JPH0674859A - Method for analyzing motion of fluid containing particle - Google Patents

Method for analyzing motion of fluid containing particle

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JPH0674859A
JPH0674859A JP22741692A JP22741692A JPH0674859A JP H0674859 A JPH0674859 A JP H0674859A JP 22741692 A JP22741692 A JP 22741692A JP 22741692 A JP22741692 A JP 22741692A JP H0674859 A JPH0674859 A JP H0674859A
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JP
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image
particle
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trace
processing
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JP22741692A
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Japanese (ja)
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Hidehisa Yoshizako
秀久 吉廻
Kunikatsu Yoshida
邦勝 吉田
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

PURPOSE:To obtain a method for analyzing motion of a fluid containing a particle with a short analysis time. CONSTITUTION:In a method for shooting in time series with an image pick-up means by applying slit light to a plurality of particles floating in a fluid, using a particle image (starting image) at an arbitrary time, that (ending image) in a specific time, and an integral image (flow trace image) from the starting to ending points, and performing identification operation of the starting and ending images for each particle for analyzing the motion of the fluid according to the amount of traveling and a time difference, a window enclosing the flow trace image of each particle is set on identification operation of each particle so that the identification operation can be performed only within the window. Time required for identification operation of a particle inside the images which are shot in time series is reduced, thus speeding up the analysis processing by 10 times or faster.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、粒子を含む流体の運動
解析方法に係り、特に解析時間を短縮した粒子を含んで
空間を移動する流体の運動解析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of analyzing a motion of a fluid containing particles, and more particularly to a method of analyzing a motion of a fluid moving in a space containing particles with a reduced analysis time.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、流体の速度を計測する装置として
は、ピトー管、熱線流速計、プロペラ流速計等の接触型
流速計とレーザドップラ流速計、超音波流速計等の非接
触型流速計が知られている。しかし、これらの流速計は
原理的に一点の計測を行なうものであり、流速分布を計
測しようとする場合にはトラバースが必要で、長い計測
時間を要する。特に、実際の工業製品に用いられる複雑
な3次元流の流速分布を求めようとすると、非常に多く
の労力を要する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for measuring the velocity of a fluid, a contact type anemometer such as a Pitot tube, a hot wire anemometer and a propeller anemometer and a non-contact anemometer such as a laser Doppler anemometer and an ultrasonic anemometer are used. It has been known. However, these anemometers measure one point in principle, and a traverse is necessary to measure the velocity distribution, which requires a long measuring time. In particular, a great deal of labor is required to obtain the flow velocity distribution of a complicated three-dimensional flow used in an actual industrial product.

【0003】これに対し、粒子が散在している流体で
は、粒子の動きを可視化し、その移動速度を計測するこ
とにより、流れ場の様子を明らかにすることができる。
この方法の従来例を図6、7に示す。図6の例は、流路
1を2の方向に流れる流体3の流れ場をスリット光源9
で断層照明し、流れ場を2次元化してビデオカメラ4で
撮影する。そして、その映像を画像処理装置7に導き、
各粒子の速度ベクトルを算出するものである。この場
合、スリット光源の位置を変えて、複数断面を計測する
ことにより3次元流の全容を求める。これに対し、図7
の例は2台以上のビデオカメラ4、5で撮影し、流れを
立体的に撮影して解析する。
On the other hand, in a fluid in which particles are scattered, it is possible to clarify the state of the flow field by visualizing the movement of particles and measuring the moving speed.
A conventional example of this method is shown in FIGS. In the example of FIG. 6, the flow field of the fluid 3 flowing in the direction 2 in the flow path 1 is defined by the slit light source 9
Then, the tomographic illumination is performed in order to make the flow field two-dimensional, and the video camera 4 photographs it. Then, the video is guided to the image processing device 7,
The velocity vector of each particle is calculated. In this case, the position of the slit light source is changed and a plurality of cross sections are measured to obtain the entire volume of the three-dimensional flow. On the other hand, FIG.
In this example, two or more video cameras 4 and 5 are used for shooting, and the flow is stereoscopically shot for analysis.

