JP2857240B2 - Flow velocity distribution measurement device - Google Patents

Flow velocity distribution measurement device

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JP2857240B2
JP2857240B2 JP24064290A JP24064290A JP2857240B2 JP 2857240 B2 JP2857240 B2 JP 2857240B2 JP 24064290 A JP24064290 A JP 24064290A JP 24064290 A JP24064290 A JP 24064290A JP 2857240 B2 JP2857240 B2 JP 2857240B2
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仁久 江藤
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、トレーサ注入法で可視化された流れ場の画
像信号に基づいて、流れ場の2次元の流速分布を計測す
るようにした装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for measuring a two-dimensional flow velocity distribution of a flow field based on an image signal of the flow field visualized by a tracer injection method. .

(従来の技術) 例えば通路内の流体の流れ等により作られる流れ場の
流速分布を知るため、流体中にトレーサ注入して流れ場
の可視化を行なう方法が公知である。このようにして可
視化された流れ場における流速情報を定量的な分布のデ
ータとして得るため、この可視化された流れ場の状態を
インタレース方式のテレビジョンカメラを用いて映像信
号に変換し、これにより得られた画像データに対して、
フレーム画像中の各フィールド画像より2枚のフレーム
画像を作成し、それぞれの画像内にある同一トレーサで
形成された流跡像をその細線化処理で得られた細線の傾
き角と長さの情報から推定し、同一トレーサで形成され
た流跡像の2枚のフレーム画像間での移動量から流速の
分布を計測する方法が提案されている(流れの可視化、
Vol.9、No.34、第379頁〜第382頁)。この方法は、1フ
レームのテレビジョン画像のみを扱うので、2フレーム
以上のテレビジョン画像を扱う方法よりも適用範囲が広
いという特徴を有している。
(Prior Art) For example, a method of visualizing a flow field by injecting a tracer into a fluid in order to know a flow velocity distribution of a flow field created by a flow of a fluid in a passage or the like is known. In order to obtain the flow velocity information in the flow field visualized in this way as quantitative distribution data, the state of the visualized flow field is converted into a video signal using an interlaced television camera. For the obtained image data,
Two frame images are created from each field image in the frame image, and information on the inclination angle and length of the thin line obtained by the thinning processing of the flow trace image formed by the same tracer in each image. And a method of measuring the distribution of the flow velocity from the amount of movement between two frame images of the trajectory image formed by the same tracer has been proposed (visualization of flow,
Vol. 9, No. 34, pp. 379-382). Since this method deals with only one frame of television image, it has a feature that the applicable range is wider than that of a method which deals with two or more frames of television image.

しかし、上記従来方法では、流跡像の細線化処理結果
からその傾き角と長さとを求め、この結果を用いて流跡
像を推定するという追跡処理を行なうものであるから、
画像に雑音が重畳されていると、上記追跡処理結果は雑
音の影響を大きく受け、流速の計測結果に大きさ誤差を
生じさせるという問題点を有している。
However, in the above-described conventional method, a tracking process is performed in which the inclination angle and the length are obtained from the thinning processing result of the trail image, and the trail image is estimated using the result.
If the noise is superimposed on the image, the tracking processing result is greatly affected by the noise, and there is a problem that a magnitude error occurs in the measurement result of the flow velocity.

この誤差を小さくするには、流れを可視化するにあた
り、良好な照明状態が必須要件となるほか、トレーサ粒
子の粒子径もある一定範囲に選別して用いなければなら
ない。これは、粒子径が異なる粒子の流跡像の細線化処
理後の細線の長さは、流跡像の長さが等しくても異なる
結果となるとの理由による。したがって、上述した従来
技術を実用化するには、これらの点を克服しなければな
らないという問題点を有している。
In order to reduce this error, in order to visualize the flow, a good illumination condition is an essential requirement, and the particle size of the tracer particles must be selected and used within a certain range. This is because the lengths of the fine lines of the trace images of particles having different particle diameters after the thinning process are different even if the lengths of the trace images are equal. Therefore, there is a problem that these points must be overcome in order to put the above-mentioned conventional technology into practical use.

(発明が解決しようとする課題) このため、雑音の影響を軽減し、より正確に流速分布
状態を測定することができる、流速分布の計測システム
として、可視化された流れ場をシャッタなしのインター
レース走査撮像管方式のテレビジョンカメラを用いて撮
影し、これにより得られたテレビジョン画像信号の1フ
レームを構成する各フィールド画像データの論理積演算
により、各フィールド画像データ間での流跡像の対応関
係を決定する構成が提案されている。
(Problems to be Solved by the Invention) Therefore, as a flow velocity distribution measurement system capable of reducing the influence of noise and measuring the flow velocity distribution state more accurately, interlaced scanning of a visualized flow field without a shutter is performed. Shooting is performed using an image pickup tube type television camera, and a logical product operation of each field image data constituting one frame of the obtained television image signal is performed to correspond to a trail image between each field image data. An arrangement for determining the relationship has been proposed.

