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JP2905296B2 - CCD video imaging device - Google Patents
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JP2905296B2 - CCD video imaging device - Google Patents

CCD video imaging device

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JP2905296B2
JP2905296B2 JP3023867A JP2386791A JP2905296B2 JP 2905296 B2 JP2905296 B2 JP 2905296B2 JP 3023867 A JP3023867 A JP 3023867A JP 2386791 A JP2386791 A JP 2386791A JP 2905296 B2 JP2905296 B2 JP 2905296B2
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signal
field
imaging device
flow
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武司 宮本
仁久 江藤
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Bosch Corp
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Diesel Kiki Co Ltd
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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、可視化された流れ場の
流動状態を解析するための画像を得るのに好適な、マル
チシャッタ式のCCDビデオ撮像装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-shutter type CCD video imaging apparatus suitable for obtaining an image for analyzing a visualized flow state of a flow field.

【0002】[0002]

【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、流体中にトレーサを
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とから推定し、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。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な誤差を生じさせると
いう問題点を有している。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。
2. Description of the Related Art There is known 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, for example, a flow of a fluid in a passage. In order to obtain the flow velocity information in the flow field visualized in this way as quantitative data, the state of the visualized flow field is converted into a video signal using an interlaced television camera, and thus obtained. For each image data, two frame images are created from each field image in the frame image, and the trace image formed by the same tracer in each image is converted to a thin line obtained by the thinning process. A method has been proposed in which the distribution of the flow velocity is estimated from the amount of movement between two frame images of the trajectory image formed by the same tracer, which is estimated from the information of the inclination angle and the length (flow visualization, 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 of dealing with two or more frames of television image. However, in the above-described conventional method, a tracking process is performed in which the inclination angle and the length are obtained from the result of the thinning processing of the trail image, and the trail image is estimated using the result. If they are superimposed, there is a problem that the tracking processing result is greatly affected by noise and causes a large error in the flow velocity measurement result. To reduce this error,
In order to visualize the flow, good lighting conditions are 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.

【0003】[0003]

【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。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。
本発明の目的は、したがって、流速等の計測を行うため
に必要な流れ場の画像撮像を、流れ場の流速の如何に拘
わらず簡単に行うことができるようにしたCCDビデオ
撮像装置を提供することにある。
Accordingly, as a flow velocity measuring system capable of reducing the influence of noise and measuring the flow velocity distribution state more accurately, an interlaced scanning image pickup tube without a shutter is used for a visualized flow field. By using a television camera of a system, a logical product operation of each field image data constituting one frame of a television image signal obtained by the above operation is performed to determine a correspondence relationship of a trail image between each field image data. A configuration to determine is proposed. However, in the proposed system, the measurement time is restricted by the NTSC television image sampling cycle. In the case of a vidicon television camera, when the moving speed of the particles in the angle of view 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.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a CCD video image pickup apparatus capable of easily taking an image of a flow field required for measuring a flow velocity or the like regardless of the flow velocity of the flow field. It is in.

【0004】[0004]

【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ことによって可
視化された流れ場の2次元の流速情報を得るため、前記
流れ場のテレビジョン画像信号を得るためのCCDビデ
オ撮像装置において、整列配置された多数の光−電気変
換素子を含んで成り複数のフィールド画像信号を取り出
すことができ2つのフィールド画像信号によって1フレ
ームのビデオ画像信号を構成するようにしたCCD固体
撮像素子と、1フレームのビデオ画像信号を構成する第
1のフィールド画像信号を、対応する垂直同期信号発生
タイミングから所定時間だけ遅延した露光開始タイミン
グから第1の時間が経過するときに設定された露光終了
タイミングまで露光を行って該CCD固体撮像素子から
取り出すための第1シャッタ制御手段と、前記1フレー
ムのビデオ画像信号を構成する第2のフィールド画像信
号を、対応する垂直同期信号発生タイミングから前記所
定時間だけ遅延した露光開始タイミングから前記第1の
時間よりは長い第2の時間が経過するときに設定された
露光終了タイミングまで露光を行って該CCD固体撮像
素子から取り出すための第2シャッタ制御手段とを備え
た点にある。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, a feature of the present invention is to obtain a two-dimensional flow velocity information of a flow field visualized by injecting a tracer. In a CCD video imaging device for obtaining a signal, a plurality of field-image signals including a plurality of light-to-electric conversion elements arranged in an array can be taken out , and one frame can be obtained by two field image signals.
The constituting a CCD solid-state imaging device so as to constitute a video image signal over beam, the video image signal of one frame
One field image signal is generated by a corresponding vertical synchronization signal.
Exposure start timing delayed by a predetermined time from the timing
Exposure set when the first time elapses
Exposure is performed until the timing and the CCD solid-state imaging device
First shutter control means for taking out the first frame;
A second field image signal constituting the video image signal of the
From the corresponding vertical synchronization signal generation timing.
From the exposure start timing delayed by a fixed time, the first
Set when a second time that is longer than the time elapses
Exposure is performed until the exposure end timing and the CCD solid-state imaging
And a second shutter control unit for taking out from the element .

