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JPH0663906B2 - Visualization method of flow by image processing - Google Patents
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JPH0663906B2 - Visualization method of flow by image processing - Google Patents

Visualization method of flow by image processing

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JPH0663906B2
JPH0663906B2 JP2253459A JP25345990A JPH0663906B2 JP H0663906 B2 JPH0663906 B2 JP H0663906B2 JP 2253459 A JP2253459 A JP 2253459A JP 25345990 A JP25345990 A JP 25345990A JP H0663906 B2 JPH0663906 B2 JP H0663906B2
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敏雄 小林
和義 井内
勉 波江野
光雄 松本
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像処理による流れの可視化方法に関するも
のである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of visualizing a flow by image processing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

流れ場の可視化手法により流れを把握する試みは古くか
らあり、壁面トレース法、タフト法、直接注入法等がよ
く知られている。
There have been many attempts to grasp the flow by the visualization method of the flow field, and the wall tracing method, the tuft method, the direct injection method, etc. are well known.

壁面トレース法は、物体表面に油等を塗布し、流れによ
って現れる筋模様から流れの状態、方向、速度を求める
ものである。
The wall surface tracing method is a method in which oil or the like is applied to the surface of an object and the flow state, direction, and velocity are obtained from the streak pattern that appears due to the flow.

タフト法は、多数の糸を物体表面に張り、そのなびき具
合から流れを測定するものである。
The tuft method is a method in which a large number of threads are stretched on the surface of an object and the flow is measured from the degree of fluttering.

直接注入法は、流れ内に染料を入れ、その染料の流跡で
流れを可視化するものである。
The direct injection method involves putting a dye in the stream and visualizing the stream by the trace of the dye.

近年、流れ領域全体を一度に可視化し、流速、流れ関数
等の物理量を算出することや、流れ領域全体の物理量の
時間的変化を算出することに関する関心は著しく強い。
流れ領域内の任意の断面を可視化することや、例えば水
だけの速度ではなく、水中の気泡の速度等の可視化に関
しての関心も著しく強く、この可視化を可能にするため
の試みとして、論文「日本機械学会論文(B編)」第5
5巻、509号(1989−1)、107〜114頁に
記載のような方法が提案されている。この方法は、流れ
場にトレーサ粒子を混入し、このトレーサ粒子に連続光
又はストロボ光を当てて、その軌跡を画像処理するもの
である。画像処理は、例えばテレビジョンカメラから画
像を入力し、そのフレーム情報をフィールト情報に変換
し、連続する4時刻分のフィールド情報を夫々画像処理
して個々の粒子の軌跡を追跡する。そして、個々のトレ
ーサ粒子の軌跡から流れ場を可視化して、各種物理量を
求めるものである。
In recent years, there has been remarkably strong interest in visualizing the entire flow region at one time and calculating physical quantities such as a flow velocity and a flow function, and calculating temporal changes in the physical quantity of the entire flow region.
There is a strong interest in visualizing arbitrary cross sections in the flow region, for example, not only the velocity of water but also the velocity of bubbles in water, and as an attempt to enable this visualization, the paper `` Japan The Japan Society of Mechanical Engineers (Part B) "No. 5
Volume 5, No. 509 (1989-1), pages 107 to 114 have been proposed. In this method, tracer particles are mixed in the flow field, and the tracer particles are irradiated with continuous light or strobe light to image-process the trajectory thereof. In image processing, for example, an image is input from a television camera, its frame information is converted into field information, and the field information for four consecutive times is subjected to image processing to trace the trajectory of each particle. Then, the flow field is visualized from the traces of the individual tracer particles to obtain various physical quantities.

