JPWO2008156022A1 - 物体を測定する方法及び装置 - Google Patents
物体を測定する方法及び装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2008156022A1 JPWO2008156022A1 JP2009520447A JP2009520447A JPWO2008156022A1 JP WO2008156022 A1 JPWO2008156022 A1 JP WO2008156022A1 JP 2009520447 A JP2009520447 A JP 2009520447A JP 2009520447 A JP2009520447 A JP 2009520447A JP WO2008156022 A1 JPWO2008156022 A1 JP WO2008156022A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- photographing
- moving
- colors
- changing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 19
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 12
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 8
- 238000000917 particle-image velocimetry Methods 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 3
- 241000238097 Callinectes sapidus Species 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 2
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000519995 Stachys sylvatica Species 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000003703 image analysis method Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
- G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Abstract
本発明は、光源設定が容易で、高速ビデオも必要とせず、膨大な電算処理を必要としない「移動物体の測定装置」を提供することを目的とする。本発明の「移動する物体の測定装置」は、3色以上の複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で点滅させる光源と、前記光源の光によって照射された移動又は変化する複数の物体を撮影する装置と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照からなり、前記撮影装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光源が少なくともそれぞれ一回は点滅するように設定された構成となっている。
Description
この発明は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させる光源を用いて、高速で移動又は変化する物体の移動速度、速度変化、移動方向、形状変化を測定する方法および装置に関するものである。
インクジェットプリンターの射出ノズルからのインクの射出状況、洗浄スプレーからの洗浄液の射出状況、切削系工作機械における切子の生成状況など、装置や部品の設計において、高速で移動又は変化する物体の移動速度、速度変化、移動方向、形状変化を把握することが必要となることが多い。
これら肉眼では充分に捉えることのできない、高速移動及び変化する物体を観察するために、従来からレーザードップラー、レーザーシート光を用いたPIV(Particle Image Velocimetry) 、高速度撮影ビデオなどが使用されている。
レーザードップラーを使用する場合は、計測対象物にレーザー光線を照射し、反射時のドップラー効果を利用して速度を計測するものである。原則的に計測は速度のみに限られ、対象も一点またはレーザー光との一対一対応である。ランダムに位置し移動する複数の移動体を計測することはできない。又、現状では装置の価格は非常に高価であり、また計測時のセッティングもデリケートであるうえに、危険がともなう場合もある。
PIV(Particle Image Velocimetry)は、粒子画像の処理に基づく流速計測法の総称で、相関法、粒子追跡法などがある。原則的にいずれも多重露光のモノクロ静止画で移動する粒子状等の物体を撮影し、これを様々な数学的手法を用いて解析し、移動速度・方向などを検出するものである。
粒状の移動液滴のみならず、トレーサーと呼ばれるアルミ微小片などを流れる流体にまぜ、光源からの反射光を撮影することにより計測を行うこともできる。
移動液滴やトレーサーを移動する点として捉え、静止画に微小時間差で多重露光した各点を、直接相関法、FET相互相関法、自己相関法、粒子抽出法、二値化相関法など様々な手法で、モノクロ画像に写った各点の時系列と相関関係を解析することにより、移動ベクトルを抽出するものである。つまり、「ある点のΔ時間後の点はこれである。」と「複数の移動する粒子状物体の時間的相関関係」を計算で類推する。
これらの方法では、各移動点が急激なベクトル変化を起こさないことを前提にしたアルゴリズムを用いているので、ベクトル変化の大きい移動体では誤った時系列対応付け(誤ベクトルと呼称する)を行なったり、対応付け不可能である場合が発生する。
又、ブラウン運動のように各粒子がランダムな移動ベクトルを有する場合にも対応付けが非常に困難になる。
粒状の移動液滴のみならず、トレーサーと呼ばれるアルミ微小片などを流れる流体にまぜ、光源からの反射光を撮影することにより計測を行うこともできる。
移動液滴やトレーサーを移動する点として捉え、静止画に微小時間差で多重露光した各点を、直接相関法、FET相互相関法、自己相関法、粒子抽出法、二値化相関法など様々な手法で、モノクロ画像に写った各点の時系列と相関関係を解析することにより、移動ベクトルを抽出するものである。つまり、「ある点のΔ時間後の点はこれである。」と「複数の移動する粒子状物体の時間的相関関係」を計算で類推する。
これらの方法では、各移動点が急激なベクトル変化を起こさないことを前提にしたアルゴリズムを用いているので、ベクトル変化の大きい移動体では誤った時系列対応付け(誤ベクトルと呼称する)を行なったり、対応付け不可能である場合が発生する。
又、ブラウン運動のように各粒子がランダムな移動ベクトルを有する場合にも対応付けが非常に困難になる。
また、計算量が膨大となり、撮影後に解析結果が算出されるまでに大きな時間差が発生する。再現性が低かったり、発生させるのが困難な現象を観測する場合に、再計測の要否の判断や、計測条件変更の有無の判断に時間がかかり、計測そのものが困難になる場合も多い。
又、多重露光が2回の場合は、各点の移動は、速度と方向のみ計測でき、3回以上であれば、速度変化と方向変化も計測することが可能となる。但し、露光回数が増えると、相関関係を解析する計算量は更に膨大となる。
又、測定点数が多い(粒子数が多い)場合も、相関づけを検討する対象が多くなり、計算量が膨大となり、また誤ベクトルも多く発生する。
以上のようにPIVにおいては、微小時間間隔の画像を電算処理で解析して、移動物体の移動ベクトルを計測する場合に「不確かさの発生」や、「電算処理時間の長さ」などの問題が依然として残る。
又、多重露光が2回の場合は、各点の移動は、速度と方向のみ計測でき、3回以上であれば、速度変化と方向変化も計測することが可能となる。但し、露光回数が増えると、相関関係を解析する計算量は更に膨大となる。
又、測定点数が多い(粒子数が多い)場合も、相関づけを検討する対象が多くなり、計算量が膨大となり、また誤ベクトルも多く発生する。
以上のようにPIVにおいては、微小時間間隔の画像を電算処理で解析して、移動物体の移動ベクトルを計測する場合に「不確かさの発生」や、「電算処理時間の長さ」などの問題が依然として残る。
高速度撮影ビデオは、現状の最先端のものでは、1秒間での撮影コマ数が一億を超えており、非常に高速に移動または変化する物体の計測・観察に用いられている。
但し、一秒間に2000コマを超える性能を有するものは高価で、またコマ数が多くなるほど、撮影画質(ピクセル)が低くなる。又、一般的に高速度ビデオはモノクロで、カラー撮影のものはコマ数の少ないものに限定される。
撮影には、大光量の光源が必要で、必要光源の設定には大きな費用と熟練度を必要とする場合が多い。このため、高速度ビデオ撮影を必要とする研究者は、撮影の専門家に依頼することが多い。手元に保有することが高価なため困難であることと、撮影に熟練度が必要となるために、必要なときに必要な撮影をすぐに行うことや、再現性の低い現象を繰り返し撮影する場合などには、大きなコストを必要とする。
更に、高速度撮影ビデオにより得られた一次データである動画は、そのままでは文書などに反映することはできないうえに、計測対象の移動ベクトルなども定量化されたデータではない。計測対象の動きを定量化するためには、上述したPIVの画像解析手法を用いるなどの時間とコストを要する二次処理が必要となる。
但し、一秒間に2000コマを超える性能を有するものは高価で、またコマ数が多くなるほど、撮影画質(ピクセル)が低くなる。又、一般的に高速度ビデオはモノクロで、カラー撮影のものはコマ数の少ないものに限定される。
