JP4844844B2

JP4844844B2 - 振動計測システムおよびコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP4844844B2
Application number: JP2007542650A
Authority: JP
Inventors: 治嗣森; 英昭手塚
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: EP1947430A1; WO2007049693A1; JPWO2007049693A1; US20090262985A1

Description

本発明は、近接することが難しい構造物などに関する振動の測定を、測定対象に近づくことなく非接触にて実行できる技術に関する。

例えば、発電施設などの煙突から排出される煙を遠方から観測するシステムとして、特許文献１、特許文献２に開示された技術が知られている。これらは、ＩＴＶカメラやカラーカメラを複数台用い、各カメラ間の視差や色差を利用して煙突から排出される煙の有無を検知する。

特開昭６３−８８４２８号公報

特開平１０−２３２１９８号公報

一方、近年、複雑な流れ場の流動を高精度かつ精密に測定する粒子画像流速計（以下、「ＰＩＶシステム」という）が知られている。被測定流体の流れ場にレーザ光をシート状に投入してレーザシートを形成して、レーザシート上の二つの時刻の粒子画像を撮像し、その輝度パターン分布を比較して流体の流速や方向を測定する。

ところで、既にある建築物、構造物に対して、その周りの環境から受ける外力を測定することは困難な場合がある。
具体的には、測定者が簡単に行くことのできない構造物（たとえば送電線鉄塔の上部付近）において、その構造物が風を受けて振動している場合に、その振動数を計測したいという場合である。発電所の送電線鉄塔は、強風下でも転倒することのない堅牢性が要求されるが、流体励起振動の問題から固有周期が一致した場合には、振動による破損などのおそれがある。

また、送電線においても雪の氷着によるギャロッピング現象による切断事故等の問題があった。模擬電線等で試験されているが、広範囲に亘る設置条件をすべて網羅していくことは非常に困難であった。

次に周りの環境から受ける外力が、発電所において問題となる事象を紹介する。
たとえば、ポンプや排風機によるサージング等の配管の振動がある。そうした振動測定に必要な場所が、加速度センサーが取り付けやすい位置に配管があるとは限らず、また、測定箇所も多数になる場合も多かった。このため、足場の設置等の現場での工事・作業を必要としない簡便な加速度測定（振動測定）の技術が望まれていた。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、ＰＩＶシステムを用いて遠距離から構造物の連続撮影、および画像解析による振動計測を行うことで、構造物の非接触による振動計測技術を提供することを課題とする。

（第一の発明）
第一の発明は、被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、その撮像手段を制御する制御手段と、前記撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって被写体内における所定の粒子画像の移動方向及び移動量を計測する画像処理手段とを備えるとともに、前記撮像手段には複数種類の長焦点光学系を備えることによって長距離離間した被写体を撮像可能な振動計測システムに係る。
前記画像処理手段によって計測された所定の粒子画像の移動方向及び移動量の計測結果を多数入力するとともに、撮像間隔から加速度ベクトルを算出してフーリエ変換することによって被写体の振動数を演算する振動数演算手段を備えたことを特徴とする。

（用語説明）
「被写体」とは、振動測定を行いたい構造物、建造物などであり、「撮像手段」からは遠方に位置する。
「撮像手段」としては、ＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ（ＣＣＤカメラ）を使用しているが、これに代え、ＣＭＯＳ撮像素子を備えたカメラを用いることもできる。
「長距離」とは、実験室レベル以上の距離、具体的には、望遠鏡的使用用途では５メートル以上、顕微鏡的使用用途では500ミリメートル以上の距離をいう。
「粒子画像」とは、被写体として単一の粒であることを認識可能であるという意味の「粒子」についての画像のみならず、画像の一部を切り出してある画像領域を仮定した場合にその画像領域における濃淡などのパターンによって認識可能な「濃淡画像」をも含む趣旨である。

（作用）
撮像手段が、制御手段に制御されながら被写体を微小時間間隔で撮像する。撮影された画像は、画像処理手段が複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって、被写体内における所定の粒子画像の移動方向及び移動量を算出する。
次に、その画像処理手段によって計測された所定の粒子画像の移動方向及び移動量の計測結果を、振動数演算手段に対して多数入力する。そして、振動数演算手段は、撮像間隔から加速度ベクトルを算出してフーリエ変換することによって被写体の振動数を演算する。
ここにおいて、長距離の被写体の振動数が計測できる。被写体における固有振動数が算出できているとすれば、計測された振動数との関係で危険度の判定も可能である。