上記論文に示されている方法を概略的に説明すると、ま
ず、テレビジョンカメラから入力された信号から連続し
た4時刻分のフィールド情報を取り出し、各時刻におい
て夫々画像処理を行って、各トレーサ粒子の重心位置を
求める。この時に実行される画像処理は、ノイズ処理、
2値化処理及び重心位置の算出処理である。即ち、得ら
れた画像情報から背景画像を除去した後、所定のしきい
値で2値化し、更に、トレーサ粒子よりも小さい粒子を
除去するノイズ処理を行った後、ラベリング処理を行
い、このラベリング処理によって得られた各粒子の構成
画素(x、y)からその粒子の重心位置を算出す
る。
Explaining the method shown in the above paper in brief, first, field information for four consecutive times is extracted from a signal input from a television camera, and image processing is performed at each time to obtain tracer particles. Find the center of gravity of. The image processing executed at this time is noise processing,
It is a binarization process and a gravity center position calculation process. That is, after removing the background image from the obtained image information, binarization is performed at a predetermined threshold value, and noise processing for removing particles smaller than tracer particles is performed, and then labeling processing is performed. The position of the center of gravity of each particle is calculated from the constituent pixels (x i , y i ) of each particle obtained by the processing.

次に、粒子の対応づけを行うが、まず、追跡すべき粒子
の第1時刻における重心位置から適度な半径で捜索範囲
を指定する。そして、第2時刻の画像においてこの捜索
範囲内に存在する全ての粒子の重心位置を移動先候補の
重心位置として抽出する。次に、第1時刻における粒子
の重心位置と第2時刻において抽出された各移動先候補
の重心位置とから各移動先候補の粒子の速度ベクトルを
算出する。そして、それらの速度ベクトルに基づいて、
第3時刻における捜索中心点を夫々決定し、各捜索中心
点の回りに比較的小さな半径で捜索範囲を設定する。そ
して、各捜索範囲内に存在する粒子の重心位置を第3時
刻における移動先候補として抽出する。更に、同様の手
順により第4時刻における移動先候補を抽出する。この
ようにして第2〜第4時刻の全てに移動先候補が存在し
た経路をその粒子の仮想経路として抽出する。そして、
抽出された仮想経路が1つの場合には、それをその粒子
の移動経路として認定する。一方、抽出された仮想経路
が複数存在する場合には、所定の判定条件に基づきそれ
らの中から最も妥当な経路を選定する。
Next, the particles are associated with each other. First, the search range is designated by an appropriate radius from the position of the center of gravity of the particles to be tracked at the first time. Then, the barycentric positions of all the particles existing within this search range in the image at the second time are extracted as the barycentric positions of the destination candidates. Next, the velocity vector of the particle of each destination candidate is calculated from the position of the center of gravity of the particle at the first time and the position of the center of gravity of each destination candidate extracted at the second time. And based on those velocity vectors,
Each search center point at the third time is determined, and the search range is set around each search center point with a relatively small radius. Then, the position of the center of gravity of the particles existing in each search range is extracted as the destination candidate at the third time. Further, the destination candidates at the fourth time are extracted by the same procedure. In this way, the route in which the destination candidate exists at all of the second to fourth times is extracted as the virtual route of the particle. And
If there is one extracted virtual path, it is recognized as the movement path of the particle. On the other hand, when there are a plurality of extracted virtual routes, the most appropriate route is selected from them based on a predetermined determination condition.

以上の追跡処理を全ての粒子に対して行い、それらの中
で同一時刻に同一座標を共有する経路があった場合に
は、それらを不良データとして削除する。また、測定時
間内に測定領域から流出した等の理由から全ての時刻で
の対応づけができなかった粒子のデータは採用しない。
このようにして求められた各トレーサ粒子の移動経路か
ら所定の物理量、例えば、流速や流れ関数を求める。
The above tracking process is performed for all particles, and if there is a path that shares the same coordinates at the same time, they are deleted as defective data. In addition, the data of particles that could not be associated at all times due to reasons such as flowing out of the measurement area within the measurement time is not adopted.
A predetermined physical quantity, such as a flow velocity or a stream function, is obtained from the movement path of each tracer particle thus obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、前記壁面トレース法では、物体の表面か
ら離れた空間での流れの可視化は困難であり、また、タ
フト法では、任意の断面での流れの可視化は困難である
という問題があった。更に、前記直接注入法では、染料
の流跡上での速度は把握できるが、流れ領域の全体を一
度に可視化することはできないという問題があった。
However, the wall tracing method has a problem that it is difficult to visualize a flow in a space away from the surface of the object, and the tuft method has a problem that it is difficult to visualize a flow in an arbitrary cross section. Further, the direct injection method has a problem that the velocity of the dye on the flow track can be grasped, but the entire flow region cannot be visualized at one time.

