JP2815118B2 - 流速測定装置 - Google Patents
流速測定装置Info
- Publication number
- JP2815118B2 JP2815118B2 JP1313911A JP31391189A JP2815118B2 JP 2815118 B2 JP2815118 B2 JP 2815118B2 JP 1313911 A JP1313911 A JP 1313911A JP 31391189 A JP31391189 A JP 31391189A JP 2815118 B2 JP2815118 B2 JP 2815118B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coordinates
- distance
- gravity
- particle
- center
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/001—Full-field flow measurement, e.g. determining flow velocity and direction in a whole region at the same time, flow visualisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の速度を画像処理により測定する装置
に関する。
に関する。
火花追跡法は、所定時間毎に火花放電を行い、この放
電の度に生じる火花列と呼ばれる時間線を撮影すること
により、気流の流速を測定するものである。そして、パ
ルス電圧の周波数を十分高くすることにより、高速気流
の可視化が可能であり、また火花列自体が発光するので
写真撮影が容易である。
電の度に生じる火花列と呼ばれる時間線を撮影すること
により、気流の流速を測定するものである。そして、パ
ルス電圧の周波数を十分高くすることにより、高速気流
の可視化が可能であり、また火花列自体が発光するので
写真撮影が容易である。
しかし、火花追跡法は高周波、超高圧の電源が必要で
あり、効果な装置を設けなければならないという問題が
ある。また火花放電に伴う空気の撹乱等のために、境界
層の内部の流速を正確に計測することはできない。
あり、効果な装置を設けなければならないという問題が
ある。また火花放電に伴う空気の撹乱等のために、境界
層の内部の流速を正確に計測することはできない。
本発明は、簡単な装置により、流れの状態を撹乱する
ことなく、流速を測定することを可能にすることを目的
としてなされたものである。
ことなく、流速を測定することを可能にすることを目的
としてなされたものである。
本発明に係る流速測定装置は、流体の画像を所定の時
間間隔で撮影する手段と、流体とともに移動する被測定
要素の重心を、上記画像の撮影毎に求める手段と、今回
の撮影における当該被測定要素と前回の撮影における各
被測定要素との最近接重心間距離を求める手段と、上記
最近接重心間距離を上記時間で割って当該被測定要素の
速度を求める手段とを備えたことを特徴としている。
間間隔で撮影する手段と、流体とともに移動する被測定
要素の重心を、上記画像の撮影毎に求める手段と、今回
の撮影における当該被測定要素と前回の撮影における各
被測定要素との最近接重心間距離を求める手段と、上記
最近接重心間距離を上記時間で割って当該被測定要素の
速度を求める手段とを備えたことを特徴としている。
今回の撮影における当該被測定要素と前回の撮影にお
ける各被測定要素との最近接重心間距離は、撮影の時間
間隔を十分短くとれば、前回の撮影から今回の撮影の間
における当該被測定要素の移動距離であると見做され
る。この最近接重心間距離をその時間で割ることによ
り、被測定要素の速度が求められ、被測定要素を多数設
定することにより、流体の流速分布が得られる。
ける各被測定要素との最近接重心間距離は、撮影の時間
間隔を十分短くとれば、前回の撮影から今回の撮影の間
における当該被測定要素の移動距離であると見做され
る。この最近接重心間距離をその時間で割ることによ
り、被測定要素の速度が求められ、被測定要素を多数設
定することにより、流体の流速分布が得られる。
以下図示実施例により本発明を説明する。
第２図は物体10の周囲における気体の流速分布の例を
示し、被測定要素として４つの粒子11〜14が示されてい
る。ある時間（ｔ）において物体10の表面に垂直な線上
に並んでいる粒子11〜14は、次の時間（ｔ＋Δｔ）にお
いては、図のように移動する。すなわち、物体10から比
較的遠い部分において粒子11、12は同じ速度で移動し、
流速が一様であることが示されているが、流体の粘性の
ために、物体10に近づくにつれて流速は小さくなり、粒
子14の速度は４つの粒子の中で最も小さい。
示し、被測定要素として４つの粒子11〜14が示されてい
る。ある時間（ｔ）において物体10の表面に垂直な線上
に並んでいる粒子11〜14は、次の時間（ｔ＋Δｔ）にお
いては、図のように移動する。すなわち、物体10から比
較的遠い部分において粒子11、12は同じ速度で移動し、
流速が一様であることが示されているが、流体の粘性の
ために、物体10に近づくにつれて流速は小さくなり、粒
子14の速度は４つの粒子の中で最も小さい。
これらの粒子をカメラにより所定の時間（Δｔ）毎に