第一の発明は、更に以下のような構成を備える。
すなわち、前記制御手段は、画像処理手段により得られる二つの時刻における撮影画像に対して、その撮影画像内の粒子画像の移動距離が所定の設定移動画素数範囲内に収まるような焦点距離を演算する焦点距離調整手段を有する。
そして、前記焦点距離調整手段により得られた焦点距離に対応する長焦点光学系を複数種類の中から選択し、該長焦点光学系を撮像手段に装着して撮像するものであることを特徴とする。

前述した焦点距離調整手段は、以下のようにして焦点距離ｆを演算する。
すなわち、前記焦点距離調整手段が、次の関係式（１）、（２）
設定移動画素数＝Ｖ×Δｔ／Ｄ・・・（１）
Ｄ＝ｆ／Ｌ×ｃｏｎｓｔ・・・・・・（２）
（但し、「Ｖ」は被写体の仮速度、「Δｔ」は二つの時刻の撮像時間間隔、「Ｄ」は撮像手段の１画素当たりに映る像の大きさ、「ｆ」は焦点距離、「Ｌ」は被写体までの距離、「ｃｏｎｓｔ」は実験から得られた定数である。）
を満足する焦点距離ｆを演算する。

（方法の発明）
方法発明を提供することもできる。その方法発明とは、長焦点光学系を備えることによって長距離離間した被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手順と、その撮像手順にて取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって被写体内における所定の粒子画像の移動方向及び移動量を計測する画像処理手順と、その画像処理手順によって計測された所定の粒子画像の移動方向及び移動量の計測結果を多数入力する計測結果入力手順と、撮像間隔から加速度ベクトルを算出してフーリエ変換することによって被写体の振動数を演算する振動数演算手順と、その振動数演算手順による演算結果を出力する振動数出力手順と、を備えたことを特徴とする。

（コンピュータプログラムの発明）
第二の発明は、被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、その撮像手段を制御する制御手段と、前記撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって被写体内における所定の粒子画像の移動方向及び移動量を計測する画像処理手段とを備えるとともに、前記撮像手段には複数種類の長焦点光学系を備えることによって長距離離間した被写体を撮像可能な長距離型とした振動計測システムにおける振動数計測プログラムに係る。
そのプログラムは、前記制御手段において、画像処理手段により得られる二つの時刻における撮影画像に対して、その撮影画像内の粒子画像の移動距離が所定の設定移動画素数範囲内に収まるような焦点距離を演算する焦点距離調整手順と、その焦点距離調整手順にて演算した焦点距離に基づいて長焦点光学系を選択する光学系選択手順と、その光学系選択手順にて選択された長焦点光学系と撮像手段とによって被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手順と、を実行させる。
また、前記画像処理手段においては、計測された所定の粒子画像の移動方向及び移動量の計測結果を多数入力する計測結果入力手順と、撮像間隔から加速度ベクトルを算出してフーリエ変換することによって被写体の振動数を演算する振動数演算手順と、その振動数演算手順による演算結果を出力する振動数出力手順と、を実行させる。
更に、焦点距離調整手順は、次の関係式（１）、（２）
設定移動画素数＝Ｖ×Δｔ／Ｄ・・・（１）
Ｄ＝ｆ／Ｌ×ｃｏｎｓｔ・・・・・・（２）
（但し、「Ｖ」は被写体の仮速度、「Δｔ」は二つの時刻の撮像時間間隔、「Ｄ」は撮像手段の１画素当たりに映る像の大きさ、「ｆ」は焦点距離、「Ｌ」は被写体までの距離、「ｃｏｎｓｔ」は実験から得られた定数である。）
を満足する焦点距離ｆを演算する。

本発明によれば、ＰＩＶシステムを用いて長距離から構造物の連続撮影、および画像解析による振動計測を行うことで、構造物の非接触による振動計測技術を提供することができた。
また、接触できないような被写体においても、振動計測が可能な技術としても活用できた。

