JP2026018120A - Airflow visualization device and airflow visualization method - Google Patents
Airflow visualization device and airflow visualization methodInfo
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Abstract
【課題】簡易かつ、実環境下での気流の解析を可能とし、気流を可視化することの可能な気流可視化装置及び気流可視化方法を提供する。
【解決手段】赤外線カメラ1及び光学フィルタ3を用いて、同一の測定対象空間における、CO2により赤外線が吸収される波長を含む波長帯の赤外線を撮像した赤外線温度データ及びこの波長帯よりも、CO2により吸収される赤外線の量がより少ない波長帯の赤外線を撮像した赤外線温度データを取得し、CO2により赤外線が吸収される波長を含む波長帯の赤外線を撮像した赤外線温度データに応じた温度分布画像から、CO2により吸収される赤外線の量がより少ない波長帯の赤外線を撮像した赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、測定対象空間における気流を表す画像として生成し表示する。
【選択図】図1
An airflow visualization device and an airflow visualization method are provided that are capable of easily analyzing airflow in a real environment and visualizing the airflow.
[Solution] Using an infrared camera 1 and an optical filter 3, infrared temperature data is obtained by capturing infrared rays in a wavelength band including wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 in the same measurement target space, and infrared temperature data is obtained by capturing infrared rays in a wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is smaller than that of the wavelength band , and a difference image is generated and displayed as an image representing the airflow in the measurement target space by removing the temperature distribution image corresponding to the infrared temperature data capturing infrared rays in the wavelength band including wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 from the temperature distribution image corresponding to the infrared temperature data capturing infrared rays in the wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is smaller.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、気流可視化装置及び気流可視化方法に関する。 The present invention relates to an airflow visualization device and an airflow visualization method.
流体の流れの解析方法として、一般に、粒子画像計測法(PIV)が広く用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。粒子画像計測法(PIV)は、トレーサと呼ばれる粒子を用いるものであって、解析対象の流体内にトレーサを供給し、流体内のトレーサをレーザ光で照射し、レーザ光の発振と同期して撮影することで、流体の流れを解析している。
また、流体自体を2つの色で着色し、これらを交互に流して縞パターンを観察することで、流体の流れを観察する方法等が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
Generally, particle image spectroscopy (PIV) has been widely used as a method for analyzing fluid flow (see, for example, Patent Document 1). PIV uses particles called tracers, and analyzes the fluid flow by supplying the tracers into a fluid to be analyzed, irradiating the tracers in the fluid with laser light, and taking images in synchronization with the oscillation of the laser light.
Also, a method has been proposed in which the fluid itself is colored with two colors, and the two colors are alternately flowed to observe the stripe pattern, thereby observing the flow of the fluid (see, for example, Patent Document 2).
さらに、赤外線カメラを用い、画像処理に基づいて気流を可視化する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。この方法は、大気中に約400ppm含まれるCO2をトレーサとして利用するもので、赤外線カメラで測定されるCO2の温度画像とその背景の温度画像とが重畳した画像から、短い時間での温度変動に基づく画像処理演算を行うことで、CO2の温度変動画像のみを抽出し、気流の可視化に供するものである。 Furthermore, a method for visualizing airflow based on image processing using an infrared camera has also been proposed (see, for example, Patent Document 3). This method uses CO2 , which is present in the atmosphere at approximately 400 ppm, as a tracer, and performs image processing calculations based on temperature fluctuations over a short period of time from an image in which a temperature image of CO2 measured by an infrared camera is superimposed on a temperature image of the background, thereby extracting only an image of temperature fluctuations of CO2 and using it to visualize airflow.
これまでの流体の流れの解析法(PIV法)においては、レーザ照射装置などの大がかりな装置を必要とし、且つ人の立入が制限された環境下のものであった。また、トレーサを供給する必要があることから、煩雑であり、実験室内での測定に限られており、さらに、測定できる時間も限られていた。
そのため、広い範囲を対象とする建物内や屋外、工場内、人が大勢いる駅などの公共の設備など、実際の構造物や環境に対しては、流れの解析は有効に行えないでいた。
Previous fluid flow analysis methods (PIV methods) required large-scale equipment such as laser irradiation devices and were performed in environments with restricted access. In addition, the need to supply tracers made the process complicated, limiting measurements to laboratory use and limiting the time available for measurement.
As a result, flow analysis could not be effectively performed on actual structures and environments, such as inside or outside buildings that cover a wide area, inside factories, or public facilities such as train stations with large numbers of people.