【0005】[0005]

【作用】1フレームのビデオ画像信号を構成するため
つのフィールド画像信号を、第1及び第2シャッタ制
御手段によって上述の如く取り出すと、第1のフィール
ド画像信号中における可視化された流れの画像と、第2
のフィールド画像信号中における可視化された流れの画
像とは、これらを1フレームの画像として合成した場合
重複する部分を有するが、両露光時間の差、すなわち、
第1の時間と第2の時間との差に応じた露光時間差に応
じた分だけ流れの画像が重複しない部分が生じる。した
がって、これにより、第1のフィールド画像信号中の画
像と、第2のフィールド画像中の信号との対応関係及
び、各画像の移動方向を容易に把握できる。
In order to construct a video image signal of one frame ,
When the two field image signals are extracted by the first and second shutter control means as described above , the first field
Image of the visualized flow in the image signal
Of the visualized flow in the field image signal of
An image is when these are combined as a one-frame image
Although there is an overlap, the difference between the two exposure times, that is,
According to the exposure time difference corresponding to the difference between the first time and the second time.
There is a portion where the flow images do not overlap by the amount of the overlap. did
Accordingly, this allows the image in the first field image signal to be displayed.
Correspondence between the image and the signal in the second field image and
In addition, the moving direction of each image can be easily grasped.

【0006】[0006]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0007】図1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の粒子等の適宜の白色のトレーサ
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流速計測装置10の構
成が概略的に示されている。
FIG. 1 shows a fluid 2 visualized by injecting appropriate white tracer particles 3 such as nylon 12 particles into a fluid 2 in a water tank 1 made of transparent glass.
1 schematically shows a configuration of a flow velocity measuring device 10 for measuring a state of a flow field.

【0008】流速計測装置10は、この可視化された流
れ場の流れの様子を示すためのトレーサ粒子3の位置の
時間的変化の情報を示す画像情報を取り出すため、本発
明によるCCDビデオ撮像装置12を有している。
The flow velocity measuring device 10 extracts the image information indicating the temporal change of the position of the tracer particle 3 for indicating the visualized flow state of the flow field. have.

【0009】CCDビデオ撮像装置12は、図2に詳細
に示されるように、整列配置された多数の光−電気変換
素子を含み、複数のフィールド画像信号を取り出すこと
ができるCCD固体撮像素子20を具えている。CCD
固体撮像素子20の露光面22には、所要の流れ場の光
像が光学系24によって結像されている。
As shown in detail in FIG. 2, the CCD video image pickup device 12 includes a CCD solid-state image pickup device 20 including a large number of light-to-electric conversion elements arranged in a line and capable of extracting a plurality of field image signals. I have it. CCD
A light image of a required flow field is formed on an exposure surface 22 of the solid-state imaging device 20 by an optical system 24.

【0010】この結像された流れ場の画像に相応する1
フレームの画像データを、奇数フィールド画像データV
Aと偶数フィールド画像データVBとに分けてCCD固
体撮像素子20から取り出すため、CCD固体撮像素子
20は、奇数フィールド部Aと偶数フィールド部Bとに
分けられている。
[0010] 1 corresponding to the image of the imaged flow field
The image data of the frame is replaced with the odd field image data V
The CCD solid-state imaging device 20 is divided into an odd-numbered field portion A and an even-numbered field portion B in order to separate the data into A and even-numbered field image data VB from the CCD solid-state imaging device 20.