長焦点の撮影が可能なＰＩＶシステムの概念図である。長焦点の撮影が可能なＰＩＶシステムのハードウェア構成図である。 15メートル離れた直径1ミリの模擬トレーサーを撮影した画像である。 VSJ-PIV標準画像を被写体となる配管表面に貼付し、15メートル離れたところから撮影した画像である。微小間隔ごとに配管表面を撮影した場合に、その加速度を調べるため、移動したピクセル数を時間の二乗で除した値を示すグラフである。配管が被写体である場合に、FFTを用いてパワースペクトルを得たことを示す。被写体を遠方の送電用鉄塔とした場合と、その撮影領域を示す。図7中の撮影領域における撮影画像である。微小間隔ごとに送電用鉄塔を撮影した場合に、その加速度を調べるため、移動したピクセル数を時間の二乗で除した値を示すグラフである。送電用鉄塔が被写体である場合に、FFTを用いてパワースペクトルを得たことを示す。被写体を送電線とした場合の撮影画像である。微小間隔ごとに送電線を撮影した場合に、その加速度を調べるため、移動したピクセル数を時間の二乗で除した値を示すグラフである。送電線が被写体である場合に、FFTを用いてパワースペクトルを得たことを示す。

符号の説明

２ＣＣＤカメラ３長焦点光学系
４コンピュータ４１制御手段
４１ａ焦点距離調整手段
４１ｂタイミングコントロール手段
４２画像取り込み手段４３画像処理手段
５レーザ光投入手段

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。図１は、本発明の一の実施形態に係る振動計測システム１を概念的に示したものであり、図２はブロック図として示したものである。撮像手段としての、長焦点光学系３を備えたＣＣＤカメラ２、コンピュータ４等を備えて構成される。

ＣＣＤカメラ２に、長焦点光学系３が装着されるが、長焦点光学系３としては、単焦点系のレンズ（以下、「単レンズ」という）を用いることが好ましい。この場合、ターレットを設け、複数種類の単レンズを選択可能な構成とすることがより好ましい。ターレットを用いることにより、単レンズの自動選択も可能となる。カセグレン光学系を採用すると、長い焦点距離の光学系をコンパクトにすることが可能となる。全面にレンズを1枚追加するマクストフ・カセグレン、シュミット・カセグレンなどを採用すると、収差を改善できるので好ましい。
ズーム機能を有するレンズの場合、一般に像面湾曲が大きい点で欠点があるが、高屈折率のガラスで安定した像が得られるものであれば使用することができる。
なお、本実施形態では、撮像手段として、ＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ（ＣＣＤカメラ）を使用しているが、これに代え、ＣＭＯＳ撮像素子を備えたカメラを用いることもできる。

コンピュータ４は、図１及び図２に示したように、ＣＣＤカメラ２に接続され、ＣＣＤカメラ２の駆動を制御する制御手段４１と、ＣＣＤカメラ２により撮影された画像信号を受信して所定の処理を行う画像取り込み手段４２及び画像処理手段４３とを備えてなる。制御手段４１は、ＣＣＤカメラ２の適切な焦点距離ｆの算出等を行う焦点距離調整手段４１ａを備えてなる。
具体的には、前記焦点距離調整手段４１ａは、次の関係式（１）、（２）
設定移動画素数＝Ｖ×Δｔ／Ｄ・・・（１）
Ｄ＝ｆ／Ｌ×ｃｏｎｓｔ・・・・・・（２）
（但し、「Ｖ」は被写体の仮速度、「Δｔ」は二つの時刻の撮像時間間隔、「Ｄ」は撮像手段の１画素当たりに映る像の大きさ、「ｆ」は焦点距離、「Ｌ」は被写体までの距離、「ｃｏｎｓｔ」は実験から得られた定数である。）
を満足する焦点距離ｆを演算する。

画像取り込み手段４２は、ＣＣＤカメラ２からのアナログ画像信号をデジタル化するフレームグラバボードを備えてなる。画像処理手段４３は、フレームグラバボードから出力されるデジタル画像信号である画像フレームをＰＩＶ手法により解析処理する。なお、画像処理手段４３の前段に、像の歪み収差などを補正する回路を設けることもできる。

焦点距離調整手段４１ａを備えている場合では、画像処理手段４３により得られる二つの時刻における撮影画像に対して、その撮影画像内の粒子画像の移動距離が上記範囲内に収まるようにするため、適切な焦点距離ｆを演算する。

画像処理手段４３では、ＣＣＤカメラ２により微小の時間間隔をおいて撮像された二つの時刻の粒子画像を輝度パターンの分布とみなし、２つの粒子画像を比較解析してそれぞれの移動量を推定する。すなわち、粒子画像中のある１点の値を輝度値とし、この輝度値が所定領域に分布している粒子画像を輝度パターンとして、相互相関法又は輝度差累積法により、かかる輝度パターンの類似度を求め、二つの画像間における粒子画像の移動量及び移動方向を求める。そして、粒子画像の画素上移動量・移動方向と微小時間間隔Δｔとにより、被測定流体の実際の流速、流れの方向を求め、流れ場を解析する。

