JP2014055856A - Diffusion velocity calculation device and method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、拡散する物体の拡散速度の演算を行う技術に係り、特に、連続した時間で測定されて得られた複数の画像情報を利用して、例えば自動車エンジン内等における火炎の速度を精度良く測定するのに好適な拡散速度演算装置、拡散速度演算方法、及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a technique for calculating the diffusion speed of a diffusing object, and in particular, using a plurality of pieces of image information obtained by measuring in a continuous time, for example, the accuracy of a flame speed in an automobile engine or the like. The present invention relates to a diffusion rate calculation device, a diffusion rate calculation method, and a program suitable for measurement.
従来、拡散する物体の拡散速度としての火炎速度を算出する技術が、例えば、特許文献1,2に記載されている。これらの技術は、撮影手段で撮影された画像情報を用いて、火炎速度を算出するものである。
Conventionally, for example,
特許文献1においては、TVカメラから出力される火炎の映像信号の一画面を構成する特定走査線上の輝度変化信号と、次画面又はそれ以降の一画面を構成する同一走査線上の輝度変化信号との相関を求めることにより火炎の速度を測定する技術が記載されている。
In
特許文献2においては、燃料供給量を制御する制御装置を備えた燃焼器において、計測装置により火炎の形状を計測し、この計測装置の計測値を用いて、火炎の燃焼速度を算出する旨が記載されている。具体的には、ボイラを例として説明があり、燃焼速度を、未燃ガスが火炎面に垂直に入り込む速度で定義し、火炎の表面面積を測定し、バーナーにおける未燃ガスの流速Uf、バーナーの断面積Ab、及び火炎の全表面積Afを用いて、「燃焼速度Su=(Ab/Af)Uf−1」により、燃焼速度Suを求める技術が記載されている。
In
また、近年、コンピュータを用いた画像取得技術の向上に伴い、例えば、自動車エンジン内の火炎の伝播の様子を、連続画像として取得することが可能となっている。そして、取得した連続画像情報を利用して、火炎の速度を算出したいという需要が高まってきている。 Further, in recent years, with the improvement of image acquisition technology using a computer, for example, it is possible to acquire the state of flame propagation in an automobile engine as a continuous image. And the demand for calculating the flame speed using the acquired continuous image information is increasing.
火炎に限らず、拡散する物体の拡散状態を、連続した時間で測定して得られた複数の変位情報を用いて求められた補間関数を解析的に微分することにより、測定対象の動作速度を導出する技術が、例えば、非特許文献1,2に提示されている。
Not only the flame but also the diffusion state of the diffusing object is obtained by analytically differentiating the interpolation function obtained by using multiple displacement information obtained by measuring the continuous displacement time. Non-patent
非特許文献1においては、ロボットの制御やシステム同定のために、一定のサンプリング周期で得られた変位データを、関数近似に用いられる放射基底関数(ラジアル・ベーシス・ファンクション:Radial Basis Function(以下、RBFともいう))等の線形結合により補間して連続関数を求め、さらにその連続関数を解析的に微分することにより、速度・加速度の推定値を求める技術が記載されている。
In
また、非特許文献2においては、時間に依存する陰関数を用いて曲面(陰関数曲面:Implicit Surface)を定義し、当該陰関数を時間で微分することにより、陰関数曲面における輪郭線の法線方向の速度を求める技術が記載されている。
In
しかしながら、特許文献1,2、及び非特許文献1,2に開示されている技術では、物理的挙動に則した拡散する物体の拡散速度、例えば火炎の速度を算出することはできない、という問題点がある。
However, the techniques disclosed in
例えば、火炎速度の成分としては、可燃性混合気上を火炎が広がってゆく伝播の成分と、風等によって火炎自体が移動してゆく成分とが考えられるが、特許文献1,2、及び非特許文献1,2においては、拡散する物体の拡散速度の特性に関しての考慮がなされておらず、火炎を含む拡散する物体の速度を精度良く測定することができない。
For example, as a component of the flame speed, there are a component of propagation in which the flame spreads over the combustible mixture and a component in which the flame itself moves by wind or the like. In
本発明が解決しようとする課題は、従来の技術では、例えば可燃性混合気上を火炎が広がってゆく伝播の成分と、風等によって火炎自体が移動してゆく成分といった、拡散する物体の拡散速度の特性に関しての考慮がなされていない点である。 The problem to be solved by the present invention is that, in the prior art, for example, the diffusion of a diffusing object such as a propagation component in which a flame spreads over a combustible mixture and a component in which the flame itself moves by wind or the like. This is a point in which no consideration is given to the speed characteristics.
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く測定することを可能とする拡散速度演算装置、拡散速度演算方法、及びプログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a diffusion speed calculation device, a diffusion speed calculation method, and a program that can solve the problems of these conventional techniques and accurately measure the diffusion speed of a diffusing object including a flame. It is.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の拡散速度演算装置は、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の重心移動速度を導出する重心移動速度導出手段と、複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出手段と、前記伝播速度導出手段で導出された前記伝播速度と前記重心移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度とに基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出手段と、を備えている。
In order to achieve the above object, the diffusion speed calculation device according to
請求項1に記載の拡散速度演算装置によれば、前記重心移動速度導出手段により、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の重心移動速度が導出され、前記伝播速度導出手段により、複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像が平行移動された後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面が生成され、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度が伝播速度として導出され、前記速度導出手段により、前記伝播速度導出手段で導出された前記伝播速度と前記重心移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度とに基づいて、前記物体が拡散する速度が導出される。
According to the diffusion speed calculation device according to
このように、請求項1に記載の拡散速度演算装置によれば、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、物体画像の重心移動速度を導出し、複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出し、導出した伝播速度と重心移動速度とに基づいて、物体が拡散する速度を導出しており、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。 As described above, according to the diffusion speed calculation device of the first aspect, based on the temporal change of the object image representing a plurality of objects obtained by continuously photographing the diffusion state of the diffusing object, Deriving the center-of-gravity moving speed, translating each object image so that the center of gravity of each of the object images is aligned, and then generating a continuous implicit function curved surface by interpolating the contour of each object image with a radial basis function The velocity in the normal direction of each contour of the object image is derived as the propagation velocity on the generated implicit function curved surface, and the velocity at which the object diffuses is derived based on the derived propagation velocity and the gravity center movement velocity. The diffusion speed of the diffusing object including the flame in accordance with the physical behavior can be obtained with high accuracy.
なお、本発明は、請求項2に記載の発明のように、前記重心移動速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の重心座標を算出する重心座標算出手段と、前記重心座標算出手段で算出された各物体画像の重心座標間を補間する補間関数を生成する補間関数生成手段と、前記補間関数生成手段で生成された補間関数を時間微分して前記重心移動速度を導出する移動速度導出手段と、を備え、前記伝播速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成手段と、前記陰関数曲面生成手段で生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出手段と、を備え、前記速度導出手段は、前記速度法線方向成分導出手段で導出された前記伝播速度と前記移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度とを合成して前記物体が拡散する速度を導出するようにしても良い。このような構成とすることによっても、請求項1と同様に、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。
In the present invention, as in the invention described in
一方、上記目的を達成するために、請求項3に記載の拡散速度演算装置は、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の重心移動速度を導出する重心移動速度導出手段と、前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する物体回転速度導出手段と、複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出手段と、前記伝播速度導出手段で導出された前記伝播速度、前記重心移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度、及び前記物体回転速度導出手段で導出された前記回転速度に基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出手段と、を備えている。これにより、回転を含めた拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。
On the other hand, in order to achieve the above object, the diffusion speed calculation device according to
このように、請求項3に記載の拡散速度演算装置によれば、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、物体画像の重心移動速度を導出し、物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、物体画像の回転速度を導出し、複数の物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動すると共に、複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出し、導出した伝播速度、重心移動速度、及び回転速度に基づいて、物体が拡散する速度を導出しており、回転を含めた物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。
Thus, according to the diffusion speed calculation device according to
なお、本発明は、請求項4に記載の発明のように、前記重心移動速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の重心座標を算出する重心座標算出手段と、前記重心座標算出手段で算出された各物体画像の重心座標間を補間する補間関数を生成する補間関数生成手段と、前記補間関数生成手段で生成された補間関数を時間微分して前記重心移動速度を導出する移動速度導出手段と、を備え、前記物体回転速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを求める傾き算出手段と、前記傾き算出手段で求められた前記慣性主軸の傾きと前記重心座標算出手段で算出された前記複数の物体画像の各々の重心座標とに基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する回転速度導出手段と、を備え、前記伝播速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成手段と、前記陰関数曲面生成手段で生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出手段と、を備え、前記速度導出手段は、前記速度法線方向成分導出手段で導出された前記伝播速度、前記移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度、及び前記回転速度導出手段で導出された前記回転速度を合成して前記物体が拡散する速度を導出するようにしても良い。このような構成とすることによっても、請求項3と同様に、回転を含めた物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。
In the present invention, as in the invention described in
特に、請求項2または請求項4に記載の本発明は、請求項5に記載の発明のように、前記補間関数生成手段は、前記重心座標算出手段で算出された前記複数の物体画像の重心座標間をスプライン曲線で補間して前記補間関数を生成するようにしても良い。これにより、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度をさらに精度良く求めることができる。 In particular, according to the second or fourth aspect of the present invention, as in the fifth aspect of the present invention, the interpolation function generation unit is configured to calculate the centroids of the plurality of object images calculated by the centroid coordinate calculation unit. The interpolation function may be generated by interpolating between coordinates with a spline curve. Thereby, the diffusion speed of the diffusing object including the flame according to the physical behavior can be obtained with higher accuracy.
なお、本発明は、請求項6に記載の発明のように、前記拡散する物体は火炎であり、前記火炎の伝播の様子を連続撮影して得られた複数の火炎画像から、前記火炎の伝播の速度を導出するようにしても良い。これにより、拡散する物体としての火炎の、物理的挙動に則した速度を精度良く求めることができる。 According to the present invention, as in the invention described in claim 6, the object to be diffused is a flame, and the propagation of the flame from a plurality of flame images obtained by continuously photographing the propagation state of the flame. The speed may be derived. Thereby, the speed according to the physical behavior of the flame as the diffusing object can be obtained with high accuracy.