【0011】CCD固体撮像素子20の奇数フィールド
部A及び偶数フィールド部Bから画像データを取り出す
ためのシャッタタイミング制御を夫々行うため、第1制
御部24及び第2制御部26が設けられている。第1及
び第2制御部24,26には、垂直同期信号発生器28
から1/60秒間隔で出力されるパルス信号から成る垂
直同期信号VSが入力されており、垂直同期信号VSに
基づいて、シャッタ制御用の第1及び第2シャッタ制御
信号S1,S2が、第1及び第2制御部24,26から
夫々出力される。ここで、第1シャッタ制御信号S1と
は、CCD固体撮像素子20の奇数フィールド部Aの電
荷の蓄積を制御するための信号、第2シャッタ制御信号
S2とは、CCD固体撮像素子20の偶数フィールド部
Bの電荷の蓄積を制御するための信号であり、シャッタ
を開いている間だけCCD固体撮像素子20に電荷の蓄
積が行われることになる。
A first control section 24 and a second control section 26 are provided for controlling shutter timing for extracting image data from the odd field section A and the even field section B of the CCD solid-state imaging device 20, respectively. The first and second controllers 24 and 26 include a vertical synchronization signal generator 28.
And a vertical synchronizing signal VS composed of a pulse signal output at 1/60 second intervals from the first and second shutter control signals S1 and S2 for shutter control based on the vertical synchronizing signal VS. The signals are output from the first and second control units 24 and 26, respectively. Here, the first shutter control signal S1 and
Is the voltage of the odd field portion A of the CCD solid-state imaging device 20.
Signal for controlling accumulation of load, second shutter control signal
S2 is an even field portion of the CCD solid-state imaging device 20
B is a signal for controlling the accumulation of the electric charge of B
Charge is stored in the CCD solid-state imaging device 20 only while the
Will be multiplied.

【0012】図3には、第1及び第2制御部24,26
の構成が詳細に示されている。図3において、40は奇
数フィールド部Aのシャッタ開時間TAを設定するため
の第1設定回路、42はトリガ信号として与えられてい
る垂直同期信号VSのパルス信号の発生からシャッタ開
動作開始までの遅れ時間DAを設定するための第1遅れ
設定回路である。
FIG. 3 shows first and second control units 24 and 26.
Is shown in detail. In FIG. 3, reference numeral 40 denotes a first setting circuit for setting the shutter opening time TA of the odd-numbered field portion A, and reference numeral 42 denotes a period from generation of a pulse signal of the vertical synchronizing signal VS provided as a trigger signal to start of a shutter opening operation. This is a first delay setting circuit for setting a delay time DA.

【0013】第1設定回路40において設定されたシャ
ッタ開時間TAを示す第1設定信号M1、及び第1遅れ
設定回路42において設定された遅れ時間DAを示す第
1遅れ設定信号N1は、垂直同期信号VSが入力されて
いる第1タイミング信号発生回路44に入力され、CC
D固体撮像素子20の奇数フィールド部Aのシャッタの
開かれるべきタイミングを示す第1タイミング信号T1
が、第1タイミング信号発生回路44から出力される。
The first setting signal M1 indicating the shutter opening time TA set by the first setting circuit 40 and the first delay setting signal N1 indicating the delay time DA set by the first delay setting circuit 42 are vertically synchronized. The signal VS is input to the first timing signal generation circuit 44 to which the signal
D First timing signal T1 indicating the timing at which the shutter of the odd field portion A of the solid-state imaging device 20 should be opened.
Is output from the first timing signal generation circuit 44.

【0014】第1タイミング信号T1は、外部からレリ
ース信号R1を受け取っている第1制御回路46に入力
され、各入力信号に基づいて、CCD固体撮像素子20
の奇数フィールド部Aのシャッタを開くタイミングで高
レベルとなる第1シャッタ制御信号S1が、第1制御回
路46から出力される。
The first timing signal T1 is inputted to a first control circuit 46 which receives a release signal R1 from the outside, and based on each input signal, the CCD solid-state image pickup device 20
The first control circuit 46 outputs a first shutter control signal S1 which becomes a high level at a timing when the shutter of the odd field portion A is opened.

【0015】次に、第2制御部26の構成について述べ
ると、50は偶数フィールド部Bのシャッタ開時間TB
を設定するための第2設定回路、52はトリガ信号とし
て与えられている垂直同期信号VSのパルス信号の発生
からシャッタ開動作開始までの遅れ時間DBを設定する
ための第2遅れ設定回路である。
Next, the structure of the second control unit 26 will be described.
Is a second delay setting circuit for setting a delay time DB from the generation of a pulse signal of the vertical synchronization signal VS given as a trigger signal to the start of the shutter opening operation. .