しかし、この提案されているシステムでは、計測時間
がNTSC方式のテレビジョン画像サンブリング周期の制約
をうけること、また、ビジコンテレビカメラでは、粒子
の画角中における移動速度がはやい場合、粒子流跡像長
さに誤差が生じてしまう事実から、速い流れの場合には
計測が困難であるという問題点を有している。
However, in the proposed system, the measurement time is limited by the NTSC television image sampling cycle, and in the vidicon TV camera, when the moving speed of the particles in the field angle is fast, the particle flow Due to the fact that an error occurs in the image length, there is a problem that measurement is difficult in the case of a fast flow.

本発明の目的は、したがって、速い流れの計測を上述
の如き不具合を生じることなしに、流れ場の画像信号を
用いて行なうことができるようにした、流速分布の計測
のための装置を提供することにある。
It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus for measuring a flow velocity distribution, wherein a fast flow can be measured using the image signal of the flow field without causing the above-mentioned problems. It is in.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための本発明の特徴は、トレーサ
を注入するとによって可視化された流れ場の流跡像の画
像信号に基づいて該流れ場の2次元の流速分布を計測す
るようにした流速分布の計測装置において、可視化され
た所望の流れ場を同一視野で撮影するための複数のCCD
シャッタ式撮像装置と、上記撮像装置の各露光の開始タ
イミングは同じであるが終了タイミングが異なるよう、
上記撮像装置のシャッタ制御を行って流跡像の重複を生
じさせる複数の画像データを上記撮像装置から得るため
のシャッタ制御手段と、上記撮像装置から得られた上記
複数の画像データ間で論理積演算を行ない上記画像デー
タにより夫々示される流跡像間の対応関係を示すデータ
を出力する論理演算手段と、該論理演算手段の演算計算
に従う対応する一組の流跡像の各重心位置を計算し且つ
計算された重心位置の移動ベクトルを計算するための計
算手段とを備えた点にある。
(Means for Solving the Problems) A feature of the present invention to achieve the above object is to provide a two-dimensional flow velocity of a flow field based on an image signal of a trace image of the flow field visualized by injecting a tracer. In a flow velocity distribution measuring device that measures the distribution, multiple CCDs for capturing the visualized desired flow field in the same field of view
The shutter type imaging device and the above imaging device have the same start timing of each exposure but different end timings,
A shutter control unit for obtaining from the imaging device a plurality of image data for performing shutter control of the imaging device and causing overlap of the trail images, and a logical product between the plurality of image data obtained from the imaging device A logical operation means for performing an operation and outputting data indicating a correspondence relationship between the flow image indicated by each of the image data, and calculating a centroid position of a corresponding set of flow image according to the operation calculation of the logical operation means And a calculating means for calculating a movement vector of the calculated position of the center of gravity.

(作用) CCDシャッタ方式の撮像装置で可視化された流れ場を
撮影すると、シャッタが開かれている間のトレーサの移
動軌跡を示す画像データが各撮像装置から得られる。
(Operation) When the flow field visualized by the CCD shutter type imaging device is photographed, image data indicating the trace of the movement of the tracer while the shutter is open is obtained from each imaging device.

各撮像装置は、シャッタ制御手段によって、それぞれ
の露光の開始タイミングは同じであるが終了タイミング
が異なるようシャッタ制御が行われ、流跡像の重複を生
じさせる複数の画像データが得られる。したがって、1
つの画像データにより示される各流跡像と他の画像デー
タにより示される各流跡像とは、重複露光時間に相応す
る分だけ必ず像の端部で重複が生じる。
In each of the imaging devices, shutter control is performed by the shutter control unit so that the exposure start timing is the same but the end timing is different, and a plurality of image data that causes overlapping of the trail images are obtained. Therefore, 1
Each trace image represented by one image data and each trace image represented by other image data always overlap at the end of the image by an amount corresponding to the overlap exposure time.

このように、CCDシャッタ方式の撮像装置により得ら
れた1組の画像において、同一のトレーサ粒子の移動軌
跡を示す各流跡像は、画像を重ね合わせることにより重
複露光時間に相応した端部における重なり部分を有する
ことになる。よって、各画像における流跡像間のこの特
徴的な重なりを見つけることにより、異なる画像データ
間において、同一のトレーサ粒子による流跡像の対応づ
けを行なうことができる。この対応づけは、例えば2つ
の画像データの論理積演算の結果により行なわれ、対応
する一組の流跡像の各重心位置を計算し、その重心位置
を移動ベクトルからその点の流れ方向及び流速等を測定
することができる。以上の測定が流れ場の適宜の箇所で
行なわれることにより、その流れ場の流速の分布を計測
することができる。
As described above, in one set of images obtained by the CCD shutter type imaging device, each of the trajectory images showing the movement trajectory of the same tracer particle is superimposed on the image at the end corresponding to the overlapping exposure time. It will have an overlap. Therefore, by finding this characteristic overlap between the trace images in each image, it is possible to associate the trace images with the same tracer particle between different image data. This association is performed, for example, based on the result of a logical product operation of two image data, and calculates the position of each center of gravity of a corresponding set of trajectory images. Etc. can be measured. By performing the above measurement at an appropriate place in the flow field, the distribution of the flow velocity in the flow field can be measured.

