距離画像を用いた3次元粒子画像流速分布測定法の実用化

• 研究課題/領域番号: 07750192
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 村田 滋 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (50174298)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1995年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 流体計測 / 3次元測定 / 距離画相 / 流れの可視化 / 画像処理 / フーリエ変換 / 流速分布

研究概要

本研究では、1台のカメラを用いて撮影した画像から3次元流速分布を測定する画像処理手法の実用化を図り、その性能評価を行うことを目的としている。本年度は昨年度に引き続き、トレーサ粒子による3次元流れの可視化像を2次元距離画像として記録する方法と、距離画像から3次元速度ベクトルを求める方法の検討を行った。
1.まず前者では、トレーサ粒子にレーザ光を照射して得たインラインホログラムパターンからその粒子の奥行き位置を求めるニューラールネットを構築した。インラインホログラフィ光学系を構成し、ホログラムパターンをCCDカメラで直接パーソナルコンピュータに取り込んで性能を検討した。測定範囲60mmに対して平均誤差約2mmであることを示した。また、ホログラムパターンが干渉し合う隣接2粒子の場合について測定精度を検討したところ、ホログラムパターンの平均化に中央値処理を用いることで隣接粒子の影響を排除できることを示した。さらに、この方法では測定体積の大きさに制限があることが明らかになった。
2.後者では、計算機内で模擬距離画像を作成し、これに2次元フーリエ変換法を適用して性能試験を行った。時間的に連続した2枚の距離画像とそれに対応する1枚の2値画像を用いて、各フーリエ成分から可視化パターンの奥行き移動距離が理論的に求められることを示した。その性能を速度変動モデルに対して検討した結果、各フーリエ成分から得られる結果を単純算術平均する手法が最も精度が良く、トレーサ粒子の奥行き方向変動移動量が標準偏差2のとき、RMS誤差は0.74画素であった。ただし、フーリエ窓への粒子の流入流出を考慮した場合、昨年度試みたトレーサ粒子を個々に認識する必要のある手法に比べ精度の点で劣ることがわかった。