JPH0337699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、水流モデルにおいて流れ場の流体濃
度を可視化する装置に関する。

（従来の技術） 従来、水流モデルにおいて濃度を測定する方法
としては、流体の一部を抽出するサンプリング法
と、流れ場を作り出す一方を流体に電解質溶液を
使用してその濃度の変化を電気伝導度の変化とし
て測定する電気的測定法とがある。

ところで、定量的な情報を見易くするため、温
度分布や衛星写真のように、状態を擬似カラー画
像により表示する技術が知られている。

この技術を概説すれば、TVカメラにおいて画
像入力されたアナログ画像信号を、サンプリング
回路にて一定のサンプリングモードに従つてデジ
タル画像信号に変換し、これを一旦コンピユータ
のメモリーに記憶しておき、読み出す際に輝度の
強弱に応じて段階的に色指定処理したデイスプレ
ー上に擬似カラー画像として表示するものであ
る。ここで、各画素の輝度の強弱はそのメモリー
ビツト数により区分される。例えば、４ビツトの
場合、2⁴＝16のステツプに区分される。したがつ
て、デジタル信号に変換された画像信号・輝度信
号はステツプ数に応じて色指定できる。例えば、
ある範囲の輝度であれば赤、それより低い輝度で
あれば、青、高ければ緑といつたようにカラー指
定を行なつている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述した水流モデルにおける濃
度測定方法は、いずれも測定機器を通して流体の
濃度を絶対的に測定するものであつて、任意断面
において流れ場そのものを目視観察することによ
つて濃度及び混合に関する情報即ち定量的な情報
を相対的に得ることができる方式ではない。した
がつて、流れ場における濃度分布や変化、特に、
乱流混合の現象の研究やその理解を助けるのに役
立つものではない。しかも、これら濃度測定法
は、いずれも流れ場内に抽出管あるいはセンサを
設置しなければならない接触型のため、流体の流
れを実際のものと異なるものに変えてしまう問題
がある。尚、流れ全域の動向を一目で観察できる
可視化法として気泡をトレーサに用いる気泡式ト
レーサ法が古くから使用されているが、この方法
は比重差による誤差が大きいため定量的な解析に
は利用できない。

一方、状態を擬似カラー画像により表示する前
記技術にあつては、輝度変化は単に色彩の違いに
よつて表わされており、明るい赤とか暗い赤とい
うように明度を伴つて表示されるものではない。
即ち、同一色で表示されていたとしても、それは
一定の幅をもつた輝度を含んでおり、流れ場にお
ける濃度変化を正確に表現することはできない。
また、前記技術における擬似カラー化方法は、ア
ナログ画像信号を一定のモードでサンプリングし
てデジタル画像信号としてコンピユータに一旦記
憶し、その後読み出す際に色指定処理をしてデイ
スプレーにカラー画像で表示するものであつて、
処理時間を必要とする所謂静止画像通信方式であ
る。このため、衛星写真のように静止画像を対象
とする場合には使えるが、流動的な水流モデルの
流れ場の濃度変化を観察するには不充分である。
すなわち、一般にサンプリングは一走査線上に
126〜512点取られているが、このサンプリング点
を少なくして受像処理時間を短くし動画に近づけ
ようとすると、画像が荒くなつて精度に欠ける。
反面、サンプリング数を多くして精度を上げた場
合には、処理を速くするため高速でかつ大容量の
コンピユータを使用したとしても、静止画像を得
るのにさえ数秒から数分間を要するので、連続的
な動画の擬似カラー化処理は望めない。したがつ
て、緻密な動体画像の擬似カラー表示が必要な前
述の濃度の可視化には使用できない。

このように、従来にあつては、入力画像を実時
間で任意のカラー画像に変換する擬似カラー化方
式が望まれていたにもかかわらず、それを達成す
る技術は存在しなかつた。

そこで、本発明者らは上記従来技術に伴う課題
を解決するために鋭意研究した結果、微細かつ均
質な気泡が密に流体に含まれておれば、光を当て
たときこの光が気泡に当つて乱反射し測定可能な
散乱光を得ることができること、そしてその散乱
光の強度は単位体積中の気泡個数に比例すると考
えられ、それは散乱光の明るさの強度と濃度のレ
ベルとが比例関係にあることを知見するに至つ
た。

