3次元粒子画像流速測定法のための画像簡易入力法の開発

• 研究課題/領域番号: 08750203
• 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): 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1996年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 流体計測 / 深さ計測 / インラインホログラフィ / 数値再生 / 画像ぼけ / 流れの可視化 / 画像処理 / 3次元測定

研究概要

本研究では、可視化画像を画像処理して3次元流速分布を測定する手法の簡便化・実用化のため、1台のカメラを用いて可視化パターンの3次元情報を獲得する方法の開発およびその性能検討を行うことを目的としている。本年度は3次元的に多数分布する微小トレーサ粒子を1台のカメラで画像入力する方法として、インラインホログラフィに基づく手法と画像ぼけを利用する手法を試み、その性能評価を行った。
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数値再生法により求めた。数値シミュレーションでは、最良の計算パラメータの時、測定範囲100mm〜1000mmに対して粒子奥行き位置がRMS誤差1.1mmで検出でき、また処理時間はPentium(133MHz)計算機上で1粒子当たり0.53秒であった。次に、インラインホログラフィ光学系の実験装置を構成し、実際のトレーサ粒子によって生じるホロゴラムパターンをCCDカメラで直接パーソナルコンピュータに取り込んで本手法の性能を検討した。その結果、測定範囲100mm〜1000mmに対してRMS誤差30mmであることが示された。
2.後者では、3次元物体形状認識などに用いられるDepth from defocus法を微小な粒子画像に適用し、通常のインコヒーレントな照明光を用いた粒子奥行き位置検出法を試みた。同一の対象物体を同じ方向から2つの異なる光路長で同時に観測できる光学系を構成し、異なる光路長をもつ2つの画像をそれぞれ赤と青の色フィルタを介して3板式カラーCCDカメラ1台で捉えた。奥行き検出測度はNayerらのものを用いた。実際のトレーサ粒子を用いて測定精度を求めたところ、測定範囲0mm〜50mmに対してRMS誤差2.4mmであるがわかった。