また、上記論文に記載された方法は、上の問題を全て解
決した優れた方法であるが、この方法では、各トレーサ
粒子の移動経路から所定の物理量、例えば、流速や流れ
関数を求め、その物理量を用いて流れ場を可視化しない
と、流れ場の具体的な把握が困難であるという問題があ
った。即ち、各トレーサ粒子の重心位置を求めただけの
画像では、流れ場を具体的若しくは直観的に把握するこ
とが困難であった。
Further, the method described in the above paper is an excellent method that solves all the above problems, but in this method, a predetermined physical quantity from the moving path of each tracer particle, for example, the flow velocity and the stream function, There was a problem that it was difficult to grasp the flow field concretely unless the flow field was visualized using physical quantities. That is, it is difficult to grasp the flow field concretely or intuitively with an image in which only the barycentric position of each tracer particle is obtained.

そこで、本発明の目的は、従来の壁面トレース法、タフ
ト法及び直接注入法の欠点である流れ領域を一度に可視
化することが不可能であるという問題を解決しつつ、比
較的簡単な処理で、流れ場を具体的若しくは直観的に把
握することが容易な流れの可視化方法を提供することで
ある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the problem that it is not possible to visualize the flow region at a time, which is a drawback of the conventional wall tracing method, tuft method and direct injection method, while performing a relatively simple process. , It is to provide a flow visualization method that makes it easy to grasp the flow field concretely or intuitively.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記課題を解決するために、本発明の画像処理による流
れの可視化方法では、所定の粒子径を有する粒子を混入
した流体にレーザー光を光シート状に広げて照射して、
その照射による前記粒子の散乱光又は蛍光をテレビカメ
ラで撮像し、その際、各フレームの前フィールドと後フ
ィールドの一方に1つのレーザー光パルスを照射し、他
方に2つ以上6つ以下のレーザー光パルスを間欠的に照
射して、これにより得られた前記テレビカメラの出力
を、連続する2つのフレームにおいて、前フレームの前
フィールドと後フィールドの情報を合成した情報を第1
の画像情報として録画媒体に記録するとともに、前フレ
ームの後フィールドと後フィルタの前フィールドの情報
を合成した情報を第2の画像情報として前記録画媒体に
記録し、前記録画媒体から読み出した前記第1及び第2
の画像情報を夫々画像処理して前記粒子の重心画像を夫
々形成する。
In order to solve the above problems, in the flow visualization method by image processing of the present invention, a laser light is spread in a light sheet to irradiate a fluid mixed with particles having a predetermined particle diameter,
The scattered light or fluorescence of the particles due to the irradiation is imaged with a television camera, and at that time, one laser light pulse is irradiated to one of the front field and the rear field of each frame, and the other has two to six lasers. The information obtained by irradiating light pulses intermittently and combining the information of the front field and the rear field of the previous frame in the two consecutive frames obtained by this is first
Information recorded in the recording medium as the second image information is recorded on the recording medium as the second image information and is recorded on the recording medium as the second image information. 1st and 2nd
Image information of the particles is subjected to image processing to form respective barycentric images of the particles.

〔作用〕[Action]

本発明においては、シート状のレーザー光により流れ領
域内の任意の断面の可視化が行われる。
In the present invention, visualization of an arbitrary cross section in the flow region is performed by the sheet-shaped laser light.