本発明は、水流モデルの流れ場を形成する流体
の濃度を可視化する装置であつて、流れ場を実時
間で散乱光の強弱に対応した任意のカラー画像に
変換するようにした水流モデルにおける濃度可視
化装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 斯かる目的を達成するため、本発明は、モデル
水槽と圧力水供給源とを繋ぐ管路に直径３mm以下
の小孔を少なくとも１つ穿孔したオリフイスを設
置してオリフイス通過時の局所的圧力低下に伴う
脱気現象によつて微細かつ均質な気泡を水流中に
大量に出現させ、この微細かつ均質な気泡を密に
含む水流で水槽内に流れ場を再現し、この流れ場
にスリツト光を当てて気泡での乱反射により任意
断面における流れを可視化する可視化装置と、散
乱光をTVカメラで撮影し、該カメラから前記流
れ場の明るさに応じて出力される輝度信号を
RGBセパレート回路に導入して互いに同一レベ
ルのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に変換し、この
RGB信号のいずれか１つ又は２つあるいは全て
をそれぞれ異なる信号電圧レベルにおいてカツト
オフした後カラーデイスプレイ装置に出力し、流
れ場における流体の濃度分布を色彩とその明度の
違いによつて表示する擬似カラー画像装置とから
成ることを特徴とする水流モデルにおける濃度可
視化装置である。

（作用） このように構成すれば、オリフイスの脱気現象
により微細かつ均質な気泡が水流中に大量に出現
し、この気泡を密に含む水流で流れ場がモデル水
槽内に再現される。この流れ場にスリツト光を当
てると、このスリツト光は気泡で乱反射されるた
め、任意断面における流れが可視化できる。

そして、この流れ場は、その明るさに対応する
輝度信号として画像入力された後互いに同一レバ
ルのRGB信号に一旦分割され、このRGB信号の
いずれか１つ又は２つあるいは全てがそれぞれ異
なる信号電圧レベルにおいてカツトオフされて異
なる輝度レベルに分配された人為的なカラー画像
信号に変換され、擬似カラー画像としてカラーデ
イスプレイ装置に再現される。

このように、水流モデルの流れ場を散乱光の強
弱に対応した任意の配色でカラー画像化するた
め、水流モデルの流れ場を形成する流体の濃度を
容易に可視化できる。

（実施例） 以下本発明の構成を図面に示す一実施例に基づ
いて詳細に説明する。

本発明に係る濃度可視化装置は、微細かつ均質
な気泡を大量に含む流体で流れ場を再現する可視
化装置Ａと、前記流れ場を撮影して所定濃度範囲
毎に異なる色彩で画像再生する擬似カラー化画像
システムＢとから成る。

第１図に本発明方法を実施する水流モデル可視
化装置を概略図で示す。この可視化装置は、可視
化しようとする流れ場を再現するモデル水槽（以
下水槽と略称する）１と、この水槽１に気泡４を
混入させた流体・水を例えば底面から供給する流
体供給ユニツト２及び水槽１内の流れ場にスリツ
ト光５を照射するスリツト光源３とから主に構成
されている。この可視化装置において、水槽１の
底面から流入した流体は、水槽１内において流れ
場を再現したのち水槽１の上方の排水口６から図
示しない配水管を通じて排水される。排水は気泡
以外の異物を含んでおらず又気泡も一部を除いて
再び水に溶け込んでしまうため、何らの処理を施
すことなくそのまま排水してもよいし、そのまま
の状態で再使用することも可能である。尚、流体
を水槽１の上方から導入し底面から排水すること
も、また側壁から導入することもある。

ここで、前記水槽１に流体・水を供給する流体
供給ユニツト２は、図示しない圧力水供給源と水
槽１の流体噴出口７とを結ぶ管路８の途中に設け
られたオリフイス９を有し、このオリフイス９部
分における局所的減圧作用に伴う脱気現象によつ
て圧送される流体中に固溶されている空気を気泡
４として流体中に出現させ、気泡４を大量に含ん
だ流体として供給するものである。

