波長分散シート光を用いた流れ場の3次元簡易計測法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650213
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: 望月 高昭 東京学芸大学, 教育学部, 助教授 (70280360)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶 信藤 職業能力開発総合大学校, 産業機械工学科, 教授
• Keywords: 3-dimensional particle tracking / 3-D PIV / 3-D PIV / Prismatic light sheet / 3-dimensional flow visualization / Color image analysis

Research Abstract

厚み方向に連続的な色分布を持つシート光(以下,波長分散シート光と呼ぶ)を作成し,トレーサ粒子が懸濁した流れに入射することを考える.トレーサ粒子の挙動を,シート光に直交する方向からカラービデオカメラ等により観察した場合,トレーサ粒子の挙動のシート光に平行な方向成分は,ビデオ映像上の位置の変化として,一方,トレーサ粒子の挙動のシート光に直交する方向成分は,トレーサ粒子の反射する色の変化として得られることとなる.本研究においては,上述の測定原理に基づく3次元PTVの開発を目的とし,一連の検討を行った.
照明用光学系に関しては,「linear viriable interference filterを用いた照明用光学系」および「回折格子を用いた照明用光学系」を提案・検討し,両者の特徴を明らかにした.
トレーサ粒子の反射光色とトレーサ粒子位置の較正方法の検討においては,「単色フィルターを用いた際の測定結果と波長分散シート光を用いた際の測定結果との相関を求める較正方法」を提案・検討した.この結果,本較正方法を用いた場合,最大誤差0.51mm,標準偏差0.21mm程度で粒子位置の特定が可能であることを明らかにした(色相角0.9°〜110°において).
また,透明ポリスチレン粒子を使用し,「トレーサ粒子の懸濁濃度」および「トレーサ粒子の粒子径分散」の測定精度への影響に関する検討を行い,この結果,両者の影響が顕著でないことを明らかにした.
本研究において対象とするPTVにおいては,数多くのトレーサ粒子に対して解析を行わなければならず,コンピュータを用いた解析作業の自動化が必須であると考えられる.本研究においては,その第一段階として,トレーサ粒子の自動検出方法についての検討を行った.この結果,得られた画像中のR, G, Bの各階調の総和を用いることにより粒子の自動検出が可能であることを明らかにした.