【0016】第2設定回路50において設定されたシャ
ッタ開時間TBを示す第2設定信号M2、及び第2遅れ
設定回路52において設定された遅れ時間DBを示す第
2遅れ設定信号N2は、垂直同期信号VSが入力されて
いる第2タイミング信号発生回路54に入力され、CC
D固体撮像素子20の偶数フィールド部Bのシャッタの
開かれるべきタイミングを示す第2タイミング信号T2
が、第2タイミング信号発生回路54から出力される。
The second setting signal M2 indicating the shutter opening time TB set by the second setting circuit 50 and the second delay setting signal N2 indicating the delay time DB set by the second delay setting circuit 52 are vertically synchronized. The signal VS is inputted to the second timing signal generating circuit 54 to which the signal VS is inputted,
D The second timing signal T2 indicating the timing at which the shutter of the even field portion B of the solid-state imaging device 20 should be opened.
Is output from the second timing signal generation circuit 54.

【0017】第2タイミング信号T2は、外部からレリ
ース信号R2を受け取っている第2制御回路56に入力
され、各入力信号に基づいて、CCD固体撮像素子20
の偶数フィールド部Bのシャッタを開くタイミングで高
レベルとなる第2シャッタ制御信号S2が、第1制御回
路56から出力される。
The second timing signal T2 is inputted to a second control circuit 56 which receives a release signal R2 from the outside, and based on each input signal, the CCD solid-state image pickup device 20
A second shutter control signal S2 which becomes high level at the timing when the shutter of the even-numbered field portion B is opened is output from the first control circuit 56.

【0018】図4には第1及び第2タイミング信号T
1,T2の波形が垂直同期信号VSの波形と共に示され
ている。本実施例では、DAとDBとは等しく設定され
ており、TAはTBよりも短く設定されている。したが
って、第1及び第2タイミング信号T1,T2の各立上
りタイミングは同時であるが、第1タイミング信号T1
のレベルが立下った後に第2タイミング信号T2のレベ
ルが立下ることになる。
FIG. 4 shows the first and second timing signals T
1 and T2 are shown together with the waveform of the vertical synchronization signal VS. In this embodiment, DA and DB are set equal, and TA is set shorter than TB. Therefore, although the rising timings of the first and second timing signals T1 and T2 are simultaneous, the first timing signal T1
Falls, the level of the second timing signal T2 falls.

【0019】既に説明したように、第1及び第2タイミ
ング信号T1,T2にあっては、いずれも高レベル状態
の場合にシャッタを開くように制御するので、結局、第
1タイミング信号T1による奇数フィールド部Aのシャ
ッタ開タイミングと第2タイミング信号T2による偶数
フィールド部Bのシャッタ開タイミングとは異なってお
り、且つ両者間には重複タイミング部分(図4において
時間TがTXからTYまでの間)が存在している。
As described above, the first and second timing signals T1 and T2 are both controlled so as to open the shutter when they are in the high level state. The shutter opening timing of the field portion A is different from the shutter opening timing of the even field portion B based on the second timing signal T2, and an overlap timing portion is provided between the two (the time T is between TX and TY in FIG. 4). Exists.

【0020】なお、第1及び第2制御回路46がレリー
ス信号を受け取っていない通常の作動時には、第1タイ
ミング信号T1はそのまま第1制御信号S1として出力
され、一方、第2タイミング信号T2はそのまま第2制
御信号S2として出力される。
In a normal operation in which the first and second control circuits 46 do not receive the release signal, the first timing signal T1 is outputted as it is as the first control signal S1, while the second timing signal T2 is kept as it is. It is output as the second control signal S2.

【0021】図2に戻ると、奇数フィールド部Aは、第
1シャッタ制御信号S1と垂直同期信号VSとに応答
し、図4に基づいて説明したタイミングでシャッタを開
き、その間に生じた流れ場の様子を示す画像データが奇
数フィールド部Aに蓄積され、垂直同期信号VSの所定
のタイミングでこの蓄積された画像データが奇数フィー
ルド画像データVAとして出力され、第1蓄積転送部3
0に送られる。
Returning to FIG. 2, the odd field portion A responds to the first shutter control signal S1 and the vertical synchronizing signal VS to open the shutter at the timing described with reference to FIG. Is stored in the odd field section A, and the stored image data is output as odd field image data VA at a predetermined timing of the vertical synchronizing signal VS.
Sent to 0.