このレーザーの光の照射においては、例えば、第1図に
示すように、各フレームの前フィールドの後半に1度、
そのフレームの後フィールドの前半に2度以上6度以下
の間欠的な照射を行う。レーザー光の照射は、前フィー
ルドと後フィールドを逆にしてもよい。そして、このシ
ート状の照射光内での粒子の散乱光又は蛍光をテレビカ
メラを通して録画媒体に記録するが、録画においては、
例えば、連続する2つのフレームの前フレームの前フィ
ールドと後フィールドの光を積分して記録信号中の前フ
レームの前フィールドの画像情報とし、また、前フレー
ムの後フィールドと後フィールドの前フレームの光を積
分して記録信号中の前フレームの後フィールドの画像情
報とする。
In the irradiation of the laser light, for example, as shown in FIG. 1, once in the latter half of the previous field of each frame,
Intermittent irradiation of 2 degrees or more and 6 degrees or less is performed in the first half of the rear field of the frame. The irradiation of the laser light may be reversed between the front field and the rear field. Then, the scattered light or fluorescence of the particles in this sheet-shaped irradiation light is recorded on a recording medium through a television camera.
For example, the light of the front field and the rear field of the two consecutive frames is integrated to obtain the image information of the front field of the front frame in the recording signal, and the light information of the rear field and the front field of the rear field of the previous frame is integrated. The light is integrated to form image information of the rear field of the previous frame in the recording signal.

次に、録画された画像情報から同一フレーム上の2つの
フィールド情報を取り出して、夫々、画像処理により粒
子の重心位置を算出し、その粒子の重心位置を画像化し
て、粒子の重心画像を形成する。
Next, two pieces of field information on the same frame are extracted from the recorded image information, and the barycentric positions of the particles are calculated by image processing, and the barycentric positions of the particles are imaged to form a barycentric image of the particles. To do.

このようにして形成した粒子の重心画像は、例えば、第
3図及び第4図に示したようなものであり、流れの様子
を直観的に比較的容易に把握することができる。そし
て、これらの画像から、直接的に、流速や流れの方向を
算出することが可能である。
The images of the center of gravity of the particles formed in this manner are as shown in FIGS. 3 and 4, for example, and the flow state can be intuitively and relatively easily grasped. Then, it is possible to directly calculate the flow velocity and the flow direction from these images.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図(A)及び(B)は、本発明の方法を実施するた
めの装置の構成例を示す斜視図及びブロック構成図であ
る。この装置は、同図(A)に示すように、アルゴンレ
ーザー源1、レーザーコントローラ2、光ファイバー
3、ピンホール4、光学レンズ5、肉厚10mmのアクリ
ル製容器6、NTSC規格に準ずるCCDカメラ7、録
画再生装置8及び録画再生装置8に接続されたモニター
9を有している。また、同図(B)に示すように、録画
再生装置8には計算機10が接続され、計算機10には
フレームメモリ11、外部記憶装置12及びモニター1
3が夫々接続されている。
2 (A) and 2 (B) are a perspective view and a block configuration diagram showing an example of the configuration of an apparatus for carrying out the method of the present invention. As shown in FIG. 1A, this device includes an argon laser source 1, a laser controller 2, an optical fiber 3, a pinhole 4, an optical lens 5, an acrylic container 6 having a thickness of 10 mm, and a CCD camera 7 conforming to the NTSC standard. The recording / reproducing apparatus 8 and the monitor 9 connected to the recording / reproducing apparatus 8 are provided. Further, as shown in FIG. 1B, a computer 10 is connected to the recording / playback device 8, and the computer 10 has a frame memory 11, an external storage device 12 and a monitor 1.
3 are connected respectively.