オリフイス９は、直径３mm以下の小孔を少なく
とも１つ穿孔したものである。オリフイス９の小
孔の径と発生気泡４の直径及び均質性とには密接
な関連性があり、小孔直径が３mmを越えると、発
生気泡４が極めて不均質となり精密な測定や定量
測定に適さなくなる。一般に気泡をトレーサとし
て使用する場合、流れへの追随性不良による誤差
及び浮力による誤差を考慮すれば、可視化による
最適な気泡直径は0.06〜0.2mmの範囲であること
が好ましく、更に気泡４の水中への溶け込みが早
期に起こらないような条件を鑑みれば0.1mm前後
が最も好ましい。そこで、オリフイス９の径と発
生気泡４の粒径割合との関係を求めた本発明者等
の実験結果（第３図）によると、直径３mmのオリ
フイス９では可視化に最適な直径0.2mm以下の気
泡４が70％程度を占めその平均直径は0.113mmで
あつて概ね均質なものであるが、直径４mmのオリ
フイス９になると直径0.2mm以下の気泡が30％程
度と低く不均質となる。この実験結果から好まし
いオリフイス径は、φ1.5mm以下であり、最も好ま
しくはφ0.8mm以下φ0.5mm以上である。直径0.5mm
未満のオリフイス９を除いたのは流体中に塵で目
詰りを起こし却つて気泡発生が不安定となるから
であり、上流に効果的なフイルタを設置して塵を
完全に除去できるのであれば0.5mm未満の直径で
も良い。第３図の実験結果によると、オリフイス
径0.8mmで９Kg／cm²の圧力を加えた場合、直径
0.0781〜0.2106mmの範囲の気泡４が発生している
ことが拡大写真をマイクロスコープで測定するこ
とにより確認された。そして、そのときの気泡の
平均直径はほぼ0.1mmで可視化最囲の中で最も好
ましい気泡径といえる。ここで、流量を増加する
場合には、オリフイス９の小孔をふやして発生気
泡を増量することにより流体中に含まれる気泡の
含有率を一定にできる。

また、水槽１は、本実施例の場合、アクリル樹
脂やガラス等の透光性材料によつて横断面方形の
角筒形に形成されており、上方に排水口６を底面
に水流噴出口７を有する。この水槽１は、ノズル
やバーナ等の水流モデルの場合には流れ場を形成
するための容器に過ぎないが、フアーネス内の流
体の流れを可視化する場合等にはそれ自体がモデ
ルの一部として使用される。したがつて、水槽１
の形状は図示されているものに限られず、円筒や
エルボ管形等の必要に応じた種々の形状を採り得
る。また、第４図に示すように、水槽底面の水流
噴出口７には観察しようとする流れ場を再現する
モデル例えばノズルモデルやバーナモデル１０等
が一般に取付けられる。もつとも、モデルを水流
噴出口７から離して水槽１内に設置し、水流噴出
口７においては流れに何ら変化を与えない場合も
ある。本実施例の場合、バーナノズルモデル１０
のバーナタイルモデル１１とが設置され、燃料と
空気の混合状態、その割合などを測定するため、
バーナノズルモデル１０からは気泡４が混入され
た流体（燃料に相当する）を噴出させと共にその
周囲からは気泡が混入されていない流体（二次空
気に相当する）を噴出させてバーナタイルモデル
１１内で両者を混合させるように設けられてい
る。勿論、この水流噴出口７の個数及び位置は図
示のものに限られない。例えば、フアーネスに複
数のバーナを設置する場合の水流モデルのときに
はバーナの配置位置が熱分布に与える影響を水流
モデルを使用して観察する場合があるからであ
る。尚、本実施例の水槽１は、周壁全面を透光性
材料で形成していることから、観察者ないし観察
機器に対向する面が観察窓に相当し、スリツト光
源３に対向する面が入射光窓に相当する。しか
し、水槽１は全周壁面の透光性材料で形成する必
要はなく、少なくとも観察窓と入射光窓がそうで
あれば足りる。この観察窓と入射光窓は、スリツ
ト光５の入射方向と90〜145度の角度の位置で最
適の乱反射が得られることからその範囲に位置さ
せておけば良く、水槽１を円筒型に形成する場合
には周壁の90〜145度の範囲を透孔材料で形成す
ることにより代えることができる。尚、観察窓と
入射光窓を除く他の周壁面（底面を含む）を光吸
収体で形成すれば、観察室内の照明を落とさずと
も気泡のみが散乱光によつて目立つので観察が容
易である。ここで、光吸収体とは水槽１の内面の
みを黒色に着色したものでも良い。更に、流れ場
の状態を流れ方向と直交する面即ち輪切りにして
観察する場合には、流れ場を横切るスリツト光５
に対して90〜145度の範囲とは水槽１の天井・上
方となる。したがつて、この場合には水槽１の上
方に観察者ないし観察機器を設置する。