これに対し、赤外線カメラを用いた方法(特許文献3)は上記の課題を解決したものであり、赤外線カメラとパソコンだけの簡易な測定法で、かつ大きな建屋内や屋外など広範囲な対象に有効な測定法である。 In contrast, the method using an infrared camera (Patent Document 3) solves the above-mentioned problems. It is a simple measurement method that requires only an infrared camera and a computer, and is effective for measuring a wide range of objects, such as those inside large buildings or outdoors.
しかしながら、この方法は短い時間での温度変動分布を解析するものであり、具体的には、1~2秒程度の短い時間内で、温度変動が上に凸であったか、下に凸であったかを解析するものであり、気流そのものは可視化できるものの、気流によって室内が攪拌され気温が変化する様子や、エアコン等からの気流が有効に作用する範囲等を可視化することはできなかった。そのため、気流による室内環境への影響・効果を適切に評価することができなかった。 However, this method analyzes the distribution of temperature fluctuations over a short period of time, specifically, within a short time of around 1 to 2 seconds, to determine whether the temperature fluctuations were upward or downward. While it can visualize the airflow itself, it cannot visualize how the airflow stirs up the room and changes the temperature, or the range in which the airflow from an air conditioner or other device effectively acts. As a result, it was not possible to properly evaluate the impact and effect of airflow on the indoor environment.
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ、実環境下での気流の解析を可能とし、気流により室内の空気が攪拌されて温度分布が変化する様子や、冷暖房器具よって生じる対流により得られる効果、すなわち、例えばサーキュレータ等の対流によって室内の空気が攪拌され温度ムラが均される状況や、エアコンからの温風によってどの範囲にどの程度まで室温が上昇するか、といった温度の変化状況を可視化することの可能な気流可視化装置及び気流可視化方法を提供することを目的としている。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide an airflow visualization device and airflow visualization method that enable simple analysis of airflow in real environments and visualize temperature changes such as how airflow stirs up indoor air and changes the temperature distribution, and the effects of convection caused by heating and cooling appliances, i.e., how indoor air is stirred up by convection from a circulator or the like and temperature variations are evened out, and the range and extent to which the room temperature rises due to warm air from an air conditioner.
本願発明の一態様によれば、同一の測定対象空間における、CO2により赤外線が吸収される波長を含む第一波長帯の赤外線を撮像した第一赤外線温度データ、及びCO2により吸収される赤外線の量が第一波長帯においてCO2により吸収される赤外線の量よりも少ない第二波長帯の赤外線を撮像した第二赤外線温度データを出力する撮像装置と、第一赤外線温度データに応じた温度分布画像から第二赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、測定対象空間における気流を表す画像として生成する可視化処理部と、を備える気流可視化装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an airflow visualization device including: an imaging device that outputs first infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a first wavelength band that includes wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 , and second infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a second wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is less than the amount of infrared rays absorbed by CO2 in the first wavelength band, in the same measurement target space; and a visualization processing unit that generates a differential image by removing a temperature distribution image corresponding to the second infrared temperature data from a temperature distribution image corresponding to the first infrared temperature data, as an image representing the airflow in the measurement target space.
また、本発明の他の態様によれば、赤外線カメラを含み、赤外線カメラから、同一の測定対象空間における、CO2により赤外線が吸収される波長を含む第一波長帯の赤外線を撮像した第一赤外線温度データ、及びCO2により吸収される赤外線の量が第一波長帯においてCO2により吸収される赤外線の量よりも少ない第二波長帯の赤外線を撮像した第二赤外線温度データを出力する撮像装置から、第一赤外線温度データ及び第二赤外線温度データを取得するステップと、取得した第一赤外線温度データ及び第二赤外線温度データに基づき、第一赤外線温度データに応じた温度分布画像から第二赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、測定対象空間における気流を表す画像として表示するステップと、を備える気流可視化方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided an airflow visualization method comprising the steps of: acquiring first infrared temperature data and second infrared temperature data from an imaging device that includes an infrared camera and outputs, from the infrared camera, first infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a first wavelength band that includes wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 , and second infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a second wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is less than the amount of infrared rays absorbed by CO2 in the first wavelength band; and displaying, as an image representing airflow in the space to be measured, a difference image obtained by removing the temperature distribution image corresponding to the second infrared temperature data from the temperature distribution image corresponding to the first infrared temperature data, based on the acquired first infrared temperature data and second infrared temperature data.
