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本研究は粒子追跡法を用いて円筒形容器の底中央から空気を吹き込んだ場合の容器内の流動の計測を目的として、攪拌流れの三次元速度分布と流体粒子の軌跡の計測のために新たに三次元粒子追跡法を開発した。
本研究で開発したハードウェアは(1)複数のカメラの同期をとって撮影した画像を個別に記録する画像記録装置、(2)3台のカメラを使用したステレオ撮影用の装置である。
ソフトウェアとしては(1)粒子の3次元位置計測法、(2)水中粒子の位置計測法、(3)粒子追跡のアルゴリズムを開発した。第1の3次元位置計測法は上述のカメラシステムと組合せて使用することによって、計測時にカメラの設定誤差を自動的に修正できる。第2の問題では空気-水の境界面に対して斜め方向にカメラを配置する場合にも容易かつ正確に光線の屈折を補正できる新しい方式を開発した。第3のためには近接度関数という新しい概念を導入することによって、三次元速度計測も高速解析が可能な新しい二値画像相関法を開発できた。
粒子位置のステレオ計測では当初は2台のカメラによるステレオ計測装置を作成したが、本研究で使用している256×256のデジタル画像では、粒子が多い場合にはステレオ対を決定できないものが多くなるため、画像の解像度を上げるかカメラを増やす必要が生じた。ここでは3台のカメラによる撮影システムに変更し、画面中に約100の粒子がある場合にも95%を越えるトレーサのステレオ対が得られるようになった。
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