また、本発明は、請求項7に記載の発明のように、前記輪郭点は、前記画像の輪郭線上、輪郭線の内側、及び輪郭線の外側のいずれかであり、前記輪郭線の内側の輪郭点の数と、前記輪郭線の外側の輪郭点の数を同じとするようにしても良い。これにより、陰関数曲面をバランスよく生成することができる。 Further, according to the present invention, as in the invention described in claim 7, the contour point is one of the contour line of the image, the inner side of the contour line, and the outer side of the contour line. The number of contour points may be the same as the number of contour points outside the contour line. Thereby, an implicit function curved surface can be generated with good balance.
一方、上記目的を達成するために、請求項8に記載の拡散速度演算方法は、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の重心移動速度を導出する重心移動速度導出ステップと、複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出ステップと、前記伝播速度導出ステップで導出された前記伝播速度と前記重心移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度とに基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出ステップと、を含む。 On the other hand, in order to achieve the above object, the diffusion speed calculation method according to claim 8 is based on temporal changes of object images representing a plurality of the objects obtained by continuously photographing the diffusion state of the diffusing object. The centroid movement speed deriving step for deriving the centroid movement speed of the object image, and the parallel movement of each object image so that the centroids of each of the plurality of object images are aligned, and then the contour of each object image is expressed by a radial basis function. A continuous implicit function curved surface is generated by interpolation, a propagation speed deriving step for deriving a normal direction velocity at each contour of the object image on the generated implicit function curved surface as a propagation speed, and the propagation speed deriving step A speed deriving step of deriving a speed at which the object diffuses based on the derived propagation speed and the gravity center moving speed derived in the gravity center moving speed deriving step.
従って、請求項8に記載の拡散速度演算方法によれば、請求項1に記載の発明と同様に作用するので、請求項1に記載の発明と同様に、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。 Therefore, according to the diffusion speed calculation method according to the eighth aspect, since it operates in the same manner as the invention according to the first aspect, the flame according to the physical behavior is included as in the first aspect. The diffusion speed of the diffusing object can be obtained with high accuracy.
なお、本発明は、請求項9に記載の発明のように、前記重心移動速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の重心座標を算出する重心座標算出ステップと、前記重心座標算出ステップで算出された各物体画像の重心座標間を補間する補間関数を生成する補間関数生成ステップと、前記補間関数生成ステップで生成された補間関数を時間微分して前記重心移動速度を導出する移動速度導出ステップと、を含み、前記伝播速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成ステップと、前記陰関数曲面生成ステップで生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出ステップと、を含み、前記速度導出ステップは、前記速度法線方向成分導出ステップで導出された前記伝播速度と前記移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度とを合成して前記物体が拡散する速度を導出するようにしても良い。 According to the present invention, as in the invention described in claim 9, the centroid movement speed derivation step includes a centroid coordinate calculation step for calculating each centroid coordinate of the plurality of object images, and the centroid coordinate calculation step. An interpolation function generation step for generating an interpolation function for interpolating between the calculated center-of-gravity coordinates of each object image, and a movement speed derivation for deriving the center-of-gravity movement speed by time differentiation of the interpolation function generated in the interpolation function generation step And the step of deriving the propagation velocity is set along the outline of each of the plurality of object images after translating each object image so that the barycentric coordinates of each of the plurality of object images coincide with each other. An implicit function curved surface generating step for generating a continuous implicit function curved surface by interpolating a plurality of contour points by a radial basis function, and the implicit function curved surface generating step A velocity normal direction component deriving step of differentiating a number curved surface with respect to time and deriving a velocity in the normal direction at each contour point of the plurality of object images as the propagation velocity, and the velocity deriving step includes the velocity deriving step The speed at which the object diffuses may be derived by combining the propagation speed derived in the normal direction component deriving step and the gravity center moving speed derived in the moving speed deriving step.
従って、請求項9に記載の拡散速度演算方法によれば、請求項2に記載の発明と同様に作用するので、請求項2に記載の発明と同様に、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。 Therefore, according to the diffusion speed calculation method according to the ninth aspect, since it operates in the same manner as the invention according to the second aspect, the flame according to the physical behavior is included as in the second aspect. The diffusion speed of the diffusing object can be obtained with high accuracy.
一方、上記目的を達成するために、請求項10に記載の拡散速度演算方法は、拡散する物体の拡散の様子を連続撮影して得られた複数の前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の重心移動速度を導出する重心移動速度導出ステップと、前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する物体回転速度導出ステップと、複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出ステップと、前記伝播速度導出ステップで導出された前記伝播速度、前記重心移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度、及び前記物体回転速度導出ステップで導出された前記回転速度に基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出ステップと、を含む。
On the other hand, in order to achieve the above object, a diffusion speed calculation method according to
従って、請求項10に記載の拡散速度演算方法によれば、請求項3に記載の発明と同様に作用するので、請求項3に記載の発明と同様に、回転を含めた物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。 Therefore, according to the diffusion speed calculation method according to the tenth aspect, since it operates in the same manner as the invention according to the third aspect, in accordance with the physical behavior including rotation, as in the third aspect. It is possible to accurately obtain the diffusion speed of the diffusing object including the flame.
なお、本発明は、請求項11に記載の発明のように、前記重心移動速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の重心座標を算出する重心座標算出ステップと、前記重心座標算出ステップで算出された各物体画像の重心座標間を補間する補間関数を生成する補間関数生成ステップと、前記補間関数生成ステップで生成された補間関数を時間微分して前記重心移動速度を導出する移動速度導出ステップと、を含み、前記物体回転速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを求める傾き算出ステップと、前記傾き算出ステップで求められた前記慣性主軸の傾きと前記重心座標算出ステップで算出された前記複数の物体画像の各々の重心座標とに基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する回転速度導出ステップと、を含み、前記伝播速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成ステップと、前記陰関数曲面生成ステップで生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出ステップと、を含み、前記速度導出ステップでは、前記速度法線方向成分導出ステップで導出された前記伝播速度、前記移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度、及び前記回転速度導出ステップで導出された前記回転速度を合成して前記物体が拡散する速度を導出するようにしても良い。 In the present invention, as in the invention described in claim 11, the centroid movement speed derivation step includes a centroid coordinate calculation step for calculating each centroid coordinate of the plurality of object images, and the centroid coordinate calculation step. An interpolation function generation step for generating an interpolation function for interpolating between the calculated center-of-gravity coordinates of each object image, and a movement speed derivation for deriving the center-of-gravity movement speed by time differentiation of the interpolation function generated in the interpolation function generation step The object rotational speed deriving step includes: an inclination calculating step for determining an inclination of an inertial main axis of each of the plurality of object images; an inclination of the inertial main axis determined in the inclination calculating step and the barycentric coordinates A rotational speed deriving step for deriving the rotational speed of the object image based on the barycentric coordinates of each of the plurality of object images calculated in the calculating step; Each of the plurality of object images is translated so that the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images coincide with each other, and the respective principal axes of the plurality of object images are aligned with each other. After rotating the image, an implicit function curved surface generating step for generating a continuous implicit function curved surface by interpolating a plurality of contour points set along each contour of the plurality of object images with a radial basis function; A velocity normal direction component deriving step for differentiating the implicit function curved surface generated in the implicit function curved surface generation step with respect to time, and deriving a normal direction velocity at each contour point of the plurality of object images as the propagation velocity; In the velocity deriving step, the propagation velocity derived in the velocity normal direction component deriving step, the gravity center moving velocity derived in the moving velocity deriving step, and Wherein the object was derived at a rotational speed derivation step said rotational speed synthesized and may be derived the rate of diffusion.
従って、請求項11に記載の拡散速度演算方法によれば、請求項4に記載の発明と同様に作用するので、請求項4に記載の発明と同様に、回転を含めた物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。 Therefore, according to the diffusion speed calculation method according to the eleventh aspect, since it operates in the same manner as the invention according to the fourth aspect, it follows the physical behavior including the rotation as in the fourth aspect. It is possible to accurately obtain the diffusion speed of the diffusing object including the flame.
なお、本発明は、請求項12に記載の発明のように、前記拡散する物体は火炎であり、前記火炎が拡散する様子を連続撮影して得られた複数の火炎画像から、前記火炎が拡散する速度を導出するようにしても良い。これにより、拡散する物体としての火炎の、物理的挙動に則した速度を精度良く求めることができる。 According to the present invention, as in the twelfth aspect of the present invention, the diffusing object is a flame, and the flame is diffused from a plurality of flame images obtained by continuously photographing the diffusion of the flame. You may make it derive | lead-out the speed to perform. Thereby, the speed according to the physical behavior of the flame as the diffusing object can be obtained with high accuracy.
一方、上記目的を達成するために、請求項13に記載のプログラムは、コンピュータを、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の拡散速度演算装置の各手段として機能させるためのものであり、従って、請求項13に記載の発明によれば、コンピュータを本発明の拡散速度演算装置と同様に作用させることができるので、当該拡散速度演算装置と同様に、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることができる。 On the other hand, in order to achieve the above object, a program according to a thirteenth aspect causes a computer to function as each means of the diffusion speed calculation device according to any one of the first to seventh aspects. Therefore, according to the invention of the thirteenth aspect, since the computer can be operated in the same manner as the diffusion rate calculation device of the present invention, the physical behavior is in accordance with the diffusion rate calculation device. The diffusion speed of the diffusing object including the flame can be obtained with high accuracy.