(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例につき詳
細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図には、透明ガラスから成る水槽1内の流体2に
ナイロン12の粒子等の適宜のトレーサ粒子3を注入する
ことによって可視化されている流体2の流れ場の様子を
計測するための、本発明による流速分布計測装置10の構
成が示されている。流速分布計測装置10は、この可視化
された流れ場の様子を、同一視野で、且つ露光タイミン
グがずれている共通露光タイミングが生じるようにシャ
ッタ制御される、第1撮像装置11及び第2撮像装置12を
有している。
FIG. 1 shows the flow field of the fluid 2 visualized by injecting appropriate tracer particles 3 such as nylon 12 particles into the fluid 2 in a water tank 1 made of transparent glass. 1 shows a configuration of a flow velocity distribution measuring device 10 according to the present invention. The flow velocity distribution measuring device 10 controls the shutter of the visualized flow field so as to generate a common exposure timing in the same field of view and a shift in the exposure timing. The first imaging device 11 and the second imaging device Has 12

これらの撮像装置11,12はいずれも、CCDシャッタ方式
テレビジョン撮像装置であり、第1及び第2撮像装置1
1,12によって捉える流れ場に対する視野を同一にするた
め、本実施例では、ハーフミラー13を用いた光学装置14
が使用されている。光学装置14は、暗箱15内にハーフミ
ラー13を図示の如く配置して成り、暗箱15の入射窓15a
が水槽1に対向するように配置されている。第1及び第
2撮像装置11,12は、光通路15b,15cを介して暗箱15と連
結されており、暗箱15への入射光のうち、ハーフミラー
13を透過した光Aは第1撮像増置11に入射し、一方、ハ
ーフミラー13による反射光Bは第2撮像装置12に入射す
る構成となっている。
Each of these imaging devices 11 and 12 is a CCD shutter type television imaging device, and includes first and second imaging devices 1 and 2.
In order to make the field of view with respect to the flow field captured by 1 and 12 the same, in this embodiment, the optical device 14 using the half mirror 13 is used.
Is used. The optical device 14 is configured by arranging the half mirror 13 in the dark box 15 as shown in the drawing, and the entrance window 15a of the dark box 15
Are arranged so as to face the water tank 1. The first and second imaging devices 11 and 12 are connected to the dark box 15 via light paths 15b and 15c, and a half mirror
The light A transmitted through 13 is incident on the first image pickup unit 11, while the light B reflected by the half mirror 13 is incident on the second image pickup device 12.

光学装置14の光学系は、第1撮像装置11から見た視野
と第2撮像装置12から見た視野とが同一となるように調
節されており、したがって、第1撮像装置11により得ら
れる第1画像と第2撮像装置12により得られる第2画像
とは、同一のタイミングにおいて得られたものであれ
ば、相互の左右反転或いは上下反転画像であるが、同一
の視野像となっている。
The optical system of the optical device 14 is adjusted so that the field of view seen from the first image pickup device 11 and the field of view seen from the second image pickup device 12 are the same, and therefore the second image obtained by the first image pickup device 11 is obtained. If one image and the second image obtained by the second imaging device 12 are images obtained at the same timing, they are mutually inverted left-right inverted or vertically inverted images, but have the same visual field image.

したがって、第1画像と第2画像との比較を容易にす
るため、どちらか一方の画像を、写像演算により反転さ
せる必要があり、この反転のための写像演算処理は後述
するデータ処理ユニット17内において行なわれる。
Therefore, in order to facilitate comparison between the first image and the second image, one of the images needs to be inverted by a mapping operation, and the mapping operation for this inversion is performed in the data processing unit 17 described later. It is performed in.

なお、実際には、第1撮像装置11から見た視野と、第
2撮像装置12から見た視野とを一致させるための調節
は、光学系における機械的調節のほか、またはこの機械
的調節に加えて、後述するようにして、撮像装置からの
信号を電気的に補正するとにより行なってもよい。
In practice, the adjustment for matching the visual field viewed from the first imaging device 11 with the visual field viewed from the second imaging device 12 is performed in addition to or in addition to mechanical adjustment in the optical system. In addition, this may be performed by electrically correcting the signal from the imaging device as described later.

符号16で示されるのは、第1及び第2撮像装置11,12
の各シャッタ(図示せず)の開閉を制御するための第1
及び第2制御信号S1,S2を出力するためのシャッタ制御
ユニットであり、これらの制御信号S1,S2の波形の一例
が第2図(a),(b)に夫々示されている。
Reference numeral 16 denotes the first and second imaging devices 11 and 12
For controlling the opening and closing of each shutter (not shown)
And a shutter control unit for outputting the second control signals S1 and S2. Examples of the waveforms of these control signals S1 and S2 are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively.

