JPH0727780A - 流速計測装置 - Google Patents

流速計測装置

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JPH0727780A
JPH0727780A JP17348293A JP17348293A JPH0727780A JP H0727780 A JPH0727780 A JP H0727780A JP 17348293 A JP17348293 A JP 17348293A JP 17348293 A JP17348293 A JP 17348293A JP H0727780 A JPH0727780 A JP H0727780A
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JP
Japan
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color
tracer particles
color filter
camera
image
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Application number
JP17348293A
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English (en)
Inventor
Tomohiro Mochizuki
知弘 望月
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 トレーサ粒子の短い区間の追跡だけで正確な
流速計測を行う。 【構成】 トレーサ粒子Pが含まれた流体流れFを、回
転カラーフィルタ4を通した照明光Rで照射し、かつそ
の色を連続的に変化させる。その時々の色変化を伴うト
レーサ粒子Pの動きを、連続的に色が変化する線状軌跡
QとしてカラーTVカメラ1でとらえる。画像処理装置
2により線状軌跡Qのなかから特定の二箇所の色の組み
合わせを抽出し、その距離を画像上で算出して速度ベク
トルを求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流れ場における流速計
測装置に関し、さらに詳しくは、流体の流れの中に混入
させたトレーサ粒子の色を変化させながらカラーTVカ
メラで撮像し、そのカラーTVカメラがとらえた二次元
画像から粒子追跡法によりトレーサ粒子の動きを追跡し
て速度ベクトルを求めるようにした流速計測装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の流速計測装置としては、例えば
図6に示すようなものがある。この従来の装置において
は、所定の流体の流れFのなかにポリスチレン粒子等の
トレーサ粒子P,P…を混入させるとともに、このトレ
ーサ粒子P,P…を含む流体流れFに対して照明装置5
1から白色光または単色光を照射する。その一方、短露
光時間(例えば1/1000秒程度)のTVカメラ52
と長露光時間(例えば1/60秒程度)のTVカメラ5
3とを用意し、ハーフミラー54を通して流体流れFの
同一箇所を双方のTVカメラ52,53で同時に撮像で
きるようにする。
【0003】そして、双方のTVカメラ52,53によ
り流体流れFを同時に撮像して、その画像を画像処理装
置55内の画像記録メモリ部に記録する。
【0004】この場合、前記短露光時間のTVカメラ5
2の画像には図6,7に示すようにトレーサ粒子Pがぶ
れることなくその撮像開始時の位置に明確にトレーサ粒
子Pの像Q1が記録されるのに対し、長露光時間のTV
カメラ53の画像には、その露光時間中にトレーサ粒子
Pが移動した軌跡Q2が、前記TVカメラ52側の画像
のトレーサ粒子の記録位置を先頭にして線状に記録され
る。
【0005】そこで、画像処理装置55において、上記
の双方のTVカメラ52,53の画像を重ね合わせた上
で、その記録されたトレーサ粒子Pが霧光時間中にどの
程度移動したかその移動量aを画像処理により算出する
ことでトレーサ粒子Pの流速ひいては流体流れFの速度
が得られることになる。
【0006】なお、このような流速計測装置は、例えば
自動車の車室内におけるウインドシールドデフロスタの
配風状況の解析に用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の流速計測装置においては、トレーサ粒子P
の線状軌跡Q1,Q2の両端間距離を移動距離aとしてと
らえているため、1画面(1フレーム)内のトレーサ粒
子P,P…として速度が大きいものと小さいものとが混
在している場合に、速度の大きいトレーサ粒子Pの動き
に合わせた露光時間に設定すると速度の小さいトレーサ
粒子Pの移動が検出できず、逆に速度の小さいトレーサ
粒子Pの動きに合わせた露光時間に設定すると速度の大
きいトレーサ粒子Pの軌跡が長くなりすぎて1画面内だ
けでは正確な流速計測が行えないという問題がある。
【0008】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、トレーサ粒子の色を連続的に変化させるこ
とにより、トレーサ粒子の線状軌跡が長くなってもその
中間部の色情報を利用することで適度な時間間隔でトレ
ーサ粒子の移動距離を算出できるようにして、それによ
