessing command unit that re-executes the PIV analysis by the PIV analysis unit.
前記画像解析システムの判定手段は、前記PIV解析手段により得られた複数の速度ベクトル中、速度ベクトルの大きさ又は方向に関して相対的に異なる傾向を示した速度ベクトルを誤ベクトルと判定する手段を備えることが好ましい。 The determination unit of the image analysis system includes a unit that determines, from among the plurality of velocity vectors obtained by the PIV analysis unit, a velocity vector that shows a relatively different tendency with respect to the magnitude or direction of the velocity vector as an erroneous vector. It is preferable.
前記画像解析システムのフィルタリング手段は、一つの画像データについて異なるカットオフ周波数で複数のフィルタリング処理を行うように設定され、前記PIV解析手段は、前記フィルタリング手段による同じカットオフ周波数同士の画像データ間でPIV解析により速度ベクトルを求め、前記判定手段は、前記カットオフ周波数ごとに複数得られた速度ベクトル同士を比較し、速度ベクトルの大きさ又は方向のバラツキ度合いが所定の閾値を超えるか否かを判定する手段を備える構成とすることが好ましい。 The filtering unit of the image analysis system is set to perform a plurality of filtering processes at different cutoff frequencies for one image data, and the PIV analysis unit is configured to perform image filtering between the image data having the same cutoff frequency by the filtering unit. A speed vector is obtained by PIV analysis, and the determination means compares a plurality of speed vectors obtained for each cut-off frequency, and determines whether the magnitude of the speed vector or the degree of variation in the direction exceeds a predetermined threshold value. It is preferable to have a configuration including means for determining.
なお、前記画像解析システムの撮像手段は長焦点光学系を備え、長距離離間した前記測定対象を撮像可能な長距離型であることが好ましい。 Note that it is preferable that the image pickup unit of the image analysis system is a long-distance type that includes a long-focus optical system and can image the measurement object separated by a long distance.
また、本発明のコンピュータプログラムは、測定対象を所定の撮像時間間隔で撮像手段により撮像して得られた時系列の画像データを比較して、前記画像データに含まれる所定の濃淡画像の速度場を解析する画像解析システムにおける画像処理手段を構成するコンピュータプログラムであって、連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えたフィルタリング手段と、前記フィルタリング手段によりフィルタリングされた後の空間周波数成分を画像に変換し、得られた前記二時刻以上の画像データに含まれる所定の濃淡画像間の速度ベクトルをPIV解析により求めるPIV解析手段と、前記PIV解析手段により得られた前記濃淡画像の速度ベクトルに誤ベクトルが含まれているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって誤ベクトルが含まれていると判定された場合、前記フィルタリング手段のカットオフ周波数を調整して、該フィルタリング手段により前記画像データを再度フィルタリングする処理を実行させると共に、前記PIV解析手段によるPIV解析を再実行させる再処理指令手段とを具備することを特徴とする。 Further, the computer program of the present invention compares time-series image data obtained by imaging the measurement object by the imaging means at a predetermined imaging time interval, and compares the speed field of the predetermined grayscale image included in the image data. A computer program that constitutes an image processing means in an image analysis system for analyzing the image, the filtering means comprising a high-pass filter that cuts a spatial frequency component below a predetermined frequency from image data at two or more consecutive times, and the filtering PIV analysis means for converting a spatial frequency component after being filtered by the means into an image and obtaining a velocity vector between predetermined grayscale images included in the obtained image data at two or more times by PIV analysis, and the PIV analysis An error vector is included in the velocity vector of the grayscale image obtained by the means A determination unit that determines whether or not an error vector is included by the determination unit, and adjusts a cutoff frequency of the filtering unit and filters the image data again by the filtering unit. And a reprocessing command means for re-executing the PIV analysis by the PIV analyzing means.
前記コンピュータプログラムの判定手段は、前記PIV解析手段により得られた複数の速度ベクトル中、速度ベクトルの大きさ又は方向に関して相対的に異なる傾向を示した速度ベクトルを誤ベクトルと判定する手段を備えることが好ましい。 The determination means of the computer program includes means for determining, as an erroneous vector, a speed vector that shows a relatively different tendency with respect to the magnitude or direction of the speed vector among the plurality of speed vectors obtained by the PIV analysis means. Is preferred.