【0004】これらの方法は流れを乱すことなく、しか
も同一時刻に断面内の全容が把握できるので、最近注目
されている。この計測で最も重要な部分は画像処理の方
法で、任意時刻の画像とその後の画像における複数粒子
の対応付け(同定操作)である。通常、トレーサは、流
れに追従する必要があるため、1mm以下の微小粒子が用
いられる。したがって、撮影された画像は同一形状の粒
子を多数含んでいるため、時間経過にしたがって撮影さ
れた各画像内の同一粒子像の同定操作はかなり複雑で時
間がかかる作業である。
[0004] These methods have recently attracted attention because they can grasp the entire cross-section at the same time without disturbing the flow. The most important part of this measurement is the image processing method, which is the association (identification operation) of a plurality of particles in the image at an arbitrary time and the subsequent image. Usually, the tracer needs to follow the flow, and therefore fine particles of 1 mm or less are used. Therefore, since the photographed images contain many particles of the same shape, the operation of identifying the same particle image in each photographed image is a complicated and time-consuming operation.

【0005】同定操作の一例を図8〜10に示す。 (1)画像取り込み 図8のフローチャートに示すように、まず、画像を取り
込んで2値化し、さらに論理和をとる操作をする。この
例の場合k=4で、連続した4枚の画像を取り込む。こ
の様子を図9に示す。ハッチング部が粒子を表わす。左
の列の図は、上から順にビデオカメラで33msec間隔に
連続して取り込んだ画像である。ビデオカメラから送ら
れてくる画像は、各画素の輝度を0〜1voltのアナログ
信号で表わしているが、画像処理装置に取り込まれた画
像の各画素は、A/D変換によって0〜256の輝度で
表わされた濃淡画像となっている。中央の列はそれを2
値化した画像である。2値化とは指定した輝度以上の画
素を1、それ以下を0とする処理であり、画像メモリ上
で粒子は1の集合体として認識される。t1は始点画
像、t4は終点画像である。右の列は2値化された画像
の論理和、すなわち、積算していった画像である。これ
は流体力学でいう流跡像である。 (2)同定処理 つぎに、t1の始点画像、t4の流跡像、およびt4の
終点画像を用いて同定処理を行なう。その様子を図10
に示す。上段は始点、流跡、終点画像を示す。まず、流
跡画像に対してラベリングを行なう。これによって、各
粒子にi=1〜nnまでの番号がつけられ、画像処理装
置は各粒子を認識することができる。同定は流跡画像と
始点画像、流跡画像と終点画像の論理積をとって行な
う。いま、5番目の粒子を選んだとすると、流跡像は中
央3段目の像となる。この像と始点画像との論理積1を
とる。すなわち、共通部分を取り出すと左列3段目の像
となる。一方、終点画像と論理積2をとると、右列3段
目の像となる。これによって、5番目の粒子に対応する
始点と終点が得られたことになる。この操作を順次nn
回行なえば各粒子の同定操作が完了する。ただし、常に
流跡、始点、終点がうまく対応するわけではない。例え
ば、3番目の粒子は始点はあるが終点はない。反対に7
番目の粒子は始点がない。このような現象は2次元流の
場合には生じないが、3次元流をスリット光で照射する
と現れる特有の現象である。つまり、紙面に直角方向の
流速成分により、撮影の途中でスリット照明空間を飛び
出したり、途中から入ってきた粒子である。また、9番
目の粒子のように流跡像がつながってしまい、始点、ま
たは終点が複数あったりする場合もある。このような場
合、いずれも始点、終点が1個ずつではないので異常と
してベクトル算出を行なわない。この方法は、論理が極
めて厳密なため得られる結果は信頼性が高い。しかし、
その反面、後で述べるように処理時間が長いという欠点
がある。
An example of the identification operation is shown in FIGS. (1) Image Capture As shown in the flowchart of FIG. 8, first, an image is captured, binarized, and then the logical sum is calculated. In the case of this example, k = 4 and four consecutive images are captured. This state is shown in FIG. Hatched portions represent particles. The figure in the left column shows images continuously captured from the top by the video camera at 33 msec intervals. The image sent from the video camera represents the brightness of each pixel as an analog signal of 0 to 1 volt, but each pixel of the image captured by the image processing device has a brightness of 0 to 256 by A / D conversion. It is a grayscale image represented by. The middle row is 2
It is a binarized image. The binarization is a process in which pixels having a brightness equal to or higher than the designated brightness are set to 1 and pixels below the specified brightness are set to 0, and particles are recognized as an aggregate of 1 in the image memory. t1 is a start point image and t4 is an end point image. The right column is the logical sum of the binarized images, that is, the integrated images. This is a trace image in fluid mechanics. (2) Identification Processing Next, identification processing is performed using the start point image at t1, the trace image at t4, and the end point image at t4. Figure 10
Shown in. The upper row shows the start point, the flow trace, and the end point image. First, the trace image is labeled. Thereby, each particle is numbered from i = 1 to nn, and the image processing apparatus can recognize each particle. The identification is performed by taking the logical product of the trace image and the start point image, and the trace image and the end point image. Now, if the fifth particle is selected, the trace image will be the image at the third central stage. The logical product 1 of this image and the starting point image is taken. That is, when the common portion is taken out, the image in the third row on the left column is obtained. On the other hand, if the logical product 2 is taken with the end point image, the image on the third row in the right column is obtained. By this, the start point and the end point corresponding to the fifth particle are obtained. Repeat this operation nn
When it is repeated, the identification operation of each particle is completed. However, the trace, start point, and end point do not always correspond well. For example, the third particle has a starting point but no ending point. On the contrary 7
The second particle has no starting point. Such a phenomenon does not occur in the case of a two-dimensional flow, but is a unique phenomenon that appears when a three-dimensional flow is irradiated with slit light. That is, the particles are particles that have flowed out of the slit illumination space during the shooting or have entered from the middle due to the flow velocity component in the direction perpendicular to the paper surface. In addition, the trace images may be connected like the ninth particle, and there may be a plurality of start points or end points. In such a case, since the starting point and the ending point are not one at a time, the vector calculation is not performed because it is abnormal. This method has a very strict logic and the results obtained are reliable. But,
On the other hand, there is a drawback that the processing time is long as described later.