撮影には、大光量の光源が必要で、必要光源の設定には大きな費用と熟練度を必要とする場合が多い。このため、高速度ビデオ撮影を必要とする研究者は、撮影の専門家に依頼することが多い。手元に保有することが高価なため困難であることと、撮影に熟練度が必要となるために、必要なときに必要な撮影をすぐに行うことや、再現性の低い現象を繰り返し撮影する場合などには、大きなコストを必要とする。
更に、高速度撮影ビデオにより得られた一次データである動画は、そのままでは文書などに反映することはできないうえに、計測対象の移動ベクトルなども定量化されたデータではない。計測対象の動きを定量化するためには、上述したPIVの画像解析手法を用いるなどの時間とコストを要する二次処理が必要となる。
参考文献 「PIVハンドブック」可視化情報学会編 森北出版株式会社
従来の測定装置では、注意深いセッティングが必要な光源を用いるなど、これを使用するにあたって装置使用の熟練を要することになる。専門の人間をこれに従事させ、必要となるたびに専門家に外注するなどしていては、非常にコストを要することになる。
又、急激なベクトル変化を起こす移動する物体に対しては、計測結果の信頼性が低くかったり、更に計測結果を得るのに非常に時間のかかる計測装置では、迅速な計測を行えないなどの問題点を従来の計測装置は有していた。
高速で移動及び変化する物体の移動速度、速度変化、移動方向、形状変化を手軽に、安価に、迅速に計測できる装置が必要とされている。
光源設定が容易で、高速ビデオも必要とせず、膨大な電算処理を必要としない物体の測定方法および装置を、提供することを目的とする。
又、急激なベクトル変化を起こす移動する物体に対しては、計測結果の信頼性が低くかったり、更に計測結果を得るのに非常に時間のかかる計測装置では、迅速な計測を行えないなどの問題点を従来の計測装置は有していた。
高速で移動及び変化する物体の移動速度、速度変化、移動方向、形状変化を手軽に、安価に、迅速に計測できる装置が必要とされている。
光源設定が容易で、高速ビデオも必要とせず、膨大な電算処理を必要としない物体の測定方法および装置を、提供することを目的とする。
このような課題を解決するための本発明の物体の測定装置は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射する光源と、光源の光によって照射された移動又は変化する物体を撮影する装置と、からなり、撮影する装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定された構成を有する。
また、さらに、このような課題を解決するための本発明の物体の測定装置は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射する光源と、光源の光によって照射された移動又は変化する物体を撮影する装置と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と、からなり、撮影する装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定された構成を有する。
また、光源は、輝度が変化する光に加えて、さらに輝度が変化する光とは異なる色又照度で移動する物体を照射する連続光を含んでも良い。
また撮影する装置を2台有し、2台の撮影する装置を用いて同じ移動または変化する物体を同時に撮影することで、ステレオ撮影を可能にする機能を有する構成としても良い。
このような課題を解決するための本発明の物体を測定する方法は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射し、光によって照射された移動又は変化する物体を撮影し、移動または変化する物体を測定する方法であって、撮影は、撮影するタイミングと撮影時間を設定し、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定する、構成を有する。
さらに、このような課題を解決するための本発明の物体を測定する方法は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射し、光によって照射された移動又は変化する物体を撮影し、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と撮影した結果とを比較して、移動または変化する物体を測定する方法であって、撮影は、撮影するタイミングと撮影時間を設定し、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定する、構成を有する。
また、前記複数色の光は3色以上であるとさらに良い。
また、さらに、このような課題を解決するための本発明の物体の測定装置は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射する光源と、光源の光によって照射された移動又は変化する物体を撮影する装置と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と、からなり、撮影する装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定された構成を有する。
また、光源は、輝度が変化する光に加えて、さらに輝度が変化する光とは異なる色又照度で移動する物体を照射する連続光を含んでも良い。
また撮影する装置を2台有し、2台の撮影する装置を用いて同じ移動または変化する物体を同時に撮影することで、ステレオ撮影を可能にする機能を有する構成としても良い。
このような課題を解決するための本発明の物体を測定する方法は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射し、光によって照射された移動又は変化する物体を撮影し、移動または変化する物体を測定する方法であって、撮影は、撮影するタイミングと撮影時間を設定し、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定する、構成を有する。
さらに、このような課題を解決するための本発明の物体を測定する方法は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射し、光によって照射された移動又は変化する物体を撮影し、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と撮影した結果とを比較して、移動または変化する物体を測定する方法であって、撮影は、撮影するタイミングと撮影時間を設定し、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定する、構成を有する。
また、前記複数色の光は3色以上であるとさらに良い。
この発明は、複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射する光源と、光源の光によって照射された移動又は変化する物体を撮影する装置と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と、からなり、撮影する装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、撮影時間内に複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定された構成を有するので、物体が移動もしくは変化する過程で異なった色で撮影されるので、物体の移動経路などが容易に特定できる。このため、移動体及び変化する物体を安価に簡易に迅速に計測することができる。
1、光源 2、飛翔液滴 3、デジタルスチールカメラ 4、定規
5、カメラレンズの視界 6、照射光 7、制御信号発生部
8、LED駆動電流発生部 9、電源部 10、LED駆動部
11、LED 12、電流検出・表示部 13、ライトガイド
14、ライトガイド集光部 15、ライトガイド発光部
16、光ファイバー 17、シリンドリカルレンズ
18、照射される撮影範囲 19、実線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴
20、破線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴
21、二重線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴 22、照射光の拡散角度
23−1、撮影角度Y° 23−2、撮影角度X° 24、照射光の厚み
25、誤差 26、飛翔液滴 27、飛翔液滴 28、飛翔液滴
29、測定値 30、撮影範囲 31、撮影面の寸法A
32、撮影面の寸法B 33、照射される撮影範囲。
5、カメラレンズの視界 6、照射光 7、制御信号発生部
8、LED駆動電流発生部 9、電源部 10、LED駆動部
11、LED 12、電流検出・表示部 13、ライトガイド
14、ライトガイド集光部 15、ライトガイド発光部
16、光ファイバー 17、シリンドリカルレンズ
18、照射される撮影範囲 19、実線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴
20、破線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴
21、二重線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴 22、照射光の拡散角度
23−1、撮影角度Y° 23−2、撮影角度X° 24、照射光の厚み
25、誤差 26、飛翔液滴 27、飛翔液滴 28、飛翔液滴
29、測定値 30、撮影範囲 31、撮影面の寸法A
32、撮影面の寸法B 33、照射される撮影範囲。
実施の形態1.