前記コンピュータプログラムのフィルタリング手段は、一つの画像データについて異なるカットオフ周波数で複数のフィルタリング処理を行うように設定され、前記PIV解析手段は、前記フィルタリング手段による同じカットオフ周波数同士の画像データ間でPIV解析により速度ベクトルを求め、前記判定手段は、前記カットオフ周波数ごとに複数得られた速度ベクトル同士を比較し、速度ベクトルの大きさ又は方向のバラツキ度合いが所定の閾値を超えるか否かを判定する手段を備えることが好ましい。 The filtering means of the computer program is set so as to perform a plurality of filtering processes at different cutoff frequencies for one image data, and the PIV analyzing means performs PIV between image data of the same cutoff frequency by the filtering means. A speed vector is obtained by analysis, and the determination means compares a plurality of speed vectors obtained for each cut-off frequency, and determines whether the magnitude of the speed vector or the degree of variation in the direction exceeds a predetermined threshold value. It is preferable to have a means to do.
本発明によれば、画像処理手段が、連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを構成するフィルタリング手段を備えている。これにより相関係数のピークが明確になり、PIV解析を適用して二時刻以上の画像データにおける所定の濃淡画像間の移動距離及び移動方向が得られ、これを時間微分すれば速度ベクトルが得られるため、測定対象として、乱流に限らず、層流の流体や非流体の速度場の解析も行うことができる。しかも、本発明は、得られた速度ベクトルに誤ベクトルが含まれていると判定された場合、カットオフ周波数を調整して、改めてフィルタリング手段によるフィルタリングが行われ、この改めてフィルタリング処理された画像データについて、再度PIV解析が行われる構成である。これにより、誤ベクトルが含まれない速度ベクトルが得られることになり、信頼性の高い速度場解析を行うことができる。 According to the present invention, the image processing means includes filtering means that constitutes a high-pass filter that cuts a spatial frequency component equal to or lower than a predetermined frequency from image data at two or more consecutive times. As a result, the peak of the correlation coefficient is clarified, and PIV analysis is applied to obtain the moving distance and moving direction between predetermined grayscale images in the image data at two or more times. Therefore, the measurement target is not limited to turbulent flow, and laminar fluid and non-fluid velocity fields can be analyzed. In addition, in the present invention, when it is determined that an error vector is included in the obtained velocity vector, the cutoff frequency is adjusted, and filtering by the filtering unit is performed again. This is a configuration in which PIV analysis is performed again. As a result, a velocity vector that does not include an erroneous vector is obtained, and a highly reliable velocity field analysis can be performed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。図1は、本発明の一の実施形態に係る画像解析システム1を示し、撮像手段としての、長焦点光学系3を備えたCCDカメラ2、コンピュータ4等を備えて構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an
CCDカメラ2に、長焦点光学系3が装着されるが、長焦点光学系3としては、単焦点系のレンズ(以下、「単レンズ」という)を用いることが好ましい。この場合、ターレットを設け、複数種類の単レンズを選択可能な構成とすることがより好ましい。ターレットを用いることにより、単レンズの自動選択も可能となる。ズーム機能を有するレンズの場合、一般に像面湾曲が大きい点が欠点であるが、高屈折率のガラスで安定した像が得られるものであれば使用できる。なお、本実施形態では、撮像手段として、CCD撮像素子を備えたカメラ(CCDカメラ)を使用しているが、これに代え、CMOS撮像素子を備えたカメラを用いることもできる。
A long-focus optical system 3 is attached to the