撮影し、各粒子について、移動距離をその時間（Δｔ）
で割れば、その粒子の移動速度が求められ、流速分布が
得られる。
撮影し、各粒子について、移動距離をその時間（Δｔ）
で割れば、その粒子の移動速度が求められ、流速分布が
得られる。
第２図は、流速測定装置によって行われる流速の解析
の工程を示す。
の工程を示す。
図示しないカメラは、例えば1/30秒毎に物体10の周囲
の流体の状態を撮影する。この撮影の時間間隔は、被測
定要素である各粒子間の距離と流速を考慮して、十分に
短く定められる。ステップ21では、カメラにより得られ
た画像のデータがA/D変換されてコンピュータに入力さ
れる。この入力データはデジタル値であり、ステップ22
において、所定の閾値を用いて２値化され、粒子11〜14
（第２図）は「１」に定められ、その他の部分が「０」
に定えられる。ステップ23では、各粒子についてそれぞ
れ重心が求められる。これは、各粒子について、その１
次モーメントを面積で割ることにより求められる。
の流体の状態を撮影する。この撮影の時間間隔は、被測
定要素である各粒子間の距離と流速を考慮して、十分に
短く定められる。ステップ21では、カメラにより得られ
た画像のデータがA/D変換されてコンピュータに入力さ
れる。この入力データはデジタル値であり、ステップ22
において、所定の閾値を用いて２値化され、粒子11〜14
（第２図）は「１」に定められ、その他の部分が「０」
に定えられる。ステップ23では、各粒子についてそれぞ
れ重心が求められる。これは、各粒子について、その１
次モーメントを面積で割ることにより求められる。
このようにして、1/30秒毎に流体中の各粒子の位置が
コンピュータのメモリ内に記憶される。ステップ24で
は、今回の撮影において得られた各粒子について、前回
の撮影において得られた各粒子に対する最近接重心間距
離が求められる。ここで最近接重心間距離とは、ある図
形の重心と、この重心に最も近い他の図形の重心との間
の距離をいう。一つの粒子について着目すると、この粒
子の1/30秒前における位置は、前回の撮影における各粒
子との最近接重心間距離を求めれば、この最近接重心間
距離に該当する位置であると推定される。
コンピュータのメモリ内に記憶される。ステップ24で
は、今回の撮影において得られた各粒子について、前回
の撮影において得られた各粒子に対する最近接重心間距
離が求められる。ここで最近接重心間距離とは、ある図
形の重心と、この重心に最も近い他の図形の重心との間
の距離をいう。一つの粒子について着目すると、この粒
子の1/30秒前における位置は、前回の撮影における各粒
子との最近接重心間距離を求めれば、この最近接重心間
距離に該当する位置であると推定される。
しかして各粒子について1/30秒前における位置が求め
られた後、ステップ25では、各粒子について最近接重心
間距離を1/30秒で割ることにより、各粒子の速度が求め
られる。これにより流速分布が得られる。
られた後、ステップ25では、各粒子について最近接重心
間距離を1/30秒で割ることにより、各粒子の速度が求め
られる。これにより流速分布が得られる。
以上のように本実施例は、観測される流体中に微粒子
を供給し、これらの粒子の挙動を画像として得た後、コ
ンピュータにより解析することにより流速を求めるよう
に構成されている。したがって本流速測定装置は、火花
追跡法のように高周波、超高圧の電源を必要とせず、そ
の構成は簡単である。また本装置は、火花追跡法のよう
に流体を撹乱することがないので、流速分布を正確に測
定することができ、境界層の正確な流速分布を得ること
が可能である。
を供給し、これらの粒子の挙動を画像として得た後、コ
ンピュータにより解析することにより流速を求めるよう
に構成されている。したがって本流速測定装置は、火花
追跡法のように高周波、超高圧の電源を必要とせず、そ
の構成は簡単である。また本装置は、火花追跡法のよう
に流体を撹乱することがないので、流速分布を正確に測
定することができ、境界層の正確な流速分布を得ること
が可能である。
次に最近接重心間距離の求め方の一例を説明する。
第２図に示すように、横方向にｘ軸、縦方向にｙ軸を
とり、適当な位置に原点を定める。各粒子の座標（x,
y）を、コンピュータのメモリ内において、下表に示す
ようにテーブルの形態で記憶する。
とり、適当な位置に原点を定める。各粒子の座標（x,
y）を、コンピュータのメモリ内において、下表に示す
ようにテーブルの形態で記憶する。
このテーブルにおいて、ｙ座標は単調増加し、また同
一ｙ座標においてはｘ座標が単調増加するように配列さ
れている。
一ｙ座標においてはｘ座標が単調増加するように配列さ
れている。
まず、１つの粒子を基準として（以下基準粒子とい
う）、テーブルにおいてその基準粒子の近くに配列され
ている粒子から順次重心間距離が算出され、これらの重
心間距離を比較することにより最近接重心間距離が求め
られる。全ての粒子が基準粒子として重心間距離の演算
が行われ、各粒子について最近接重心間距離が求められ
る。
う）、テーブルにおいてその基準粒子の近くに配列され
ている粒子から順次重心間距離が算出され、これらの重
心間距離を比較することにより最近接重心間距離が求め
られる。全ての粒子が基準粒子として重心間距離の演算
が行われ、各粒子について最近接重心間距離が求められ
る。
例えば重心座標が（xk,yk）である粒子を基準粒子と