って上記従来の不具合を解決することを目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は流体の流れの中
にトレーサ粒子を混入させ、そのトレーサ粒子の色を連
続的に変化させながら該トレーサ粒子の動きをカラーT
Vカメラで撮像して流速を計測するようにした装置であ
って、円周方向に沿って連続的に波長が変化する複数の
カラーフィルタ領域を備えた円盤状の回転カラーフィル
タと、前記回転カラーフィルタを通して、トレーサ粒子
が混入された流体を照射する白色光源と、前記回転カラ
ーフィルタを一定した速度で回転させる回転駆動手段
と、前記回転カラーフィルタによる色変化周期に同期し
たトリガー信号により作動して、トレーサ粒子が混入さ
れた流体を撮像するカラーTVカメラと、前記カラーT
Vカメラがとらえた画像を解析して、色変化を伴うトレ
ーサ粒子の線状軌跡をもとに粒子追跡法によりその速度
ベクトルを算出して出力する画像処理手段とを備えてい
る。
【0010】
【作用】この構造によると、カラーTVカメラによって
撮像された二次元画像のなかでは、トレーサ粒子は一定
時間間隔で色が連続的に変化する線状軌跡となる。そし
て、流速計測に必要な時間間隔に相当する二箇所の色の
組み合わせをトレーサ粒子の線状軌跡から抽出し、その
二箇所の色の間の距離を画像上で算出することにより、
速度ベクトルすなわち流速が求められることになる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す図で、大きく
分けて、トレーサ粒子P,P…が混入された流体の流れ
Fを撮像するカラーTVカメラ1と、このカラーTVカ
メラ1がとらえた画像を記録するとともにその画像を解
析する画像処理装置2と、前記流体の流れFに照明光を
照射する白色光の照明装置3と、この照明装置3からの
照明光を着色する回転カラーフィルタ4とから構成され
ている。
【0012】前記回転カラーフィルタ4は、図2に示す
ように、円板状の基板5の円周方向に沿って波長の異な
る複数の色のカラーフィルタ領域5a,5a…を連続的
に形成したもので、この回転カラーフィルタ4をサーボ
モータ6で回転駆動することにより、前記照明装置3の
照明光Rがその回転カラーフィルタ4のカラーフィルタ
領域5a,5a…で着色されて連続的に変化することに
なる。
【0013】そして、前記回転カラーフィルタ4の回転
角位置とカラーTVカメラ1の撮像開始タイミングとは
同期装置7によってその同期がとられるようになってお
り、後述するように回転カラーフィルタ4の特定のカラ
ーフィルタ領域5aが所定位置にあることを条件として
同期装置7からトリガー信号が出力され、このトリガー
信号を受けてカラーTVカメラ1が撮像を開始するよう
になっている。
【0014】また、前記画像処理装置2は、カラーTV
カメラ1がとらえた画像を記録する光ディスク等の画像
記憶装置と、その記録された画像をR,G,B(赤,
緑,青)の三原色信号に色分解あるためのカラーデコー
ダと、それら色分解されたR,G,Bそれぞれのディジ
タル化された画像を記憶するイメージプロセッサと、そ
の画像をもとに色情報を用いた二次元速度ベクトル演算
を行うコンピュータと、その演算結果を出力するグラフ
ィックディスプレイ等の画像出力装置等から構成され
る。
【0015】このように構成された流速計測装置におい
ては、図1に示すように、トレーサ粒子P,P…が混入
された流体の流れFに対して照明装置3の照明光を照射
する。同時に、サーボモータ6により、照明装置3の前
面に配置されている回転カラーフィルタ4を一定速度で
回転させる。この回転カラーフィルタ4の回転動作によ
り、その回転カラーフィルタ4のカラーフィルタ領域5
a,5a…の切り換えのために流体の流れFを照射して
いる照明光の色が一定時間ごとに切り換わる。
【0016】一方、前記回転カラーフィルタ4が特定の
回転角位置に達した時に同期装置7からカラーTVカメ
ラ1に対してトリガー信号を付与すると、カラーTVカ
メラ1はそのトリガー信号の入力を条件に撮像を開始
し、その画像は画像処理装置2に送られて記録される。
【0017】この時、前記流体の流れFのなかに含まれ
ているトレーサ粒子P,P…は、回転カラーフィルタ4
におけるカラーフィルタ領域5a,5a…の切り換えに
応じてその都度色が変化することから、その一画面(1
フレーム)内におけるトレーサ粒子P,P…の形態とし
ては、図3に示すように一定時間間隔で連続的に色が変
化する線状軌跡Qとして記録される。
【0018】ここで、上記のカラーTVカメラ1による
撮像は、例えば1/30秒あるいは1/60秒間隔で行
うものとし、また前記回転カラーフィルタ4のカラーフ
ィルタ領域5a,5a…としては、少なくとも赤
(R),緑(G),青(B)の三色があれば足りる。
【0019】以上のようにして、前記カラーTVカメラ
1による撮像が終了すると、画像処理装置では先に記録
された画像をもとにトレーサ粒子P,P…の二次元画面
での速度ベクトルを算出する。
【0020】図4はその速度ベクトル算出のためのフロ
ーチャートを示しており、画像処理装置2では、先に記
録された画像を画像記憶装置から読み出した上、カラー
デコーダにてR,G,B((赤,緑,青)の三原色信号
に色分解して数値データに変換し、図5に示すように時
間と三原色(RGB値)との相関を表わす色−時間対応
テーブルを作成する(ステップS1,S2)。