コンピュータ4は、図1及び図2に示したように、CCDカメラ2に接続され、CCDカメラ2の駆動を制御する制御手段41と、CCDカメラ2により撮影された画像信号を受信して所定の処理を行う画像取り込み手段42及び画像処理手段43とを備えてなる。CCDカメラ2は、測定対象の濃淡画像を微小時間間隔で連続的に撮像する。測定対象の濃淡画像を解析するシステムであるため、測定対象は、煙、雲、火山灰、黄砂等の乱流、層流の流体はもとより、建物、鉄塔、煙突といった構造物などの非流体も含まれる。非流体の場合、その構造物の振動等の速度場を解析することができる。また、濃淡画像を撮像するため、流体などの測定対象中にトレーサー粒子の噴霧等を行う必要や非流体の測定対象中に特別なマーキングなどを施す必要がない。制御手段41は、CCDカメラ2の焦点距離の調整等を行う。画像取り込み手段42は、CCDカメラ2からの濃淡画像の信号をデジタル化するフレームグラバボードを備えてなる。画像処理手段43は、コンピュータプログラムからなり、フレームグラバボードから出力されるデジタル画像信号を画像相関法により解析処理する。なお、画像処理手段43の前段に、像の歪み収差などを補正する回路を設けることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the computer 4 is connected to the
画像処理手段43では、CCDカメラ2により微小時間間隔をおいて撮像された二時刻の画像データにおける所定の濃淡画像を画像相関法により比較解析し、測定対象の速度場を解析する。具体的には、取得した2つの連続する画像(第1時刻、第2時刻の画像)間において、第1時刻における参照領域に対し、第2時刻における探索領域を所定画素ずつシフトさせて、両者における濃淡分布情報の類似度を比較して探索領域の位置を特定する。濃淡分布情報は、空間周波数成分として表され、参照領域と探索領域における各空間周波数成分の相関係数が最大となる探索領域の位置を特定する。特定した探索領域と参照領域との位置関係から、速度ベクトルを得る。
In the image processing means 43, a predetermined grayscale image in two-time image data captured by the
画像処理手段43は、より詳細には、図3に示したように、コンピュータプログラムからなる、フィルタリング手段431、PIV解析手段432、判定手段433及び再処理指令手段434から構成される。濃淡画像の空間周波数成分から測定対象の速度ベクトルを求めようとした場合、各空間周波数成分の全てについて解析すると、相関係数のピーク値が判然としない空間周波数成分、あるいは、ピーク値が複数ある空間周波数成分が存在し、真のピーク値を特定し難いことから、フィルタリング手段431は、PIV解析手段432の前処理手段(前処理工程)として、必要な空間周波数成分のみを残すフィルタリングを行う。本実施形態のフィルタリング手段431は所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えて構成されている。ハイパスフィルタにおけるカットオフ周波数の値は任意であるが、本実施形態では、カットオフ周波数を調整可能になっている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
PIV解析手段432には、PIV解析を行う画像相関法のコンピュータプログラムが設定されている。画像相関法には、直接相互相関法、FFT相互相関法、自己相関法、レーザスペックル法、輝度差累積法等があるが、これらのいずれでも適用可能である。但し、直接相互相関法、FFT相互相関法に適用すると効果的である。
The
判定手段433は、PIV解析手段432により得られた速度ベクトルに誤ベクトルが含まれているか否かを判定する。例えば、流れの速さ・方向が比較的安定しているとすると図4(a)のような速度ベクトルが出力されるべきところ、図4(b)のような速度ベクトルが出力された場合には、その中に誤ベクトルが含まれていると考えられる。図4(b)の出力中に誤ベクトルが含まれているか否かの判定手法としては、これら複数の速度ベクトル中に、速度ベクトルの大きさ又は方向に関して相対的に異なる傾向を示した速度ベクトルを誤ベクトルと判定する手法が考えられる。相対的に異なる傾向を示しているか否かは、例えば、各速度ベクトルが、速度ベクトルの大きさ又は方向に関して統計的に求めた分散の範囲から逸脱するような場合に、相対的に異なる傾向を示していると判定することができる。
The
再処理指令手段434は、判定手段433によって誤ベクトルが含まれていると判定された場合に、フィルタリング手段431を構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数を調整してフィルタリング処理及びPIV解析処理を再度実行させるように、フィルタリング手段431及びPIV解析手段432に指令する手段である。ハイパスフィルタのカットオフ周波数を調整することにより、フィルタリングされる空間周波数成分が変化し、フィルタリング処理された画像データが異なるものになる。例えば、カットオフ周波数を上げてフィルタリングすると、より細かい模様が抽出された画像データとなり、カットオフ周波数を下げてフィルタリングすると、よりなだらなか模様が残った画像データとなる。このようにしてフィルタリングをやり直した画像データについて再びPIV解析を行う。
When the
次に、図5に基づき、本実施形態の画像解析工程を説明する。まず、CCDカメラ2により、測定対象を時間間隔Δtで撮像し、時系列の濃淡画像をN枚取得する(S101)。取得された濃淡画像は、画像取り込み手段42を経て画像処理手段43にデジタル画像信号として入力される。入力されたデジタル画像信号は、フィルタリング手段431のハイパスフィルタにより、N枚の画像の全てについて、あるいは、時系列に連続する2枚の画像について、予め設定したカットオフ周波数以下の空間周波数成分がカットされる(S102)。
Next, the image analysis process of the present embodiment will be described based on FIG. First, the
