動画像処理による二次元速度計測を用いたBZ反応における流体現象の研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01540319
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 三池 秀敏 山口大学, 工学部, 助教授 (10107732)
• 研究分担者: 古賀 和利 山口大学, 工業短期大学部, 助教授 (50107728)
• キーワード: 非平衡非線形現象 / BZ反応 / 流体現象 / 動画像処理 / 2次元速度計測 / パタンダイナミックス

研究概要

非平衡化学反応として有名なBZ反応系に発生する流体現象の存在は、3年前代表者がマックスプランク研究所に滞在中見出した現象であるが、これを独自の動画像処理に基く高精度の速度計測法を用いて定量的に解析し、化学反応波と流体現象の相互作用についての知見を得た。
まず実験条件を整えるために、温度コントロ-ラ、簡易クリ-ンル-ム、蒸留水瀘過装置を試作した。また倒立顕微鏡とTVカメラの導入により、レ-ザ照明とポリスチレン微粒子(0.48μmφ)で可視化した流れが観測可能になり、化学反応波の伝播の様子と伴にビデオ装置に録画できるようにした。次に32ビットパソコンを導入し手持ちの画像入力ボ-ドと組み合わせ、ソフトウエアの開発によりフレキシブルな連続動画像入力装置を試作した。画像サイズ、画像密度、画像位置、サンプリング周波数、画像枚数が一定の制限下で必要に応じて自由に選択できる。実際の流れの解析では、空間フィルタ法と最大エントロピ-法を導入し、画像取り込み中に一部処理を並行して実行することで、連続17分のビデオデ-タ中の平均流速の時間変化(一秒毎)の計算を実行する自動解析システムが完成した。
蓄積してきたビデオデ-タを解析中であるが、今までに1)的状パタ-ン励起時の流体現象では円形のペトリ皿の周囲に沿う流れも存在する、2)渦巻き状パタ-ン励起の場合には振動流の発生が高温ほど早く出現しその振幅も大であるなど重要な知見を得ている。今後、解析を進め国内外の研究者との議論を深めることで、流体現象発生の原因及び流体現象と化学反応波のパタ-ンダイナミックスの関連が明確になると信じる。非平衡の化学反応系にパタ-ンが自己形成され、そのパタ-ンが流れを自然励起し最終的には発達した流れにより原因となったパタ-ンも流れ自身も消滅するという現象は、生体系との類似を考えても非常に興味深く研究の継続と発展が望まれる。

研究成果

• [文献書誌] Hidetoshi MIIKE: "Interaction of Chemical Waves and Hydrodynamic Flow" Cooperative Dynamics in Complex Physical Systems Springer Series in Synagetics,Vol.43(Total 2p)Editor:H.Takayama Springer-Verlag Berlin,Heidelberg. 43. 328-329 (1989)
• [文献書誌] 古賀和利: "動画像の時空間相関に基づくオプティカルフロ-の解析" 電子情報通信学会論文誌. J72-D-II. 507-516 (1989)
• [文献書誌] 三池秀敏: "BZ反応系の画像処理と流体現象" Science on Form. 3. 155-184 (1989)
• [文献書誌] 野村厚志: "時空間相関法による三次元シ-ンの解析" 電子情報通信学会画像工学研究会技術研究報告. EID89-14. 45-52 (1989)
• [文献書誌] Kazutoshi KOGA: "Automatic Measurement of Optical Flow Based on Spatio-Temporal Correlation of Sequential Images" Proceedings in 1989 URSI International Symposium on Signals,Systems,and Electronics(ISSSE)(Erlangen,West Germany). 517-520 (1989)
• [文献書誌] Hidetoshi MIIKE: "Chemical Pattern Dynamics by Chemically Induced Hydrodynamic Flow" Proceedings in 1989 NATO-Workshop:Nonlinear Evolution of Spatio-Temporal Structures in Dissipative Continuous Systems(Total 5p). 5p (1990)
• [文献書誌] Hidetoshi MIIKE: "Global Mass Transport by Chemical Wave Propagation" Proceedings in 1989 4th Nishinomiya Yukawa Symposium,Dynamics and Patterns in Complex Fluids(Total 2p). 2p (1990)
• [文献書誌] 野村厚志: "時空間相関法によるオプティカル・フロ-速度計測法の改良" 山口大学工学部研究報告. 40. 231-239 (1989)
• [文献書誌] Hidetoshi MIIKE: "Hydrodynamic Flows Travelling with Chemical Waves" Physics Letters A. 141. 25-30 (1989)
• [文献書誌] 三池秀敏: "化学反応波の伝播に伴う流体現象とパタ-ンダイナミックス" 物性研究誌(京都大学基礎物理学研究所長期研究会報告). 53. 3p (1990)
• [文献書誌] 三池秀敏: "動画像の時空間多次元スペクトル解析" 1989年第20回画像コンファレンス論文集. 20. 129-132 (1989)
• [文献書誌] 野村厚志: "動画像の時空間相関を利用した奥行き情報の計測" 1989年第20回画像コンファレンス論文集. 20. 181-184 (1989)
• [文献書誌] 三池秀敏: "化学反応系における流体現象とパタ-ン・ダイナミックス" 電子情報通信学会非線形問題研究会技術研究報告. NPL89-67. 19-24 (1989)
• [文献書誌] 野村厚志: "時空間相関法に基づく三次元シ-ン中の奥行き情報の抽出" 電子情報通信学会論文誌(No.4). J73-DII. 10p (1990)