図1は、本発明における「実施の形態1」の測定装置を示す。
「実施の形態1」は、3色以上の複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させる光源1と、前記光源の光によって照射された移動又は変化する物体(飛翔液滴2)を撮影する装置(デジタルスチールカメラ2)と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照(定規4)からなり、前記撮影装置(デジタルスチールカメラ3)は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光源1が少なくとも各色それぞれ一回は変化するように設定された構成となっている。
光源1から照射された順次変化する複数色の照射光6は、図1左方より右方に移動する飛翔液滴2を照射する。各色の変化光は、図2のタイムチャートで発光している。
デジタルカラースチールカメラ3は、一定時間の間、シャッターを開く。被写体である飛翔液滴2は、カメラレンズの撮影視界5と照射光6が交錯する範囲でのみ撮影される。ここでは撮影される液滴2を黒丸、撮影されない液滴2を白丸で図示している。
尚、撮影時の周囲の明るさは、光源1に飛翔液滴2が照らされる照度よりも、低いことが望ましい。つまり、太陽光下のような明るい環境では、計測はむずかしい。
図1は、本発明における「実施の形態1」の測定装置を示す。
「実施の形態1」は、3色以上の複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させる光源1と、前記光源の光によって照射された移動又は変化する物体(飛翔液滴2)を撮影する装置(デジタルスチールカメラ2)と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照(定規4)からなり、前記撮影装置(デジタルスチールカメラ3)は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光源1が少なくとも各色それぞれ一回は変化するように設定された構成となっている。
光源1から照射された順次変化する複数色の照射光6は、図1左方より右方に移動する飛翔液滴2を照射する。各色の変化光は、図2のタイムチャートで発光している。
デジタルカラースチールカメラ3は、一定時間の間、シャッターを開く。被写体である飛翔液滴2は、カメラレンズの撮影視界5と照射光6が交錯する範囲でのみ撮影される。ここでは撮影される液滴2を黒丸、撮影されない液滴2を白丸で図示している。
尚、撮影時の周囲の明るさは、光源1に飛翔液滴2が照らされる照度よりも、低いことが望ましい。つまり、太陽光下のような明るい環境では、計測はむずかしい。
図2は、本発明における「実施の形態1」における光源の発光の様子をタイムチャート化したものである。発光には発光ダイオード(以下、LED)を用いる。これは、キセノン球を色フィルターで着色した光源や、レーザー光であってもかまわない。意図する変化のタイムチャートに対して、応答性よく反応するものであれば、発光体の種類は問わない。電力で発光するものである必要もない。連続発光する光源の光を断続的に遮断するような発光方法でもよい。一般にキセノン球よりもLEDが、又LEDよりもレーザー発光のほうが、応答性は良好である。測定対象物の移動や変化速度が速いものほど、良好な応答性を有する発光体を必要とする。以下「実施の形態1」では、LEDを発光体に用いた場合の実施例を示す。
尚、実際の電圧値及び発光量は、回路に使用される半導体素子や発光体の応答時間の関係で、若干の遅れや、波形のナマリなどを生ずるが、ここでは無視する。
また、色を赤・緑・青としているが他の色を用いてもよいし、色数を3色としているが4色以上としてもよい。但し、2色では、進行方向が予測できない飛翔液滴の進行方向の特定が困難である。
図2において、各色光源は一定時間Tの間隔で、一定時間tの発光を順次繰り返す。各色の発光順序は入れ替わることなく、つねに所定の順序で繰り返される。一定時間Tと一定時間tは、測定対象の移動速度や形状変化速度に応じて任意に設定する。
尚、実際の電圧値及び発光量は、回路に使用される半導体素子や発光体の応答時間の関係で、若干の遅れや、波形のナマリなどを生ずるが、ここでは無視する。
また、色を赤・緑・青としているが他の色を用いてもよいし、色数を3色としているが4色以上としてもよい。但し、2色では、進行方向が予測できない飛翔液滴の進行方向の特定が困難である。
図2において、各色光源は一定時間Tの間隔で、一定時間tの発光を順次繰り返す。各色の発光順序は入れ替わることなく、つねに所定の順序で繰り返される。一定時間Tと一定時間tは、測定対象の移動速度や形状変化速度に応じて任意に設定する。
図3は、本発明における「実施の形態1」の光源の構成を示す図である。
制御信号発生部7で、任意のパルス間隔とパルス幅を有するピーク値5Vの微小電流パルス信号を生成し、LED駆動電流発生部8に信号を送る。電源部9では、発光に必要な電力を必要な電圧値で供給する。LED駆動電流発生部8では、電源部9から得た電圧・電流をもとに微小電流パルス信号にて制御されたLED駆動用の電流を生成する。LED駆動部10はこの電流により、LED11を発光する。 一般的にLEDは、各LED個体ごとに発光量を電流値でコントロールするので、電流検出・表示部12を設け、この値をもとに人間が電源部9の出力電圧を設定することにより電流をコントロールし、結果的に発光量をコントロールする。
制御信号発生部7で、任意のパルス間隔とパルス幅を有するピーク値5Vの微小電流パルス信号を生成し、LED駆動電流発生部8に信号を送る。電源部9では、発光に必要な電力を必要な電圧値で供給する。LED駆動電流発生部8では、電源部9から得た電圧・電流をもとに微小電流パルス信号にて制御されたLED駆動用の電流を生成する。LED駆動部10はこの電流により、LED11を発光する。 一般的にLEDは、各LED個体ごとに発光量を電流値でコントロールするので、電流検出・表示部12を設け、この値をもとに人間が電源部9の出力電圧を設定することにより電流をコントロールし、結果的に発光量をコントロールする。
LED11で発光した光は、光ファイバーを用いた光の通路であるライトガイド13により各色個別にライトガイド集光部14で集光される。ライトガイド内部では、光ファイバーにより各色個別に光がライトガイド発光部15に伝達される。
図4に示すように、ライトガイド発光部15の内部では、各色用の光ファイバー16は、各色が均一にまばらになるように配置されて、光を放出する。また、ライトガイド発光部15の光出口側にはシリンドリカルレンズ17が設けられ、光はあまり拡散せず、光源から離れた位置でも光の減衰を少なくしている。これにより、各色の光は、等間隔に位相をずらして、ライトガイドから規則正しい順序と時間間隔で同じ部位を照らすことになる。
尚、三次元的に広範囲を照射したい場合は、シリンドリカルレンズなどを使用せず照射角度を大きくしてもよい。但し、この場合は大きな光量を必要とする。デジタルカラースチールカメラ3を二台配置して同時にシャッターを切り、ステレオ撮影を行って、飛翔液滴2の三次元的な移動を計測したい場合など、広範囲で照射する必要がある場合もあり得る。
図4に示すように、ライトガイド発光部15の内部では、各色用の光ファイバー16は、各色が均一にまばらになるように配置されて、光を放出する。また、ライトガイド発光部15の光出口側にはシリンドリカルレンズ17が設けられ、光はあまり拡散せず、光源から離れた位置でも光の減衰を少なくしている。これにより、各色の光は、等間隔に位相をずらして、ライトガイドから規則正しい順序と時間間隔で同じ部位を照らすことになる。
尚、三次元的に広範囲を照射したい場合は、シリンドリカルレンズなどを使用せず照射角度を大きくしてもよい。但し、この場合は大きな光量を必要とする。デジタルカラースチールカメラ3を二台配置して同時にシャッターを切り、ステレオ撮影を行って、飛翔液滴2の三次元的な移動を計測したい場合など、広範囲で照射する必要がある場合もあり得る。