本発明によれば、物理的挙動に則した火炎を含む拡散する物体の拡散速度を精度良く求めることが可能である。 According to the present invention, it is possible to accurately obtain the diffusion speed of a diffusing object including a flame in accordance with physical behavior.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態に係る拡散速度演算装置10は、図1に示される機能的な構成を備えており、図2に示されるコンピュータのハードウェア構成を有している。そこで、まず、図2を参照してコンピュータの構成を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The diffusion
本実施の形態に係る拡散速度演算装置10は、プログラムに基づき拡散速度演算装置10の本実施の形態に係る処理を行うCPU(Central Processing Unit;中央処理装置)22と、CPU22による例えば図11,図13のフローチャートで処理ルーチンを示す各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるRAM(Random Access Memory)24と、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたROM(Read Only Memory)26と、各種情報を記憶するために用いられるハードディスク28(図中、「HDD」28と記載)と、キーボード14、マウス16、及びディスプレイ18と、外部に接続された装置との間の各種情報の授受を司るインターフェース部20(図中、「IF」28と記載)と、を備えており、これらがシステムバスBUSにより相互に接続されて構成されている。
The diffusion
CPU22は、RAM24、ROM26、及びハードディスク28に対するアクセス、キーボード14及びマウス16を介した各種情報の取得、ディスプレイ18に対する各種情報の表示、及びインターフェース部20に接続された外部装置との各種情報の授受等を、各々行うことができる。
The
CPU22が、ハードディスク28等に記憶された拡散速度演算処理プログラムを実行することにより、図1に示す本実施の形態に係る拡散速度演算装置10における各処理部の機能が実現される。
When the
図1に示す本実施の形態に係る拡散速度演算装置10は、拡散する物体としての火炎を対象とし、この火炎の速度を演算するものであり、図2におけるCPU22による後述の図11,図13のフローチャートで示す拡散速度演算処理プログラムに基づく処理で実現される機能として、火炎重心移動速度導出部1、火炎伝播速度導出部2、火炎速度導出部3、及び記憶部4を備えている。
A diffusion
記憶部4は、火炎の伝播の様子を連続撮影して得られた、図3に例示する複数の画像情報を、各々の撮影時間情報と共に予めHDD28等の記憶装置に記憶する。
The
火炎重心移動速度導出部1は、拡散する物体としての火炎の拡散(以下、伝播ともいう)の様子を連続撮影して得られた複数の火炎画像の時間変化に基づいて、当該火炎画像の重心移動速度を導出する。例えばHDD28から複数の火炎画像を読み出し、読み出した複数の火炎画像中のそれぞれの重心座標x,yを算出し、算出した複数の火炎画像の重心座標x,yの移動量を用いて火炎の重心移動速度を導出する。
The flame center-of-gravity moving
また、火炎伝播速度導出部2は、複数の火炎画像の各々の重心を合わせるよう各火炎画像を平行移動した後、各火炎画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該火炎画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する。すなわち、火炎伝播速度導出部2は、複数の火炎画像各々の輪郭点の座標を当該火炎画像の重心座標x,yの移動量を相殺するように平行移動した後、各輪郭点を放射基底関数(RBF)により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該火炎画像の各輪郭点における法線方向の速度を火炎伝播速度として導出する。
Further, the flame propagation
そして、火炎速度導出部3は、火炎伝播速度導出部2で導出された火炎伝播速度と火炎重心移動速度導出部1で導出された重心移動速度とに基づいて、火炎が拡散する速度を導出する。
The flame
火炎重心移動速度導出部1は、火炎重心座標算出部1a、補間関数生成部1b、及び移動速度導出部1cを備え、火炎伝播速度導出部2は、陰関数曲面生成部2a、及び速度法線方向成分導出部2bを備えている。
The flame center-of-gravity moving
火炎重心移動速度導出部1は、複数の画像情報中の火炎の重心の移動速度を、火炎自体が移動していく伝播速度として導出するものであり、重心座標算出部1aにおいて、HDD28等から複数の火炎画像を読み出し、読み出した複数の火炎画像の各々の重心座標x,yを算出する。
The flame center-of-gravity moving
そして、補間関数生成部1bにおいて、重心座標算出部1aで算出された複数の火炎画像の重心座標x,yの時間変化から、各火炎画像の重心座標間を補間する補間関数x(t),y(t)を生成し、移動速度導出部1cにおいて、補間関数生成部1bで生成された補間関数x(t),y(t)を時間微分して重心移動速度を導出する。
Then, in the interpolation
火炎伝播速度導出部2は、陰関数曲面上の速度の法線方向成分を、火炎が可燃性混合気上を広がっていく伝播速度として導出するものであり、陰関数曲面生成部2aにおいて、複数の火炎画像の各々の重心座標が一致するように各火炎画像を平行移動した後、複数の火炎画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する。すなわち、HDD28等に記憶された複数の火炎画像に対して定められた各輪郭点の座標から、重心座標算出部1aで算出された当該火炎画像の重心座標x,yを減算等することにより、各輪郭点の座標を平行移動した後、複数の火炎画像の各輪郭点をRBFにより補間して連続的な陰関数曲面を生成する。
The flame propagation
そして、速度法線方向成分導出部2bにおいて、陰関数曲面生成部2aで生成された陰関数曲面を時間微分して、複数の火炎画像の各輪郭点における法線方向の速度を火炎伝播速度として導出する。 Then, in the velocity normal direction component deriving unit 2b, the implicit function curved surface generated by the implicit function curved surface generating unit 2a is time-differentiated, and the velocity in the normal direction at each contour point of the plurality of flame images is set as the flame propagation velocity. To derive.
火炎速度導出部3は、火炎重心移動速度導出部1で導出された重心移動速度と、火炎伝播速度導出部2で導出された火炎伝播速度とを合成することで火炎速度を導出する。
The flame
以上のように、拡散速度演算装置10は、HDD28等の記憶装置において、火炎の伝播の様子を連続撮影して得られた複数の火炎画像を各々の撮影時間tと共に予め記憶しておき、火炎重心移動速度導出部1により、記憶装置から複数の火炎画像を読み出し、読み出した複数の火炎画像中のそれぞれの重心座標x,yを算出し、算出した複数の火炎画像の重心座標x,yの移動量を用いて火炎の重心移動速度を導出する。
As described above, the diffusion
また、火炎伝播速度導出部2により、複数の火炎画像各々の輪郭点の座標を当該火炎画像の重心座標x,yの移動量を相殺するように平行移動した後、各輪郭点をRBFにより補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該火炎画像の各輪郭点における法線方向の速度を火炎伝播速度として導出する。
Further, the flame propagation
そして、火炎速度導出部3により、火炎伝播速度導出部2で導出された火炎伝播速度と火炎重心移動速度導出部1で導出された重心移動速度とを足し合わせて、火炎の速度を導出する。
Then, the flame
このように、拡散速度演算装置10では、RBFによる点群補間の技術を用いて、離散的な画像群から、連続的な陰関数曲面を生成し、その曲面上で火炎速度の算出を行う際、火炎速度の成分として、可燃性混合気上を火炎が広がってゆく伝播の成分と、風等によって火炎自体が移動してゆく成分とに分け、これらの2つの成分を、RBF上の速度の法線方向成分と、画像中の火炎の重心の移動速度のそれぞれに対応させて火炎の速度を導出しており、物理的挙動に則した火炎の速度を精度良く求めることが可能となる。
As described above, the diffusion
以下、このような拡散速度演算装置10による処理をより具体的に説明する。
Hereinafter, the process performed by the diffusion
まず、火炎重心移動速度導出部1による、図3に示す複数の火炎画像情報を用いた各火炎の輪郭の重心座標x,yの算出と、算出した座標xと座標yを用いた複数の画像情報中の火炎の重心の移動速度の導出処理について説明する。
First, the flame center-of-gravity moving
図3においては、連続画像として、1枚目の画像(t=0)、2枚目の画像(t=1)、・・・、及びn枚目の画像(t=n−1)が示されている。なお、本例ではn−1=25で、25枚の連続画像を用いている。また、本例で用いた各画像は、約2.5×10−4秒の間隔で連続撮影されたものである。 In FIG. 3, the first image (t = 0), the second image (t = 1),..., And the nth image (t = n−1) are shown as continuous images. Has been. In this example, n−1 = 25 and 25 continuous images are used. In addition, each image used in this example is taken continuously at an interval of about 2.5 × 10 −4 seconds.
本例では、重心座標算出部1aにおいて、1〜25枚の各画像における重心位置を示す座標(重心座標)が求められる。この重心位置を求める際には、当該画像における輪郭線上の全ての点を用いて計算する。
In this example, the center-of-gravity coordinate
曲面における重心位置を求める技術としては、公知の画面のモーメントを用いる技術がある。例えば、画像f(x,y)の(p+q)次モーメントmpqは一般的に、下記の式(1)で与えられ、このときの画像の重心座標(xg,yg)は、下記の式(2)で表される。 As a technique for obtaining the position of the center of gravity on a curved surface, there is a technique using a known screen moment. For example, the (p + q) -order moment m pq of the image f (x, y) is generally given by the following equation (1), and the barycentric coordinates (x g , y g ) of the image at this time are It is represented by Formula (2).
本例では、1枚目の画像における重心座標(x,y)は(587.58125,450.210417)、2枚目の画像における重心座標(x,y)は(590.57852,455.205225)で、以下、3〜25枚目の各画像における重心座標(x,y)はそれぞれ、(590.566483,457.036782)、(596.538659,459.771616)、(602.164727,462.004549)、(603.249566,463.980044)、(606.67222,467.235245)、(608.811965,470.319981)、(608.963327,474.540404)、(611.191349,477.377885)、(609.860904,480.011762)、(608.640138,482.199317)、(609.232162,484.820546)、(608.029799,487.641158)、(606.96263,490.335899)、(604.894983,495.106318)、(603.365683,499.482303)、(602.065783,504.048939)、(598.877009,509.323098)、(595.719268,514.814209)、(592.880892,519.817609)、(591.347949,525.277569)、(588.830114,530.250697)、(587.167763,534.61135)、(587.419569,538.553522)である。 In this example, the barycentric coordinates (x, y) in the first image are (587.58125, 450.210417), and the barycentric coordinates (x, y) in the second image are (590.57852, 455.205225). The center-of-gravity coordinates (x, y) in each image are (590.566483, 457.036782), (596.538659, 459.771616), (602.164727, 462.004549), (603.249566, 463.980044), (606.67222, 467.235245), (608.811965, 470.319981). ), (608.963327,474.540404), (611.191349,477.377885), (609.860904,480.011762), (608.640138,482.199317), (609.232162,484.820546), (608.029799,487.641158), (606.96263,490.335899), (604.894983,495106318) (603.365683, 499.482303), (602.065783, 504.048939), (598.877009, 509.323098), (595.719268, 514.814209), (592.880892, 519.817609), (591.347949, 525.277569), (588.830114, 530.250697), (587.167763, 534.61135) 587.419569, 538.553522).
これらの重心座標を用いて、火炎重心移動速度導出部1は、補間関数生成部1bにより、各重心座標群をスプライン曲線で補間した関数x(t),y(t)を生成する。
Using these barycentric coordinates, the flame barycentric moving
スプライン補間は、区分ごとに異なる多項式関数を用いて点群を滑らかに補間する技術であり、一般的には3次多項式による3次スプラインが用いられる。区分の境界で1次導関数及び2次導関数が連続であるという特徴を持つ。図4に、スプライン補間の模式図を示す。なお、図4において横軸が座標t、縦軸が座標x(もしくはy)に対応する。また、スプライン補間に関しては、例えば、「市田浩三,吉本富士市:“スプライン関数とその応用”,教育出版株式会社,pp.1−59,1979−6」等において記載されている。 Spline interpolation is a technique for smoothly interpolating a point group using a different polynomial function for each section, and generally a cubic spline using a cubic polynomial is used. It has the feature that the first and second derivatives are continuous at the boundary of the section. FIG. 4 shows a schematic diagram of spline interpolation. In FIG. 4, the horizontal axis corresponds to the coordinate t, and the vertical axis corresponds to the coordinate x (or y). The spline interpolation is described in, for example, “Kozo Ichida, Fuji City Yoshimoto:“ Spline Function and its Application ”, Education Publishing Co., Ltd., pp. 1-59, 1979-6”.