更に水槽１内にスリツト光５を照射するスリツ
ト光源３は、公知のいかなる手段でもよい。例え
ば、スライド映写機にスリツトを入れた板を插し
込みスリツト光を得るようにしても良い。この場
合、スリツトの切込み方向を変えた幾枚かのスリ
ツト板を用意することにより流れの任意の断面を
透過するスリツト光５を得ることができる。スリ
ツト光５は気泡４に当たつて乱反射するが、その
散乱光は光が入射した方向から90〜145度の範囲
で最もよく検出される特性を有している。尚、気
泡４の径が充分微細かつ一様であるとすれば散乱
光の強度は単位体積中の気泡個数即ち気泡数密度
に比例すると考えられ、それは散乱光の明るさの
強度が濃度のレベルに比例することを意味する。

そこで、まず、圧力水供給源から水槽１に向け
て流体を圧送する際に、オリフイス９における局
所的減圧作用に伴なう脱気現象によつて流体内に
固溶されている空気を可視化に最適な微細かつ均
質な気泡として流体中に密に出現させる。そし
て、この微細かつ均質な気泡を密に含んだ流体で
水槽１内に所望の流れ場を再現する。そこへ、ス
リツト光５を照射すると、スリツト光５が気泡４
によつて乱反射し散乱するので、水流中における
気泡４の存在が第４図に示すように火の粉の如く
明瞭に表われ流れを可視化する。このとき、散乱
光の強度は単位体積中の気泡個数即気泡密度数に
比例すると考えられ、それは散乱光の強度が濃度
に比例することを意味することから、気泡の流体
中における粗密状態即ち濃度を散乱光の強度とい
う観点から目視観察できる。

更に、この水槽１内の流れは、第２図に示すよ
うな擬似カラー化画像システムＢにおいて濃度に
対応した色彩と明度でカラー表示される。

一実施例をブロツク図で第２図に示す前述の擬
似カラー化画像システムＢは、同軸ケーブル２２
を使用したベースバンド伝送によるものであつ
て、撮影用のTVカメラ２１と、微弱な画像信
号・輝度信号を増幅する増幅回路２３、輝度信号
をカラー信号に変換する擬似カラー化回路２４及
びカラーデイスプレイ装置２５とから少なくとも
成る。勿論、変調伝送によることも可能である
が、この場合には振幅変調回路や復変調回路等が
必要となることは言うまでもない。

前記TVカメラ２１としては、本発明の擬似カ
メラ一化画像システムＢにおいては輝度信号を使
用することから、工業用白黒テレビカメラを使用
する。カラーテレビカメラの使用は、輝度信号の
みを取出すことにより使用可能であるが、高価と
なるだけで実用的でない。