次に、PIV解析手段432が、画像相関法を用いてPIV解析し(S103)、判定手段433が、得られた速度ベクトル中に誤ベクトルが含まれている否かを上記のように判定する(S104)。誤ベクトルが含まれていないと判定された場合には、S103において出力されたPIV解析の結果が採用される。誤ベクトルが含まれていると判定された場合には、再処理指令手段434がフィルタリング手段431及びPIV解析手段432に、フィルタリング処理及びPIV解析処理の再実行を指令する(S105)。再実行が指令されると、S102に戻る。S102に戻ると、フィルタリング手段431は、カットオフ周波数を前回と異なる値に設定し直してフィルタリング処理し、改めてフィルタリング処理された画像データについてPIV解析処理(S103)が行われる。その結果、得られた速度ベクトルについて再び判定手段433による判定がなされ、誤ベクトルが含まれていないと判定された場合には、今回得られた速度ベクトルが解析結果として採用され、誤ベクトルが含まれていると判定された場合には、再処理指令手段434の指令により(S105)、カットオフ周波数を再び設定し直してフィルタリング処理が行われる。以降、これらの工程が繰り返され、誤ベクトルを含まない速度ベクトルが得られることになる。
Next, the
図6は、本発明の他の実施形態に係る画像解析システムの画像解析の工程を示す図である。この実施形態は、CCDカメラ2により、測定対象を時間間隔Δtで撮像し、時系列の濃淡画像をN枚取得する工程(S201)は上記実施形態と同様であるが、フィルタリング手段431のハイパスフィルタによるフィルタリング処理においては、カットオフ周波数を複数用い、同じ画像について、異なるカットオフ周波数でフィルタリングを行っている(S202)。例えば、カットオフ周波数として、「通常値」、「通常値+10%値」、「通常値−10%値」の3つを準備し、この3つのカットオフ周波数でフィルタリングした画像データを得る。すなわち、この場合には、CCDカメラ2で撮像した一つの濃淡画像につき、フィルタリング処理した画像データが3枚得られる。
FIG. 6 is a diagram showing an image analysis process of an image analysis system according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the
次に、各画像データを用いたPIV解析を行う(S203)。PIV解析は、同じカットオフ周波数の画像データ同士、すなわち、「通常値」の画像データ同士、「通常値+10%値」の画像データ同士、「通常値−10%値」の画像データ同士で行う。この結果、PIV解析結果として速度ベクトルの表示が3種類得られることになり、判定手段433は、同じ濃淡画像に関する3種類の速度ベクトル表示を相互に比較し、それらが同様の傾向を示しているか否かを判定する(S204)。同傾向を示している否かは、複数得られた速度ベクトル同士を比較し、速度ベクトルの大きさ又は方向の相対的なバラツキ度合いが統計的に所定の閾値を超えているか否かで判定する。その結果、3種類の速度ベクトル表示のバラツキ度合いが全て所定の閾値内の場合には、PIV解析結果が正しいものとして、そのうちのいずれかの出力結果、例えば、「通常値」の出力結果を採用する。3種類のうち1つのみが所定の閾値から外れ、残りの2つのバラツキ度合いが所定の閾値内の場合には、残りの2つのPIV解析結果が正しいものとして、そのうちのいずれかの出力結果を採用する。
Next, PIV analysis using each image data is performed (S203). The PIV analysis is performed between image data having the same cutoff frequency, that is, between image data of “normal value”, image data of “normal value + 10% value”, and image data of “normal value−10% value”. . As a result, three types of velocity vector displays are obtained as the PIV analysis result, and the
一方、バラツキ度合いが3種類とも所定の閾値内に収まっていない場合には、再処理指令手段434がフィルタリング処理及びPIV解析処理の再実行を指令する(S205)。フィルタリング手段431は、再実行を指令されると、前回と異なる値を「通常値」として設定すると共に、例えば、その「+10%値」、「−10%値」を改めて設定し、フィルタリング処理を行う。以降、これらの工程を繰り返し、誤ベクトルを含まない速度ベクトルを得る。なお、3種類のうち1つのみが所定の閾値から外れ、残りの2つのバラツキ度合いが所定の閾値内の場合において、残りの2つのPIV解析結果が正しいものとして扱わず、その場合も、カットオフ周波数を設定し直してフィルタリング処理からやり直しするように設定することもできる。本実施形態において、カットオフ周波数を3種類設定しているが、3種類に限定されるものではないことはもちろんであり、2種類であってもよいし、4種類以上であってもよい。
On the other hand, if all three types of variations do not fall within the predetermined threshold, the
なお、上記した各実施形態では、判定手段433による判定を自動的に行っているが、PIV解析の結果から、計測者が、カットオフ周波数を設定し直して再度フィルタリングするか否かを判定することも可能である。例えば、流れの速さ・方向が比較的安定している場合、経験則から、図4(a)のような速度ベクトルが出力されると考えられるにも拘わらず、図4(b)のような速度ベクトルが出力された場合には、その中に誤ベクトルが含まれていると判定して、カットオフ周波数の再設定を行うようにすることも可能である。
In each of the above-described embodiments, the determination by the
また、上記した各実施形態では、フィルタリング手段431としてハイパスフィルタを設け、所定のカットオフ周波数以下の低周波成分をカットしているだけであるが、相関係数のピークが複数出現するような場合には、特願2006−325235において提案したように、所定以上の高周波の空間周波数成分をカットするローパスフィルタを設けることも可能である。
In each of the above-described embodiments, a high-pass filter is provided as the