上述の重心座標(x,y)を用いた場合、例えば、図3に示す1〜2枚目における画像のスプライン関数x(t)は「-0.001216(t-0)3+0.000000(t-0)2+0.421308(t-0)+587.581250」となり、スプライン関数x(t)は「-0.000919(t-0)3+0.000000(t-0)2+0.591360(t-0)+450.210417」となる。 When the above-described barycentric coordinates (x, y) are used, for example, the spline function x (t) of the first and second images shown in FIG. 3 is “−0.001216 (t-0) 3 +0.000000 (t-0). ) 2 +0.421308 (t-0) +587.581250 ”and the spline function x (t) becomes“ −0.000919 (t-0) 3 +0.000000 (t-0) 2 +0.591360 (t-0) +450.210417 ” .
そして、火炎重心移動速度導出部1は、移動速度導出部1cにより、補間関数生成部1bで生成した関数x(t),y(t)の時間微分をとることにより、複数の画像情報中の火炎の重心の移動速度を導出する。
The flame center-of-gravity moving
すなわち、上述のように重心位置のx座標とy座標それぞれを、時間tを変数とした関数x(t),y(t)で補間すると、重心の速度ベクトルvは、下記の式(3)となる。ここでは、導出した重心の移動速度を(Vx2,Vy2)と表す。 That is, when the x-coordinate and y-coordinate of the centroid position are interpolated with the functions x (t) and y (t) using the time t as a variable as described above, the centroid velocity vector v is expressed by the following equation (3). It becomes. Here, the derived movement speed of the center of gravity is represented as (Vx2, Vy2).
以上が、火炎重心移動速度導出部1による、図3に示す複数の火炎画像情報を用いた各火炎の輪郭の重心座標(x,y)の算出と、算出した座標(x,y)を用いた複数の画像情報中の火炎の重心の移動速度の導出処理についての説明である。
The above is the calculation of the center of gravity coordinates (x, y) of the outline of each flame using the plurality of flame image information shown in FIG. 3 by the flame center of gravity moving
次に、火炎伝播速度導出部2による、火炎が可燃性混合気上を広がっていく伝播速度の導出処理について説明する。
Next, the propagation speed deriving process in which the flame spreads over the combustible mixture by the flame propagation
まず、陰関数曲面生成部2aにおける、RBFによる点群補間により、図3に示す連続画像における各連続画像(1枚目の画像(t=0)、2枚目の画像(t=1)、・・・、n−1(=25)枚目の画像)から、陰関数曲面を生成する処理について説明する。 First, by the point group interpolation by the RBF in the implicit function curved surface generation unit 2a, each continuous image (first image (t = 0), second image (t = 1)) in the continuous image shown in FIG. ..., N−1 (= 25th image)) will be described.
図3に示す例では、1枚目の画像(t=0)からは17箇所の輪郭点が抽出され、各データが図5に示す構成でHDD28等に記憶される。
In the example shown in FIG. 3, 17 contour points are extracted from the first image (t = 0), and each data is stored in the
本例では、重心の移動量を相殺するように平行移動させた上で、火炎画像の輪郭点をRBFによって補間する。例えば、上述の重心座標の説明で述べたように、1枚目の火炎画像における重心座標(x,y)は(587.58125,450.210417)であり、1枚目の火炎画像において特定された各輪郭点の座標(x,y)から、1枚目の重心座標(x,y)(=587.58125,450.210417)を減算することで、座標データの平行移動を行う。 In this example, the contour point of the flame image is interpolated by RBF after being translated so as to cancel the movement amount of the center of gravity. For example, as described in the description of the center-of-gravity coordinates, the center-of-gravity coordinates (x, y) in the first flame image are (587.58125, 450.210417), and each contour point specified in the first flame image is The coordinate data is translated by subtracting the first barycentric coordinate (x, y) (= 587.58125, 450.210417) from the coordinate (x, y).
例えば、図5における1行目の「x=8.971536,y=-18.2042」との値は、1枚目の火炎画像において特定された各輪郭点の実際の座標(x=596.552786,y=432.006192)から、1枚目の重心座標(x=587.58125,y=450.210417)を引いた値である。この処理を各輪郭点の座標に対して行うことで、各火炎画像の重心を1枚目の火炎画像の重心座標に合わせる。 For example, the value “x = 8.971536, y = −18.2042” in the first row in FIG. 5 is the actual coordinates (x = 596.552786, y = 432.006192) of each contour point specified in the first flame image. The value obtained by subtracting the center of gravity coordinates (x = 587.58125, y = 450.210417) from the first sheet. By performing this process on the coordinates of each contour point, the center of gravity of each flame image is matched with the center of gravity of the first flame image.
図5において、「x」、「y」は、1枚目の画像から求められる重心位置をx=0、y=0として、当該輪郭点が重心位置より右に行くほどxが増加し、下へ行くほどyが増加するので、輪郭点が重心より左や上にあるばあいはマイナス(-)の値となる。 In FIG. 5, “x” and “y” indicate that the center of gravity obtained from the first image is x = 0 and y = 0, and x increases as the contour point moves to the right of the center of gravity. Since y increases as it goes to the point, if the contour point is on the left or above the center of gravity, the value is negative (-).
また、図5において、「t」は画像の識別番号(t=0は1枚目)、「関数値」は、当該輪郭点が輪郭上、輪郭の内側、及び輪郭の外側であるかを示しており、「0」が輪郭上、「−1」が輪郭の内側、「1」が輪郭の外側であることを示している。 In FIG. 5, “t” is an image identification number (t = 0 is the first image), and “function value” indicates whether the contour point is on the contour, inside the contour, and outside the contour. “0” is on the contour, “−1” is inside the contour, and “1” is outside the contour.
なお、輪郭点を、輪郭上、輪郭の内側、及び輪郭の外側としているのは、輪郭点を輪郭上のみとした場合、後述する式(6)の連立方程式の右辺の値がすべて零(0)となり、自明な解のみしか得られなくなるためである。また、本例では、プラスとなる輪郭点の数とマイナスとなる輪郭点の数を同数として、補間曲面がバランスよく生成されるようにしているが、必ずしも同数とする必要はない。 Note that the contour points are set on the contour, inside the contour, and outside the contour. When the contour point is only on the contour, the values on the right side of the simultaneous equations of Equation (6) described later are all zero (0). This is because only obvious solutions can be obtained. In this example, the number of positive contour points is the same as the number of negative contour points, and the interpolation curved surface is generated in a balanced manner, but it is not always necessary to have the same number.
同様に、2枚目の画像(t=1)からは、24箇所の輪郭点が抽出され、各データが図6に示す構成でHDD28等に記憶される。なお、図6においては2枚目の画像をt=10として示している。
Similarly, 24 contour points are extracted from the second image (t = 1), and each data is stored in the
また、25枚目の画像からは、116箇所の輪郭点を抽出しており、1〜25枚の画像から合計で1816箇所の輪郭点を抽出している。 In addition, 116 contour points are extracted from the 25th image, and 1816 contour points are extracted in total from 1 to 25 images.
このように、各輪郭点は2次元座標(x、y)をもち、この座標に時間の次元(t)を加えることで、3次元空間上の点(x,y,z)として扱うことができ、陰関数曲面生成部2aは、火炎重心移動速度導出部1で導出された重心の移動量を相殺するように平行移動させた後、1〜25枚の火炎画像の各輪郭点(3次元の点群)をRBFによって補間することで陰関数曲面を生成する。
Thus, each contour point has a two-dimensional coordinate (x, y), and by adding a time dimension (t) to this coordinate, it can be handled as a point (x, y, z) in a three-dimensional space. The implicit function curved surface generation unit 2a performs parallel movement so as to cancel out the movement amount of the center of gravity derived by the flame center of gravity movement
次に、このような陰関数曲面生成部2aにより陰関数曲面を生成する処理と、火炎伝播速度導出部2における速度法線方向成分導出部2bの処理についてより詳しく説明する。
Next, the process of generating an implicit function curved surface by such an implicit function curved surface generation unit 2a and the process of the velocity normal direction component deriving unit 2b in the flame propagation
本例の火炎伝播速度導出部2における陰関数曲面生成部2aでは、RBFによる群点補間の手法を用いており、本例では、上述したように、連続画像の輪郭点を、2次元座標(x,y)と時間(t)をもった3次元空間上の点群として扱い、これらの点群を補間する陰関数曲面f(x,y,t)=0を考える。
The implicit curved surface generation unit 2a in the flame propagation
上述の図3において連続画像の例を示しており、図7において補間曲面の例を示している。なお、図7は、重心の移動量を相殺するように平行移動させていない場合において、火炎画像の輪郭点をRBFによって補間した結果の陰関数曲面であり、このように、重心が移動して拡散する物体を対象として、拡散速度を導出する。本例では、このような重心の移動量を相殺するように平行移動させたうえで、火炎画像の輪郭点をRBFによって補間する。 FIG. 3 shows an example of a continuous image, and FIG. 7 shows an example of an interpolation curved surface. FIG. 7 shows an implicit function curved surface obtained by interpolating the contour points of the flame image with RBF when the translation is not performed so as to cancel the movement amount of the center of gravity. Diffusion speed is derived for a diffusing object. In this example, the contour point of the flame image is interpolated by the RBF after the parallel movement is performed so as to cancel the movement amount of the center of gravity.
RBFとは、原点からの距離のみに依存する基底関数であり、用途に応じて幾つかの形式があるが、本例では、下記に示される式(4)に示すような、3次元の曲面補間に「triharmonic spline」を用いる。 RBF is a basis function that depends only on the distance from the origin, and there are several forms depending on the application, but in this example, a three-dimensional curved surface as shown in the following equation (4): “Triharmonic spline” is used for interpolation.
点群を補間する陰関数は、各点を中心とした基底関数の加重和をとることにより、下記に示される式(5)のように決定される。 The implicit function for interpolating the point group is determined as shown in the following equation (5) by taking a weighted sum of basis functions centered on each point.