した時、昇順および降順に他の粒子との重心間距離が検
討されるが、ここでは昇順の検討についてのみ説明す
る。
した時、昇順および降順に他の粒子との重心間距離が検
討されるが、ここでは昇順の検討についてのみ説明す
る。
まず基準粒子とその次の順序の粒子との重心間距離 dk,k+1＝｛（xk−xk+1）２＋（yk−yk+1）２｝１ ］ ２ ・・・（１） を算出し、次の粒子の重心の座標（xk+2,yk+2）を見
る。ここで、xk,xk+1,xk+2の座標を比較し、 xk≧xk+1≧xk+2 ・・・（２） または xk≦xk+1≦xk+2 ・・・（３） となれば、必ず dk,k＋１≦dk,k+2 であるため、dk,k+2の計算を省略し、次の粒子の検討に
入る。
る。ここで、xk,xk+1,xk+2の座標を比較し、 xk≧xk+1≧xk+2 ・・・（２） または xk≦xk+1≦xk+2 ・・・（３） となれば、必ず dk,k＋１≦dk,k+2 であるため、dk,k+2の計算を省略し、次の粒子の検討に
入る。
このように、距離計算のような複雑な演算を省略する
ことにより効率は大幅に向上する。
ことにより効率は大幅に向上する。
条件式（２）または（３）が満足されなかったとき
は、dk,k＋２を計算し、dk,k＋１とdk,k+2のうちのいず
れか小さい方を登録しておく。
は、dk,k＋２を計算し、dk,k＋１とdk,k+2のうちのいず
れか小さい方を登録しておく。
以後（xk+3,yk+3）、（xk+4,yk+4）・・・について同
様に、条件式（２）、（３）による判定と、必要に応じ
て距離計算を行い、より小さい距離を登録しておく。
様に、条件式（２）、（３）による判定と、必要に応じ
て距離計算を行い、より小さい距離を登録しておく。
昇順の検討が終了したときには降順の検討にはいる。
降順においては条件式は次のように書きかえられる。
降順においては条件式は次のように書きかえられる。
xk≧xk-1≧xk-2 ・・・（４） xk≦xk-1≦xk-2 ・・・（５） 降順の検討に入るときは昇順の検討時に求めた最小の
重心間距離（以下du,minという）を基準とし、 dk,k-1≧du,min であるときは、条件式（４）、（５）を満足しない粒子
について計算した距離とdu,minとを比較し、より小さい
方を登録し、以後の検討を行う。
重心間距離（以下du,minという）を基準とし、 dk,k-1≧du,min であるときは、条件式（４）、（５）を満足しない粒子
について計算した距離とdu,minとを比較し、より小さい
方を登録し、以後の検討を行う。
このようにして、各粒子について最近接重心間距離が
求められる。
求められる。
なお、ここでは昇順の検討を先に行っているが、降順
の検討を先に行っても同様な結果が得られる。
の検討を先に行っても同様な結果が得られる。
時間的に前後する画像において同一粒子の移動を検出
することによりその移動速度を算出し得ることは周知で
あるが、各粒子の同定が最も困難な問題である。本発明
は、前記方法により、ある時点の粒子の重心座標（第１
重心座標）と次の時点の粒子の重心座標（第２重心座
標）とを１旦記録し、第１重心座標の各々に対して、第
２重心座標の最近接重心間距離の重心座標を抽出する。
そして各最近接重心間距離を時間間隔で除算すれば、粒
子速度すなわち流体流速が算出される。
することによりその移動速度を算出し得ることは周知で
あるが、各粒子の同定が最も困難な問題である。本発明
は、前記方法により、ある時点の粒子の重心座標（第１
重心座標）と次の時点の粒子の重心座標（第２重心座
標）とを１旦記録し、第１重心座標の各々に対して、第
２重心座標の最近接重心間距離の重心座標を抽出する。
そして各最近接重心間距離を時間間隔で除算すれば、粒
子速度すなわち流体流速が算出される。
以上のように本発明によれば、簡単な装置により、流
れの状態を撹乱することなく、流速を正確に測定するこ
とが可能になる。
れの状態を撹乱することなく、流速を正確に測定するこ
とが可能になる。
第１図は本発明の一実施例における流速の解析の工程を
示す流れ図、 第２図は物体の周囲の流体の様子を示す図である。 11〜14……粒子（被測定要素）
示す流れ図、 第２図は物体の周囲の流体の様子を示す図である。 11〜14……粒子（被測定要素）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01P 5/20 G01P 13/00
Claims (1)
- 【請求項１】粒子が浮遊している流体の画像を所定の時
間間隔で撮影する手段と； 前記画像における各粒子の重心の座標を算出する手段
と； ある時点の撮影による各粒子の重心の座標（以下「第１
重心座標」という。）と、その次の時点の撮影による各
粒子の重心の座標（以下「第２重心座標」という。）と
を記録し、その後の撮影による重心の座標によってより
古い撮影による各粒子の重心の座標を更新し、さらに第
１、第２重心座標を第１にＹ座標でソーティングし、各
Ｙ座標ごとにＸ座標についてソーティングするメモリ手
段と； 第１重心座標における１個の粒子の重心座標を第２重心
座標の配列内にソーティングの上含め、この第１座標か
ら昇順および降順に第２重心座標を辿って両者の重心間
距離を算出し、このときＹ座標の順序とＸ座標の順序が
対応する第２重心座標は重心間距離の計算を省略し、こ