本発明では、濃淡画像から、測定対象である流体又は非流体の挙動を解析することが可能であり、トレーサー粒子等を噴霧する必要がなく、また、構造物への特別なマーキングなどが不要であるため、長焦点光学系を用いて撮像することにより、接近困難な遠方の流体の流れ場や非流体の動き(建物の振動等)を解析することができる。従って、例えば、煙突の煙の流れ場を解析することによる発電所の運転管理、原子力発電所や地熱発電所のクーリングタワーからの蒸気の流れ場を解析することによる運転管理、火山灰や黄砂の流れ場を解析することによる環境への影響評価などに利用することができる。また、大規模火災現場から発生した煙の流れ場を解析して、その対策や避難誘導等に資することができる。また、雲(雲底部)の流れ場を解析することにより、地域的な天気予報に利用することもできるし、送電線や送電鉄塔周りの風の解析や花粉の流れの測定や鉄塔などの構造物の振動解析に利用することもできる。また、火山の噴火や大規模火災などにおいては、本発明の画像解析システムを車両に搭載し、移動しながら測定対象の挙動を解析していくこともでき、災害の発生状況のリアルタイムでの把握や有効な災害対策にも役立つ。なお、長焦点光学系から測定対象の流体までの距離は、長焦点光学系や使用する撮像素子の精度によっても異なり、特に限定されるものではないが、入手可能な長焦点光学系等の性能を考慮すると、10m以上20km以下で用いることが実用的には好ましい。 In the present invention, it is possible to analyze the behavior of the fluid to be measured or non-fluid from the grayscale image, and it is not necessary to spray tracer particles or the like, and no special marking or the like is required on the structure. Therefore, it is possible to analyze a flow field of a distant fluid that is difficult to access and a non-fluid movement (building vibration, etc.) by imaging using a long focal point optical system. Thus, for example, power plant operation management by analyzing chimney smoke flow fields, operation management by analyzing steam flow fields from cooling towers of nuclear power plants and geothermal power plants, volcanic ash and yellow sand flow fields It can be used for environmental impact assessment by analyzing In addition, it is possible to analyze the flow field of smoke generated from a large-scale fire site and contribute to countermeasures and evacuation guidance. In addition, by analyzing the flow field of the cloud (cloud bottom), it can be used for regional weather forecasts, analysis of the wind around the transmission line and transmission tower, measurement of pollen flow, structure of the tower, etc. It can also be used for vibration analysis of objects. In the case of volcanic eruptions and large-scale fires, the image analysis system of the present invention can be installed in a vehicle and the behavior of the measurement target can be analyzed while moving. It is also useful for effective disaster countermeasures. Note that the distance from the long focus optical system to the fluid to be measured varies depending on the accuracy of the long focus optical system and the imaging device used, and is not particularly limited. In view of the above, it is practically preferable to use at 10 to 20 km.
1 画像解析システム
2 CCDカメラ
3 長焦点光学系
4 コンピュータ
41 制御手段
42 画像取り込み手段
43 画像処理手段
431 フィルタリング手段
432 PIV解析手段
433 判定手段
434 再処理指令手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記画像処理手段は、
連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えたフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によりフィルタリングされた後の空間周波数成分を画像に変換し、得られた前記二時刻以上の画像データに含まれる所定の濃淡画像間の速度ベクトルをPIV解析により求めるPIV解析手段と
を備え、