第５図に例示する擬似カラー化回路２４は、輝
度信号を互に同一レベルのＲカラー信号（以下Ｒ
信号という）、Ｇカラー信号（以下Ｇ信号という）
及びＢカラー信号（以下Ｂ信号という）に変換す
るRGBセパレート回路２６と、このRGBセパレ
ート回路２６とカラーデイスプレー装置２５との
間のカラー信号回路において相互に異なる所定電
圧レベル以下のカラー信号をカツトオフするロー
カツトオフ回路２７とから成り、輝度信号レベル
にしてカラー画像を作り出すものである。ローカ
ツトオフ回路２７は、ベースにカラー信号が入力
させるトランジスタ２８と該トランジスタ２８の
エミツタとアースとの間に挿入される可変抵抗器
２９及びバイアス回路から成るものであつて、エ
ミツタ側に可変抵抗器２９に抵抗値によつてトラ
ンジスタ２８の動作点を設定し、ベースに入力さ
れるカラー信号が前記動作点に基き決定される電
圧レベルを境界としてそれ以上にレベルの場合に
のみトランジスタ２８が駆動される回路である。
即ち、トランジスタ２８のエミツタと接地との間
には、基準電源２０と接地との間に挿入された可
変抵抗器２９と抵抗器３１との直列体が存在し、
このエミツタ接地間の抵抗値にてトランジスタ２
８のエミツタ側電圧レベルが設定される。したが
つて、ローカツトオフ回路２７は、可変抵抗器２
９によつて設定されたエミツタ側電圧レベル以上
のカラー信号の電圧レベルがベースに入力された
ときにのみトランジスタ２８を動作させるもの
で、可変抵抗器２９の抵抗値を変化させることで
その値に応じたカラー信号の低レベル領域をカツ
トして出力しないこととなる。また、トランジス
タ２８のコレクタはドライブ用トランジスタ３２
のエミツタに直結され、カツトオフ後のカラー信
号を増幅した後カラーデイスプレイ装置２５へ出
力するように設けられている。尚、トランジスタ
２８のエミツタ側にはコンデンサ３３及び抵抗器
３４から成るバイアス回路が接続され、ドライブ
用トランジスタ３２のベース側にはダイオード３
５と抵抗器３６の並列体を介して上記バイアス回
路と共に基準電源２０に接続されている。

前記ローカツトオフ回路２７は、RGBセパレ
ート回路２６とカラーデイスプレイ装置２５との
間の各カラー信号回路に設けられ、可変抵抗器２
９の操作により夫々異なる動作点を有する。した
がつて、このローカツトオフ回路２７を経たカラ
ー信号は増幅されてカラーデイスプレイ装置２５
に入力されたとき、夫々カツトオフ領域を異にす
るため輝度レベルに応じてRGB信号の全てある
いはいずれか２信号の組合わせ若しくは１信号又
は無信号状態となるのでカラー画像を作り出す。
尚、カラーデイスプレイ装置２５は、プラウン管
が最も実用的であり、公知の種々の型式のものが
使用できる。たとえば、カラーテレビのブラウン
管をそのまま使用しても良い。

したがつて、以上のように構成された擬似カラ
ー画像装置において被写体は、その明るさに対応
する輝度信号として画像入力された後互いに同一
レベルのRGB信号に一旦分解され、任意のカラ
ー信号を任意レベルでカツトオフすることにより
加法混色法に従つて人為的にカラー信号を作り出
しカラー画像としてカラーデイスプレイ装置２５
に再現される。即ち、被写体の明るさに応じて
TVカメラ２１から出力される輝度信号はRGBセ
パレート回路２６において互いに同一レベルのＲ
信号、Ｇ信号、Ｂ信号にまず変換される。次い
で、各カラー信号は各々カラー信号回路に設けら
れたローカツトオフ回路２７において任意のカツ
トオフレベルを設定してそれ以下の領域のものが
カツトオフされる。

例えば、Ｒ信号はカツトオフ量を０としてその
全てを増幅の後カラー受像管５に出力する一方、
Ｇ信号はローカツトオフレベルを輝度レベルの最
大値の1/2に又Ｂ信号はローカツトオフレベルを
輝度レベルの4/5程度に設定してそれを越えるＧ
信号及びＢ信号を出力するようにすれば、カラー
デイスプレイ装置２５における画像は第６図に示
すように輝度レベルに応じて赤、黄、白の３色に
擬似カラー表示される。しかも、各色は、輝度レ
ベルに対応した明るさを有する。例えば、赤を例
に挙げると、赤の領域でも明るい赤と暗い赤及び
これらの中間色が存在するし、極めて輝度レベル
がが低くなれば赤は黒に見える。したがつて、こ
の擬似カラー画像は人間の目には黒、暗赤、赤、
黄、白の５色に見える。尚、黒く見える部分と暗
赤を明瞭に区別させるため、Ｒ信号のローカツト
オフレベルを輝度レベルの最大値の1/5以下程度
に設定して低輝度領域でのカラー信号出力を抑制
することもある。