【0006】これに対し、図11に示す方法がある。そ
の原理を図12で説明する。図12の右列の画像は、取
り込んだ濃淡画像を2値化したもので、図9の中央列の
画像と同じである。いま、t1の始点画像における5番
目の粒子に着目し、あらかじめ想定される最大の移動量
を仮定すると、粒子は次の時刻t2には始点を中心とし
た仮想円10内にある。この例ではaとbの粒子が候補
としてあげられる。いま、aの粒子が5番目の粒子に対
応しているとすると、t1からt2までの移動量から時
刻t3における存在地を中心とした仮想円a´が書け
る。この場合、仮想円内に1個の粒子があるので、さら
にこの粒子に対しt2からt3までの移動量より時刻t
4における存在地を中心とした仮想円a″が書け、やは
り1個の粒子が存在しこの仮定がかなり妥当であり、追
跡した粒子が5番の粒子であると想像がつく。仮想円1
0でbの粒子を追跡すると時刻t3ではb´の仮想円内
に粒子がなく、5の粒子ではなかったことがわかる。こ
の手法はフローチャートで示すと図11のようになる。
この方法は図8の例に比べて信頼性が若干低いものの処
理時間が短い長所がある。
On the other hand, there is a method shown in FIG. The principle will be described with reference to FIG. The image in the right column of FIG. 12 is a binarized grayscale image that has been captured, and is the same as the image in the center column of FIG. Now, focusing on the fifth particle in the starting point image at t1, and assuming the maximum movement amount that is assumed in advance, the particle is within the virtual circle 10 centered on the starting point at the next time t2. In this example, particles of a and b are candidates. Now, assuming that the particle of a corresponds to the fifth particle, a virtual circle a ′ centering on the place of existence at time t3 can be written from the movement amount from t1 to t2. In this case, since there is one particle in the virtual circle, the time t is calculated from the movement amount from t2 to t3 for this particle.
A virtual circle a ″ centered on the place of existence in 4 can be written, and one particle still exists, and this assumption is quite valid, and it can be imagined that the traced particle is the particle No. 5. Virtual circle 1
When the particle of b is traced at 0, it can be seen that at time t3, there is no particle in the virtual circle of b ′ and it is not the particle of 5. This method is shown in the flow chart of FIG.
Although this method has a slightly lower reliability than the example of FIG. 8, it has an advantage that the processing time is short.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図8の例の場合、STAR
T からEND までに要する時間は次式となる。 所要時間=mm×(τ1+nn×τ2) (1) ここで、τ1は画像取り込みのループに要する時間、τ
2は同定処理のループに要する時間である。市販されて
いる汎用の画像処理装置で、τ1=400msec、τ2=
460msec程度である。また、nnは流跡画像における
粒子数で約500個、mmは乱流などの速度変動がある場
合の平均化に必要な回数で約100回である。この数値
を(1)式に代入すると所要時間は6.4時間となる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the case of the example of FIG.
The time required from T to END is as follows. Required time = mm × (τ1 + nn × τ2) (1) where τ1 is the time required for the image capturing loop, and τ
2 is the time required for the loop of the identification processing. A general-purpose image processing device on the market, τ1 = 400 msec, τ2 =
It is about 460 msec. Further, nn is the number of particles in the trace image of about 500, and mm is the number of times required for averaging in the case of velocity fluctuation such as turbulence, which is about 100 times. Substituting this value into the equation (1), the required time is 6.4 hours.