前記PIV解析手段により得られた前記濃淡画像の速度ベクトルに誤ベクトルが含まれていると判定された場合に、前記フィルタリング手段が、カットオフ周波数を調整して前記画像データを再度フィルタリングし、前記PIV解析手段によるPIV解析が再実行されることを特徴とする画像解析システム。 Image processing means for comparing the time-series image data obtained by imaging the measurement object by the imaging means at predetermined imaging time intervals and analyzing the velocity field of the predetermined grayscale image included in the image data is provided. An image analysis system,
The image processing means includes
Filtering means comprising a high-pass filter for cutting spatial frequency components below a predetermined frequency from image data at two or more consecutive times;
PIV analysis means for converting a spatial frequency component after filtering by the filtering means into an image and obtaining a velocity vector between predetermined grayscale images included in the obtained image data at two or more times by PIV analysis. ,
When it is determined that an error vector is included in the velocity vector of the grayscale image obtained by the PIV analysis unit, the filtering unit adjusts a cutoff frequency and filters the image data again, An image analysis system characterized in that PIV analysis by the PIV analysis means is re-executed.
前記画像処理手段は、
連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えたフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によりフィルタリングした後の空間周波数成分を画像に変換し、得られた前記二時刻以上の画像データに含まれる所定の濃淡画像間の速度ベクトルをPIV解析により求めるPIV解析手段と、
前記PIV解析手段により得られた前記濃淡画像の速度ベクトルに誤ベクトルが含まれているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって誤ベクトルが含まれていると判定された場合、前記フィルタリング手段のカットオフ周波数を調整し、該フィルタリング手段により前記画像データを再度フィルタリングする処理を実行させると共に、前記PIV解析手段によるPIV解析を再実行させる再処理指令手段と
を具備することを特徴とする画像解析システム。 Image processing means for comparing the time-series image data obtained by imaging the measurement object by the imaging means at predetermined imaging time intervals and analyzing the velocity field of the predetermined grayscale image included in the image data is provided. An image analysis system,
The image processing means includes
Filtering means comprising a high-pass filter for cutting spatial frequency components below a predetermined frequency from image data at two or more consecutive times;
PIV analysis means for converting a spatial frequency component after filtering by the filtering means into an image and obtaining a velocity vector between predetermined grayscale images included in the obtained image data at two or more times by PIV analysis;
Determination means for determining whether an error vector is included in the velocity vector of the grayscale image obtained by the PIV analysis means;
When the determination unit determines that an erroneous vector is included, the cutoff frequency of the filtering unit is adjusted, and the filtering unit executes the process of filtering the image data again, and the PIV analysis unit An image analysis system comprising reprocessing command means for re-executing PIV analysis.