本発明の一態様によれば、気流により室内の空気が攪拌されて温度分布が変化する様子や、冷暖房器具によって生じる対流により得られる効果、つまり対流により生じる温度の変化状況等といった、実環境下での気流の流れとそれによる温度変化とを容易に可視化することができる。 One aspect of the present invention makes it easy to visualize airflow and resulting temperature changes in a real environment, such as how airflow stirs the air in a room and changes the temperature distribution, and the effects of convection caused by heating and cooling appliances, i.e., the temperature changes caused by convection.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following detailed description, many specific configurations are described to provide a thorough understanding of the embodiments of the present invention. However, it is clear that other embodiments can be implemented without being limited to such specific configurations. Furthermore, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Furthermore, not all combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
<実施形態>
まず、本発明に係る気流可視化装置を説明する。
本実施形態に係る気流可視化装置は、CO2による赤外線の吸収波長を含む波長帯(第一波長帯)を、赤外線透過波長を有する光学フィルタを通して赤外線カメラ1から得た赤外線温度データ(第一赤外線温度データ)(以下、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データともいう。)と、CO2により吸収される赤外線の量が、CO2による赤外線の吸収波長を含む波長帯において吸収される赤外線の量よりも少ない波長帯(第二波長帯)を赤外線透過波長として有する光学フィルタを通して赤外線カメラ1から得た赤外線温度データ(第二赤外線温度データ)(以下、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データともいう。)と、を解析することで、気流とこの気流によって生じる温度変化を可視化するものである。
<Embodiment>
First, the airflow visualization device according to the present invention will be described.
The airflow visualization device according to this embodiment visualizes airflows and temperature changes caused by these airflows by analyzing infrared temperature data (first infrared temperature data) (hereinafter also referred to as infrared temperature data corresponding to the infrared absorption wavelengths by CO2 ) obtained from the infrared camera 1 through an optical filter having an infrared transmission wavelength in a wavelength band (first wavelength band) that includes the infrared absorption wavelengths of CO2 , and infrared temperature data (second infrared temperature data) (hereinafter also referred to as infrared temperature data corresponding to the wavelengths at which infrared absorption by CO2 is small) obtained from the infrared camera 1 through an optical filter having an infrared transmission wavelength in a wavelength band (second wavelength band) in which the amount of infrared light absorbed by CO2 is less than the amount of infrared light absorbed in the wavelength band that includes the infrared absorption wavelengths of CO2.
なお、ここでいう「CO2による赤外線の吸収が少ない波長」とは、測定対象空間の壁や空調機器等からの熱放射に応じた温度画像のみを含み、気流による温度画像を含まない画像情報を得ることの可能な波長のことをいい、CO2による赤外線の吸収が無い波長であってもよく、CO2による赤外線の吸収が多少ある波長であってもよく、具体的には、3.0μm以上4.0μm以下、あるいは4.5μm以上5.0μm以下程度の波長をいう。 Here, "wavelengths at which infrared absorption by CO2 is minimal" refer to wavelengths at which image information can be obtained that include only temperature images corresponding to thermal radiation from the walls of the measurement space, air conditioning equipment, etc., and do not include temperature images due to airflow. These wavelengths may be wavelengths at which infrared absorption by CO2 is not present, or wavelengths at which infrared absorption by CO2 occurs to some extent; specifically, they refer to wavelengths of approximately 3.0 μm or more and 4.0 μm or less, or 4.5 μm or more and 5.0 μm or less.
図1に示すように、気流可視化装置10は、1台の赤外線カメラ1と、解析処理装置(可視化処理部)2とを備える。解析処理装置2は、赤外線カメラ1からの赤外線温度データをもとに演算処理を行って気流を表す差分画像を表示するパーソナルコンピュータ等で構成される。解析処理装置2は、赤外線透過波長が異なる2種類の光学フィルタからを通過した赤外線を撮像した赤外線カメラ1からの赤外線温度データを、予め設定した所定周期で取得し、取得した赤外線温度データから、赤外線カメラ1で撮影した空間の気流を演算し、後述の表示装置に可視化して表示する。 As shown in FIG. 1, the airflow visualization device 10 comprises an infrared camera 1 and an analysis processing device (visualization processing unit) 2. The analysis processing device 2 is composed of a personal computer or the like that performs calculations based on the infrared temperature data from the infrared camera 1 and displays a differential image representing the airflow. The analysis processing device 2 acquires infrared temperature data from the infrared camera 1, which captures infrared light that has passed through two types of optical filters with different infrared transmission wavelengths, at a predetermined cycle, and calculates the airflow in the space photographed by the infrared camera 1 from the acquired infrared temperature data, and visualizes and displays it on a display device, which will be described later.