図5は、本発明における「実施の形態1」の撮影された飛翔液滴の様子を図式化したものである。
照射される撮影範囲18は、図1における照射光6と、カメラレンズの撮影視界5の交錯する範囲である。
飛翔液滴は、赤緑青赤緑青・・・の順次発光する光源で撮影され、図5では、便宜上赤は○、緑は△、青は×で示すものとする。
又、この例では図2のタイムチャートにおけるT/3の時間(発光間隔)は、1/1000秒とし、シャッター開放時間は、2.5/1000秒とする。
任意にシャッターを開いた直後の発光が赤のタイミングあったので、各飛翔液滴は赤緑青の順序で、3回多重露光撮影されている。定規4を撮影範囲内に収まるように配置しておくことで、画像内での定規4との比較により、一定時間での液滴の移動ベクトルを計測することができる。 すなわち、赤の点から緑の点までの距離、緑の点から青の点までの距離が、1/1000秒間に動いていることになるので、計算により速度が求まる。赤−緑間と緑−青間の間隔や移動方向が変化していれば、ベクトル変化が発生していることになる。ベクトル変化を重点的に測定したい場合は、シャッター開放時間を長くする。5.5/1000秒とすれば、一つの液滴に対して5回の多重露光が行われ、ベクトル変化をより詳細に測定できる。
また、図示されていないが、実際の撮影画像では、飛翔液滴の大きさも確認することができる。以下は、実際の画像では飛翔液滴の大きさも判断できることを前提として記述する。
照射される撮影範囲18は、図1における照射光6と、カメラレンズの撮影視界5の交錯する範囲である。
飛翔液滴は、赤緑青赤緑青・・・の順次発光する光源で撮影され、図5では、便宜上赤は○、緑は△、青は×で示すものとする。
又、この例では図2のタイムチャートにおけるT/3の時間(発光間隔)は、1/1000秒とし、シャッター開放時間は、2.5/1000秒とする。
任意にシャッターを開いた直後の発光が赤のタイミングあったので、各飛翔液滴は赤緑青の順序で、3回多重露光撮影されている。定規4を撮影範囲内に収まるように配置しておくことで、画像内での定規4との比較により、一定時間での液滴の移動ベクトルを計測することができる。 すなわち、赤の点から緑の点までの距離、緑の点から青の点までの距離が、1/1000秒間に動いていることになるので、計算により速度が求まる。赤−緑間と緑−青間の間隔や移動方向が変化していれば、ベクトル変化が発生していることになる。ベクトル変化を重点的に測定したい場合は、シャッター開放時間を長くする。5.5/1000秒とすれば、一つの液滴に対して5回の多重露光が行われ、ベクトル変化をより詳細に測定できる。
また、図示されていないが、実際の撮影画像では、飛翔液滴の大きさも確認することができる。以下は、実際の画像では飛翔液滴の大きさも判断できることを前提として記述する。
実施の形態1では、1枚の画像内で液滴の密度や分布、各液滴の移動速度や速度変化、及び方向や方向変化、ならびに各液滴の大きさを確認できる。これらのデータを定量化することも、市販されている電子静止画データ内に寸法測定用の格子状の線を配置できるプログラムソフトや、逆に撮影データを二次元CADに取り込むことにより、二次元CADの寸法測定機能を利用することにより、容易に安価に実現することができる。
定量化を自動化するために、PIV的な解析手法を用いる場合でも、時系列ごとに色が異なるため連続性をたどる手がかりとなり、解析アルゴリズムも単純化することができる。又、誤ベクトルの発生も大幅に低減することができる。ある点から次の点を識別する際の選択が、通常のPIVに比べ1/色数となるからである。
定量化を自動化するために、PIV的な解析手法を用いる場合でも、時系列ごとに色が異なるため連続性をたどる手がかりとなり、解析アルゴリズムも単純化することができる。又、誤ベクトルの発生も大幅に低減することができる。ある点から次の点を識別する際の選択が、通常のPIVに比べ1/色数となるからである。
図5における実線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴19は、他と違い移動方向が下向きで移動速度もおそく、大きさも小さい。他の飛翔液滴と衝突しての破片と推定できる。
図5における破線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴20は、他の多くの飛翔液滴と大きさや進行方向、進行速度が似通っている。本件の測定対象における代表的な運動形態の飛翔液滴と判断できる。
図5のおける二重線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴21は、代表的な飛翔液滴と比較して、進行方向は同じであるが速度が遅い。本件の測定対象は、方向が同じで速度の異なる飛翔液滴が一部混在することが確認できるとともに、速度の違いにより飛翔液滴同士の衝突が発生していることが類推される。
図5における破線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴20は、他の多くの飛翔液滴と大きさや進行方向、進行速度が似通っている。本件の測定対象における代表的な運動形態の飛翔液滴と判断できる。
図5のおける二重線の楕円で囲んだ部位の飛翔液滴21は、代表的な飛翔液滴と比較して、進行方向は同じであるが速度が遅い。本件の測定対象は、方向が同じで速度の異なる飛翔液滴が一部混在することが確認できるとともに、速度の違いにより飛翔液滴同士の衝突が発生していることが類推される。
図6は図1を上方向と横方向から見た図である。照射光の拡散角度22や撮影画角Y°23−1及び撮影画角X°23−2は、誇張して図式化している。尚、通常のデジタルスチールカメラでは、撮影画角X°38−1と撮影画角Y°38−2は、ほぼ同じ角度である。
飛翔液滴2は、撮影時間内での最初のパルス発光時での位置を丸で表し、撮影されるものを白丸、撮影されないものを黒丸で表している。また、撮影時間内での最後のパルス発光の位置を×で表している。
照射光の厚み24(デジタルスチールカメラ3の撮影方向の照射光の厚み。)の範囲内で、各飛翔液滴2である被写体とカメラ間の距離にはバラツキがある。
飛翔液滴26では、移動距離の誤差α25となる。これはカメラに明るい望遠レンズを用いることにより、撮影画角X°38−1と撮影画角Y°38−2を小さくし、誤差を小さくすることができる。又、照射光の拡散角度22を小さくすることで、照射光の厚み24を小さくし、誤差を小さくすることができる。この場合、「撮影方向に直角な面に対して大きく角度の異なる方向に進行している飛翔液滴」は、測定対象から外すことになる。照射光の拡散角度22を小さく、又はレーザー光などによりほとんどゼロにした発光は、「シート光」と呼ばれ、流体工学や流体を扱う企業の研究分野では、頻繁に使用されている。二次元的な物体の移動のみを計測することに対しても、大きな需要がある。
飛翔液滴27では、測定値29と「実際の移動距離」の間に大きな誤差を生ずる。
又、飛翔液滴28は、照射光6の範囲外から、範囲内を通過して、範囲外に達している。この場合、デジタルスチールカメラ3のシャッター開放時間内で、光源1が赤緑青赤緑青と仮に6回変化したとして、少なくとも最初の赤と最後の青は撮影されない。これにより、飛翔液滴2−3が「撮影方向に直角な面」に対して大きく角度の異なる方向に進行していることが判別できる。このような、「撮影方向に直角な面に対して大きく角度の異なる方向に進行している飛翔液滴郡を測定したい場合は、前述のデジタルスチールカメラ3を2台用いたステレオ撮影を行う必要がある。
尚、あらかじめ照射光6の厚みの範囲での誤差を把握しておくことで、本装置における測定誤差を把握することができる。
カメラレンズの画像歪みについても、予めグラフ用紙などの正確な格子状の静止画を撮影しておくことにより、歪みによる誤差を把握することができるとともに、必要により定量化の際に補正することもできる。