【0022】同様にして、第2シャッタ制御信号S2に
従うタイミングで偶数フィールド部Bのシャッタが開か
れ、その間に生じた流れ場の様子を示す画像データが、
偶数フィールド部Bから偶数フィールド画像データVB
として出力され、第2蓄積転送部32に送られる。
Similarly, the shutter of the even field portion B is opened at the timing according to the second shutter control signal S2, and the image data showing the state of the flow field generated during that time is:
Even field portion B to even field image data VB
And sent to the second accumulation and transfer unit 32.

【0023】第1及び第2蓄積転送部30,32からの
各出力は、信号合成部34に入力され、ここで、NTS
C方式に従うテレビジョン映像信号に合成され、この合
成された信号がビデオ出力信号VOとして出力される。
Each output from the first and second storage and transfer units 30 and 32 is input to a signal synthesis unit 34, where the NTS
It is combined with a television video signal according to the C system, and the combined signal is output as a video output signal VO.

【0024】図1に戻ると、CCDビデオ撮像装置12
の出力として取り出されるビデオ出力信号VOは、アナ
ログ−ディジタル変換部(A/D)20においてディジ
タル化され、ディジタル化されたビデオ出力信号DVO
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16に入力され、ここで、メモリ16A
に予めストアされている所定の処理プログラムに従っ
て、流速計測のための画像データ処理が行われる。
Returning to FIG. 1, the CCD video imaging device 12
The video output signal VO extracted as an output of the digital video output signal DVO is digitized in an analog-to-digital converter (A / D) 20.
Is input to a data processing unit 16 constituted by a known microcomputer, where a memory 16A
The image data processing for the flow velocity measurement is performed according to a predetermined processing program stored in advance in the CPU.

【0025】図5には、データ処理ユニット16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1
6において実行される画像データ処理について説明す
る。
FIG. 5 is a functional diagram showing the contents of the image data processing executed in the data processing unit 16. Data processing unit 1 based on this functional diagram
The image data processing executed in Step 6 will be described.

【0026】画像データ処理について説明する前に、図
7を参照して奇数フィールド画像データVAによる流跡
画像と偶数フィールド画像データVBによる流跡画像と
の関係について説明する。
Before describing the image data processing, the relationship between the trail image based on the odd field image data VA and the trail image based on the even field image data VB will be described with reference to FIG.

【0027】図7の(a)には、奇数フィールド画像デ
ータVAに従う流跡画像xが模式的に示され、一方、図
7の(b)には、偶数フィールド画像データVBに従う
流跡画像yが模式的に示されている。
FIG. 7A schematically shows a flow image x according to the odd field image data VA, while FIG. 7B shows a flow image y according to the even field image data VB. Is schematically shown.

【0028】図7の(a)と図7の(b)とを重ね合わ
せた図が図7の(c)に示されている。図7の(c)か
ら判るように、奇数フィールド画像データVAに従う流
跡画像xと偶数フィールド画像データVBに従う流跡画
像データyとは、流体2の流れ方向に沿ってずれること
となり、時間TXからTYの間に得られた部分が重複し
ている。
FIG. 7C shows a superimposed view of FIG. 7A and FIG. 7B. As can be seen from FIG. 7C, the trail image x according to the odd field image data VA and the trail image data y according to the even field image data VB are displaced along the flow direction of the fluid 2, and the time TX And TY overlap.

【0029】図5に戻ると、奇数フィールド画像データ
VAに従う第1データD1と,偶数フィールド画像デー
タVBに従う第2データD2とは、論理積演算手段16
Bに与えられ、ここで、第1データD1に従う各流跡像
と、第2データD2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わせを示すデータが流速ベクト
ル計算手段16Cに与えられる。
Returning to FIG. 5, the first data D1 according to the odd field image data VA and the second data D2 according to the even field image data VB are ANDed by the AND operation means 16.
B, where a logical product operation is performed between each stream image according to the first data D1 and each stream image according to the second data D2. Then, data indicating a combination of flow trajectory images having a logical product image according to the logical product operation result is supplied to the flow velocity vector calculating means 16C.