赤外線温度データの取得には1台の赤外線カメラ1を用いる。CO2による赤外線の吸収波長は、約4.3μmの波長であることから、赤外線カメラ1の測定波長は3~5μmの波長帯域を含むものとする。また、赤外線カメラ1は、図2に示すように、フィルタホイール3を備えており、フィルタホイ-ル3には、2枚以上の光学フィルタ3aが装着できるようになっている。赤外線カメラ1と光学フィルタ3aを含むフィルタホイール3とで撮像装置を構成している。 One infrared camera 1 is used to acquire infrared temperature data. Since the infrared absorption wavelength of CO2 is approximately 4.3 μm, the measurement wavelength of the infrared camera 1 includes the wavelength band of 3 to 5 μm. As shown in Figure 2, the infrared camera 1 is equipped with a filter wheel 3, which can be fitted with two or more optical filters 3a. The infrared camera 1 and the filter wheel 3 including the optical filters 3a constitute an imaging device.
フィルタホイール3には、少なくとも1枚の、CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタ(第一光学フィルタ)3aが装着されるか、又はフィルタホイール3に光学フィルタ3aを装着せずにブランクとする。また、フィルタホイール3には、少なくとも1枚の、CO2による赤外線の吸収が少ない波長又は赤外線の吸収波長を含まない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタ(第二光学フィルタ)3aが装着される。CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタ3aは、例えば4.1μm以上4.4μm以下の波長の赤外線透過波長を有する。 At least one optical filter (first optical filter) 3 a having an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO2 is attached to the filter wheel 3, or the filter wheel 3 is left blank with no optical filter 3 a attached. Also, at least one optical filter (second optical filter) 3 a having an infrared transmission wavelength that is a wavelength at which infrared absorption by CO2 is low or that does not include the infrared absorption wavelength is attached to the filter wheel 3. The optical filter 3 a having an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO2 has an infrared transmission wavelength of, for example, 4.1 μm or more and 4.4 μm or less.
赤外線カメラ1を用いて、フィルタホイール3を回転させながら撮影することで、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データと、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データとを交互に取得するようになっている。 By using the infrared camera 1 to take pictures while rotating the filter wheel 3, infrared temperature data corresponding to wavelengths at which CO2 absorbs infrared rays and infrared temperature data corresponding to wavelengths at which CO2 absorbs infrared rays less are alternately obtained.
なお、気流可視化装置1では、フィルタホイール3を用いて1台の赤外線カメラ1により気流の可視化を行っているが、これに限るものではない。例えばフィルタホイール3を用いずに、複数の赤外線カメラを用いて気流の可視化を行うことも可能である。例えば図3に示すように2台の赤外線カメラ1a、1bを用いる場合には、一方の赤外線カメラに、CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタを装着するか、又は光学フィルタを設けない。他方の赤外線カメラには、CO2による赤外線の吸収が少ない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタを装着するか、あるいはCO2による赤外線の吸収が少ない波長の赤外線カメラを用いる。そして、これら2台の赤外線カメラを、互いの視野が同一となるように配置し、2台の赤外線カメラにより取得した赤外線温度データを用いて処理を行う。 Although the airflow visualization device 1 uses a filter wheel 3 to visualize airflow using a single infrared camera 1, this is not a limitation. For example, it is also possible to visualize airflow using multiple infrared cameras without using the filter wheel 3. For example, when two infrared cameras 1a and 1b are used as shown in FIG. 3, one of the infrared cameras is equipped with an optical filter having an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO2 , or no optical filter is provided. The other infrared camera is equipped with an optical filter having an infrared transmission wavelength that is less absorbed by CO2 , or an infrared camera with a wavelength that is less absorbed by CO2 is used. These two infrared cameras are then positioned so that their fields of view are the same, and processing is performed using the infrared temperature data acquired by the two infrared cameras.
<CO2温度の演算方法>
次に、CO2温度の演算方法を説明する。
まず、室内等、気流の流れを測定したい空間における大気を、赤外線カメラ1による測定対象として撮影する。
<Method of calculating CO2 temperature>
Next, a method for calculating the CO2 temperature will be described.