また、第７図に示すように、擬似カラー化回路
２４は、ローカツトオフ回路２７の他にハイカツ
トカフ回路３７を設け、各カラー信号の低輝度領
域のみならず高輝度領域側も相互に異なるレベル
でハイカツトオフし、Ｒ信号、Ｇ信号、及びＢ信
号を夫々異なる輝度領域に分配することもある。

ここで、ハイカツトオフ回路３７は、一定電圧
レベル以上でのカラー信号をカツトオフし、その
カツトオフレベル未満のカラー信号のみを通過さ
せるものである。ハイカツトオフ回路３７の一例
としては、カラー信号をトランジスタ３８のベー
スバイアスである可変抵抗器３９とコレクタに入
力して一定レベル以上のカラー信号を地絡させる
ものであつて、RGBセパレート回路２６とロー
カツトオフ回路２７との間の抵抗器４０から分岐
される。即ち、抵抗器４０のRGBセパレート回
路２６側は抵抗器４１と可変抵抗器３９との直列
体を介して接地され、ローカツトオフ回路２７側
はトランジスタ３８のコレクタに接地される。更
に、トランジスタ３８は、エミツタ側が設置さ
れ、ベース側が可変抵抗器３９に接続される。そ
こで、可変抵抗器３９の抵抗値を変化させてある
値に設定すると、この値に基づきベスエミツタ間
の駆動レベルが決定されるので、カラー信号がこ
の駆動レベル以上の電圧レベルになつたときトラ
ンジスタ３８が駆動しカラー信号は地絡される。
この結果、可変抵抗器３９の設定値に基づくカラ
ー信号のハイレベルがカツトされることとなる。
なお、このハイカツトオフ回路３７は、各カラー
信号回路に夫々設けられ、異なる駆動レベル即ち
ハイカツトオフレベルが夫々設定されている。

したがつて、前記ハイカツトオフ回路３７及び
ローカツトオフ回路２７を経たカラー信号は、増
幅されてカラーデイスプレイ装置２５に入力され
たとき、夫々のカツトオフ領域を異にするため輝
度レベルに応じて異なる領域（端部において重複
する場合を含む）で出力されるのでカラー画像を
作り出す。即ち、被写体は、その明るさに対応す
る輝度信号として画像入力された後互いに同一レ
ベルのRGB信号に一旦分解され、それぞれ異な
るハイカツトオフレベル及びローカツトオフレベ
ルにてカツトオフされることにより人為的に作り
出されたカラー画像信号でカラーデイスプレイ装
置２５にカラー画像として再現される。ここで、
色指定は、例えば、高輝度帯を緑色に設定するに
はハイカツトオフレベルを輝度レベルの最大値レ
ベルに設定すると共にローカツトオフレベルを高
輝度側に持上げ、中輝度帯を青色に設定するには
ハイカツトオフレベルを最大輝度レベルの2/3程
度に設定すると共にローカツトオフレベルを中輝
度側に持上げ、低輝度帯を赤色に設定するにはハ
イカツトオフレベルを最大輝度レベルの1/3程度
に設定すると共にローカツトオフレベルを最低輝
度レベルに設定すれば、カラーデイスプレイ装置
２５における画像は赤、青、緑の３色に擬似カラ
ー表示される。このとき、ローカツトオフレベル
を下領域のハイカツトオフレベルより僅か下に設
定れば、色境界部に無信号部即ち黒色部を生じる
ことがないので輝度変化を観察する上で好適であ
る。この場合、第８図に示すように赤、紫、青、
クリーム、緑の５色に擬似カラー表示される。し
かも、各色は、輝度レベルに対応した明るさを有
する。例えば、赤を例に上げると、赤の領域でも
明るい赤と暗い赤及びこれらの中間色が存在する
し、極めて輝度レベルが低くなれば赤は黒に見え
る。したがつて、この擬似カラー画像は人間の目
には黒、暗赤、紫、青、クリーム、緑の６色に見
える。尚、黒く見える部分と暗赤を明瞭に区別さ
せるため、Ｒ信号のローカツトオフレベルを最低
輝度レベルより僅かに持上げて設定することによ
り、低輝度領域でのカラー信号出力を抑えること
もある。