【0030】流速ベクトル計算手段16Cにも、第1及
び第2データD1,D2が与えられており、これらの入
力に基づき各流跡像の重心位置が計算される。さらに、
流跡像の組合わせを示す組合わせデータに基づいて一対
の流跡像の各重心位置の移動ベクトルが求められる。各
移動ベクトルから、その点における流速ベクトルが計算
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、CCDビデオ撮像装置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われ
る。
The flow velocity vector calculation means 16C is also provided with the first and second data D1 and D2, and calculates the position of the center of gravity of each flow image based on these inputs. further,
A movement vector of each barycentric position of the pair of trail images is obtained based on the combination data indicating the combination of the trail images. From each movement vector, a flow velocity vector at that point is calculated. 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 CCD video imaging device 12 is measured.

【0031】次に、図6に示される、データ処理ユニッ
ト16内のメモリ16A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 with reference to the flowchart of the image processing program stored in the memory 16A in the data processing unit 16 shown in FIG.

【0032】画像処理プログラム60の実行が開始され
ると、先ず、ステップ62において、ディジタル化され
たビデオ出力信号DVOが入力され、第1及び第2デー
タD1,D2が、図の(a)に示す第1流跡画像及び
の(b)に示す第2流跡画像をそれぞれ示すデータ
として、メモリ内にストアされる。
[0032] execution of the image processing program 60 is started, first, in step 62, the digitized video output signal DVO is input, the first and second data D1, D2 are shown in FIG. 7 (a) Are stored in the memory as data respectively showing the first trail image shown in FIG. 7 and the second trail image shown in FIG. 7B.

【0033】次にステップ64に進み、ここで、第1及
び第2データD1,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 routine proceeds to step 64, where data processing for binarizing each image represented by the first and second data D1, D2 is performed. The data processing for binarization is performed by converting each data D1 and D2 into a binary image by using an appropriately set threshold value. The binary data Da and Db shown are obtained.

【0034】次のステップ66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
ちノイズ除去処理か実行される。この処理は、 (a)各流跡のうち、画像の枠に連接する流跡画像のデ
ータを全く除去する処理。 (b)膨張、収縮による流跡像外周のノイズ除去処理。 (c)予め設定された画素数以下の流跡像を雑音とみな
して除去する処理。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。
In the next step 66, unnecessary information is removed, that is, noise removal processing is executed based on the binary data Da and Db. This process includes: (a) a process of completely removing the data of the trail image connected to the frame of the image from each trail. (B) Noise removal processing of the trail image periphery due to expansion and contraction. (C) A process of removing a stream image having a predetermined number of pixels or less as noise. 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.

【0035】次に、ステップ68において、ステップ6
6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(図7の(d),
(e)参照)、ラベリングされた全ての流像について
重心の計算及び面積の計算を行う。
Next, in step 68, step 6
Labeling 1a, 1b, 1c,... On each of the flow images in the two flow images left as a result of the noise removal processing of No. 6
. 2a, 2b, 2c,... ((D) of FIG.
See (e)), the calculation of calculation and the area of the center of gravity for all the flow trace image are labeled.

【0036】しかるのち、ステップ70に進み、ここ
で、奇数フィールド信号により得られた流跡画像におけ
る各流跡像と偶数フィールド信号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。
Thereafter, the routine proceeds to step 70, where the logic between each trace image in the trace image obtained by the odd field signal and each trace image in the trace image obtained by the even field signal is determined. The product is calculated.

【0037】次いで、ステップ72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ルと
他方の流跡画像中の流跡像のラベルとの組合わせを示す
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、図8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、図8
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。
Next, in step 72, a combination of the label of the trail image in one trail image and the label of the trail image in the other trail image having the result value of the logical product operation is shown. Obtain combination data. For example, if the trace image of the label 1a and the trace image of the label 2a have a correspondence relationship and have the positional relationship shown in FIG. 8, the result of the logical product of these trace images is
Indicates the area of the superimposed portion with medium hatching, and when this area is larger than zero, it is assumed that both trace images are trace images formed by the same tracer particle.

【0038】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
われ、流跡像の組合せが決定される。
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 combination of the trail images is determined.

【0039】ステップ74では、上述の如くして得られ
た流跡像の各組合せが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のチェックが行われる。 (1)流跡像の夫々は、他方の時刻の流跡像のうちの唯
1つとだけ組合わされていること。 (2)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。これら(1),
(2)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(1),(2)のい
ずれか1つでも満足していない組合データは除去され
る。
In step 74, 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. (1) Each of the trail images is associated with only one of the trail images at the other time. (2) A straight line connecting the respective centers of gravity of a set of trace images passes through a logical product image obtained by these. These (1),
Only the combination data that satisfies each condition of (2) is taken as correct combination data, and the combination data that does not satisfy any one of the conditions (1) and (2) is removed.