上記式(5)中の「cj」は各点の位置ベクトル、「dj」は重みを表し、P(x)は1次多項式「p0+p1x+p2y+p3z」である。そして、重み「dj」及び多項式の係数「p0〜p3」は、下記の式(6)で示される連立一次方程式を解くことによって求められる。なお、各点の座標を「cj=(cx j,cy j,cz j)」とする。 In the above formula (5), “c j ” represents the position vector of each point, “d j ” represents the weight, and P (x) is a first order polynomial “p 0 + p 1 x + p 2 y + p 3 z”. The weight “d j ” and the polynomial coefficients “p 0 to p 3 ” are obtained by solving simultaneous linear equations represented by the following equation (6). The coordinates of each point are assumed to be “cj = (c x j , c y j , c z j )”.
上記式(6)において、「φij=φ(ci-cj)」である。また、「hj」は、図5,図6における関数値であり、曲面からの符号付き距離を表し、「cj」が曲面上の点であれば「hj=0」、曲面内部の点であれば「hj<0」、曲面外部の点であれば「hj>0」となる。なお、図5,図6における関数値で説明したように、全ての点を各曲面上の点(輪郭点)とした場合、上記式(6)の連立方程式の右辺の値がすべて零(0)となり、自明な解のみしか得られなくなるため、ここでは、輪郭点から法線方向(内部、外部)にオフセットを加えている。 In the above formula (6), “φ ij = φ (c i −c j )”. “H j ” is a function value in FIGS. 5 and 6 and represents a signed distance from the curved surface. If “c j ” is a point on the curved surface, “h j = 0” is obtained. If it is a point, “h j <0”, and if it is a point outside the curved surface, “h j > 0”. As described with reference to the function values in FIGS. 5 and 6, when all the points are points (contour points) on each curved surface, the values on the right side of the simultaneous equations of the above equation (6) are all zero (0). Thus, only an obvious solution can be obtained, and here, an offset is added in the normal direction (internal and external) from the contour point.
ここでの「φ(ci-cj)」は上記式(4)で示されているように、ベクトルの長さを3乗したものであり、従って、「φij」は「i個目の点とj個目の点との距離を3乗したもの」ということとなる。 Here, “φ (c i −c j )” is the cube of the length of the vector, as shown in the above equation (4). Therefore, “φ ij ” is “i-th”. Is the cube of the distance between the point and the j-th point ”.
例えば、上記式(6)において、1行2列目の成分は、「φ12=φ(c1−c2)3=(1つ目の点と2つ目の点との距離の3乗」となり、また、1行3列目の成分は、「φ13=φ(c1−c3)3=(1つ目の点と3つ目の点との距離の3乗」となる。 For example, in the above equation (6), the component in the first row and the second column is “φ 12 = φ (c 1 −c 2 ) 3 = (the cube of the distance between the first point and the second point” And the component in the first row and third column is “φ 13 = φ (c 1 −c 3 ) 3 = (the cube of the distance between the first point and the third point”).
図5,6,…に示される点群データによって決定される行列は、例えば、1行目が「0、 63985.12 79952.23 35056.78 10.3544 61675.83 71839.82 28682 ・・・116136.6 ・・・ 44312.81 ・・・ 592041.7 ・・・246172.8 ・・・ 1959455 ・・・762641.4・・・ 1149980 565262.1 499082.3 482887.9」等となり、これと関数値hによって、上記式(6)の連立一次方程式の1行目が形成され、本例では、式(6)の連立一次方程式は、1816行からなる。 In the matrix determined by the point cloud data shown in FIGS. 5, 6, etc., for example, the first row is “0, 63985.12 79952.23 35056.78 10.3544 61675.83 71839.82 28682 ・ ・ ・ 116136.6 ・ ・ ・ 44312.81 ・ ・ ・ 592041.7 ・ ・ ・246172.8 ... 1959455 ... 762641.4 ... 1149980 565262.1 499082.3 482887.9 "etc., and this and the function value h form the first line of the simultaneous linear equations of the above equation (6). In this example, The simultaneous linear equation 6) consists of 1816 lines.
この連立一次方程式を解くことにより、1816行の各行における各重み「dj」及び多項式の係数「p0〜p3」が計算される。 By solving the simultaneous linear equations, each weight “d j ” and polynomial coefficients “p 0 to p 3 ” in each row of 1816 rows are calculated.
このようにして計算された各重み「dj」及び多項式の係数「p0〜p3」を、上記式(5)に当てはめることにより、曲面の式が決定される。 By applying each weight “d j ” and polynomial coefficients “p 0 to p 3 ” calculated in this way to the above equation (5), the equation of the curved surface is determined.
すなわち、式(5)の関数は、1816個の項を足し合わせた形であり、本例では、「f(x)=d1φ(x−c1)+d2φ(x−c2)+d3φ(x−c3)+・・・+d1816φ(x−c1816)+p0+p1x+p2y+p3z」となる。 That is, the function of Expression (5) has a form in which 1816 terms are added, and in this example, “f (x) = d 1 φ (x−c 1 ) + d 2 φ (x−c 2 )”. + D 3 φ (x−c 3 ) +... + D 1816 φ (x−c 1816 ) + p 0 + p 1 x + p 2 y + p 3 z ”.
本例では、速度法線方向成分導出部2bにおいて、この式(5)に示す関数の微分値を求めることで、当該陰関数曲面における各輪郭点での速度の法線方向成分を導出する。 In this example, the velocity normal direction component deriving unit 2b derives the differential value of the function shown in the equation (5) to derive the velocity normal direction component at each contour point on the implicit function curved surface.
以下、このような陰関数曲面における各輪郭点での速度の法線方向成分の導出について説明する。なお、この陰関数曲面における各輪郭点での速度の法線方向成分の導出に関しては、上述の非特許文献2におけるStamの論文の「3.NORMAL VELOCITY」に記載の技術を用いることができ、ここでの詳細な説明は行わない。
Hereinafter, derivation of the normal direction component of the velocity at each contour point on such an implicit function curved surface will be described. As for the derivation of the normal direction component of the velocity at each contour point on this implicit function curved surface, the technique described in “3. NORMAL VELOCITY” of Stam's paper in
上述のように、時間に依存する陰関数f(x,y,z)=0で示される曲面を考える。 As described above, consider a curved surface represented by a time-dependent implicit function f (x, y, z) = 0.
関数fの時間に関する全微分をとると、下記の式(7)となる。 Taking the total derivative of the function f with respect to time, the following equation (7) is obtained.
曲面上の点においては、この微分値は零(0)となる。つまり、下記の式(8)と表すことができる。これにより、速度の法線方向成分のみが決定される。 At points on the curved surface, this differential value is zero (0). That is, it can be expressed as the following formula (8). Thereby, only the normal direction component of the speed is determined.
ここで、速度の方向を輪郭線の法線方向とすることを条件とし、伝播速度としてRBFの法線方向成分の速度を算出するために下記の式(9)を用いる。 Here, on condition that the velocity direction is the normal direction of the contour line, the following equation (9) is used to calculate the velocity of the normal component of the RBF as the propagation velocity.
上記の式(8)及び(9)より、下記の式(10)が得られ、この式(10)が速度の法線方向成分となる。 From the above equations (8) and (9), the following equation (10) is obtained, and this equation (10) becomes the normal component of the velocity.
上記式(10)を用いて、各輪郭点の速度の法線方向成分を算出する。本例では、式(5)の関数、すなわち、「f(x)=d1φ(x−c1)+d2φ(x−c2)+d3φ(x−c3)+・・・+d1816φ(x−c1816)+p0+p1x+p2y+p3z」の微分値を求めると、1816個の足し合わせとなり、これにより速度を表す式が得られ、その式に、例えば、「x=10.773644」、「y=-18.675817」、「z=0」を代入すると、「Vx1=-3.998188」、「Vy2=-3.873554」が当該輪郭点の速度の法線方向成分、すなわち、火炎伝播速度の値として得られる。 The normal direction component of the speed of each contour point is calculated using the above equation (10). In this example, the function of Expression (5), that is, “f (x) = d 1 φ (x−c 1 ) + d 2 φ (x−c 2 ) + d 3 φ (x−c 3 ) +. + D 1816 φ (x−c 1816 ) + p 0 + p 1 x + p 2 y + p 3 z ”is obtained, the sum of 1816 is obtained, thereby obtaining an expression representing the speed. For example,“ When “x = 10.773644”, “y = −18.675817” and “z = 0” are substituted, “Vx1 = −3.998188” and “Vy2 = −3.873554” are normal direction components of the velocity of the contour point, that is, flame propagation Obtained as a speed value.
なお、上述したように、画像中では、右へ行くほどxが増加し、下へ行くほどyが増加するので、「Vx1=-3.998188」と「Vy2=-3.873554」からなるベクトルは、左側に3.998188、上側に3.873554というベクトルであることを意味する。 As described above, in the image, x increases as it goes to the right, and y increases as it goes down, so that the vector consisting of “Vx1 = −3.9998188” and “Vy2 = −3.8873554” 3.998188 means that the vector is 3.873554 on the upper side.
このようにして得られた火炎伝播速度としての、各輪郭点の速度の法線方向成分(ベクトル)と、当該火炎画像から上述の火炎重心移動速度導出部1における移動速度導出部1cが導出した重心の移動速度(ベクトル)との2つを足し合わせたものを、各輪郭点の火炎速度とする。
The moving
図8においては、図3に示される各火炎画像に対して、上述の拡散速度演算装置10により速度導出処理を行った際の結果を示しており、図中の楕円状の輪郭線の部分が火炎画像であり、直線部分が速度を表している。ここでは、速度を導出した輪郭点の座標から、拡散速度演算装置10により導出された速度ベクトルの座標までを直線で結ぶことで、火炎速度を視覚的に表している。
FIG. 8 shows the result when the speed derivation processing is performed by the above-described diffusion
また、図9においては、平行移動しながら径が増加してゆく円に対して、拡散速度演算装置10により速度を算出した例を示しており、また、図10は、図9の場合と同じ画像に対し、重心移動を考慮せず、RBF曲面のみから速度を算出した結果を示している。
In addition, FIG. 9 shows an example in which the velocity is calculated by the diffusion
図9からも、本例の拡散速度演算装置10は、平行移動と変形が組み合わされた動きに対応が可能であることがわかる。
Also from FIG. 9, it can be seen that the diffusion
なお、上記式(6)のような連立方程式を一般的なCPUを用いて解く場合、行列のサイズが大きくなると計算時間が非常に長いものとなってしまう。そこで、GPU(Graphics Processing Unit、グラフィックス プロセッシング ユニット)を用いて行列演算を並列的に処理することにより、処理速度の高速化を図ることができる。 When solving simultaneous equations such as the above equation (6) using a general CPU, the calculation time becomes very long as the matrix size increases. Therefore, processing speed can be increased by processing matrix operations in parallel using a GPU (Graphics Processing Unit).