第1制御信号S1は時刻t=t0において「H」レベルと
なり、それより時間T1経過後のt=t1において「L」レ
ベルとなる信号であり、t0<t<t1の期間だけ第1撮像
装置11のシャッタを開状態に制御する。一方、第2制御
信号S2は時刻t=t0において「H」レベルとなり、それ
より時間T1経過後のt=t1においてもなお「H」レベル
状態を保持し、t=t1から時間T2経過したt=t2におい
て「L」レベルとなる信号である。この結果、第2撮像
装置11のシャッタは、t0<t<t2の期間だけ開放され
る。上記説明から判るように、t0からt1までの時間T1
は、第1及び第2撮像装置11,12は両方共露光状態とさ
れるが、第2撮像装置12は、更に、t1からt2までの時間
T2も露光状態とされる。すなわち、撮像装置11,12にお
ける各露光タイミングは、時間的にずらされており、且
つ対応する像が必ず端部において重なるようにした共通
な露光タイミング(t0<t<t1)を含むように設定され
ている。
The first control signal S1 is a signal that becomes “H” level at time t = t0 and becomes “L” level at t = t1 after a lapse of time T1, and the first imaging device only during the period of t0 <t <t1. The shutter 11 is controlled to the open state. On the other hand, the second control signal S2 attains the “H” level at time t = t0, maintains the “H” level state at t = t1 after the elapse of the time T1, and the time t2 after the time T2 elapses from t = t1. = Signal at "L" level at t2. As a result, the shutter of the second imaging device 11 is opened only during the period of t0 <t <t2. As can be seen from the above description, the time T1 from t0 to t1
Is that both the first and second imaging devices 11 and 12 are in the exposure state, but the second imaging device 12 further has a time period from t1 to t2.
T2 is also exposed. That is, each exposure timing in the imaging devices 11 and 12 is set to include a common exposure timing (t0 <t <t1) that is staggered in time and that the corresponding images always overlap at the ends. Have been.

第1図に戻ると、上述の如くシャッタ制御されること
により、第1及び第2撮像装置11,12から得られる第1
及び第2テレビジョン画像信号V1,V2は、公知のマイク
ロコンピュータにより構成されるデータ処理ユニット17
に入力され、ここで所定の処理プログラムに従って、流
速分布計測のための画像データ処理が行われる。
Returning to FIG. 1, the shutter control as described above allows the first and second imaging devices 11 and 12 to obtain the first
And the second television image signals V1 and V2 are supplied to a data processing unit 17 constituted by a known microcomputer.
, Where image data processing for flow velocity distribution measurement is performed according to a predetermined processing program.

第3図には、データ処理ユニット17において実行され
る画像データ処理の内容を示す機能図が示されている。
この機能図に基づいてデータ処理ユニット17において実
行される画像データ処理について説明する。第1テレビ
ジョン画像信号V1及び第2テレビジョン画像信号V2は、
対応して設けられたアナログ/ディジタル変換手段(A/
D)171,172により対応する第1及び第2ディジタルデー
タVD1,VD2に変換される。
FIG. 3 is a functional diagram showing the contents of image data processing executed in the data processing unit 17.
The image data processing executed in the data processing unit 17 will be described based on this functional diagram. The first television image signal V1 and the second television image signal V2 are
Analog / digital conversion means (A /
D) The data is converted into corresponding first and second digital data VD1 and VD2 by 171 and 172.

第1ディジタルデータVD1は、さらに、反転処理手段1
73に入力され、ここで左右、又は上下反転のための処理
が行なわれ、反転第1ディジタルデータVD1′が出力さ
れる。これにより、反転第1ディジタルデータVD1′に
より示される画像と第2ディジタルデータVD2により示
される画像との一致が図られる。なお、反転処理手段17
3に代えて、アナログ/ディジタル変換手段172の出力側
に所要の反転処理手段を設ける構成でもよいことは勿論
である。
The first digital data VD1 further includes an inversion processing unit 1
The data is input to 73, where processing for left / right or vertical inversion is performed, and the inverted first digital data VD1 'is output. As a result, the image represented by the inverted first digital data VD1 'is matched with the image represented by the second digital data VD2. The reversing means 17
It is needless to say that a required inversion processing means may be provided on the output side of the analog / digital conversion means 172 instead of 3.

第5図(a)には、反転第1ディジタルデータVD1′
に従う流跡像画像xが示され、一方、第5図(b)には
第2ディジタルデータVD2に従う流跡画像yが示されて
いる。第5図(a)と第5図(b)とを重ね合わせた図
が第5図(c)に示されている。第5図(c)から判る
ように、反転第1ディジタルデータVD1′に従う流跡画
像xと第2ディジタルデータVD2に従う流跡画像yと
は、流体2の流れ方向に沿ってずれることとなり、露光
時間T1において得られた部分が重複している。
FIG. 5A shows the inverted first digital data VD1 '.
Is shown, while FIG. 5 (b) shows a trail image y according to the second digital data VD2. FIG. 5 (c) is a diagram in which FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) are superimposed. As can be seen from FIG. 5C, the trajectory image x according to the inverted first digital data VD1 'and the trajectory image y according to the second digital data VD2 are displaced along the flow direction of the fluid 2, and The parts obtained at time T1 overlap.