更に、第９図に示すように擬似カラー化回路２
４は、ローカツトオフ回路２７及びハイカツトオ
フ回路３７の他に可変利得増幅回路４２を設け、
Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号を夫々異なる輝度領域
に分配すると共に任意のカラー信号を他のカラー
号よりも相対的に高利得で増幅し任意の色の明る
さを増すようにすることもある。ここで、可変利
得増幅回路４２の一例としては、入力ベース側に
可変抵抗器４３を設けたコンプリメンタリーダー
リントン回路であつて、各々のカラー信号回路に
おいて可変抵抗器４３の抵抗値を変えることによ
り入力信号電圧を変化させて任意のカラー信号を
他のカラー信号よりも結果的に高利得で増幅させ
得るものがある。

この擬似カラー化回路２４によれば、カラーデ
イスプレイ装置２５に映し出される画像は、上述
のハイカツトオフ回路３７及びローカツトオフ回
路２７を経てカラー信号が異なる輝度レベルに分
配され且つ任意のカラー信号のみを他のカラー信
号に比して高利得に増幅されて出力されるので、
所定範囲の輝度レベル毎に異なる色彩で被写体が
表示されかつ任意の輝度レベルを現わす色彩が強
調されたカラー画像を作り出す。

輝度に対応するカラー画像は、第１０図に示す
ように、高輝度帯に緑色を、中輝度帯に青色を及
び低輝度帯に赤色を設定して黒、暗赤、紫、青、
クリーム、緑の６色にカラー表示したとしても、
低輝度レベル領域においては明度低下のためその
変化を観察し難くなる問題がある。そこで、Ｒ信
号回路の可変利得増幅回路４２内の可変抵抗器４
３の抵抗値を下げることにより入力信号電圧を高
めて他のカラー信号よりも増幅し、低輝度帯の色
を明るく強調すれば良い。例えば、気泡を密に含
む流体を燃料に見立てた場合の燃焼系水流モデル
において燃焼用空気が燃料よりかなり多く単位体
積中の気泡数が少ない場合の領域は、低輝度とな
りそのままでは観察が容易でないが、Ｒ信号を増
幅して低輝度成分を明るく強調すればその部分が
輪郭を成すように浮上るので観察が容易となる。

上述したように、擬似カラー化画像システムＢ
の擬似カラー化回路２４を、第５，７，９図によ
うに構成し、この擬似カラー化画像システムＢに
よつて、微細かつ均質な気泡を大量に含む流体で
可視化装置Ａ内に再現された流れ場をカラー画像
で再生する場合には、流れ場における流体の濃度
分布は、単位体積中における気泡数即ち濃度と散
乱光の強度との間の相似関係に基づいて所定範囲
の輝度レベル毎に異なる色彩とその明度の違いに
よつて表示されるため、濃度分布の可視化が可能
となる。

更に、擬似カラー化画像システムＢは、アナロ
グ画像信号をデジタル画像信号に変換することな
く任意配色のカラー画像信号に変換できるため、
高速かつ大容量のコンピユータを使用しても尚静
止画像でしかカラー表示できなかつた従来の擬似
カラー化に比べて、入力画像を実時間で任意のカ
ラー画像に変換でき緻密な動体画像の擬似カラー
表示が必要な濃度の可視化に適したものとなる。