【0008】これに対し、図11の例では次式となる。 所要時間=mm×(τ1+nn×τ3) (2) ここで、mmとτ1は図8の場合と同じであるが、τ3は
200msec程度でτ2より短い。これは、内部の繰り返
し数はn1+n2+n3+n4と多いものの、論理積と
ラベリングを行なう領域が仮想円内に限定され、処理領
域が減るためである。(2)の場合、処理時間は2.8
時間となり、前述の流跡画像を用いる方法より短縮され
る。
On the other hand, in the example of FIG. 11, the following equation is obtained. Required time = mm × (τ1 + nn × τ3) (2) Here, mm and τ1 are the same as those in FIG. 8, but τ3 is about 200 msec and shorter than τ2. This is because although the number of internal repetitions is as large as n1 + n2 + n3 + n4, the area for performing logical product and labeling is limited to the virtual circle and the processing area is reduced. In the case of (2), the processing time is 2.8.
This is time-consuming and is shorter than the method using the trace image described above.

【0009】しかし、いずれにしても、粒子の移動現象
がせいぜい数秒のオーダーであることを考えると、解析
に要する時間が非常に長い。これらの欠点を補う方法と
して始点画像の1部を切り出し、終点画像との相関、す
なわちパターンマッチングを用い、最も一致する地点を
移動点とする相関法等が報告されている。この方法で
は、解析に要する時間は短くなるものの、解析結果の信
頼性が他のものより低下する欠点がある。
In any case, however, considering that the movement phenomenon of particles is on the order of several seconds at most, the time required for analysis is very long. As a method for compensating for these drawbacks, a method has been reported in which a part of the starting point image is cut out and the correlation with the ending point image, that is, pattern matching is used and the most coincident point is set as the moving point. This method shortens the time required for the analysis, but has the drawback that the reliability of the analysis result is lower than that of other methods.

【0010】このように、画像処理を用いて流速分布を
計測する方法は、従来の流速計測法より時間はかからな
いものの、それでも数時間を要するという欠点がある。
本発明の目的は上記従来技術の問題点をなくし、解析時
間が短い、粒子を含む流体の運動解析方法を提供するこ
とにある。
As described above, the method of measuring the flow velocity distribution using the image processing takes less time than the conventional flow velocity measuring method, but it still has a drawback of requiring several hours.
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the prior art and to provide a method of analyzing the motion of a fluid containing particles, which has a short analysis time.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第1の発明は、流体中に浮遊した複数粒子を画像
撮影手段により時系列的に撮影し、任意時刻における粒
子像(始点画像)と、その所定時間後における粒子像
(終点画像)と、始点から終点までの積算画像(流跡画
像)とを用い、各々の粒子に対して、任意時刻における
始点画像と、その所定時間後における終点画像との同定
操作を行ない、移動量と時間差から速度ベクトルを算出
し、流体の運動を解析する方法において、各々の粒子の
同定操作の際に、各粒子の流跡画像を包含するウインド
ーを設定し、そのウインドー内だけで同定操作を行なう
ことを特徴とした粒子を含む流体の運動解析方法に関す
る。
To achieve the above object, the first invention of the present application is to time-sequentially photograph a plurality of particles suspended in a fluid by an image photographing means, and to obtain a particle image (start point image) at an arbitrary time. ), A particle image after a predetermined time (end point image), and an integrated image (trace image) from the start point to the end point, a start point image at an arbitrary time for each particle and a predetermined time after that. In the method of performing the identification operation with the end point image in Fig. 1, calculating the velocity vector from the movement amount and the time difference, and analyzing the motion of the fluid, in the identification operation of each particle, the window including the trace image of each particle is included. And a method of analyzing the motion of a fluid containing particles, characterized in that the identification operation is performed only within the window.