照明としては、ハロゲンライト光源、自然光による連続光などを使用することができる。撮影上の必要があれば、レーザ光投入手段５を用いてレーザ光を投射する。
ここで、画像処理手段４３により解析処理して粒子画像の移動量等を求めるに当たって、二つの時刻における粒子画像中の所定の輝度パターンを構成する粒子画像が離れすぎていては、両者の相関を知ることが困難である。したがって、粒子画像の移動距離は縦又は横の全画素数に対して０．５〜１０％程度（例えば、縦（又は横）の全画素数１０００画素の場合で、５〜１００画素）の領域に収まっていることが好ましい。

その一方、本実施形態では、撮像手段であるＣＣＤカメラ２から長距離離間した遠方の被測定流体の流れ場を解析することを目的としており、ＣＣＤカメラ２に長焦点光学系３を装着しているが、粒子画像の移動量が上記領域に収まるか否かは、長焦点光学系３の焦点距離ｆに依存すると共に、二つの時刻の撮像時間間隔Δｔ、及び被測定流体までの距離Ｌにも依存する。

なお、被写体までの距離Ｌが短い場合には、１画素当たりに映る像の大きさＤと焦点距離ｆとの関係は非線形となるため、この場合には、両者の相関を示す非線形テーブルを設定しておくことで対処できる。

（実験例１）
照明としては、高出力の120mJダブルパルスNd:YAGレーザによるレーザ光源等の使用実績があるが、今回は、ハロゲンライト光源及び自然光による連続光を用いており、フィールド試験に適したコンパクト性を備えている。ORION社製マクストフカセグレン(Makstov-Cassegrain)テレスコープOMC-140(D=140mm,f=2000mm,中央遮蔽率33%)を使用した。OMC-140を通してCCDカメラで得られる画像の、ザイデルの５収差の１つである像面湾曲の程度を調べたところ、ほぼ皆無であったため、流速ベクトルを算出する際には、像面湾曲を補正するためのマッピングは行わなかった。

カメラとしては、C-MOSセンサーカメラのBasler社製A602fを使用した。１pixelの大きさは、9.9μmであり、100fpsの撮影を行うことが可能である。また、比較のために、場合に応じて同社製のA601f(60fps)を使用した。
カメラから得られる画像信号はコンピュータに装着されたIEEE1394ボードを通じてデジタルデータのまま転送され、データは一度コンピュータのメモリに蓄積された後、ハードディスク保存される。また、場合に応じて（特にフレームレートを低速にする場合）外部トリガによるシャッター機能を利用することが可能である。

以下においては、トレーサー粒子の大きさが、CCDカメラにおける画素の１pixel以下となってしまう場合であっても、計測が可能となる原理を説明する。
30μmのトレーサー粒子を20ｍ離れたところから観測すると、視直径は1.5×10-6rad(0.309arcsec)と非常に微小な角度である。これに対し、例えばCCDカメラとして１pixelが9μm画素の大きさのものを用いて、焦点距離が2000mmの光学系を直焦点撮影で用いたとすると、この画像中のトレーサーの直径は0.947pixel/arcsecとなる。そのため、トレーサーの大きさは、0.309x0.947=0.293pixelとなる。すなわち、CCDカメラの画素に対して１pixel以下の大きさとなる。したがって、トレーサーそのものの形状を撮影するためには、9μmよりもさらに画素の小さなCCDカメラか、焦点距離が2000mmよりも非常に長い光学系が必要になる。
しかし、光学系の回折限界による像の肥大化を利用することで、CCDの画素の１pixelよりも像を大きく撮影すること、すなわち個々のトレーサーの特長を撮影することが可能である。これは望遠鏡的な使用用途の例であるが、1.5μmのトレーサー粒子を1ｍ先で撮影するような顕微鏡的な使用用途でも同様である。

さて、実際に本システムを用いて、15m離れた箇所から撮像した直径1mmの模擬トレーサーの一例を、図３に示す。この像の大きさは約25 pixelである。PIV処理に用いる二つの画像における移動距離を5 pixelとすると、実際の変位量としては約200μm程度の計測が可能である。

ところで、振動計測を行う場合の誤差要因（測定対象以外の振動要因）としては、床面からの振動、計測システム自体の流体励起振動、測定対象と計測システム間の大気の揺らぎ（風等）によるシンチレーションがある。
床面からの振動は、ＣＣＤカメラを固定する三脚に対してインシュレーターを使用することにより防ぐことが可能である。また、計測システム自体の流体励起振動は、風が直接当たらないように遮蔽設備の設置、室内からの計測によって防ぐことが可能である。