【0040】ステップ76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
図8に示されるように、奇数フィールド画像データVA
により得られた流跡像1aの重心位置W1から偶数フィ
ールド画像データVBにより得られた流跡像2aの重心
位置W2に向かうベクトルVCが計算され、このベクト
ルVCを、流跡像1aと流跡像2aとの間の平均時間差 (DB+TB/2)−(DA+TA/2) で割ったものが、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 76, the odd field image data VA, as shown in FIG.
Is calculated from the centroid position W1 of the trajectory image 1a obtained by the above to the centroid position W2 of the trajectory image 2a obtained by the even-numbered field image data VB, and this vector VC is combined with the trajectory image 1a and the trajectory. The average time difference from the image 2a divided by (DB + TB / 2)-(DA + TA / 2) is taken as the flow velocity vector of the fluid 2 at this point. In this way, the flow velocity vector is calculated as described above for the trajectory image indicated by all the combination data.

【0041】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78で、各流速ベクト
ルに基づき、流速分布の計測が行われ、流速及びその分
布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 is clarified. At step 78, the flow velocity distribution is measured based on each flow velocity vector, and the data indicating the flow velocity and the distribution result are output in an appropriate form. Is done. This data may be, for example, an image on a display tube, or the data may be printed out.

【0042】このように、図1に示す装置では、単一の
CCD撮像装置において、所要の流れ場を奇数フィール
ド画像と偶数フィールド画像として得るようにし、且つ
CCD固体撮像素子20の奇数フィールド部Aと偶数フ
ィールド部Bとの電荷蓄積のタイミング(シャッタタイ
ミング)を、図4に基づいて説明したように設定したの
で、第1のフィールド画像信号中における可視化された
流れの画像と、第2のフィールド画像信号中における可
視化された流れの画像とは、これらを1フレームの画像
として合成した場合重複する部分を有するが、両露光時
間の差、すなわち、第1の時間と第2の時間との差に応
じた露光時間差に応じた分だけ流れの画像が重複しない
部分が生じる。したがって、これにより、第1のフィー
ルド画像信号中の画像と、第2のフィールド画像中の信
号との対応関係及び、各画像の移動方向を容易に把握で
きる。
As described above, in the apparatus shown in FIG. 1, the required flow field is obtained as an odd field image and an even field image in a single CCD image pickup device.
The odd field portion A and the even number field of the CCD solid-state imaging device 20
Timing of charge accumulation with the field B (shutter tie
Ming) was set as described with reference to FIG.
And visualized in the first field image signal.
The image of the flow and the image in the second field image signal
The visualized flow images are the one-frame images
Have overlapping parts when synthesized as
The difference between the first time and the second time.
Images do not overlap by the amount corresponding to the exposure time difference
Parts arise. Therefore, this causes the first fee
Image in the second field image and the image in the second field image.
Easily grasp the correspondence between the image and the moving direction of each image.
Wear.

【0043】したがって、各シャッタ開タイミングを適
宜に設定することにより、トレーサ粒子の移動方向及び
移動速度に拘わらず、2つの流跡画像間における流跡像
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。
Therefore, by appropriately setting the shutter opening timings, the correspondence between the two trajectory images and the logical product between them can be determined regardless of the moving direction and the moving speed of the tracer particles. Can be found very easily by calculating

【0044】このため、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及び流速分布の
計測を行なうことができるものである。
For this reason, the measurement time is set to the NTSC TV
Since it is not restricted by the image sampling period, it is possible to measure the flow velocity and the flow velocity distribution of the flow field extremely simply and quickly by simple processing.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、被計測対
象の流れ場のテレビジョン画像信号を得るためのCCD
ビデオ撮像装置を用いて1フレーム画像信号を構成する
2つのフィールド画像信号に従う各流跡画像間におい
て、対応する一組の流跡像間に重複部分を生ぜしめるこ
とができ、各流跡像間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のに極めて便
利である上、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
影響を受けることなしに、流速等の計測に必要な流れ場
の様子を正確に画像化することができる。
According to the present invention, as described above, a CCD for obtaining a television image signal of a flow field to be measured is provided.
Construct one frame image signal using video imaging device
Between each of the flow images according to the two field image signals , an overlapping portion can be generated between a corresponding set of the flow images, and the correspondence between the respective flow images is determined by the logic of the data indicating each of the flow images. In addition to being very convenient to easily determine by product operation, the flow image in each flow image can be used to measure the flow velocity etc. without being affected by the sampling cycle of the TV image, the moving speed and direction of the tracer. The required flow field can be accurately imaged.