このようにして得られた1組のデータVD1′,VD2は論
理積演算手段174に与えられ、ここで、反転第1ディジ
タルデータVD1′に従う各流跡像と第2ディジタルデー
タVD2に従う各流跡像との間で論理積演算が実行され
る。そして、論理積演算結果に従う論理積像が存在する
流跡像の組合せを示す組合せデータが流速ベクトル計算
手段175に与えられる。
The set of data VD1 'and VD2 obtained in this manner is supplied to AND operation means 174, where each stream image according to the inverted first digital data VD1' and each stream image according to the second digital data VD2 are obtained. An AND operation is performed with the image. Then, combination data indicating a combination of flow trajectory images having a logical product image according to the logical product operation result is provided to the flow velocity vector calculating means 175.

流速ベクトル計算手段175には、さらに、反転第1デ
ィジタルデータVD1′及び第2ディジタルデータVD2が与
えられており、入力データに基づき各流跡像の重心位置
が計算される。さらに、流跡像の組合せを示す組合せデ
ータに基づく一対の流跡像の各重心位置の移動ベクトル
が、その点における流速ベクトルとして計算される。計
算された流速ベクトルを示す流速ベクトルデータによ
り、第1及び第2撮像装置11,12により捉えた視野にお
ける流体2の2次元の流速分布の計測が行なわれる。
The flow velocity vector calculation means 175 is further provided with the inverted first digital data VD1 'and the second digital data VD2, and calculates the center of gravity of each flow image based on the input data. Further, a movement vector of each position of the center of gravity of the pair of trace images based on the combination data indicating the combination of the trace images is calculated as a flow velocity vector at that point. Based on the flow velocity vector data indicating the calculated flow velocity vector, the two-dimensional flow velocity distribution of the fluid 2 in the visual field captured by the first and second imaging devices 11 and 12 is measured.

次に、第4図に示される、データ処理ユニット17内の
メモリ17aにストアされている画像処理プログラムのフ
ローチャートに基づき、その画像処理操作をより詳細に
説明する。
Next, the image processing operation will be described in more detail based on the flowchart of the image processing program stored in the memory 17a in the data processing unit 17 shown in FIG.

画像処理プログラム20の実行が開始されると、先ず、
ステップ21において画像補正係数の算出が行なわれる。
画像補正係数は、第1撮像装置11により得られた画像の
視野と第2撮像装置12により得られた画像の視野との間
にずれが生じている場合に両視野を一致させるために必
要な補正量を示す係数である。
When the execution of the image processing program 20 is started, first,
In step 21, an image correction coefficient is calculated.
The image correction coefficient is necessary for matching the two visual fields when there is a shift between the visual field of the image obtained by the first imaging device 11 and the visual field of the image obtained by the second imaging device 12. This is a coefficient indicating the correction amount.

図示の実施例では、図示しない所定のパターンを用い
て両視野のずれ具合を先ず検出し、この検出結果に従っ
て補正係数が算出される。次のステップ22では、第1及
び第2テレビジョン画像信号V1,V2に基づいて2つの画
像データが入力される。ステップ23では、ステップ21に
おいて算出された画像補正係数を用いて、これら2つの
流跡画像の視野を同一化するための画像補正及び第1テ
レビジョン画像信号V1に基づく画像データに対する反転
処理が行なわれ、第1撮像装置11の出力に基づく第1流
跡画像データD1と、第2撮像装置12の出力に従う第2流
跡画像データD2とが得られる。
In the illustrated embodiment, the degree of displacement between the two visual fields is first detected using a predetermined pattern (not shown), and a correction coefficient is calculated according to the detection result. In the next step 22, two image data are input based on the first and second television image signals V1, V2. In step 23, using the image correction coefficient calculated in step 21, image correction for equalizing the fields of view of these two trail images and inversion processing on image data based on the first television image signal V1 are performed. Thus, first trail image data D1 based on the output of the first imaging device 11 and second trail image data D2 according to the output of the second imaging device 12 are obtained.

これらの流跡画像データD1,D2は、第3図に示した反
転第1ディジタルデータVD1′及び第2ディジタルデー
タVD2に夫々相応するものであり、第1及び第2流跡画
像データD1,D2による流跡画像が、第5図(d),
(e)に夫々示されている。
These stream image data D1 and D2 correspond to the inverted first digital data VD1 'and the second digital data VD2 shown in FIG. 3, respectively, and the first and second stream image data D1 and D2 Figure 5 (d),
(E) respectively.