この装置において、アルゴンレーザー源1から照射され
たレーザー光は一度レーザーコントローラ2に入れら
れ、このコントローラ2内の音響光学セルにより任意の
間隔で光ファイバー3に入射され、光ファイバー3の先
端に取り付けられたレンズ5にて厚み2mm以下のレーザ
ーシート1Aを作り、アクリル製容器6内の流体中に照
射される。なお、本実施例で用いた流体は水である。
In this apparatus, the laser light emitted from the argon laser source 1 is once entered into the laser controller 2, and is incident on the optical fiber 3 at arbitrary intervals by the acousto-optic cell in the controller 2, and is attached to the tip of the optical fiber 3. A laser sheet 1A having a thickness of 2 mm or less is made with the lens 5 and irradiated into the fluid in the acrylic container 6. The fluid used in this example is water.

アルゴンレーザー源1から光ファイバー3にレーザー光
を入射するにあたっては、光ファイバー3のコア径が大
きいほど光ファイバー3内での光の損失が少ないが、コ
ア径を大きくすると、形成されるアルゴンレーザーシー
ト1Aの厚みが厚くなるので、光ファイバー3とレンズ
5との間にピンホール4等を設けて、アルゴンレーザー
シート1Aを薄くすることが好ましい。
When the laser beam is incident on the optical fiber 3 from the argon laser source 1, the larger the core diameter of the optical fiber 3 is, the less the light loss in the optical fiber 3 is. However, when the core diameter is increased, the argon laser sheet 1A is formed. Since the thickness increases, it is preferable to provide the pinhole 4 and the like between the optical fiber 3 and the lens 5 to thin the argon laser sheet 1A.

なお、本実施例では、光ファイバー3のコア径を100
μmとして光ファイバー3内での光の損失を少なくし、
先端のレンズ5と光ファイバー3との間に、光ファイバ
ー3の先端から30mmの位置に内径1mmのピンホール4
を設けてレーザーシート厚みを調整した。
In this embodiment, the core diameter of the optical fiber 3 is 100.
μm to reduce the loss of light in the optical fiber 3,
Between the lens 5 at the tip and the optical fiber 3, a pinhole 4 having an inner diameter of 1 mm is located at a position 30 mm from the tip of the optical fiber 3.
Was provided to adjust the thickness of the laser sheet.

第2図(A)において、アクリル製容器6には水が満た
されており、このアクリル製容器6の図中手前の面が大
気開放になっている。このアクリル製容器6には、図中
上面より連続的に水が供給されており、図中下面から連
続的に水が排水されている。
In FIG. 2 (A), the acrylic container 6 is filled with water, and the front surface of the acrylic container 6 in the drawing is open to the atmosphere. Water is continuously supplied to the acrylic container 6 from the upper surface in the figure, and water is continuously drained from the lower surface in the figure.

このアクリル製容器6内の水の流れ場を可視化するため
に、水の流れに追従する粒子をアクリル製容器の上面よ
り連続的に入れ、容器内の可視化したい断面に光学レン
ズ5からアルゴンレーザー光をシート状に照射する。そ
して、レーザーシート1Aの面と直交する方向にCCD
カメラ7を置き、粒子がレーザーシート面内を通過する
時に散乱若しくは蛍光した光をそのシート面と直交する
方向から撮影し、録画再生装置8に連続的に記録するこ
とにより、レーザーシート1A内の映像を録画する。こ
の録画時には、録画再生装置8に接続されたモニター9
で録画状態を確認する。
In order to visualize the flow field of water in the acrylic container 6, particles that follow the flow of water are continuously introduced from the upper surface of the acrylic container, and an argon laser beam is emitted from the optical lens 5 to the section to be visualized in the container. Is irradiated in a sheet form. Then, the CCD is mounted in the direction orthogonal to the surface of the laser sheet 1A.
By placing the camera 7 and photographing the light scattered or fluorescent when the particles pass through the surface of the laser sheet from a direction orthogonal to the sheet surface and continuously recording the same on the recording / reproducing device 8, the inside of the laser sheet 1A can be recorded. Record the video. During this recording, the monitor 9 connected to the recording / playback device 8
Check the recording status with.