次に、図11を用いて、本例の拡散速度演算装置10による拡散速度演算処理について説明する。この図11で示す各ステップは、図2におけるCPU22のHDD28等の記憶装置に記憶されたプログラムに基づく処理内容を示している。
Next, the diffusion rate calculation processing by the diffusion
ステップ100においては、図1における重心座標算出部1aと同様の処理により、各連続した火炎画像(火炎輪郭)における重心座標(x,y)を算出し、ステップ102においては、図1における補間関数生成部1bと同様の処理により補間関数x(t),y(t)を生成し、ステップ104においては、図1における移動速度導出部1cと同様の処理により、各火炎画像の重心の移動速度を算出する。
In
また、ステップ106においては、図1における陰関数曲面生成部2aと同様の処理により、陰関数曲面を生成し、ステップ108においては、図1における速度法線方向成分導出部2bと同様の処理により、各輪郭点における速度の法線方向成分を算出する。
Further, in
そして、ステップ110においては、図1における火炎速度導出部3と同様の処理により、火炎の速度を算出し、ステップ112において、算出結果を出力する。
In
なお、火炎の速度としては、上述の重心の移動速度(火炎自体の移動速度)と法線方向速度(火炎が可燃性混合気上を広がって行く伝播速度)と共に、火炎が回転する場合の回転速度が考えられる。 Note that the flame speed is the rotation speed when the flame rotates together with the moving speed of the center of gravity (the moving speed of the flame itself) and the normal speed (the propagation speed at which the flame spreads over the combustible mixture). Speed is considered.
このような火炎の回転速度を求める基本的な技術について以下に説明する。 A basic technique for determining the rotational speed of such a flame will be described below.
連続画像から曲面を生成する際、個々の画像における形状の慣性主軸の傾きを求めることができ、画像間での軸の傾きの変化から、形状の回転を把握することができる。慣性主軸の傾きについては、画像のモーメントから求めることができる。 When generating a curved surface from continuous images, the inclination of the principal axis of inertia of the shape in each image can be obtained, and the rotation of the shape can be grasped from the change in the inclination of the axis between images. The inclination of the principal axis of inertia can be obtained from the moment of the image.
重心周りのモーメントMpqは、下記の式(11)で与えられる。 The moment M pq around the center of gravity is given by the following equation (11).
このときの慣性主軸の傾きθは、下記の式(12)で表される。 The inclination θ of the inertial main axis at this time is expressed by the following equation (12).
ここで、回転物体の速度について考える。ある点を中心として回転する楕円を考えると、各点における速度の方向は、回転中心とその点を結んだ線分に対して垂直方向とするのが自然である。また、回転中心との距離をr、回転角をθとすると、速度の大きさ|v|は、下記の式(13)となる。 Now consider the speed of the rotating object. Considering an ellipse that rotates around a point, it is natural that the direction of velocity at each point is perpendicular to the line segment connecting the center of rotation and the point. Further, when the distance from the rotation center is r and the rotation angle is θ, the speed magnitude | v | is expressed by the following equation (13).
従って、形状の回転中心(重心とすれば良い)と回転角(慣性主軸の傾き)から、回転物体の速度を求めることができる。 Therefore, the speed of the rotating object can be obtained from the rotation center of the shape (which may be the center of gravity) and the rotation angle (inclination of the principal axis of inertia).
以下、図12,図13を用いて、このような火炎の回転速度を含めて、火炎の速度を計算する拡散速度演算装置について説明する。 Hereinafter, a diffusion speed calculation device that calculates the flame speed including the rotation speed of the flame will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
図12においては、このような処理を行う拡散速度演算装置10aの構成を示している。拡散速度演算装置10aも図1に示す拡散速度演算装置10と同様に、図2に示すコンピュータの構成からなる。
FIG. 12 shows the configuration of the diffusion rate calculation device 10a that performs such processing. Similarly to the diffusion
拡散速度演算装置10aにおいては、図1に示す拡散速度演算装置10の構成に加えて、複数の火炎画像のそれぞれの慣性主軸の傾きを求める火炎傾き算出部5aと、求めた慣性主軸の傾きから火炎画像の回転速度を導出する回転速度導出部5bからなる火炎回転速度導出部5を備えている。
In addition to the configuration of the diffusion
なお、図12における火炎重心移動速度算出部1は、図1における火炎重心移動速度算出部1と同様の処理を実行するものであり、重心座標算出部1a、補間関数生成部1b、及び移動速度導出部1cに関しては、ここでの説明は行わない。
Note that the flame center-of-gravity moving
本例では、火炎伝播速度導出部2cは、陰関数曲面生成部2a’において、重心座標x,yの移動量を相殺するように平行移動すると共に、火炎回転速度導出部5の火炎傾き算出部5aで求められた各火炎画像間での慣性主軸の傾きを相殺した後、各輪郭点をRBFにより補間して連続的な陰関数曲面を生成し、速度法線方向生成部2b’において、生成した陰関数曲面上で当該火炎画像の各輪郭点における法線方向の速度を火炎伝播速度として導出する。
In this example, the flame propagation
そして、火炎速度導出部3aは、火炎伝播速度導出部2cで導出された火炎伝播速度としての各輪郭点における法線方向速度に、火炎重心移動速度導出部1で導出された重心移動速度と、火炎回転速度導出部5で導出された火炎画像の回転速度の3つを足し合わせて火炎の速度を導出する。
Then, the flame velocity deriving unit 3a has a normal direction velocity at each contour point as a flame propagation velocity derived by the flame propagation
このような本例の拡散速度演算装置10aによる拡散速度演算処理について、図13を用いて説明する。この図13で示す各ステップは、図11の場合と同様に、図2におけるCPU22のHDD28等の記憶装置に記憶されたプログラムに基づく処理内容を示している。
The diffusion rate calculation process by the diffusion rate calculation device 10a of this example will be described with reference to FIG. Each step shown in FIG. 13 shows the processing contents based on a program stored in a storage device such as the
まず、ステップ200においては、図12すなわち図1における重心座標算出部1aと同様の処理により、各連続した火炎画像(火炎輪郭)における重心座標(x,y)を算出し、ステップ202においては、図12すなわち図1における補間関数生成部1bと同様の処理により補間関数x(t),y(t)を生成し、ステップ204においては、図12すなわち図1における移動速度導出部1cと同様の処理により、各火炎画像の重心の移動速度を算出する。
First, in
次に、ステップ202aにおいては、図12における火炎傾き算出部5aと同様の処理により、各連続した火炎画像(火炎輪郭)における慣性主軸の傾きを算出し、ステップ204aにおいては、図12における回転速度導出部5bと同様の処理により火炎画像の回転速度を導出する。
Next, in
そして、ステップ206aにおいては、図12における陰関数曲面生成部2a’と同様の処理により、連続的な陰関数曲面を生成し、ステップ208aにおいては、図12における速度法線方向成分導出部2b’と同様の処理により、各輪郭点における速度の法線方向成分を火炎伝播速度として算出する。 In step 206a, a continuous implicit function curved surface is generated by the same processing as the implicit function curved surface generating unit 2a ′ in FIG. 12, and in step 208a, the velocity normal direction component deriving unit 2b ′ in FIG. The normal direction component of the velocity at each contour point is calculated as the flame propagation velocity by the same processing as.
そして、ステップ210aにおいては、図12における火炎速度導出部3aと同様の処理により火炎の速度を導出し、ステップ212aにおいて、算出結果を出力する。 In step 210a, the flame speed is derived by the same process as the flame speed deriving unit 3a in FIG. 12, and in step 212a, the calculation result is output.
以上、図1〜図11を用いて説明したように、本例の拡散速度演算装置10では、拡散する物体としての火炎の伝播・拡散の様子を連続撮影して得られた複数の火炎画像の時間変化に基づいて、火炎画像の重心移動速度を導出する火炎重心移動速度導出部1と、複数の火炎画像の各々の重心を合わせるよう各火炎画像を平行移動した後、各火炎画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該火炎画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する火炎伝播速度導出部2と、火炎伝播速度導出部2で導出された伝播速度と火炎重心移動速度導出部1で導出された重心移動速度とに基づいて、火炎が拡散する速度を導出する火炎速度導出部3と、を備えている。
As described above with reference to FIGS. 1 to 11, in the diffusion
なお、火炎重心移動速度導出部1は、複数の火炎画像の各々の重心座標を算出する重心座標算出部1aと、重心座標算出部1aで算出された各火炎画像の重心座標間を補間する補間関数を生成する補間関数生成部1bと、補間関数生成部1bで生成された補間関数を時間微分して重心移動速度を導出する移動速度導出部1cと、を備え、火炎伝播速度導出部2は、複数の火炎画像の各々の重心座標が一致するように各火炎画像を平行移動した後、複数の火炎画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成部2aと、陰関数曲面生成部2aで生成された陰関数曲面を時間微分して、複数の火炎画像の各輪郭点における法線方向の速度を伝播速度として導出する速度法線方向成分導出部2bと、を備え、火炎速度導出部3手段は、速度法線方向成分導出部2bで導出された伝播速度と移動速度導出部1cで導出された重心移動速度とを合成して火炎が伝播・拡散する速度を導出する。
The flame center-of-gravity moving
このように、拡散速度演算装置10では、RBFによる点群補間の技術を用いて、離散的な画像群から、連続的な陰関数曲面を生成し、その曲面上で火炎速度の算出を行う際、火炎速度の成分として、可燃性混合気上を火炎が広がってゆく伝播の成分と、風等によって火炎自体が移動してゆく成分とに分け、これらの2つの成分を、RBF上の速度の法線方向成分と、画像中の火炎の重心の移動速度のそれぞれに対応させて火炎の速度を導出しており、物理的挙動に則した火炎の速度を精度良く求めることが可能となる。
As described above, the diffusion
一方、図12,図13を用いて説明した拡散速度演算装置10aでは、拡散する物体としての火炎の伝播・拡散の様子を連続撮影して得られた複数の火炎画像の時間変化に基づいて、火炎画像の重心移動速度を導出する火炎重心移動速度導出部1と、火炎画像の時間変化に基づいて、火炎画像の回転速度を導出する火炎回転速度導出部5と、複数の火炎画像の各々の重心を合わせるよう各火炎画像を平行移動すると共に、複数の火炎画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各火炎画像を回転した後、各火炎画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該火炎画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する火炎伝播速度導出部2cと、火炎伝播速度導出部2cで導出された伝播速度、火炎重心移動速度導出部1で導出された重心移動速度、及び火炎回転速度導出部5で導出された回転速度に基づいて、火炎が伝播・拡散する速度を導出する火炎速度導出部3aと、を備えている。 On the other hand, in the diffusion speed calculation device 10a described with reference to FIGS. 12 and 13, based on temporal changes of a plurality of flame images obtained by continuously photographing the propagation / diffusion state of a flame as a diffusing object, A flame center-of-gravity moving speed deriving unit 1 for deriving the center-of-gravity moving speed of the flame image, a flame rotation speed deriving unit 5 for deriving the rotation speed of the flame image based on the temporal change of the flame image, and each of the plurality of flame images Each flame image is translated to match the center of gravity, and each flame image is rotated to match the inclination of the principal axis of inertia of each flame image, and then the contour of each flame image is interpolated by a radial basis function to continuously A simple implicit function curved surface, and a flame propagation velocity deriving unit 2c for deriving the velocity in the normal direction at each contour of the flame image as a propagation velocity on the generated implicit function curved surface, and a flame propagation velocity deriving unit 2c Flame speed derivation for deriving the speed at which the flame propagates and diffuses based on the measured propagation speed, the center of gravity movement speed derived by the flame center-of-gravity movement speed deriving section 1 and the rotation speed derived by the flame rotation speed deriving section 5 Part 3a.