測定対象と計測システム間の大気の揺らぎによるシンチレーションは、間欠的であり、必ずしも連続的に長時間画像が乱れているわけではないため、タイミングを見計らって計測することで、ある程度回避することが可能である。
また、誤差要因（外乱）による振動の影響が考えられる場合には、計測対象箇所以外も比較参照用に撮影することが必要である。その比較参照用の撮影画像にも認められるのであれば、誤差要因を特定でき、差分を取るなどの処理によって誤差を軽減することが可能となる場合もある。

（実験例２）
実験例２では、配管の流体励起振動の計測（内部流れ）を行った。配管の振動について、図４に示すような振動周期測定を行った。トレーサーの代わりとして、紙に印刷したVSJ-PIV標準画像を配管表面に貼付し、15m離れたところから測定を行った。
1/100s毎に1027時刻分の画像を撮影し、1026個の速度ベクトルを得た。この速度ベクトルから、２次精度の中心差分により、1024個の加速度ベクトルを算出し、FFT（高速フーリエ変換）を用いて、図６に示すようなパワースペクトルを得た。この結果、固有周期は0.039sであり、振動数は25.7Hzであった。なお、ここで算出された振動数が、別途求められている固有振動数に一致してしまうと、共振現象が発生してしまい、破壊のおそれがあるということとなる。

原子力等の発電プラントで多々問題となる事象としてポンプや排風機によるサージング等の配管の振動がある。プラントの中では、必ずしも加速度センサーが取り付けやすい位置に配管があるとは限らず、また、測定箇所も多数になる場合もある。したがって、本実験例のような足場の設置等の現場での工事や作業を必要としない、簡便な測定方法は有用である。

（実験例３）
実験例３では、送電用鉄塔の流体励起振動（外部流れ）を計測した。
実際に使用されている送電用鉄塔（図７）について、自然風による流体励起振動を約240ｍ離れた場所から計測した。
一般の建造物などでは、加速度センサー等での直接計測が考えられるが、送電線鉄塔はアクセスが非常に困難な場所である。計測システム自体の風による振動を避けるため、建物室内からの計測を行った。

高所であるため、前述の配管の場合と異なり、測定箇所に模擬トレーサーを貼付することには容易でないため、接続部のボルトをトレーサー粒子とみなして、その周辺の領域の速度を求めた。このようにして、1/100s毎1027時刻分の画像を撮影し、1026個の速度ベクトルを得た。この速度ベクトルから、２次精度の中心差分により1024個の加速度ベクトルを算出し、FFT（高速フーリエ変換）を用いて図１０に示すようなパワースペクトルを得た。

結果、固有周期は0.11sであり、振動数は8.9Hzであった。参考文献（日本建築学会AIJ1978建築構造物の振動実験、丸善、pp.291）によると、40ｍ級送電用鉄塔の固有周期は、慣用式から0.2sであることから、十分な剛性を有していることが確認できた。
なお、比較用の撮像用カメラであるBasler社製A601fを用いて、1/60s毎に1027時刻分の画像を撮影し、固有周期を求めたが、同様の結果であった。

（実験例４）
実験例４では、送電線の流体励起振動（外部流れ）を計測した。
実際に使用されている送電線について、自然風による流体励起振動の周期の測定を行った。計測システム自体の風による振動を避けるため、建物室内からの計測を行った。高所であるため、前述した配管の場合のように、測定箇所に模擬トレーサーを貼付することが容易でないため、送電線表面のスパイラル状の模様を特徴とみなして追跡することで、その周辺の領域の速度を求めた。

このようにして、1/100s毎1027時刻分の画像を撮影し、1026個の速度ベクトルを得た。この速度ベクトルから、２次精度の中心差分により1024個の加速度ベクトルを算出し、ローパスフィルタ処理を行った後、FFT（高速フーリエ変換）を用いてパワースペクトルを得た（図13）。結果、固有周期は2.1sであり、振動数は0.48Hzであった。

なお、ローパスフィルタ処理とは、画像を輝度の空間周波数成分へ変換する手段、変換された周波数成分から所定以下の周波成分を残すフィルタリング処理のことである。フィルタリング処理した後は、その周波数成分を画像へ変換する手段も、別途必要である。