飛翔液滴2は、撮影時間内での最初のパルス発光時での位置を丸で表し、撮影されるものを白丸、撮影されないものを黒丸で表している。また、撮影時間内での最後のパルス発光の位置を×で表している。
照射光の厚み24(デジタルスチールカメラ3の撮影方向の照射光の厚み。)の範囲内で、各飛翔液滴2である被写体とカメラ間の距離にはバラツキがある。
飛翔液滴26では、移動距離の誤差α25となる。これはカメラに明るい望遠レンズを用いることにより、撮影画角X°38−1と撮影画角Y°38−2を小さくし、誤差を小さくすることができる。又、照射光の拡散角度22を小さくすることで、照射光の厚み24を小さくし、誤差を小さくすることができる。この場合、「撮影方向に直角な面に対して大きく角度の異なる方向に進行している飛翔液滴」は、測定対象から外すことになる。照射光の拡散角度22を小さく、又はレーザー光などによりほとんどゼロにした発光は、「シート光」と呼ばれ、流体工学や流体を扱う企業の研究分野では、頻繁に使用されている。二次元的な物体の移動のみを計測することに対しても、大きな需要がある。
飛翔液滴27では、測定値29と「実際の移動距離」の間に大きな誤差を生ずる。
又、飛翔液滴28は、照射光6の範囲外から、範囲内を通過して、範囲外に達している。この場合、デジタルスチールカメラ3のシャッター開放時間内で、光源1が赤緑青赤緑青と仮に6回変化したとして、少なくとも最初の赤と最後の青は撮影されない。これにより、飛翔液滴2−3が「撮影方向に直角な面」に対して大きく角度の異なる方向に進行していることが判別できる。このような、「撮影方向に直角な面に対して大きく角度の異なる方向に進行している飛翔液滴郡を測定したい場合は、前述のデジタルスチールカメラ3を2台用いたステレオ撮影を行う必要がある。
尚、あらかじめ照射光6の厚みの範囲での誤差を把握しておくことで、本装置における測定誤差を把握することができる。
カメラレンズの画像歪みについても、予めグラフ用紙などの正確な格子状の静止画を撮影しておくことにより、歪みによる誤差を把握することができるとともに、必要により定量化の際に補正することもできる。
図1における、「移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照」である定規4は、飛翔液滴2の移動距離を比較検討するために配置されるのであるが、必ずしも飛翔洗浄液2が撮影された同じ画像内で撮影される必要はない。図1におけるデジタルスチールカメラ3と光源1との位置関係や方向、及びカメラ設定を測定時と同じにした状況で、定規4を撮影しても、のちに撮影画像を照合することで、移動距離を比較検討することができる。
又、図1におけるデジタルスチールカメラ3と光源1との位置関係や方向、及びカメラ設定を測定時と同じにした状況で、図6における撮影面の寸法A30や、撮影面の寸法B31を把握しておけば、この寸法も「移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照」となる。
実施の形態2.
又、図1におけるデジタルスチールカメラ3と光源1との位置関係や方向、及びカメラ設定を測定時と同じにした状況で、図6における撮影面の寸法A30や、撮影面の寸法B31を把握しておけば、この寸法も「移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照」となる。
実施の形態2.
図1は、本発明における「実施の形態2」の測定装置を示す。
「実施の形態2」は、3色以上の複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序でパルス発光し、なおかつ前記パルス発光時よりも小さい発光量で連続発光する光源1と、前記光源によって照射された移動又は変化する物体(飛翔液滴2)を撮影する装置(デジタルスチールカメラ2)と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照(定規4)からなり、前記撮影装置(デジタルスチールカメラ3)は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光源1が少なくとも各色それぞれ一回は変化するように設定された構成となっている。
光源1から照射された複数色で順次パルス発光し、前記点パルス発光よりも小さい発光量で連続発光する照射光6は、図1左方より右方に移動する飛翔液滴2を照射する。光源1は、図2のタイムチャートで発光している。なお、このような連続発光する照射光6は、場合によっては自然光を活用することもできる。
デジタルカラースチールカメラ3は、一定時間の間、シャッターを開く。被写体である飛翔液滴2は、カメラレンズの撮影視界5と照射光6が交錯する範囲でのみ撮影される。ここでは撮影される液滴を黒丸、撮影されない液滴を白丸で図示している。
尚、撮影時の周囲の明るさは、光源1に飛翔液滴2が照らされる照度よりも、低い必要が望ましい。つまり、太陽光下のような明るい環境では、計測はむずかしい。
「実施の形態2」は、3色以上の複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序でパルス発光し、なおかつ前記パルス発光時よりも小さい発光量で連続発光する光源1と、前記光源によって照射された移動又は変化する物体(飛翔液滴2)を撮影する装置(デジタルスチールカメラ2)と、移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対照(定規4)からなり、前記撮影装置(デジタルスチールカメラ3)は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光源1が少なくとも各色それぞれ一回は変化するように設定された構成となっている。
光源1から照射された複数色で順次パルス発光し、前記点パルス発光よりも小さい発光量で連続発光する照射光6は、図1左方より右方に移動する飛翔液滴2を照射する。光源1は、図2のタイムチャートで発光している。なお、このような連続発光する照射光6は、場合によっては自然光を活用することもできる。
デジタルカラースチールカメラ3は、一定時間の間、シャッターを開く。被写体である飛翔液滴2は、カメラレンズの撮影視界5と照射光6が交錯する範囲でのみ撮影される。ここでは撮影される液滴を黒丸、撮影されない液滴を白丸で図示している。
尚、撮影時の周囲の明るさは、光源1に飛翔液滴2が照らされる照度よりも、低い必要が望ましい。つまり、太陽光下のような明るい環境では、計測はむずかしい。
図7は、本発明における「実施の形態2」における光源の発光の様子をタイムチャート化したものである。パルス発光には発光ダイオード(以下、LED)を用いる。これは、キセノン球を色フィルターで着色した光源や、レーザー光であってもかまわない。意図する変化のタイムチャートに対して、応答性よく反応するものであれば、発光体の種類は問わない。電力で発光するものである必要もない。連続発光する光源の光を断続的に遮断するような発光方法でもよい。一般にキセノン球よりもLEDが、又LEDよりもレーザー発光のほうが、応答性は良好である。測定対象物の移動や変化速度が速いものほど、良好な応答性を有する発光体を必要とする。連続発光に関しては、パルス発光とは別途に電球などの発光体を用いてもかまわない。パルス発光時と連続発光時は、同じ発光体を用いる必要はない。
以下「実施の形態2」では、パルス発光、連続発光ともにLEDを発光体に用いた場合の実施例を示す。
尚、図7のタイムチャートにおいて、実際の電圧値及び発光量は、回路に使用される半導体素子や発光体の応答時間の関係で、若干の遅れや、波形のナマリなどを生ずるが、ここでは無視する。
また、パルス発光、連続発光ともに色を赤・緑・青としているが他の色を用いてもよいし、色数を3色としているが4色以上としてもよい。但し、パルス発光が2色では、進行方向が予測できない飛翔液滴の進行方向の特定が困難である。連続光は単色でも、変化光同様の複数色でもよい。