前記PIV解析手段は、前記フィルタリング手段による同じカットオフ周波数同士の画像データ間でPIV解析により速度ベクトルを求め、
前記判定手段は、前記カットオフ周波数ごとに複数得られた速度ベクトル同士を比較し、速度ベクトルの大きさ又は方向のバラツキ度合いが所定の閾値を超えるか否かを判定する手段を備えることを特徴とする請求項2記載の画像解析システム。 The filtering means is set to perform a plurality of filtering processes at different cutoff frequencies for one image data,
The PIV analysis means obtains a velocity vector by PIV analysis between image data of the same cutoff frequency by the filtering means,
The determination means comprises means for comparing a plurality of velocity vectors obtained for each cutoff frequency and determining whether the magnitude of the velocity vector or the degree of variation in direction exceeds a predetermined threshold value. The image analysis system according to claim 2.
連続する二時刻以上の画像データから、所定周波数以下の空間周波数成分をカットするハイパスフィルタを備えたフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段によりフィルタリングされた後の空間周波数成分を画像に変換し、得られた前記二時刻以上の画像データに含まれる所定の濃淡画像間の速度ベクトルをPIV解析により求めるPIV解析手段と、
前記PIV解析手段により得られた前記濃淡画像の速度ベクトルに誤ベクトルが含まれているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって誤ベクトルが含まれていると判定された場合、前記フィルタリング手段のカットオフ周波数を調整して、該フィルタリング手段により前記画像データを再度フィルタリングする処理を実行させると共に、前記PIV解析手段によるPIV解析を再実行させる再処理指令手段と
を具備することを特徴とするコンピュータプログラム。 Image processing in an image analysis system that compares time-series image data obtained by imaging an object to be measured by imaging means at predetermined imaging time intervals and analyzes a velocity field of a predetermined grayscale image included in the image data A computer program comprising the means,
Filtering means comprising a high-pass filter for cutting spatial frequency components below a predetermined frequency from image data at two or more consecutive times;
PIV analysis means for converting a spatial frequency component after being filtered by the filtering means into an image, and obtaining a velocity vector between predetermined grayscale images included in the obtained image data at two or more times by PIV analysis;
Determination means for determining whether or not an error vector is included in the velocity vector of the grayscale image obtained by the PIV analysis means;
When the determination unit determines that an erroneous vector is included, the cutoff frequency of the filtering unit is adjusted, and the filtering unit executes the process of filtering the image data again, and the PIV analysis unit A computer program comprising reprocessing command means for re-executing the PIV analysis according to the above.
前記PIV解析手段は、前記フィルタリング手段による同じカットオフ周波数同士の画像データ間でPIV解析により速度ベクトルを求め、
前記判定手段は、前記カットオフ周波数ごとに複数得られた速度ベクトル同士を比較し、速度ベクトルの大きさ又は方向のバラツキ度合いが所定の閾値を超えるか否かを判定する手段を備えることを特徴とする請求項6記載のコンピュータプログラム。 The filtering means is set to perform a plurality of filtering processes at different cutoff frequencies for one image data,
The PIV analysis means obtains a velocity vector by PIV analysis between image data of the same cutoff frequency by the filtering means,
The determination means comprises means for comparing a plurality of velocity vectors obtained for each cutoff frequency and determining whether the magnitude of the velocity vector or the degree of variation in direction exceeds a predetermined threshold value. The computer program according to claim 6.
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