【0012】第2の発明は、上記第1の発明においてウ
インドー設定におけるウインドーの形状が各粒子の流跡
画像を包含する最小の矩形となるようにしたことを特徴
とする粒子を含む流体の運動解析方法に関する。第3の
発明は、上記第1の発明または第2の発明において、粒
子の軌跡が不連続な場合、細線化処理と膨張処理によっ
て連続した流跡像に変換するようにしたことを特徴とす
る粒子を含む流体の運動解析方法に関する。
A second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, the shape of the window in the window setting is the smallest rectangle including the trace image of each particle, and the movement of the fluid containing the particles is characterized. Regarding analysis method. A third invention is characterized in that, in the above-mentioned first invention or second invention, when the trajectory of particles is discontinuous, it is converted into a continuous trace image by thinning processing and expansion processing. The present invention relates to a motion analysis method for a fluid containing particles.

【0013】[0013]

【作用】流跡画像を用いる方法において、解析時間を長
くしているのは同定処理ループに要する時間τ2であ
る。同定処理の中で用いられている画像処理コマンドは
論理積とラベリングである。これらのコマンドを、汎用
画像処理装置では専用のプロセッサを用いて処理してい
る。通常用いられる512×512画素の画像を、専用
プロセッサを用いず、一般のワークステーションで行な
った場合、論理積、ラベリング共1000msec程度で行
なわれる。これに対し、専用のプロセッサを用いると論
理積が33msec、ラベリングが200msecと非常に高速
で処理できる。
In the method using the trace image, the analysis time is lengthened by the time τ2 required for the identification processing loop. The image processing commands used in the identification processing are logical product and labeling. In the general-purpose image processing device, these commands are processed by using a dedicated processor. When an image of 512 × 512 pixels which is normally used is executed by a general workstation without using a dedicated processor, both logical product and labeling are executed in about 1000 msec. On the other hand, if a dedicated processor is used, the logical product can be processed at a very high speed of 33 msec and the labeling is 200 msec.

【0014】ところが、これだけ高速処理できる専用プ
ロセッサも、粒子の同定処理においては局所処理ができ
ないという、重大な欠点を有しているため長い解析時間
を必要とする。同定処理の場合、1粒子の流跡画像の近
傍のみを着目すればよいわけであるが、専用プロセッサ
は全体を高速処理するようにできているため、処理範囲
を局所に限定することができず、512×512画素全
体を一気に処理してしまう。この結果、さきに述べたよ
うな長時間の処理となってしまうわけである。
However, a dedicated processor capable of processing at such a high speed also requires a long analysis time because it has a serious drawback that local processing cannot be performed in particle identification processing. In the case of identification processing, it suffices to focus only on the vicinity of the trace image of one particle, but since the dedicated processor is designed to process the whole at high speed, the processing range cannot be limited locally. , The whole 512 × 512 pixels are processed at once. As a result, the long-time processing as described above ends up occurring.

【0015】そこで、同定処理を専用プロセッサを用い
ず、ソフトで処理してしまえば局所処理が可能となるた
め、同定処理を高速で処理することができる。流速を求
める場合、流跡画像の大きさはせいぜい100画素程度
である。そこで、この領域のみを処理範囲とすると、処
理時間は画素数に比例するので、論理積、ラベリング共
3msecで処理できる。したがって、同定ループ内の処理
時間τ2は20msec程度となる。この値を(1)式に代
入すると、汎用画像処理装置を全く用いない場合、0.
5hrとなり、格段に処理時間が短縮される。
Therefore, if the identification processing is performed by software without using a dedicated processor, the local processing can be performed, so that the identification processing can be processed at high speed. When obtaining the flow velocity, the size of the trace image is about 100 pixels at most. Therefore, if only this area is set as the processing range, the processing time is proportional to the number of pixels, so that both logical product and labeling can be processed in 3 msec. Therefore, the processing time τ2 in the identification loop is about 20 msec. By substituting this value into the equation (1), if the general-purpose image processing device is not used at all, 0.
It will be 5 hours, and the processing time will be significantly shortened.