図7において、各色光源は一定時間Tの間隔で、一定時間tのパルス発光を順次繰り返す。各色のパルス発光順序は入れ替わることなく、つねに所定の順序で繰り返される。一定時間Tと一定時間tは、測定対象の移動速度や形状変化速度に応じて任意に設定する。
連続光は、他の色がパルス発光しているタイミングでは発光しない。色が混ざり鮮明な発光が行われないのを防ぎ鮮明な画像を得るためである。必ずしも、他の色のパルス発光タイミングで発光をやめる必要はない。
他の色がパルス発光しているタイミングでは発光しないと、各色単独では連続光とは言えないが、三色を総合して考えると、光源1はパルス発光よりも小さい発光量で連続発光していることになる。
又、飛翔液滴2の軌道を特定するためのパルス発光より小さい発光量の発光を「連続光」と便宜上呼称しているが、必ずしも厳密に連続している必要はなく、飛翔液滴2の軌道を判別可能ならば、瞬間的に発光が途切れても、その機能は満たせている。ここでは、あるパルス発光と次のパルス発光の間の、飛翔液滴の軌道を特定できる程度に連続的な発光を「連続光」と呼称することとする。
つまり、連続光はパルス発光よりも発光量が弱い必要もないことになる。
ある色のパルス発光のそれとは異なる色の次のパルス発光の色の間に、それらと異なる色の連続又はそれに受ずる発光があれば、飛翔液滴2の軌道は特定できる。
以下「実施の形態2」では、パルス発光、連続発光ともにLEDを発光体に用いた場合の実施例を示す。
尚、図7のタイムチャートにおいて、実際の電圧値及び発光量は、回路に使用される半導体素子や発光体の応答時間の関係で、若干の遅れや、波形のナマリなどを生ずるが、ここでは無視する。
また、パルス発光、連続発光ともに色を赤・緑・青としているが他の色を用いてもよいし、色数を3色としているが4色以上としてもよい。但し、パルス発光が2色では、進行方向が予測できない飛翔液滴の進行方向の特定が困難である。連続光は単色でも、変化光同様の複数色でもよい。
図7において、各色光源は一定時間Tの間隔で、一定時間tのパルス発光を順次繰り返す。各色のパルス発光順序は入れ替わることなく、つねに所定の順序で繰り返される。一定時間Tと一定時間tは、測定対象の移動速度や形状変化速度に応じて任意に設定する。
連続光は、他の色がパルス発光しているタイミングでは発光しない。色が混ざり鮮明な発光が行われないのを防ぎ鮮明な画像を得るためである。必ずしも、他の色のパルス発光タイミングで発光をやめる必要はない。
他の色がパルス発光しているタイミングでは発光しないと、各色単独では連続光とは言えないが、三色を総合して考えると、光源1はパルス発光よりも小さい発光量で連続発光していることになる。
又、飛翔液滴2の軌道を特定するためのパルス発光より小さい発光量の発光を「連続光」と便宜上呼称しているが、必ずしも厳密に連続している必要はなく、飛翔液滴2の軌道を判別可能ならば、瞬間的に発光が途切れても、その機能は満たせている。ここでは、あるパルス発光と次のパルス発光の間の、飛翔液滴の軌道を特定できる程度に連続的な発光を「連続光」と呼称することとする。
つまり、連続光はパルス発光よりも発光量が弱い必要もないことになる。
ある色のパルス発光のそれとは異なる色の次のパルス発光の色の間に、それらと異なる色の連続又はそれに受ずる発光があれば、飛翔液滴2の軌道は特定できる。
図3は、本発明における「実施の形態1」の光源の構成を示す図である。
制御信号発生部7で、任意のパルス間隔とパルス幅を有するピーク値5Vのパルス電圧と前述の連続発光を司るための5Vより小さい連続電圧を合成した信号を生成する。連続電圧といえども他の色がパルス発光するタイミングでは0Vとなっている。又、連続電圧は任意の電圧に設定できるものとする。
制御信号発生部7はこの信号をLED駆動電流発生部8に送る。
電源部9では、発光に必要な電力をパルス発光ピーク時での任意の電圧値で供給する。
LED駆動電流発生部8では、電源部9から得た電圧を制御信号ピーク時の電圧とし、それ以外のタイミングでは、5Vと制御信号電圧との比にもとづいて決定された電圧のLED駆動電流を生成する。
LED駆動部10はこのLED駆動電流により、LED11を発光する。 一般的にLEDは、各LED個体ごとに発光量を電流値でコントロールするので、電流検出・表示部12を設け、この値をもとに人間が電源部9の出力電圧と制御信号発生部7の連続電圧を設定することにより電流をコントロールし、結果的に発光量をコントロールする。
制御信号発生部7で、任意のパルス間隔とパルス幅を有するピーク値5Vのパルス電圧と前述の連続発光を司るための5Vより小さい連続電圧を合成した信号を生成する。連続電圧といえども他の色がパルス発光するタイミングでは0Vとなっている。又、連続電圧は任意の電圧に設定できるものとする。
制御信号発生部7はこの信号をLED駆動電流発生部8に送る。
電源部9では、発光に必要な電力をパルス発光ピーク時での任意の電圧値で供給する。
LED駆動電流発生部8では、電源部9から得た電圧を制御信号ピーク時の電圧とし、それ以外のタイミングでは、5Vと制御信号電圧との比にもとづいて決定された電圧のLED駆動電流を生成する。
LED駆動部10はこのLED駆動電流により、LED11を発光する。 一般的にLEDは、各LED個体ごとに発光量を電流値でコントロールするので、電流検出・表示部12を設け、この値をもとに人間が電源部9の出力電圧と制御信号発生部7の連続電圧を設定することにより電流をコントロールし、結果的に発光量をコントロールする。
LED11で発光した光は、光ファイバーを用いた光の通路であるライトガイド13により各色個別にライトガイド集光部14で集光される。ライトガイド内部では、光ファイバーにより各色個別に光がライトガイド発光部15に伝達される。
図4に示すように、ライトガイド発光部15の内部では、各色用の光ファイバー16は、各色が均一にまばらになるように配置されて、光を放出する。また、ライトガイド発光部15の光出口側にはシリンドリカルレンズ17が設けられ、光はあまり拡散せず、光源から離れた位置でも光の減衰を少なくしている。
尚、三次元的に広範囲を照射したい場合は、シリンドリカルレンズなどを使用せず照射角度を大きくしてもよい。但し、この場合は大きな光量を必要とする。デジタルカラースチールカメラ3を二台配置して同時にシャッターを切り、ステレオ撮影を行って、飛翔液滴2の三次元的な移動を計測したい場合など、広範囲で照射する必要がある場合もあり得る。
図4に示すように、ライトガイド発光部15の内部では、各色用の光ファイバー16は、各色が均一にまばらになるように配置されて、光を放出する。また、ライトガイド発光部15の光出口側にはシリンドリカルレンズ17が設けられ、光はあまり拡散せず、光源から離れた位置でも光の減衰を少なくしている。
尚、三次元的に広範囲を照射したい場合は、シリンドリカルレンズなどを使用せず照射角度を大きくしてもよい。但し、この場合は大きな光量を必要とする。デジタルカラースチールカメラ3を二台配置して同時にシャッターを切り、ステレオ撮影を行って、飛翔液滴2の三次元的な移動を計測したい場合など、広範囲で照射する必要がある場合もあり得る。
図8は、本発明における「実施の形態2」の撮影された飛翔液滴の様子を図式化したものである。
照射される撮影範囲32は、図1における照射光6と、カメラレンズの撮影視界5の交錯する範囲である。
飛翔液滴2は、赤緑青赤緑青・・・と順次パルス発光し、かつパルス発光時よりも小さい光量で発光する光源で照射される。尚、図8では便宜上、赤のパルス発光で照射された飛翔液滴は○、緑は二重丸、青は三重丸で示すものとする。
連続発光により照射された飛翔液滴33は、白ヌキで表している。連続発光時は、三色の電圧をバランスを取って設定し、白色に近い発光色となるようにする。但し、必ずしも白色に近づける必要はなく、パルス発光時と連続発光時の発光量の差による濃淡で、「パルス発光で飛翔液滴が照射された点」と「連続発光で照射された軌道」が判別できれば、赤に近い色バランスでもよく、又単色でもよい。