次にステップ24に進み、ここで、各流跡画像データD
1,D2により示される各画像の2値化のためのデータ処理
が行われる。この2値化のためのデータ処理は、適宜に
設定されたしきい値を用いることにより各データD1,D2
を2値画像に変換することにより行われ、この結果、2
値化流跡画像を示す2値化データDa,Dbが得られる。
Next, the process proceeds to step 24, where the flow image data D
Data processing for binarizing each image indicated by 1, D2 is performed. In the data processing for the binarization, each data D1, D2
To a binary image, which results in 2
Binary data Da and Db representing the digitized flow image are obtained.

次のステップ25では、これらの2値化データDa,Dbに
基づいて、不要な情報の除去、すなわちノイズ除去処理
が実行される。この処理は、 各流跡像のうち、画像の枠に連接する流跡像のデータ
を全く除去する処理。
In the next step 25, unnecessary information is removed based on the binarized data Da and Db, that is, a noise removal process is performed. This process removes the data of the trail image connected to the frame of the image at all from each trail image.

膨張、収縮による流跡像外周のノイズ除去処理。Noise removal processing of the trail image periphery due to expansion and contraction.

予め設定された画像数以下の流跡像を雑音とみなして
除去する処理。
A process of removing stream images having a number of images equal to or less than a predetermined number as noise.

を含むものである。しかし、これらに加えて、又はこれ
らのいくつかに代えて、適宜の他のノイズ除去処理を行
ってもよいことは勿論である。
Is included. However, it goes without saying that other appropriate noise removal processing may be performed in addition to or in place of some of them.

次に、ステップ26において、ステップ25のノイズ除去
処理の結果残された、2つの流跡画像中の流跡像の各々
にラベリング1a,1b,1c,…、2a,2b,2c…を行い(第5図
(d),(e)参照)、ラベリングされた全ての流跡像
について、重心の計算及び面積の計算を行う。
Next, in step 26, labeling 1a, 1b, 1c,..., 2a, 2b, 2c... Is performed on each of the trail images in the two trail images left as a result of the noise removal processing in step 25 ( With reference to FIGS. 5 (d) and 5 (e)), the calculation of the center of gravity and the calculation of the area are performed for all labeled trajectory images.

しかるのち、ステップ27に進み、ここで、第1撮像装
置11により得られた流跡画像における各流跡像と第2撮
像装置12により得られた流跡画像における各流跡像との
間で論理積が計算される。次いで、ステップ28では、論
理積演算の結果値をもった、一方の流跡画像中の流跡像
のラベリングと他方の流跡画像中の流跡像のラベリング
との組合せを示す組合せデータを得る。例えば、ラベル
1aの流跡像とラベル2aの流跡像とが対応関係にあり、第
6図に示す位置関係にあると、これらの流跡像の論理積
の結果は、第6図中ハッチングを施した重畳部分の面積
を表し、この面積が零より大きい場合、両流跡像が同一
のトレーサ粒子によって形成された流跡像であるとされ
る。したがって、この場合には、ラベル1aと2aとで示さ
れる1組の流跡像を示す組合せデータが得られることに
なる。この演算が全ての組合せについて行なわれ、流跡
像の組合せが決定される。
Thereafter, the process proceeds to step 27, where the position of each of the trail images in the trail image obtained by the first imaging device 11 and the trail image in the trail image obtained by the second imaging device 12 is determined. The logical product is calculated. Next, in step 28, combination data indicating the combination of the labeling of the trail image in the one trail image and the labeling of the trail image in the other trail image having the result value of the logical product operation is obtained. . For example, the label
When the trail image of 1a and the trail image of the label 2a are in a correspondence relationship and in the positional relationship shown in FIG. 6, the result of the logical product of these trail images is indicated by hatching in FIG. It represents the area of the superimposed portion, and when this area is larger than zero, it is assumed that both trace images are trace images formed by the same tracer particle. Therefore, in this case, combination data indicating one set of trail images indicated by the labels 1a and 2a is obtained. This calculation is performed for all the combinations, and the combinations of the trail images are determined.

ステップ29では、上述の如くして得られた流跡像の各
組合せが夫々正当か否かを判別するため、以下の条件を
満足しているか否かのチェックが行われる。
In step 29, it is checked whether the following conditions are satisfied in order to determine whether each combination of the trail images obtained as described above is valid.

(a)流跡像の夫々は、他方の時刻の流跡像のうちの唯
1つとだけ組み合わされるいること。
(A) Each of the trail images is combined with only one of the trail images at the other time.

(b)1組の流跡像の各重心を結ぶ直線がこれらにより
得られる論理積像を通過していること。
(B) A straight line connecting the centers of gravity of one set of trace images passes through a logical product image obtained by these.

これら(a),(b)の各条件を満足する組合せデー
タのみが正しい組合せデータとして取り込まれ、条件
(a),(b)のいずれか1つでも満足していない組合
せデータは除去される。
Only the combination data that satisfies each of the conditions (a) and (b) is taken as correct combination data, and the combination data that does not satisfy any one of the conditions (a) and (b) is removed.