なお、火炎重心移動速度導出部1は、複数の火炎画像の各々の重心座標を算出する重心座標算出部1aと、重心座標算出部1aで算出された各火炎画像の重心座標間を補間する補間関数を生成する補間関数生成部1bと、補間関数生成部1bで生成された補間関数を時間微分して重心移動速度を導出する移動速度導出部1cと、を備え、火炎回転速度導出部5は、複数の火炎画像の各々の慣性主軸の傾きを求める火炎傾き算出部5aと、火炎傾き算出部5aで求められた慣性主軸の傾きと重心座標算出部1aで算出された複数の火炎画像の各々の重心座標とに基づいて、火炎画像の回転速度を導出する回転速度導出部5bと、を備え、火炎伝播速度導出部2cは、複数の火炎画像の各々の重心座標が一致するように各火炎画像を平行移動すると共に、複数の火炎画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各火炎画像を回転した後、複数の火炎画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成部2a’と、陰関数曲面生成部2a’で生成された陰関数曲面を時間微分して、複数の火炎画像の各輪郭点における法線方向の速度を伝播速度として導出する速度法線方向成分導出部2b’と、を備え、火炎速度導出部3aは、速度法線方向成分導出部2b’で導出された伝播速度、移動速度導出部1cで導出された重心移動速度、及び回転速度導出び5bで導出された回転速度を合成して火炎が伝播・拡散する速度を導出する。
The flame center-of-gravity moving
このように、図12に示す拡散速度演算装置10aにおいては、図1に示す拡散速度演算装置10の構成に加えて、複数の火炎画像のそれぞれの慣性主軸の傾きを求める火炎傾き算出部5aと、求めた慣性主軸の傾きから火炎画像の回転速度を導出する回転速度導出部5bからなる火炎回転速度導出部5を備え、火炎伝播速度導出部2cは、重心座標x,yの移動量を相殺するように平行移動すると共に、火炎回転速度導出部5の火炎傾き算出部5aで求められた各火炎画像間での慣性主軸の傾きを相殺したうえで、各輪郭点をRBFにより補間して連続的な陰関数曲面を生成し、火炎速度導出部3aは、火炎伝播速度導出部2cで導出された各輪郭点における法線方向速度に、火炎重心移動速度導出部1で重心座標x,yの移動量を用いて導出された火炎の重心移動速度と、火炎回転速度導出部5で導出された火炎の回転速度とを足し合わせて、火炎の速度を導出する。これにより、回転を含めた火炎画像の速度も精度良く求めることができる。
As described above, in the diffusion rate calculation device 10a shown in FIG. 12, in addition to the configuration of the diffusion
なお、補間関数生成部1bでは、重心座標算出部1aで算出された複数の火炎画像の重心座標x,yをスプライン曲線で補間して補間関数x(t),y(t)を生成する。
The interpolation
また、輪郭点は、火炎画像の輪郭線上、輪郭線の内側、及び輪郭線の外側のいずれかであり、輪郭線の内側の輪郭点の数と、輪郭線の外側の輪郭点の数を同じとすることで、陰関数曲面をバランスよく生成する。 The contour point is either on the contour line of the flame image, inside the contour line, or outside the contour line, and the number of contour points inside the contour line is the same as the number of contour points outside the contour line. By doing so, the implicit function curved surface is generated in a balanced manner.
なお、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 In addition, this invention is not limited to the example mentioned above, A various deformation | transformation and application are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、本例においては、火炎の速度を対象として説明したが、水面上において拡散する油等の拡散速度を求める等、他の拡散する物体に関しても適用することができ、その拡散速度を精度良く求めることが可能である。 For example, in this example, the flame speed has been described as an object, but it can also be applied to other diffusing objects, such as obtaining the diffusion speed of oil diffusing on the water surface. It is possible to ask.
また、本例においては、重心座標を補間して曲線を生成する技術として、スプライン補間を用いているが、ラグランジュ補間やニュートン補間を用いることも考えられる。しかし、このラグランジュ補間では、n個の点をn−1次式の曲線で補間するものであり、例えば,点が3個であれば、「x(t)=at2+bt+c」という2次式で表すことができるが、このラグランジュ補間では、実装が非常に単純であるが、点数が多くなると不自然に曲線が振動してしまうことがある。 In this example, spline interpolation is used as a technique for generating a curve by interpolating the barycentric coordinates, but it is also possible to use Lagrange interpolation or Newton interpolation. However, in this Lagrangian interpolation, n points are interpolated with a curve of an n−1 degree equation. For example, if there are three points, a quadratic equation “x (t) = at 2 + bt + c”. This Lagrange interpolation is very simple to implement, but if the number of points increases, the curve may vibrate unnaturally.
また、図2に示したコンピュータ構成において、本発明に係る各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、各構成による処理が実行されてもよいし、図示されていない通信機能を用いて、当該プログラムを読み込ませることでもよい。 In the computer configuration shown in FIG. 2, a program for realizing the function of each processing unit according to the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is stored in a computer system. By reading and executing, the processing by each configuration may be executed, or the program may be read by using a communication function not shown.
なお、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。 The computer-readable recording medium refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in the computer system.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能を、コンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
また、本実施の形態に係る拡散速度演算装置10における火炎重心移動速度導出部1、火炎伝播速度導出部2、及び火炎速度導出部3を、プログラムにより各機能の実行が可能なコンピュータで構成するものとしているが、論理素子回路からなるハードウェア構成とすることでも良い。
Moreover, the flame center-of-gravity moving
このように、本発明を実施する形態例を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 As described above, the embodiment for carrying out the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the scope of the present invention is not deviated. Design etc. are also included.
1 火炎重心移動速度導出部
1a 重心座標算出部
1b 補間関数生成部
1c 移動速度導出部
2,2c 火炎伝播速度導出部
2a,2a’ 陰関数曲面生成部
2b,2b’ 速度法線方向成分導出部
3,3a 火炎速度導出部
4 記憶部
10,10a 拡散速度演算装置
5 火炎回転速度導出部
5a 火炎傾き算出部
5b 回転速度導出部
14 キーボード
16 マウス
18 ディスプレイ
20 インターフェース部(IF)
22 CPU
24 RAM
26 ROM
28 ハードディスク(HDD)
DESCRIPTION OF
22 CPU
24 RAM
26 ROM
28 Hard disk (HDD)
Claims (13)
複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出手段と、
前記伝播速度導出手段で導出された前記伝播速度と前記重心移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度とに基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出手段と、
を備えた拡散速度演算装置。 Centroid movement speed deriving means for deriving the centroid movement speed of the object image based on temporal changes of the object image representing the plurality of objects obtained by continuously photographing the state of diffusion of the diffusing object;
After each object image is translated so that the centroids of the plurality of object images are aligned, the contour of each object image is interpolated with a radial basis function to generate a continuous implicit function curved surface. A propagation velocity deriving means for deriving the velocity in the normal direction at each contour of the object image as a propagation velocity;
Speed deriving means for deriving a speed at which the object diffuses based on the propagation speed derived by the propagation speed deriving means and the gravity center moving speed derived by the gravity center moving speed deriving means;
A diffusion speed calculation device.
前記伝播速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成手段と、前記陰関数曲面生成手段で生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出手段と、を備え、
前記速度導出手段は、前記速度法線方向成分導出手段で導出された前記伝播速度と前記移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度とを合成して前記物体が拡散する速度を導出する、
請求項1記載の拡散速度演算装置。 The center-of-gravity moving speed deriving unit generates a center-of-gravity coordinate calculating unit that calculates the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images, and an interpolation function that interpolates between the center-of-gravity coordinates of each object image calculated by the center-of-gravity coordinate calculating unit. Interpolating function generating means, and movement speed deriving means for deriving the barycentric moving speed by differentiating the interpolation function generated by the interpolation function generating means with respect to time,
The propagation speed deriving means translates each object image so that the barycentric coordinates of each of the plurality of object images coincide with each other, and then sets a plurality of contour points set along the contours of the plurality of object images. And an implicit function curved surface generating means for generating a continuous implicit function curved surface by interpolating with a radial basis function, and an implicit function curved surface generated by the implicit function curved surface generating means by time differentiation, A velocity normal direction component deriving unit for deriving a velocity in the normal direction at each contour point as the propagation velocity,
The velocity deriving unit derives a velocity at which the object diffuses by combining the propagation velocity derived by the velocity normal direction component deriving unit and the gravity center moving velocity derived by the moving velocity deriving unit.
The diffusion speed calculation device according to claim 1.