しかも、コンピユータ等を使わないため、濃度
の可視化に適した擬似カラー化を、極めて安価に
達成できることになる。

尚、燃焼バーナで形成される火炎は、燃料と燃
焼用空気とが理論混合比付近で最高温度に達し白
熱化するのであるが、気泡を含む流体を燃料に見
立てた前述の水流モデルにおいてその領域は気泡
数が少ないために最高輝度レベル領域とは異な
る。むしろ、最も輝度レベルの高い領域即ち気泡
が多数存在する領域は、実際のバーナ火炎では燃
焼用空気が存在しないので火炎外周温度より温度
が低く暗赤色に近づく。そこで第５図の擬似カラ
ー化回路において、RGBセパレート回路２６と
ローカツトオフ回路２７の間にインバータ回路４
４例えば第１１図に示すようなインバータ回路を
挿入し理論混合比に相当する輝度領域（一般に低
輝度領域となる）の信号をもつとも電圧レベルの
高い信号に変換する一方、本来の高輝度領域の信
号レベルを低下させることにより、火炎の外周付
近が白くなるカラー画像にできる。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかなように、本発明の濃度
可視化装置は、微細かつ均質な気泡を密に含む水
流で流れ場を再現し、これにスリツト光を当てて
乱反射させることにより任意断面における流れを
可視化する一方、その散乱光をTVカメラで撮影
し、流れ場の明るさに応じてTVカメラから出力
される輝度信号をRGBセパレート回路において
互いに同一レベルのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に変
換し、このRGB信号のいずれか１つ又は２つあ
るいは全てをそれぞれ異なる電圧レベルにおいて
カツトオフとした後カラーデイスプレイ装置に出
力してカラー画像を構成することにより、流れ場
における流体の濃度分布を、単位体積中における
気泡数即ち濃度と散乱光の明るさの強度との間の
比例関係に基づいて所定範囲の輝度レベル毎に異
なる色彩とその明度の違いによつて表示するよう
にしたので、濃度分布の可視化が可能となる。

更に、アナログ画像信号をデジタル画像信号に
変換することなく任意配色のカラー画像信号に変
換するようにしたため、入力画像を実時間で擬似
カラー化できることから、緻密な動体画像の擬似
カラー表示が必要な濃度の可視化に適した擬似カ
ラー化を実現できる。しかも、コンピユータ等を
使わないため、濃度の可視化に適した擬似カラー
化を、極めて安価に達成できるという実用上多大
な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水流モデルにおける濃度
可視化装置を構成する流れ場可視化装置の概略
図、第２図は同じ擬似カラー画像装置の概略図、
第３図はオリフイス径と気泡粒径割合との関係を
求めた実験結果を示すグラフ、第４図は可視化さ
れた流れ場を示す説明図、第５図は擬似カラー化
回路の一実施例を示す回路図、第６図は擬似カラ
ー化を示す説明図、第７図は擬似カラー化回路の
他の実施例を示す回路図、第８図は擬似カラー化
を示す説明図、第９図は擬似カラー化回路の更に
他の実施例を示す回路図、第１０図は擬似カラー
化を示す説明図、第１１図は擬似カラー化回路に
挿入されるインバータ回路を示す回路図である。 １……水槽、３……スリツト光源、４……気
泡、５……スリツト光、８……管路、９……オリ
フイス、２１……TVカメラ、２４……擬似カラ
ー化回路、２５……カラーデイスプレイ装置、２
７……ローカツトオフ回路、３７……ハイカツト
オフ回路、４２……可変利得増幅回路、Ａ……可
視化装置、Ｂ……擬似カラー化画像システム（擬
似カラー画像装置）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モデル水槽と圧力水供給源とを繋ぐ管路に直
   径３mm以下の小孔を少なくとも１つ穿孔したオリ
   フイスを設置してオリフイス通過時の局所的圧力
   低下に伴う脱気現象によつて微細かつ均質な気泡
   を水流中に大量に出現させ、この微細かつ均質な
   気泡を密に含む水流で水槽内に流れ場を再現し、
   この流れ場にスリツト光を当てて気泡での乱反射
   により任意断面における流れを可視化する可視化
   装置と、散乱光をTVカメラで撮影し、該カメラ
   から前記流れ場の明るさに応じて出力される輝度
   信号をRGBセパレート回路に導入して互いに同
   一レベルのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に変換し、こ
   のRGB信号のいずれか１つ又は２つあるいは全
   てをそれぞれ異なる信号電圧レベルにおいてカツ
   トオフした後カラーデイスプレイ装置に出力し、
   流れ場における流体の濃度分布を色彩とその明度
   の違いによつて表示する擬似カラー画像装置とか
   ら成ることを特徴とする水流モデルにおける濃度
   可視化装置。