ステップ30では、正当性の認められた組合せデータに
より示される1組の流跡像のうち、例えば第6図に示さ
れるように、第1撮像装置11により得られた流跡像1aの
重心位置W1から第2撮像装置12により得られた流跡像2a
の重心位置W2に向うベクトルVCが計算され、このベクト
ルVCが流体2のこの点における流速ベクトルとされる。
このようにして全ての組合せデータにより示される流跡
像対に対して上述の如くして流速ベクトルが計算され
る。
In step 30, the center of gravity of the stream image 1a obtained by the first imaging device 11 is selected from among the set of stream images indicated by the combination data for which the validity has been recognized, as shown in FIG. 6, for example. Nagareato image 2a obtained from W 1 using the second image capturing apparatus 12
The vector VC is calculated toward the gravity center position W 2, the vector VC is the velocity vector at this point of the fluid 2.
In this way, the flow velocity vector is calculated as described above for the flow image pairs indicated by all the combination data.

この結果、画像内における各位置の流速ベクトルが明
らかとなり、ステップ31で、各流速ベクトルに基づき、
流速分布の計測が行われ、その結果を示すデータが適宜
の形態で出力される。このデータは、例えば表示管上に
映像として示してもよいし、そのデータをプリントアウ
トしてもよい。
As a result, the flow velocity vector at each position in the image becomes apparent, and in step 31, based on each flow velocity vector,
The flow velocity distribution is measured, and data indicating the result is output in an appropriate form. This data may be shown as an image on a display tube, for example, or the data may be printed out.

このように、第1図に示す装置では、CCDシャッタ方
式のテレビジョン撮像装置を2台用い、第2図で説明し
た如く、これらの撮像装置は、シャッタを開状態とする
タイミングが異なり、且つ露光時間内において重複部分
を有するように露光の制御が行なわれるので、1つの画
像データにより示される各流跡像と他の画像データによ
り示される各流跡像とは、重複露光時間(T1)に相応す
る分だけ重複するようになっている2つの画像として得
られる。
As described above, the device shown in FIG. 1 uses two CCD shutter type television image pickup devices, and as described in FIG. 2, these image pickup devices have different timings for opening the shutter, and Since exposure control is performed so as to have an overlapping portion within the exposure time, each of the trail images indicated by one image data and each of the trail images indicated by other image data are overlapped exposure time (T1) Are obtained as two images that overlap by an amount corresponding to.

したがって、シャッタの開閉制御を適宜に行なうこと
により、トレーサの移動方向及び移動速度に拘わらず、
第1撮像装置11により得られた流跡画像の流跡像と第2
撮像装置12により得られた流跡画像の流跡像との間の対
応関係を、これらの間の論理積を計算することにより極
めて容易に知ることができる。この場合、第1及び第2
撮像装置11、12における露光のずらし方を流跡像の端部
において重複が生じるようにしたので、各画像データ間
の流跡像の対応関係を把握するのが容易となる。したが
って、計測時間がNTSC方式のTV画像サンプリング周期に
制約されないので、簡単な処理により極めて精度よく速
い流れ場の流速分布の計測を行なうことができるもので
ある。
Therefore, by appropriately controlling the opening and closing of the shutter, regardless of the moving direction and the moving speed of the tracer,
The trail image of the trail image obtained by the first imaging device 11 and the second
The correspondence between the trajectory image of the trajectory image obtained by the imaging device 12 and the trajectory image can be found very easily by calculating the logical product between them. In this case, the first and second
Since the way of shifting the exposure in the imaging devices 11 and 12 is set to overlap at the end of the trail image, it becomes easy to grasp the correspondence of the trail images between the respective image data. Therefore, since the measurement time is not restricted by the TV image sampling period of the NTSC system, the flow velocity distribution of the flow field can be measured very simply and quickly with a simple process.

なお、上記実施例では、第1撮像装置11と第2撮像装
置12とにおいて同一の視野が得られるようにするため、
光学装置14を用いたが、光学装置14は必ずしも必要では
なく、例えばこれら2台の撮像装置11,12を水槽1から
相当離れたところに並置し、各撮像装置11,12の入力光
軸が略並行とみなせるようにすることにより、それらの
視野を同一とする構成であってもよい。この構成におい
ても、上記したように、各出力信号に対して視野を同一
するための補正を必要に応じて行なってもよいことは勿
論であるが、この場合には反転転写を行なう必要がない
という利点を有する。
In the above embodiment, in order to obtain the same visual field in the first imaging device 11 and the second imaging device 12,
Although the optical device 14 was used, the optical device 14 is not always necessary. For example, these two imaging devices 11 and 12 are juxtaposed at a considerable distance from the water tank 1, and the input optical axis of each imaging device 11 and 12 is A configuration may be adopted in which the fields of view are the same by being regarded as substantially parallel. In this configuration as well, as described above, it is of course possible to perform correction for making the same field of view for each output signal as necessary, but in this case, it is not necessary to perform reverse transfer. It has the advantage that.