前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する物体回転速度導出手段と、
複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出手段と、
前記伝播速度導出手段で導出された前記伝播速度、前記重心移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度、及び前記物体回転速度導出手段で導出された前記回転速度に基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出手段と、
を備えた拡散速度演算装置。 Centroid movement speed deriving means for deriving the centroid movement speed of the object image based on temporal changes of the object image representing the plurality of objects obtained by continuously photographing the state of diffusion of the diffusing object;
Object rotation speed deriving means for deriving the rotation speed of the object image based on a time change of the object image representing the object;
Each object image is translated so as to match the center of gravity of each of the plurality of object images, and each object image is rotated so as to match the inclination of the principal axis of inertia of each of the plurality of object images. Propagation speed deriving means for generating a continuous implicit function curved surface by interpolation with a radial basis function, and deriving the velocity in the normal direction of each contour of the object image as the propagation speed on the generated implicit function curved surface,
The object diffuses based on the propagation speed derived by the propagation speed deriving means, the gravity center moving speed derived by the gravity center moving speed deriving means, and the rotation speed derived by the object rotation speed deriving means. Speed deriving means for deriving a speed to perform,
A diffusion speed calculation device.
前記物体回転速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを求める傾き算出手段と、前記傾き算出手段で求められた前記慣性主軸の傾きと前記重心座標算出手段で算出された前記複数の物体画像の各々の重心座標とに基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する回転速度導出手段と、を備え、
前記伝播速度導出手段は、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成手段と、前記陰関数曲面生成手段で生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出手段と、を備え、
前記速度導出手段は、前記速度法線方向成分導出手段で導出された前記伝播速度、前記移動速度導出手段で導出された前記重心移動速度、及び前記回転速度導出手段で導出された前記回転速度を合成して前記物体が拡散する速度を導出する、
請求項4記載の拡散速度演算装置。 The center-of-gravity moving speed deriving unit generates a center-of-gravity coordinate calculating unit that calculates the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images, and an interpolation function that interpolates between the center-of-gravity coordinates of each object image calculated by the center-of-gravity coordinate calculating unit. Interpolating function generating means, and movement speed deriving means for deriving the barycentric moving speed by differentiating the interpolation function generated by the interpolation function generating means with respect to time,
The object rotation speed deriving means is calculated by an inclination calculating means for calculating an inclination of an inertia main axis of each of the plurality of object images, and an inclination of the inertia main axis obtained by the inclination calculating means and the barycentric coordinate calculating means. Rotation speed deriving means for deriving the rotation speed of the object image based on the barycentric coordinates of each of the plurality of object images,
The propagation velocity deriving means translates each object image so that the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images coincide with each other, and converts each object image to match the inclination of each principal axis of inertia of the plurality of object images. After the rotation, an implicit function curved surface generating means for generating a continuous implicit function curved surface by interpolating a plurality of contour points set along the respective contours of the plurality of object images with a radial basis function; A velocity normal direction component deriving unit for deriving the velocity in the normal direction at each contour point of the plurality of object images as the propagation velocity by differentiating the implicit function curved surface generated by the function curved surface generation unit with respect to time. ,
The speed deriving means calculates the propagation speed derived by the speed normal direction component deriving means, the gravity center moving speed derived by the moving speed deriving means, and the rotational speed derived by the rotational speed deriving means. Combining to derive the speed at which the object diffuses,
The diffusion speed calculation device according to claim 4.
請求項2または請求項4記載の拡散速度演算装置。 5. The diffusion speed calculation according to claim 2, wherein the interpolation function generation unit generates the interpolation function by interpolating between the barycentric coordinates of the plurality of object images calculated by the barycentric coordinate calculation unit with a spline curve. apparatus.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の拡散速度演算装置。 The speed at which the flame is diffused is derived from a plurality of flame images obtained by continuously photographing the state in which the flame is diffused. The diffusion rate calculation device described in 1.
請求項2,4〜6のいずれか1項に記載の拡散速度演算装置。 The contour point is one of the contour line of the object image, the inner side of the contour line, and the outer side of the contour line, and the number of contour points inside the contour line and the number of contour points outside the contour line The diffusion rate calculation device according to any one of claims 2, 4 to 6.
複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出ステップと、
前記伝播速度導出ステップで導出された前記伝播速度と前記重心移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度とに基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出ステップと、
を含む拡散速度演算方法。 A centroid movement speed deriving step for deriving a centroid movement speed of the object image based on a temporal change of the object image representing the plurality of objects obtained by continuously photographing the state of diffusion of the diffusing object;
After each object image is translated so that the centroids of the plurality of object images are aligned, the contour of each object image is interpolated with a radial basis function to generate a continuous implicit function curved surface. And a propagation velocity deriving step for deriving the velocity in the normal direction in each contour of the object image as the propagation velocity;
A speed deriving step of deriving a speed at which the object diffuses based on the propagation speed derived in the propagation speed deriving step and the gravity center moving speed derived in the gravity center moving speed deriving step;
A diffusion rate calculation method including
前記伝播速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成ステップと、前記陰関数曲面生成ステップで生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出ステップと、を含み、
前記速度導出ステップは、前記速度法線方向成分導出ステップで導出された前記伝播速度と前記移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度とを合成して前記物体が拡散する速度を導出する、
請求項8記載の拡散速度演算方法。 The center-of-gravity moving speed deriving step generates a center-of-gravity coordinate calculating step for calculating the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images and an interpolation function for interpolating between the center-of-gravity coordinates of each object image calculated in the center-of-gravity coordinate calculating step. An interpolation function generating step, and a moving speed deriving step of deriving the center of gravity moving speed by differentiating the interpolation function generated in the interpolation function generating step with respect to time,
In the propagation speed deriving step, the plurality of contour points set along the respective contours of the plurality of object images are obtained by translating each object image so that the barycentric coordinates of the plurality of object images coincide with each other. The implicit function curved surface generation step for generating a continuous implicit function curved surface by interpolating with the radial basis function, and the implicit function curved surface generated in the implicit function curved surface generation step with time differentiation, A velocity normal direction component deriving step for deriving a velocity in the normal direction at each contour point as the propagation velocity,
The velocity deriving step derives a velocity at which the object diffuses by synthesizing the propagation velocity derived in the velocity normal direction component deriving step and the gravity center moving velocity derived in the moving velocity deriving step.
The diffusion rate calculation method according to claim 8.
前記物体を表す物体画像の時間変化に基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する物体回転速度導出ステップと、
複数の前記物体画像の各々の重心を合わせるよう各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、各物体画像の輪郭を放射基底関数により補間して連続的な陰関数曲面を生成し、生成した陰関数曲面上で当該物体画像の各輪郭における法線方向の速度を伝播速度として導出する伝播速度導出ステップと、
前記伝播速度導出ステップで導出された前記伝播速度、前記重心移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度、及び前記物体回転速度導出ステップで導出された前記回転速度に基づいて、前記物体が拡散する速度を導出する速度導出ステップと、
を含む拡散速度演算方法。 A centroid movement speed deriving step for deriving a centroid movement speed of the object image based on a temporal change of the object image representing the plurality of objects obtained by continuously photographing the state of diffusion of the diffusing object;
An object rotation speed deriving step for deriving a rotation speed of the object image based on a time change of the object image representing the object;
Each object image is translated so as to match the center of gravity of each of the plurality of object images, and each object image is rotated so as to match the inclination of the principal axis of inertia of each of the plurality of object images. A propagation velocity deriving step for generating a continuous implicit function curved surface by interpolation with a radial basis function, and deriving a velocity in the normal direction at each contour of the object image on the generated implicit function curved surface as a propagation velocity;
The object diffuses based on the propagation speed derived in the propagation speed deriving step, the gravity center moving speed derived in the gravity center moving speed deriving step, and the rotation speed derived in the object rotation speed deriving step. A speed deriving step for deriving a speed to perform,
A diffusion rate calculation method including
前記物体回転速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを求める傾き算出ステップと、前記傾き算出ステップで求められた前記慣性主軸の傾きと前記重心座標算出ステップで算出された前記複数の物体画像の各々の重心座標とに基づいて、前記物体画像の回転速度を導出する回転速度導出ステップと、を含み、
前記伝播速度導出ステップは、前記複数の物体画像の各々の重心座標が一致するように各物体画像を平行移動すると共に、前記複数の物体画像の各々の慣性主軸の傾きを合わせるよう各物体画像を回転した後、前記複数の物体画像の各々の輪郭に沿って設定された複数の輪郭点を放射基底関数により補間することで連続的な陰関数曲面を生成する陰関数曲面生成ステップと、前記陰関数曲面生成ステップで生成された陰関数曲面を時間微分して、前記複数の物体画像の各輪郭点における法線方向の速度を前記伝播速度として導出する速度法線方向成分導出ステップと、を含み、
前記速度導出ステップでは、前記速度法線方向成分導出ステップで導出された前記伝播速度、前記移動速度導出ステップで導出された前記重心移動速度、及び前記回転速度導出ステップで導出された前記回転速度を合成して前記物体が拡散する速度を導出する、
請求項10記載の拡散速度演算方法。 The center-of-gravity moving speed deriving step generates a center-of-gravity coordinate calculating step for calculating the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images and an interpolation function for interpolating between the center-of-gravity coordinates of each object image calculated in the center-of-gravity coordinate calculating step. An interpolation function generating step, and a moving speed deriving step of deriving the center of gravity moving speed by differentiating the interpolation function generated in the interpolation function generating step with respect to time,
The object rotation speed deriving step is calculated by an inclination calculating step for obtaining an inclination of an inertia main axis of each of the plurality of object images, an inclination of the inertia main axis obtained in the inclination calculating step, and the barycentric coordinate calculating step. A rotational speed deriving step for deriving the rotational speed of the object image based on the barycentric coordinates of each of the plurality of object images,
The propagation speed deriving step translates each object image so that the center-of-gravity coordinates of each of the plurality of object images coincide with each other, and converts each object image to match the inclination of each principal axis of inertia of the plurality of object images. After the rotation, an implicit function curved surface generating step for generating a continuous implicit function curved surface by interpolating a plurality of contour points set along each contour of the plurality of object images by a radial basis function; A velocity normal direction component deriving step for differentiating the implicit function curved surface generated in the function curved surface generation step with respect to time and deriving a normal direction velocity at each contour point of the plurality of object images as the propagation velocity. ,
In the speed deriving step, the propagation speed derived in the speed normal direction component deriving step, the gravity center moving speed derived in the moving speed deriving step, and the rotational speed derived in the rotational speed deriving step are calculated. Combining to derive the speed at which the object diffuses,
The diffusion speed calculation method according to claim 10.
請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の拡散速度演算方法。 The speed at which the flame is diffused is derived from a plurality of flame images obtained by continuously photographing the state in which the flame is diffused. The diffusion rate calculation method described in 1.
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