送電線は、雪の氷着によるギャロッピング現象による切断事故等の問題がある。模擬試験電線等での試験は行われているものの、国内の広範囲に亘る設置条件を網羅することは困難である。加速度センサー等での直接計測が考えられるが、アクセスが非常に困難な場所である。したがって、アクセスが非常に困難な現場でも振動を計測することができる。この方法は有用である。

以上説明してきたように、振動計測を非接触で遠距離から計測可能な手法として、（Super-Long Range PIV）を開発し、内部流れと外部流れによる流体関連振動による振動の測定が可能であった。
また、内部流れによる流体励起振動の一例として、計測システムと計測対象までの距離が離れた場所(15m)の配管の振動、外部流れによる流体励起振動の一例として遠距離(240m)に設置された送電線鉄塔及び送電線の振動についてPIV手法を用いて加速度の時間変化を計測し、振動数を求めることができた。

本願発明は、振動計測を用いる産業に利用可能性がある。例えば、各種の機器のメンテナンス業、各種の機器の制御プログラムを作成するソフトウェア開発業などである。

Claims

被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、その撮像手段を制御する制御手段と、前記撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって被写体内における所定の粒子画像の移動方向及び移動量を計測する画像処理手段と、前記画像処理手段により得られる二つの時刻における撮影画像に対して、その撮影画像内の粒子画像の移動距離が所定の設定移動画素数の範囲内に収まるような焦点距離を演算して得られた焦点距離に対応する長焦点光学系を選択する焦点距離調整手段と、を備えるとともに、前記撮像手段には複数種類の長焦点光学系を備えることによって５メートル以上の距離を離間した被写体を撮像可能な振動計測システムであって、
前記画像処理手段によって計測された所定の粒子画像の移動方向及び移動量の計測結果を多数入力するとともに、撮像間隔から加速度ベクトルを算出してフーリエ変換することによって被写体の振動数を演算する振動数演算手段を備え、
前記制御手段は、前記長焦点光学系を前記撮像手段に装着して撮像するものであり、
前記焦点距離調整手段は、次の関係式（１）、（２）
設定移動画素数＝Ｖ×Δｔ／Ｄ・・・（１）
Ｄ＝ｆ／Ｌ×ｃｏｎｓｔ・・・・・・（２）
（但し、「Ｖ」は被写体の仮速度、「Δｔ」は二つの時刻の撮像時間間隔、「Ｄ」は撮像手段の１画素当たりに映る像の大きさ、「ｆ」は焦点距離、「Ｌ」は被写体までの距離、「ｃｏｎｓｔ」は実験から得られた定数である。）
を満足する焦点距離ｆを演算する構成とした振動計測システム。
被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、その撮像手段を制御する制御手段と、前記撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって被写体内における所定の粒子画像の移動方向及び移動量を計測する画像処理手段と、を備えるとともに、前記撮像手段には複数種類の長焦点光学系を備えることによって長距離離間した被写体を撮像可能とした振動計測システムにおける振動数計測プログラムであって、
前記制御手段において、画像処理手段により得られる二つの時刻における撮影画像に対して、その撮影画像内の粒子画像の移動距離が所定の設定移動画素数範囲内に収まるような焦点距離を演算する焦点距離調整手順と、
その焦点距離調整手順にて演算した焦点距離に基づいて長焦点光学系を複数種類の中から選択する光学系選択手順と、
その光学系選択手順にて選択された長焦点光学系と撮像手段とによって被写体を微小時間間隔で撮像する撮像手順と、を実行させるとともに、
前記画像処理手段においては、計測された所定の粒子画像の移動方向及び移動量の計測結果を多数入力する計測結果入力手順と、
撮像間隔から加速度ベクトルを算出してフーリエ変換することによって被写体の振動数を演算する振動数演算手順と、
その振動数演算手順による演算結果を出力する振動数出力手順と、を実行させ、
前記の焦点距離調整手順は、次の関係式（１）、（２）
設定移動画素数＝Ｖ×Δｔ／Ｄ・・・（１）
Ｄ＝ｆ／Ｌ×ｃｏｎｓｔ・・・・・・（２）
（但し、「Ｖ」は被写体の仮速度、「Δｔ」は二つの時刻の撮像時間間隔、「Ｄ」は撮像手段の１画素当たりに映る像の大きさ、「ｆ」は焦点距離、「Ｌ」は被写体までの距離、「ｃｏｎｓｔ」は実験から得られた定数である。）
を満足する焦点距離ｆを演算することとしたコンピュータプログラム。