(発明の効果) 本発明によれば、上述の如く、複数のCCDシャッタ方
式の撮像装置のシャッタを、各撮像装置の露光タイミン
グを時間的にずらすが重複露光タイミングを有するよう
制御することにより、各撮像装置から得られる流跡画像
間において対応する一組の流跡像の端部において重複部
分を生ぜしめるので、各流跡像の対応関係を各流跡画像
を示すデータの論理積演算によって簡単に決定すること
ができる上、各流跡画像における流跡像を、TV画像のサ
ンプリング周期、トレーサの移動速度及び方向により影
響を受けことなしに正確に画像化することができるた
め、高精度で且つ信頼性の極めて高い流速分布計測を行
なうことができる等の優れた効果を奏する。
(Effects of the Invention) According to the present invention, as described above, the shutters of a plurality of CCD shutter-type imaging devices are controlled such that the exposure timing of each imaging device is shifted in time but has overlapping exposure timing. Since an overlapping portion is generated at the end of a set of flow images corresponding to the flow images obtained from the respective imaging devices, the correspondence between the flow images is determined by a logical AND operation of the data indicating each flow image. In addition to being able to easily determine, the trajectory image in each trajectory image can be accurately imaged without being affected by the TV image sampling period, the moving speed and direction of the tracer. In addition, the present invention has an excellent effect that the flow velocity distribution can be measured with extremely high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による流速分布計測システムの一実施例
の構成図、第2図(a)及び第2図(b)は第1図の撮
像装置の各シャッタ制御のための各制御信号の波形図、
第3図は第1図の流速分布計測システムの要部の構成を
示す機能図、第4図は第1図のコンピュータにおいて実
行される画像処理プログラムを示すフローチャート、第
5図(a)乃至第5図(e)は第1図のシステムにおけ
る画像処理の説明のための流跡画像を示す図、第6図は
第1図のシステムにおいて実行される流跡像の論理積演
算及び速度ベクトル算出のための説明図である。 2……流体、3……トレーサ、 10……流速分布計測装置、11……第1撮像装置 12……第2撮像装置、13……ハーフミラー、 14……光学装置、16……シャッタ制御装置、 17……データ処理ユニット、 174……論理積演算手段、 175……流速ベクトル計算手段、 V1……第1テレビジョン画像信号、 V2……第2テレビジョン画像信号、 VD1……第1ディジタルデータ VD2……第2ディジタルデータ
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a flow velocity distribution measuring system according to the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) show control signals for controlling respective shutters of the image pickup apparatus of FIG. Waveform diagram,
FIG. 3 is a functional diagram showing a configuration of a main part of the flow velocity distribution measuring system of FIG. 1, FIG. 4 is a flowchart showing an image processing program executed by the computer of FIG. 1, and FIGS. FIG. 5 (e) is a view showing a trail image for explaining image processing in the system of FIG. 1, and FIG. 6 is a logical AND operation and a velocity vector calculation of the trail image executed in the system of FIG. FIG. 2 fluid 3 tracer 10 velocity distribution measuring device 11 first imaging device 12 second imaging device 13 half mirror 14 optical device 16 shutter control Apparatus 17 Data processing unit 174 AND operation means 175 Flow velocity vector calculation means V1 First television image signal V2 Second television image signal VD1 First Digital data VD2: Second digital data

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】トレーサを注入することによって可視化さ
れた流れ場の流跡像の画像信号に基づいて該流れ場の2
次元の流速分布を計測するようにした流速分布の計測装
置において、 可視化された所望の流れ場を同一視野で撮影するための
複数のCCDシャッタ式撮像装置と、 前記撮像装置の各露光の開始タイミングは同じであるが
終了タイミングが異なるよう、前記撮像装置のシャッタ
制御を行って流跡像の重複を生じさせる複数の画像デー
タを前記撮像装置から得るためのシャッタ制御手段と、 前記撮像装置から得られた前記複数の画像データ間で論
理積演算を行ない前記画像データにより夫々示される流
跡像間の対応関係を示すデータを出力する論理演算手段
と、 該論理演算手段の演算結果に従う対応する一組の流跡像
の各重心位置を計算し且つ計算された重心位置の移動ベ
クトルを計算するための計算手段と を備えたことを特徴とする流速分布の計測装置。
The present invention relates to a method for measuring a flow field of a flow field, which is visualized by injecting a tracer.
In a flow velocity distribution measuring apparatus adapted to measure a three-dimensional flow velocity distribution, a plurality of CCD shutter type image pickup apparatuses for photographing a visualized desired flow field in the same field of view, and a start timing of each exposure of the image pickup apparatus Is the same, but the shutter control means for obtaining a plurality of image data from the imaging device for performing shutter control of the imaging device and causing overlap of the trail images so that the end timings are different, and obtaining the image data from the imaging device. Logical operation means for performing a logical product operation between the plurality of pieces of image data obtained and outputting data indicating a correspondence relationship between the trail images indicated by the image data, and a corresponding one of the logical operation means according to the operation result of the logical operation means Calculating means for calculating the position of each center of gravity of the set of trajectory images and calculating a movement vector of the calculated position of the center of gravity. Measuring apparatus.
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