First, the air in a space where the air flow is to be measured, such as a room, is photographed as a measurement target by the infrared camera 1 .
ここで、大気中には約400ppmのCO2が存在するが、キルヒホッフの法則により熱平衡状態では吸収と放射は等しいことから、赤外線カメラ1により測定対象空間を撮影して得た赤外線温度データにおいて、赤外線透過波長としてCO2による赤外線の吸収波長を含む光学フィルタを通過した赤外線に相当する赤外線温度データ群は、大気中のCO2から放射された赤外線に相当する赤外線温度データと測定対象空間における背景から放射された赤外線に相当する赤外線温度データとを重ね合わせた赤外線温度データとなる。つまり、測定対象空間における大気に相当する赤外線温度データと、室内の壁等といった測定対象の背景に相当する赤外線温度データとを重ね合わせた赤外線温度データとなる。 Here, although there is approximately 400 ppm of CO2 in the atmosphere, according to Kirchhoff's law, absorption and radiation are equal in a state of thermal equilibrium, and therefore, in the infrared temperature data obtained by photographing the measurement target space with the infrared camera 1, the group of infrared temperature data corresponding to infrared rays that have passed through an optical filter that includes, as its infrared transmission wavelength, the infrared absorption wavelength of CO2 is infrared temperature data that is a superposition of infrared temperature data corresponding to infrared rays radiated from CO2 in the atmosphere and infrared temperature data corresponding to infrared rays radiated from the background in the measurement target space. In other words, this is infrared temperature data that is a superposition of infrared temperature data corresponding to the atmosphere in the measurement target space and infrared temperature data corresponding to the background of the measurement target, such as the walls of the room.
一方、CO2による赤外線の吸収が少ない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタを通過した赤外線に相当する赤外線温度データ群は、CO2から放射された赤外線がより少なく、すなわち、室内の壁等といった測定対象空間の背景に相当する赤外線温度データを主に含むことになる。 On the other hand, the infrared temperature data group corresponding to the infrared rays that have passed through an optical filter that has an infrared transmission wavelength that is low in infrared absorption by CO2 will contain less infrared rays emitted from CO2 , i.e., will mainly contain infrared temperature data corresponding to the background of the measurement space, such as the walls of a room.
そのため、「赤外線透過波長としてCO2による赤外線の吸収波長を含む光学フィルタを通過した赤外線に相当する赤外線温度データ」から「赤外線透過波長としてCO2による赤外線の吸収が少ない波長が設定された光学フィルタを通過した赤外線に相当する赤外線温度データ」の差を取ることによって、室内の壁等といった測定対象の背景に相当する赤外線温度データの成分を除去することができることになり、差分として得られた赤外線温度データは、測定対象空間(大気)におけるCO2に相当する赤外線温度データの成分を反映した値となる。 Therefore, by taking the difference between "infrared temperature data corresponding to infrared rays that have passed through an optical filter that has an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO2 as its infrared transmission wavelength" and "infrared temperature data corresponding to infrared rays that have passed through an optical filter that has an infrared transmission wavelength that is set to have a wavelength that is less absorbed by CO2," it is possible to remove the components of the infrared temperature data that correspond to the background of the measurement object, such as the walls of a room, and the infrared temperature data obtained as the difference will be a value that reflects the components of the infrared temperature data that correspond to CO2 in the measurement object space (atmosphere).
そこで、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データに係数k1を乗算したものから、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データに係数k2を乗算したものを差し引く処理を行うことで、赤外線カメラ1により得た赤外線温度データにおいて、背景となる壁等によって含まれる赤外線の吸収量に相当する成分を除去した、CO2による赤外線の放射量を反映した赤外線温度データ、すなわち、測定対象空間(大気)の状態を反映した赤外線温度データを取得することができる。 Therefore, by subtracting the infrared temperature data corresponding to the wavelength at which CO2 absorbs less infrared rays multiplied by coefficient k2 from the infrared temperature data corresponding to the wavelength at which CO2 absorbs less infrared rays multiplied by coefficient k1, it is possible to obtain infrared temperature data obtained by infrared camera 1 that reflects the amount of infrared radiation emitted by CO2 , i.e., infrared temperature data that reflects the state of the space being measured (atmosphere), with the components corresponding to the amount of infrared rays absorbed by background walls, etc. removed.