【0016】[0016]

【実施例】実施例のフローチャートを図1に示す。概要
は図8と同じであるが、同定処理ループ内にウインドー
設定が加えてある。本例では、画像取り込みは512×
512画素の汎用画像処理装置で行ない、同定処理ルー
プは32ビットのワークステーションで行なった。可視
化画像は、10cm角の矩形ダクトを10cm/sec で流れ
る水流に、粒径1mmのナイロン粒子を混入させ、スリッ
ト光で断層化して撮影した。この画像は毎秒30こまの
ビデオカメラで撮影し、いったんビデオレコーダに記録
した後、こま送り再生して処理した。
FIG. 1 shows a flow chart of an embodiment. The outline is the same as in FIG. 8, but a window setting is added in the identification processing loop. In this example, image capture is 512 ×
A general-purpose image processor of 512 pixels was used, and the identification processing loop was performed in a 32-bit workstation. The visualized image was taken by mixing nylon particles with a particle diameter of 1 mm into a water flow flowing at 10 cm / sec through a 10 cm square rectangular duct and forming a slice with slit light. This image was photographed with a video camera of 30 frames per second, once recorded on a video recorder, and then framed and reproduced for processing.

【0017】以下に図1のフローチャートについて説明
する。 (1)画像を4こま取り込み、図2の最上段のように、
最初を始点画像、最後を終点画像、4こまの論理和をと
ったものを流跡像とする。 (2)流跡画像にラベリング処理を施し、各流跡像に0
〜nnまでのナンバーをつける。流跡像は画面内に50
0個程度あるが、画像が煩雑になるので図2では省略し
て9個だけ示した。なお、ラベリングを行なったとき
に、各流跡像を囲む矩形の頂点座標を同時に求めてお
く。この後、各流跡画像と始点・終点画像の同定処理に
はいる。 (3)流跡画像から各流跡像を順に切り出す。この時、
普通に切り出すと全画面の処理となるので、1個の流跡
像に対し30mm/sec 程度かかる。これに対し、ラベリ
ングの時に行なった矩形を使用してウインドー設定して
切り出せば、部分領域の処理となるので2mm/sec 程度
で行なえる。 (4)切り出した流跡像と始点画像との論理積をとり、
始点像を切り出す。この時もウインドーを使っているの
で普通なら30mm/sec かかるところが2mm/sec です
む。そして、切り出した画像にラベリングを行ない、1
個だけ切り出せたかどうかチェックし、1個の時だけ正
常とみなして次のステップに進む。複雑な3次元流れで
は流跡像の重なりがどうしても発生するのでこの判定が
不可欠である。なお、ラベリングと同時に粒子像の重心
を求めておく。 (5)切り出した流跡像と終点画像との論理積をとり、
終点像を切り出す。この時もウインドーを使っているの
で時間短縮している。そして同じように切り出した像が
1個であるかどうかラベリングを行なってチェックす
る。1個であれば正常と見なしてつぎのステップに入
る。なお、この時も粒子の重心を求めておく。 (6)始点と終点の重心座標から粒子の移動距離を算出
し、4こまの露出時間から速度ベクトルを求める。 (7)(3)から(6)の操作を粒子の個数ぶん、すな
わち、nn回繰り返し全粒子の速度ベクトルを求める。
ウインドー設定を行なった処理の様子を図2に示す。最
上段は始点、流跡、終点の画像である。粒子は画面内に
500個程度あるが、画像が煩雑になるので模式図で示
した。流跡画像は4こま積算して作ってある。
The flowchart of FIG. 1 will be described below. (1) Capture 4 frames of the image, as shown in the top row of FIG.
The beginning is the start point image, the end is the end point image, and the logical sum of four frames is taken as the trace image. (2) Labeling processing is applied to the trace images, and each trace image is set to 0.
Number up to nn. 50 trace images in the screen
There are about 0, but since the image becomes complicated, it is omitted in FIG. 2 and only 9 are shown. When labeling is performed, the vertex coordinates of a rectangle surrounding each trace image are obtained at the same time. After that, the process of identifying each trace image and the start point / end point image is started. (3) Each trace image is sequentially cut out from the trace image. At this time,
If it is cut out normally, the whole screen is processed, so it takes about 30 mm / sec for one trace image. On the other hand, if you use the rectangle used for labeling to set the window and cut it out, it will be processed in a partial area, so it can be done at about 2 mm / sec. (4) The logical product of the cut out trace image and the starting point image is calculated,
Cut out the starting point image. Since the window is used also at this time, the place where it normally takes 30 mm / sec is 2 mm / sec. Then, the cut image is labeled and 1
It is checked whether or not only one piece can be cut out, and when only one piece is considered normal, the process proceeds to the next step. This determination is indispensable because in a complicated three-dimensional flow, trace images will inevitably overlap each other. At the same time as the labeling, the center of gravity of the particle image is obtained. (5) The logical product of the cut out trace image and the end point image is calculated,
Cut out the final image. Since the window is used also at this time, the time is shortened. Then, in the same manner, it is checked by labeling whether or not there is only one image cut out. If it is one, it is considered normal and the next step is entered. At this time, the center of gravity of the particles is also obtained. (6) The moving distance of the particle is calculated from the barycentric coordinates of the start point and the end point, and the velocity vector is obtained from the exposure time of four frames. (7) The operations of (3) to (6) are repeated as many times as the number of particles, that is, nn times to obtain velocity vectors of all particles.
FIG. 2 shows the state of the processing in which the window setting is performed. The top row is an image of the starting point, the trail, and the ending point. Although there are about 500 particles on the screen, they are shown in a schematic diagram because the image becomes complicated. The trace image is made by adding four frames.