混入する粒子としては、アクリル製球形粒子やその粒子
の表面をメチレンブルー等の染料で表面改質して散乱若
しくは蛍光強度を強くしたものを用いるのが好ましい。
本実施例では、表面改質をしない粒子径30μm、密度
1g/cm3の粒子を用いた。
As the particles to be mixed, it is preferable to use acrylic spherical particles or particles whose surface has been surface-modified with a dye such as methylene blue to increase scattering or fluorescence intensity.
In this example, particles having a surface diameter of 30 μm and a density of 1 g / cm 3 were used without surface modification.

次に、録画された情報は録画再生装置8で再生され、1
/30秒単位のフレーム情報が、計算機10に接続され
たフレームメモリ11を通し、外部記憶装置12に記憶
される。そして、このフレーム情報は、更に、計算機1
0内部のソフトウェアで1/60秒のフィールド情報に
分けられた後、再度、外部記憶装置12に記憶される。
Next, the recorded information is reproduced by the recording / reproducing device 8 and
Frame information in units of / 30 seconds is stored in the external storage device 12 through the frame memory 11 connected to the computer 10. Then, this frame information is further calculated by the computer 1.
After being divided into 1/60 second field information by the software inside 0, it is stored again in the external storage device 12.

外部記憶装置12に記憶された各時刻の情報は、一旦、
フレームメモリ11にコピーされ、各フィールド情報ご
とに画像処理を行い、粒子の重心位置を算出する。ここ
で用いた画像処理は、ノイズ処理、2値化及び粒子の重
心算出処理である。算出された重心位置のデータは一時
的に計算機10の外部記憶装置12に記憶される。
The information of each time stored in the external storage device 12 is temporarily
It is copied to the frame memory 11, image processing is performed for each field information, and the barycentric position of particles is calculated. The image processing used here is noise processing, binarization, and particle centroid calculation processing. The calculated center-of-gravity position data is temporarily stored in the external storage device 12 of the computer 10.

次に、本実施例による流れ領域内の任意の断面の流れの
具体的な可視化方法について説明する。
Next, a specific visualization method of the flow of an arbitrary cross section in the flow region according to the present embodiment will be described.

まず、流れ領域内に厚み3mm以下のシート状のアルゴン
レーザー光を照射する。このレーザー光の照射において
は、第1図のレーザー光パルス〜に示すように、前
フレームの前フィールドの後半に1度、前フレームの後
フィールドの前半に2度以上6度以下(図では3度)間
欠的に照射する。なお、液体、気体等の単相流の測定に
おいては、蛍光若しくは散乱可能な粒子径2mm以下10
μm以上(実施例では30μm)の粒子を入れるものと
する。
First, a sheet-like argon laser beam having a thickness of 3 mm or less is irradiated into the flow region. In this laser light irradiation, as shown in laser light pulse of FIG. 1, as shown in (1) in the latter half of the front field of the previous frame and in the first half of the rear field of the previous frame, 2 ° to 6 ° (3 in FIG. Irradiate intermittently. When measuring a single-phase flow of liquids, gases, etc., the diameter of particles that can be fluorescent or scattered is 2 mm or less 10
Particles with a size of μm or more (30 μm in the example) are put in.

次に、このレーザーシート1Aの照射光内での粒子の散
乱光若しくは蛍光をCCDカメラ7を通じて記録媒体に
録画するが、この録画においては、まず、各フィールド
のカメラ出力a、b、c、dから前フレームの前フィー
ルドの出力aと後フィールドの出力bの光を積分して光
の積分aとなし、これを記録信号中の前フレームの前フ
ィールドの画像情報とし、また、前フレームの後フィー
ルドの出力bと後フレームの前フィールドの出力cの光
を積分して光の積分bとなし、これを記録信号中の前フ
レームの後フィールドの画像情報として夫々録画媒体に
記録する。
Next, the scattered light or fluorescence of the particles within the irradiation light of the laser sheet 1A is recorded on the recording medium through the CCD camera 7. In this recording, first, the camera outputs a, b, c, d of each field are recorded. From the output a of the front field of the previous frame and the output b of the output of the rear field to form an integration a of the light, which is used as image information of the front field of the previous frame in the recording signal. The light from the output b of the field and the light from the output c of the front field of the rear frame are integrated into a light integration b, which is recorded on the recording medium as image information of the rear field of the front frame in the recording signal.