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

【図1】本発明によるCCDビデオ撮像装置を用いた流
速計測装置の一実施例を示す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a flow velocity measuring device using a CCD video imaging device according to the present invention.

【図2】図1のCCDビデオ撮像装置の詳細ブロック
図。
FIG. 2 is a detailed block diagram of the CCD video imaging device of FIG.

【図3】図2の第1及び第2制御部の詳細ブロック図。FIG. 3 is a detailed block diagram of first and second control units in FIG. 2;

【図4】図3に示す第1及び第2制御部の作動を説明す
るための波形図。
FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of the first and second control units shown in FIG. 3;

【図5】図1のデータ処理ユニットの構成を示す機能
図。
FIG. 5 is a functional diagram showing a configuration of a data processing unit in FIG. 1;

【図6】図1のデータ処理ユニット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。
FIG. 6 is a flowchart showing an image processing program executed in the data processing unit of FIG. 1;

【図7】図1の装置における画像処理の説明のための流
跡画像を示す図。
FIG. 7 is a view showing a trail image for explaining image processing in the apparatus of FIG. 1;

【図8】図1の装置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。
FIG. 8 is an explanatory diagram for calculating a logical product of flow images and calculating a velocity vector, which is executed in the apparatus of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 流体 12 CCDビデオ撮像装置 20 CCD固体撮像素子 24 第1制御部 26 第2制御部 S1 第1シャッタ制御信号 S2 第2シャッタ制御信号 A 奇数フィールド部 B 偶数フィールド部 VA 奇数フィールド画像データ VB 偶数フィールド画像データ Reference Signs List 2 fluid 12 CCD video imaging device 20 CCD solid-state imaging device 24 First control unit 26 Second control unit S1 First shutter control signal S2 Second shutter control signal A Odd field part B Even field part VA Odd field image data VB Even field image data

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/30 - 5/335 G01P 13/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04N 5/30-5/335 G01P 13/00

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2次元の流速情報を得るため、前記流れ
場のテレビジョン画像信号を得るためのCCDビデオ撮
像装置において、 整列配置された多数の光−電気変換素子を含んで成り複
数のフィールド画像信号を取り出すことができ2つのフ
ィールド画像信号によって1フレームのビデオ画像信号
を構成するようにしたCCD固体撮像素子と、1フレームのビデオ画像信号を構成する第1のフィール
ド画像信号を、対応する垂直同期信号発生タイミングか
ら所定時間だけ遅延した露光開始タイミングから第1の
時間が経過するときに設定された露光終了タイミングま
で露光を行って該CCD固体撮像素子から取り出すため
の第1シャッタ制御手段と、 前記1フレームのビデオ画像信号を構成する第2のフィ
ールド画像信号を、対応する垂直同期信号発生タイミン
グから前記所定時間だけ遅延した露光開始タイミングか
ら前記第1の時間よりは長い第2の時間が経過するとき
に設定された露光終了タイミングまで露光を行って該C
CD固体撮像素子から取り出すための第2シャッタ制御
手段と を備えたことを特徴とするCCDビデオ撮像装
置。
1. A CCD video imaging device for obtaining a television image signal of a flow field in order to obtain two-dimensional flow velocity information of the flow field visualized by injecting a tracer. light - it can be taken out more than one field image signal comprises an electromechanical transducer 2 Tsunofu
1 frame video image signal by field image signal
A CCD solid-state imaging device so as to constitute a first field constituting a video image signal of one frame
The video signal is the corresponding vertical synchronization signal generation timing.
From the exposure start timing delayed by a predetermined time
Exposure end timing set when time elapses
To perform exposure and take out from the CCD solid-state imaging device.
A first shutter control means, and a second filter constituting the video image signal of one frame.
The corresponding vertical synchronization signal generation timing
Exposure start timing delayed by the predetermined time
When a second time that is longer than the first time elapses
Exposure is performed until the exposure end timing set in
Second shutter control for taking out from CD solid-state imaging device
CCD video imaging device being characterized in that a means.
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