【0018】本処理では、3段目に示した5番の粒子の
ように、その流跡像の周囲にウインドーを設定する。こ
の場合、図3に示すような流跡画像に内接する矩形のウ
インドーを用いている。ウインドー内の画素数は平均し
て100画素であった。したがって、流跡画像と始点画
像、および終点画像と流跡画像との論理和の実行時間は
2msecであった。ウインドーは各粒子ごとに設定した。
3段目から5段目の画像は図9の従来例と同様に、ベク
トル算出を行なわないようにしている。
In the present processing, a window is set around the trace image like the particle No. 5 shown in the third row. In this case, a rectangular window inscribed in the trace image as shown in FIG. 3 is used. The average number of pixels in the window was 100 pixels. Therefore, the execution time of the logical sum of the trace image and the start point image and the end point image and the trace image was 2 msec. The window was set for each particle.
As with the conventional example of FIG. 9, vector calculation is not performed on the images from the third stage to the fifth stage.

【0019】以上の結果、1回ごとの瞬間画像の処理時
間は10sec 、100回の処理時間は1040sec であ
った。本実施例では汎用画像処理装置を用いたが、省略
すると100回の処理時間は1800sec と多少長くな
るものの、装置を安価にすることができる。また、ウイ
ンドー設定は各粒子ごとに行なったが、汎用画像処理装
置を用いない場合、それに時間がとられるので、最大流
跡画像の画素数を推定値して、図4のように一律に設定
してもよい。今後、流跡画像と同一形状のウインドーが
設定できればより高速に処理することができる。
As a result, the processing time for each instantaneous image was 10 seconds, and the processing time for 100 times was 1040 seconds. Although a general-purpose image processing apparatus is used in the present embodiment, if omitted, the processing time for 100 times becomes 1800 sec, which is somewhat long, but the apparatus can be made inexpensive. Although the window setting was performed for each particle, it takes time if a general-purpose image processing device is not used, so the pixel number of the maximum trace image is estimated and set uniformly as shown in FIG. You may. In the future, if a window with the same shape as the trace image can be set, it can be processed at higher speed.

【0020】このように、本発明により流跡像を用いる
最も厳密な方法で短時間の処理が可能となる。なお、本
実施例ではビデオカメラの露出時間は33msecである
が、機種によってはこま数は同じでも露出時間の短いも
のがある。この場合、流跡画像は図5の上段のように不
連続となるが、画像処理コマンドを用いて修正すること
ができる。例えば、各画像を線にする、細線化処理を施
し、その後各画像を膨らませる膨張処理を行なえばよ
い。最初から膨張処理すると、各図形が一様に膨らみ、
隣接粒子と連がる確率が高いので、細線化処理を施すと
長手方向にのびるので連がりが防止できる。
As described above, according to the present invention, the shortest processing time can be achieved by the strictest method using the trace image. In the present embodiment, the exposure time of the video camera is 33 msec, but depending on the model, the exposure time may be short even if the number of frames is the same. In this case, the trace image becomes discontinuous as shown in the upper part of FIG. 5, but it can be corrected by using the image processing command. For example, each image may be made into a line, thinning processing may be performed, and then expansion processing for expanding each image may be performed. When the expansion process is started from the beginning, each figure expands uniformly,
Since there is a high probability that the particles will be connected to the adjacent particles, the thinning process extends in the longitudinal direction, and thus the connection can be prevented.