【0021】そして、前記色−時間対応テーブルから、
時刻0ms時のRGB値(R0,G0,B0)を求めた上
で(ステップS3)、画像からそのRGB値(R0
0,B0)が一致する点の座標を例えばP0(x0
0)として抽出する(ステップS4)。
【0022】同様に、図5の前記色−時間対応テーブル
から時刻t時のRGB値(Rt,Gt,Bt)を求めた上
で(ステップS5,S6)、画像からそのRGB値(R
t,Gt,Bt)が一致する点の座標を例えばPt(xt
t)として抽出する(ステップS7)。
【0023】そして、時刻tから移動ベクトルPtt-1
を次式により算出する(ステップS8,S9)。
【0024】Ptt-1=(xt−xt-1,yt−yt-1) さらに、上記の移動ベクトルPtt-1をもとに次式によ
り速度ベクトルVtを算出する(ステップS10)。
【0025】Vt=Ptt-1/Δt このような処理を、図5に示す色−時間対応テーブルに
ついて10msごとに繰り返すことにより、一画面中に
記録された複数のトレーサ粒子P,P…のそれぞれにつ
いてその時々の速度ベクトルが算出される(ステップS
11)。
【0026】そして、上記の演算結果はグラフィックデ
ィスプレイあるいはプリンタ等により出力される。
【0027】つまり、本実施例によれば、一定時間間隔
で連続的に色変化するトレーサ粒子Pの線状軌跡Qから
流速計測に必要な時間間隔に相当する色の組み合わせを
抽出し、その二色間の距離を画像上の座標から計算して
速度ベクトルを求めるようにしているので、例えば図3
に示すように線状軌跡Qの端から端までの全長a1を追
跡することなく、その一部の区間a2の追跡だけでも所
定の流速を求めることができる。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、画像とし
て記録されたトレーサ粒子の線状軌跡に時間に応じた色
情報を持たせてあるため、例えば一画面内に記録された
複数のトレーサ粒子に速度の大きいものと速度の小さい
ものとが混在していたとしても、各線状軌跡の中間の色
情報を用いることによりそれぞれのトレーサ粒子の速度
を正確に計測できるほか、撮像に必要なカメラが一台で
よく、しかも流速計算に必要な画面も1フレームで済む
ため、計測装置の構造と制御を簡素化してコストを削減
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成説明図。
【図2】回転カラーフィルタの平面図。
【図3】トレーサ粒子の線状軌跡の説明図。
【図4】図1の装置での速度ベクトル算出処理手順のフ
ローチャート。
【図5】画像処理により得られた色−時間対応テーブル
の一例を示す説明図。
【図6】従来の流速計測装置の一例を示す構成説明図。
【図7】図6の装置のトレーサ粒子の線状軌跡の説明
図。
【符号の説明】
1…カラーTVカメラ 2…画像処理装置(画像処理手段) 3…照明装置 4…回転カラーフィルタ 5a…カラーフィルタ領域 6…サーボモータ(回転駆動手段) F…流体の流れ P…トレーサ粒子 Q…線状軌跡 R…照明光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体の流れの中にトレーサ粒子を混入さ
    せ、そのトレーサ粒子の色を連続的に変化させながら該
    トレーサ粒子の動きをカラーTVカメラで撮像して流速
    を計測するようにした装置であって、 円周方向に沿って連続的に波長が変化する複数のカラー
    フィルタ領域を備えた円盤状の回転カラーフィルタと、 前記回転カラーフィルタを通して、トレーサ粒子が混入
    された流体を照射する白色光源と、 前記回転カラーフィルタを一定した速度で回転させる回
    転駆動手段と、 前記回転カラーフィルタによる色変化周期に同期したト
    リガー信号により作動して、トレーサ粒子が混入された
    流体を撮像するカラーTVカメラと、 前記カラーTVカメラがとらえた画像を解析して、色変
    化を伴うトレーサ粒子の線状軌跡をもとに粒子追跡法に
    よりその速度ベクトルを算出して出力する画像処理手
    段、 とを備えたことを特徴とする流速計測装置。
JP17348293A 1993-07-14 1993-07-14 流速計測装置 Pending JPH0727780A (ja)

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JP17348293A JPH0727780A (ja) 1993-07-14 1993-07-14 流速計測装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008156022A1 (ja) * 2007-06-18 2008-12-24 Yasunori Onozuka 物体を測定する方法及び装置
JP2012516432A (ja) * 2009-01-30 2012-07-19 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト 物体の振動特性の測定
WO2017078401A1 (ko) * 2015-11-03 2017-05-11 한국항공우주연구원 입자영상유속계 및 그 제어방법

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