上記のようにして録画された画像情報から、記録信号中
の同一フレームの前後2つのフィールド情報を取り出
し、夫々、画像処理により粒子の重心位置を算出する。
そして、そのデータから、粒子の重心画像を形成する。
From the image information recorded as described above, two pieces of field information before and after the same frame in the recording signal are extracted, and the barycentric position of the particle is calculated by image processing.
Then, a barycentric image of the particle is formed from the data.

第3図に、第1図に示す前フレームの前フィールドの録
画再生装置8の出力aを画像処理した結果の重心画像を
示す。また、第4図に、第1図に示す前フレームの後フ
ィールドの録画再生装置8の出力bを画像処理した結果
の重心画像を示す。図中の黒丸は、間欠的に照射された
レーザー光により撮像された粒子の重心位置を示したも
のであり、第3図にはレーザー光のパルスによ
り撮像された粒子が、第4図にはレーザー光のパルス
により撮像された粒子が夫々示されている。
FIG. 3 shows a center-of-gravity image as a result of image processing of the output a of the recording / reproducing apparatus 8 in the previous field of the previous frame shown in FIG. Further, FIG. 4 shows a center-of-gravity image as a result of image-processing the output b of the recording / reproducing device 8 in the rear field of the previous frame shown in FIG. The black circles in the figure show the positions of the centers of gravity of the particles imaged by the laser light emitted intermittently. In FIG. 3, the particles imaged by the pulse of the laser light are shown in FIG. Each particle imaged by a pulse of laser light is shown.

第5図は、第3図と第4図を重ね合わせて粒子の対応付
けを行ったものであるが、本実施例の特徴的なレーザー
光の照射方法及び信号処理方法により、粒子の対応付け
が極めて容易であることが分かる。この結果、これらの
画像から、直接的に流れの向きと流速(レーザー光パル
スの照射間隔は既知であるので)を求めることができ
る。図中の矢印は、求められた流れの向きと流速をベク
トル表示で表したものである。
FIG. 5 shows the correspondence of particles by superposing FIGS. 3 and 4, and the correspondence of particles is obtained by the characteristic laser beam irradiation method and signal processing method of the present embodiment. It turns out that is very easy. As a result, the flow direction and the flow velocity (since the irradiation interval of the laser light pulse is known) can be directly obtained from these images. The arrows in the figure represent the obtained flow direction and flow velocity in vector display.

なお、粒子の追跡方法としては、既述した論文の方法と
類似の方法によって計算機に行わせることも可能であ
る。その場合、特に、流速の大きな流れ場において、粒
子の移動距離が大きい時には、通常、粒子の対応付けが
究めて困難であるが、本実施例の方法により得られる粒
子像の特徴をアルゴリズムに組み込むことにより、かな
り正確な追跡が可能となる。また、複雑な流れをする流
跡を追いかける試みでは、上記論文の方法によれば、連
続した3/60秒間、流体が複雑な挙動をしないことが
前提となるが、本実施例の方法を適用すれば、その場合
でも、かなり正確な追跡が可能となる。
As a particle tracking method, it is possible to make the computer perform a method similar to the method described in the above-mentioned paper. In that case, especially in a flow field with a high flow velocity, when the moving distance of the particles is large, it is usually difficult to associate the particles, but the features of the particle image obtained by the method of the present embodiment are incorporated into the algorithm. This allows for fairly accurate tracking. Further, in an attempt to follow a trace of a complicated flow, according to the method of the above-mentioned paper, it is premised that the fluid does not behave in a complicated manner for continuous 3/60 seconds, but the method of this embodiment is applied. Then, even in that case, fairly accurate tracking is possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明から明らかなように、本発明による流れの可
視化方法によれば、任意の断面の流れの可視化が可能で
あると同時に、流れの状態を直観的に比較的容易に把握
することが可能な流れ場の画像を得ることができる。
As is clear from the above description, according to the flow visualization method of the present invention, it is possible to visualize the flow of an arbitrary cross section and at the same time, intuitively and relatively easily grasp the flow state. You can get images of various flow fields.