この例では図7のタイムチャートにおけるT/3の時間(発光間隔)は、1/1000秒とし、シャッター開放時間は、2.5/1000秒とする。
任意にシャッターを開いた直後のパルス発光が赤のタイミングあったので、各飛翔液滴は赤緑青の順序で、3回パルス発光にて多重露光撮影されている。パルス発光とパルス発光の間は、撮影可能な程度の淡い白色で飛翔液滴は照射されている。このため、撮影された飛翔液滴の軌道は連続している。
照射される撮影範囲32は、図1における照射光6と、カメラレンズの撮影視界5の交錯する範囲である。
飛翔液滴2は、赤緑青赤緑青・・・と順次パルス発光し、かつパルス発光時よりも小さい光量で発光する光源で照射される。尚、図8では便宜上、赤のパルス発光で照射された飛翔液滴は○、緑は二重丸、青は三重丸で示すものとする。
連続発光により照射された飛翔液滴33は、白ヌキで表している。連続発光時は、三色の電圧をバランスを取って設定し、白色に近い発光色となるようにする。但し、必ずしも白色に近づける必要はなく、パルス発光時と連続発光時の発光量の差による濃淡で、「パルス発光で飛翔液滴が照射された点」と「連続発光で照射された軌道」が判別できれば、赤に近い色バランスでもよく、又単色でもよい。
この例では図7のタイムチャートにおけるT/3の時間(発光間隔)は、1/1000秒とし、シャッター開放時間は、2.5/1000秒とする。
任意にシャッターを開いた直後のパルス発光が赤のタイミングあったので、各飛翔液滴は赤緑青の順序で、3回パルス発光にて多重露光撮影されている。パルス発光とパルス発光の間は、撮影可能な程度の淡い白色で飛翔液滴は照射されている。このため、撮影された飛翔液滴の軌道は連続している。
実施の形態1と比較して実施の形態2では、撮影された飛翔液滴の軌道が連続しているので、実施の形態1よりも飛翔液滴の連続性の判断が確実にできる。飛翔液滴の分布密度が高かったり、ベクトル変化が大きかったり、移動方向がランダムである場合は、実施の形態2は実施の形態1よりも有効性が高い。
定規4を撮影範囲内に収まるように配置しておくことで、画像内での定規4との比較により、一定時間での液滴の移動ベクトルを計測することができる。 すなわち、赤の点から緑の点までの距離、緑の点から青の点までの距離が、1/1000秒間に動いていることになるので、計算により速度が求まる。赤−緑間と緑−青間の間隔や移動方向が変化していれば、ベクトル変化が発生していることになる。ベクトル変化を重点的に測定したい場合は、シャッター開放時間を長くする。5.5/1000秒とすれば、一つの液滴に対して5回の多重露光が行われ、ベクトル変化をより詳細に測定できる。
また、図示されていないが、実際の撮影画像では、飛翔液滴の大きさも確認することができる。以下は、実際の画像では飛翔液滴の大きさも判断できることを前提として記述する。
また、図示されていないが、実際の撮影画像では、飛翔液滴の大きさも確認することができる。以下は、実際の画像では飛翔液滴の大きさも判断できることを前提として記述する。
実施の形態2では、1枚の画像内で液滴の密度や分布、各液滴の移動速度や速度変化、及び方向や方向変化、ならびに各液滴の大きさを確認できる。これらのデータを定量化することも、市販されている電子静止画データ内に寸法測定用の格子状の線を配置できるプログラムソフトや、逆に撮影データを二次元CADに取り込むことにより、二次元CADの寸法測定機能を利用することにより、容易に安価に実現することができる。
定量化を自動化するために、PIV的な解析手法を用いる場合でも、時系列ごとに色が異なるため連続性をたどる手がかりとなるうえに、連続発光により飛翔液滴の軌道が連続して撮影されるので、解析アルゴリズムも単純化することができる。又、誤ベクトルの発生も大幅に低減することができる。
定量化を自動化するために、PIV的な解析手法を用いる場合でも、時系列ごとに色が異なるため連続性をたどる手がかりとなるうえに、連続発光により飛翔液滴の軌道が連続して撮影されるので、解析アルゴリズムも単純化することができる。又、誤ベクトルの発生も大幅に低減することができる。
「実施の形態2」におけるその他の実施形態は、実施の形態1と同様である。
本発明における計測装置は、飛翔液滴などの粒状の移動物体のみではなく、微小アルミ片などのトレーサーを用いることにより、液体や気体の移動も計測することができる。また、移動のみならず攪拌槽内で液体が攪拌される様子も計測・観測できる。
高速に移動又は変化する物体を安価に迅速に容易に測定する必要性は、飛行機や自動車などの輸送機器製造産業、塗装関連産業、スプレーノズル製造のような流体を扱う産業、プラント産業などの多岐にわたって存在する。
この発明は、それらの多くに利用可能である。
高速に移動又は変化する物体を安価に迅速に容易に測定する必要性は、飛行機や自動車などの輸送機器製造産業、塗装関連産業、スプレーノズル製造のような流体を扱う産業、プラント産業などの多岐にわたって存在する。
この発明は、それらの多くに利用可能である。
Claims (9)
- 複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射する光源と、
前記光源の光によって照射された移動又は変化する物体を撮影する装置と、
からなり、
前記撮影する装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定された物体の測定装置。 - 複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射する光源と、
前記光源の光によって照射された移動又は変化する物体を撮影する装置と、
移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と、
からなり、
前記撮影する装置は、撮影するタイミングと撮影時間を設定可能であり、前記撮影時間内に前記複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定された物体の測定装置。 - 前記光源は、輝度が変化する光に加えて、さらに輝度が変化する光とは異なる色又照度で前記移動する物体を照射する連続光を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の物体の測定装置。
- 前記撮影する装置を2台有し、前記2台の撮影する装置を用いて同じ移動または変化する物体を同時に撮影することで、ステレオ撮影を可能にする機能を有する請求項1または2に記載の物体の測定装置。
- 前記複数色の光は3色以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の物体の測定装置。
- 複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射し、
前記光によって照射された移動又は変化する物体を撮影し、
移動または変化する物体を測定する方法であって、
前記撮影は、撮影するタイミングと撮影時間を設定し、前記撮影時間内に前記複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定することを特徴とする、物体を測定する方法。 - 複数色の光を所定の時間間隔と所定の順序で変化させて移動又は変化する物体を照射し、
前記光によって照射された移動又は変化する物体を撮影し、
移動距離を比較検討するための既知の寸法の比較対象と前記撮影した結果とを比較して、
移動または変化する物体を測定する方法であって、
前記撮影は、撮影するタイミングと撮影時間を設定し、前記撮影時間内に前記複数色の光が少なくともそれぞれ一回は変化するように設定することを特徴とする、物体を測定する方法。 - 前記撮影を、2台の撮影装置を用いて同じ移動または変化する物体を同時に撮影することで、ステレオ撮影を行うことを特徴とする請求項6または7に記載の物体を測定する方法。