れら昇順および降順の重心間距離の計算に際して重心間
距離をより新たなより小さい重心間距離と入れ替えて、
第２重心座標との最近接重心間距離を求め、全ての第１
重心座標について同様に第２重心座標との最近接重心間
距離を求める手段； これら最近接重心間距離を前記時間間隔で割って各粒子
の速度を算出する手段と； を備えていることを特徴とする流速測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1313911A JP2815118B2 (ja) | 1989-12-02 | 1989-12-02 | 流速測定装置 |
| EP19900123017 EP0436125B1 (en) | 1989-12-02 | 1990-11-30 | Flowing velocity measurement system |
| DE90123017T DE69004064T2 (de) | 1989-12-02 | 1990-11-30 | Strömungsgeschwindigkeitsmesssystem. |
| KR1019900019696A KR910012721A (ko) | 1989-12-02 | 1990-12-01 | 유속측정 장치 |
| US07/944,734 US5249136A (en) | 1989-12-02 | 1992-09-14 | System for measuring fluid-flow velocity distribution |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1313911A JP2815118B2 (ja) | 1989-12-02 | 1989-12-02 | 流速測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03175364A JPH03175364A (ja) | 1991-07-30 |
| JP2815118B2 true JP2815118B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=18047005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1313911A Expired - Lifetime JP2815118B2 (ja) | 1989-12-02 | 1989-12-02 | 流速測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0436125B1 (ja) |
| JP (1) | JP2815118B2 (ja) |
| KR (1) | KR910012721A (ja) |
| DE (1) | DE69004064T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4200309A1 (de) * | 1992-01-09 | 1993-07-15 | Gerhard Arnold Dr Seiler | Vorrichtung und verfahren zur ermittlung der stroemung eines stroemungsmediums |
| CN1038613C (zh) * | 1994-12-23 | 1998-06-03 | 清华大学 | 河工模型试验流场量测中的图像摄取***及图象处理方法 |
| US6496262B1 (en) * | 1998-07-10 | 2002-12-17 | Kansas State University Research Foundation | Holographic particle image velocimetry apparatus and methods |
| KR100817907B1 (ko) * | 2006-07-27 | 2008-03-31 | 명지대학교 산학협력단 | 표면 영상 분석에 의한 하천의 표면 유속 측정 방법 |
| US10386384B2 (en) | 2016-02-01 | 2019-08-20 | Regents Of The Univesity Of Minnesota | System and method for digital inline holography |
| US10895843B2 (en) | 2018-03-02 | 2021-01-19 | Regents Of The University Of Minnesota | System, devices, and methods for digital holography |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3706495A (en) * | 1970-07-31 | 1972-12-19 | William P Dotson Jr | Method of measuring the velocity of a small moving object |
| JPS5642871A (en) * | 1979-09-17 | 1981-04-21 | Nec Corp | Detecting device for picture shift component |