また、その画像を用いて流れ場を定量的に解析すること
も可能である。
It is also possible to quantitatively analyze the flow field using the image.

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

第1図は本発明の実施例によるパルスレーザーの発信と
カメラ出力と光の積分との関係を示すタイミングチャー
ト、第2図(A)及び(B)は本発明を実施する装置の
構成例を示す概略斜視図及びブロック構成図、第3図は
第1図の前フィールド情報を画像処理した粒子の重心画
像を示す概念図、第4図は第1図の後フィールド情報を
画像処理した粒子の重心画像を示す概念図、第5図は第
3図と第4図を重ね合わせて粒子の対応付けを行った状
態を示す概念図である。 なお、図面に用いた符号において、 1……アルゴンレーザー源 1A……レーザーシート 2……レーザーコントローラ 6……アクリル製容器 7……テレビカメラ 8……録画再生装置 9、13……モニター 10……計算機 11……フレームメモリ 12……外部記憶装置 である。
FIG. 1 is a timing chart showing the relationship between pulse laser emission, camera output, and light integration according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (A) and 2 (B) are structural examples of an apparatus for carrying out the present invention. FIG. 3 is a schematic perspective view and a block configuration diagram showing FIG. 3, FIG. 3 is a conceptual diagram showing a center of gravity image of a particle obtained by image-processing the front field information of FIG. 1, and FIG. FIG. 5 is a conceptual diagram showing a centroid image, and FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state in which particles are associated with each other by superposing FIGS. 3 and 4. In the reference numerals used in the drawings, 1 ... Argon laser source 1A ... Laser sheet 2 ... Laser controller 6 ... Acrylic container 7 ... TV camera 8 ... Recording / playback device 9, 13 ... Monitor 10 ... ... Computer 11 ... Frame memory 12 ... External storage device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 光雄 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 會社君津製鐵所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuo Matsumoto 1 Kimitsu, Kimitsu-shi, Chiba Nippon Steel Stock Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の粒子径を有する粒子を混入した流体
にレーザー光を光シート状に広げて照射して、その照射
による前記粒子の散乱光又は蛍光をテレビカメラで撮像
し、その際、各フレームの前フィールドと後フィールド
の一方に1つのレーザー光パルスを照射し、他方に2つ
以上6つ以下のレーザー光パルスを間欠的に照射して、
これにより得られた前記テレビカメラの出力を、連続す
る2つのフレームにおいて、前フレームの前フィールド
と後フィールドの情報を合成した情報を第1の画像情報
として録画媒体に記録するとともに、前フレームの後フ
ィールドと後フレームの前フィールドの情報を合成した
情報を第2の画像情報として前記録画媒体に記録し、前
記録画媒体から読み出した前記第1及び第2の画像情報
を夫々画像処理して前記粒子の重心画像を夫々形成する
ことを特徴とする画像処理による流れの可視化方法。
1. A laser light is spread on a fluid mixed with particles having a predetermined particle diameter in a light sheet shape and irradiated, and the scattered light or fluorescence of the particles caused by the irradiation is imaged by a television camera. One laser light pulse is irradiated to one of the front field and the rear field of each frame, and the other is intermittently irradiated with two or more and six or less laser light pulses,
The output of the television camera thus obtained is recorded as the first image information on the recording medium as information obtained by combining the information of the front field and the information of the rear field of the previous frame in two consecutive frames, and Information obtained by combining the information of the rear field and the information of the previous field of the rear frame is recorded as the second image information on the recording medium, and the first and second image information read from the recording medium are subjected to image processing to perform the image processing. A method of visualizing a flow by image processing, which comprises forming respective centroid images of particles.
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