- 前記複数色の光は3色以上であることを特徴とする請求項6〜請求項8に記載の物体を測定する方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007185003 | 2007-06-18 | ||
JP2007185003 | 2007-06-18 | ||
PCT/JP2008/060744 WO2008156022A1 (ja) | 2007-06-18 | 2008-06-12 | 物体を測定する方法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2008156022A1 true JPWO2008156022A1 (ja) | 2010-08-26 |
Family
ID=40156179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009520447A Pending JPWO2008156022A1 (ja) | 2007-06-18 | 2008-06-12 | 物体を測定する方法及び装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2008156022A1 (ja) |
WO (1) | WO2008156022A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006043445A1 (de) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Mtu Aero Engines Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen Strömungsmessung |
CN102301212B (zh) * | 2009-01-30 | 2013-08-14 | 西门子公司 | 对象振动特性的测量 |
CN104062460B (zh) * | 2013-03-22 | 2017-05-10 | 技嘉科技股份有限公司 | 气流速度测量系统及其测量方法 |
JP6540261B2 (ja) * | 2015-06-18 | 2019-07-10 | 株式会社ジェイテクト | 高速度撮像システム及び高速度撮像方法 |
PE20160959A1 (es) * | 2015-10-14 | 2016-09-20 | Alvarez Adrian Eduardo Palomo | Medidor de la velocidad del aire por movimiento parabolico y procedimiento de medicion |
CN106706956B (zh) * | 2015-11-17 | 2023-08-25 | 清华大学 | 一种记录空气速度场信息的装置及方法 |
JP7321816B2 (ja) * | 2019-07-29 | 2023-08-07 | 株式会社ディスコ | 粉塵検出装置 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63298065A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-05 | Babcock Hitachi Kk | 物体の速度測定装置 |
JPH0727780A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nissan Motor Co Ltd | 流速計測装置 |
JPH08122354A (ja) * | 1994-10-19 | 1996-05-17 | Hitachi Ltd | 流速測定方法並びにその装置 |
JP3559816B2 (ja) * | 1997-08-27 | 2004-09-02 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 流速計測方法および流速計測装置 |
JPH11337565A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 3次元粒子追跡流速計のカメラ較正方法及び装置 |
-
2008
- 2008-06-12 JP JP2009520447A patent/JPWO2008156022A1/ja active Pending
- 2008-06-12 WO PCT/JP2008/060744 patent/WO2008156022A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008156022A1 (ja) | 2008-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPWO2008156022A1 (ja) | 物体を測定する方法及び装置 | |
Estevadeordal et al. | PIV with LED: particle shadow velocimetry (PSV) technique | |
CN107810403B (zh) | 多光束和会聚光照射交叉光束成像 | |
JP5469483B2 (ja) | 流体解析装置および流体解析方法 | |
US20060175561A1 (en) | Particle shadow velocimetry | |
US10634693B2 (en) | Particle image velocimetry and control method therefor | |
EP2639588B1 (en) | Fluid body flow visualization device and visualization method | |
JP4545666B2 (ja) | 流体計測装置および流体計測方法 | |
Bothell et al. | Comparison of X-ray and optical measurements in the near-field of an optically dense coaxial air-assisted atomizer | |
CN101915855B (zh) | 二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法和装置 | |
CN107544135A (zh) | 具有测距功能的内视镜及测距方法 | |
US10386284B2 (en) | Device and method for measurement of dispersed objects using fluorescent and non-fluorescent imaging with laser | |
JP2014222158A (ja) | 流体の流れの計測方法 | |
JP4596372B2 (ja) | 流体流動計測システム、流体流動計測方法およびコンピュータプログラム | |
KR20020007315A (ko) | 유동 분석 방법과 분석 장치 | |
JP4249798B1 (ja) | 検出装置および検出方法 | |
CA2928340C (en) | Object imaging assembly | |
JP4046446B2 (ja) | 粒子分析装置 | |
JPS63298065A (ja) | 物体の速度測定装置 | |
CN104469177A (zh) | 一种超声速运动流体的瞬态结构成像方法及装置 | |
JP2006281714A (ja) | 微小球測定方法および微小球測定装置 | |
US20220234066A1 (en) | Method and apparatus for controlling cold spraying | |
CN111596092A (zh) | 一种基于激光诱导磷光粒子成像测速装置及方法 | |
JP2016166810A (ja) | 物体検出装置 | |
KR20210061540A (ko) | 라이다 및 카메라를 구비하는 장치 |