【0021】また、本発明は、ビデオカメラを2台以上
用いた場合にも、当然適用できる。
Further, the present invention can naturally be applied to the case where two or more video cameras are used.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、可視化法を用いた流速
分布解析において、粒子の流跡を用いる厳密な論理のま
まで、従来よりも格段に高速で流速分布の処理が可能と
なる。
According to the present invention, in the flow velocity distribution analysis using the visualization method, it is possible to process the flow velocity distribution at a much higher speed than in the past with the strict logic using the particle trace.

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

【図1】本発明の実施例を示すフロー図。FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明における画像処理の様子を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of image processing in the present invention.

【図3】、[Fig. 3]

【図4】ウインドーのかけかたを示す図。FIG. 4 is a diagram showing how to apply a window.

【図5】流跡像を作る一実施例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of creating a trace image.

【図6】従来の可視化法に画像処理を加えた流速分布測
定法を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a flow velocity distribution measuring method in which image processing is added to a conventional visualization method.

【図7】ビデオカメラを2台用いた従来技術を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a conventional technique using two video cameras.

【図8】従来の画像処理方法のフローチャートを示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a flowchart of a conventional image processing method.

【図9】従来の画像処理の様子を示す模式図。FIG. 9 is a schematic diagram showing a state of conventional image processing.

【図10】従来の画像処理方法を示す模式図。FIG. 10 is a schematic diagram showing a conventional image processing method.

【図11】従来の他の画像処理方法を示すフロー図。FIG. 11 is a flowchart showing another conventional image processing method.

【図12】図11の方法における画像処理の様子を示し
た模式図。
12 is a schematic diagram showing a state of image processing in the method of FIG.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流体中に浮遊した複数粒子を画像撮影手
段により時系列的に撮影し、任意時刻における粒子像
(始点画像)と、その所定時間後における粒子像(終点
画像)と、始点から終点までの積算画像(流跡画像)と
を用い、各々の粒子に対して、任意時刻における始点画
像と、その所定時間後における終点画像との同定操作を
行ない、移動量と時間差から速度ベクトルを算出し、流
体の運動を解析する方法において、各々の粒子の同定操
作の際に、各粒子の流跡画像を包含するウインドーを設
定し、そのウインドー内だけで同定操作を行なうことを
特徴とする粒子を含む流体の運動解析方法。
1. A plurality of particles suspended in a fluid are time-sequentially photographed by an image photographing means, and a particle image (starting point image) at an arbitrary time, a particle image after a predetermined time (end point image), and a starting point. Using the integrated image (trace image) up to the end point, the identification operation of the start point image at an arbitrary time and the end point image after a predetermined time is performed for each particle, and the velocity vector is calculated from the movement amount and the time difference. In the method of calculating and analyzing the motion of the fluid, when identifying each particle, a window including a trace image of each particle is set, and the identifying operation is performed only within the window. A method for analyzing the motion of a fluid containing particles.
【請求項2】 請求項1において、ウインドー設定にお
けるウインドーの形状が各粒子の流跡画像を包含する最
小の矩形となるようにしたことを特徴とする粒子を含む
流体の運動解析方法。
2. The motion analysis method for a fluid containing particles according to claim 1, wherein the shape of the window in the window setting is a minimum rectangle including the trace image of each particle.
【請求項3】 請求項1または2において、粒子の軌跡
が不連続な場合、細線化処理と膨張処理によって連続し
た流跡像に変換するようにしたことを特徴とする粒子を
含む流体の運動解析方法。
3. The movement of a fluid containing particles according to claim 1 or 2, wherein when the trajectory of particles is discontinuous, the particles are converted into a continuous trace image by thinning processing and expansion processing. analysis method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005221311A (en) * 2004-02-04 2005-08-18 Toto Ltd Method and device for measuring aerosol particle speed and composite structure manufacturing device using the measuring device
JP2008536133A (en) * 2005-04-15 2008-09-04 エアバス・ドイチュラント・ゲーエムベーハー Equipment for automatic evaluation and control of wind tunnel measurements.
CN114761604A (en) * 2019-11-27 2022-07-15 巴斯夫涂料有限公司 Evaluating flow of spray coating

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