| US4729109A (en) * | 1985-05-29 | 1988-03-01 | University Of Illinois | Method and apparatus for measuring the displacements of particle images for multiple exposure velocimetry |
| JPH0439580Y2 (ja) * | 1986-05-07 | 1992-09-16 | ||
| JPH0624030B2 (ja) * | 1987-09-14 | 1994-03-30 | 日本放送協会 | 画像解析装置 |
-
1989
- 1989-12-02 JP JP1313911A patent/JP2815118B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-11-30 DE DE90123017T patent/DE69004064T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-11-30 EP EP19900123017 patent/EP0436125B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-01 KR KR1019900019696A patent/KR910012721A/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69004064T2 (de) | 1994-02-17 |
| JPH03175364A (ja) | 1991-07-30 |
| KR910012721A (ko) | 1991-08-08 |
| EP0436125A1 (en) | 1991-07-10 |
| EP0436125B1 (en) | 1993-10-20 |
| DE69004064D1 (de) | 1993-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI498580B (zh) | 長度量測方法與長度量測裝置 | |
| KR20050089266A (ko) | 스테레오 카메라를 이용한 사람 검출 방법 및 장치 | |
| JPH07286837A (ja) | 球体の回転量測定装置及び測定方法 | |
| US6415043B1 (en) | Method and arrangement for determining the position of an object | |
| JP2016039390A (ja) | 画像生成方法および装置 | |
| JP2002024807A (ja) | 物体運動追跡手法及び記録媒体 | |
| CN110443802B (zh) | 图像检测方法和装置、设备及存储介质 | |
| US11393105B2 (en) | System and method for three dimensional particle imaging velocimetry and particle tracking velocimetry | |
| JP2815118B2 (ja) | 流速測定装置 | |
| KR101808470B1 (ko) | 패턴 측정 장치 및 컴퓨터 프로그램 | |
| TW201506388A (zh) | 圖案形狀評估裝置及方法 | |
| JP5396585B2 (ja) | 地物特定方法 | |
| TW200817651A (en) | Distance measurement system and method | |
| CN110766751A (zh) | 一种基于地面标记物的无人机悬停精度自测量方法 | |
| Gunn et al. | The measurement of bubble flows in fluidized beds by electrical probe | |
| CN117288151A (zh) | 一种投影设备的三维姿态确定方法、装置和电子设备 | |
| JPH05312819A (ja) | 移動物体の速度検出装置 | |
| JPH08305852A (ja) | 画像処理による気泡の３次元計測方法 | |
| JPH1031030A (ja) | 流体計測方法 | |
| JP3501634B2 (ja) | 特徴量抽出方法、特徴抽出装置、画像判別方法、画像判別装置、及び記憶媒体 | |
| JP7338788B2 (ja) | 検出装置、判定方法、及びプログラム | |
| JP2021196899A (ja) | 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム | |
| US20220254001A1 (en) | Image measurement method and image measurement system | |
| WO2021177584A1 (ko) | 인공신경망을 이용한 심근 세포 모니터링 방법 및 그 장치 | |
| Palmer | Three-Dimensional Fragment Tracking and Size Estimation Using Stereo Focused Shadowgraphy |