その結果、測定対象空間のCO2の流れ=気流と、CO2の温度変化=気流によって生じる温度変化とを得ることができる。
さらに、これら一連の処理を、赤外線カメラ1で撮影しながらリアルタイムで行うことで、気流と、気流による温度変化の画像をリアルタイムで表示することができる。
As a result, it is possible to obtain the flow of CO 2 in the measurement target space (airflow) and the temperature change of CO 2 (temperature change caused by the airflow).
Furthermore, by performing this series of processes in real time while taking images with the infrared camera 1, it is possible to display images of the airflow and the temperature change caused by the airflow in real time.
また、測定対象空間の気流に対し、気流の温度の値を数段階変更しながら熱電対等で大気の温度を測定し、同時に赤外線カメラ1での測定を行い、これに基づき係数k1、係数k2を補正することで、校正された実際の温度の分布状況を表す温度分布画像を得ることをできる。 Furthermore, by measuring the atmospheric temperature using a thermocouple or the like while changing the airflow temperature value in several steps for the airflow in the space being measured, and simultaneously taking measurements using infrared camera 1, and correcting coefficients k1 and k2 based on this, a temperature distribution image can be obtained that shows the calibrated actual temperature distribution.
<解析処理装置の構成>
図4は、解析処理装置2の一例を示すブロック図である。
解析処理装置2は、演算処理部2aと、表示装置2bと、入力装置2cと、記憶装置2dと、を備える。演算処理部2aは、カメラ制御部21と、フィルタホイール駆動部22と、温度データ処理部23と、を備える。入力装置2cは、例えば、キーボード、表示装置2bに表示されたタッチパネル等で構成される。
<Configuration of analysis processing device>
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the analysis processing device 2.
The analysis processing device 2 includes a calculation processing unit 2a, a display device 2b, an input device 2c, and a storage device 2d. The calculation processing unit 2a includes a camera control unit 21, a filter wheel driving unit 22, and a temperature data processing unit 23. The input device 2c is configured with, for example, a keyboard, a touch panel displayed on the display device 2b, etc.
カメラ制御部21は、入力装置2cからの入力情報に応じて赤外線カメラ1の駆動制御、露光時間の設定、また、赤外線温度データの取得タイミングの指示及びこの取得タイミングに応じて光学フィルタ3aを切り替える処理等を行う。フィルタホイール駆動部22は、カメラ制御部21からの入力情報に応じてフィルタホイール3の起動及び光学フィルタ3の切り替え等を行う。 The camera control unit 21 controls the operation of the infrared camera 1 in response to input information from the input device 2c, sets the exposure time, and instructs the timing of infrared temperature data acquisition and switches the optical filter 3a in response to this acquisition timing. The filter wheel drive unit 22 activates the filter wheel 3 and switches the optical filter 3 in response to input information from the camera control unit 21.
温度データ処理部23は、赤外線カメラ1から赤外線温度データを入力し、表示装置2bへの表示及び記憶装置2dへの記憶等を行う。また、初期処理として、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データとCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データとの差分からなる差分画像を表示装置2bに表示し、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データに係数k1を乗算して得た画像と、CO2による赤外線の吸収量が少ない波長に相当する赤外線温度データに係数k2を乗算して得た画像との差分画像が測定対象空間における気流のみを表す所望の画像となるような係数k1及び係数k2をユーザの操作にしたがって探索する。そして取得した係数k1及び係数k2を利用して、赤外線カメラ1から入力した赤外線温度データに基づき差分画像を生成し、この差分画像を測定対象空間における気流を表す画像として表示装置2bに表示する。 The temperature data processing unit 23 inputs infrared temperature data from the infrared camera 1 and displays it on the display device 2b and stores it in the storage device 2d. As an initial process, the temperature data processing unit 23 displays a difference image on the display device 2b , which is the difference between infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 and infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 absorbs infrared light to a lesser extent. The temperature data processing unit 23 then searches, in response to a user operation, for coefficients k1 and k2 that will produce a desired image that represents only the airflow in the measurement target space. The temperature data processing unit 23 then uses the acquired coefficients k1 and k2 to generate a difference image based on the infrared temperature data input from the infrared camera 1, and displays this difference image on the display device 2b as an image representing the airflow in the measurement target space.
<解析処理>
次に、演算処理部2aでの処理手順の一例を説明する。図5は、演算処理部2aでの解析処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。図6は、解析処理が実行されるときの表示装置2bにおける操作画面の一例である。図6において、画像f1は差分画像、画像f2は、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データに基づく温度分布画像、画像f3は、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データに基づく温度分布画像である。
演算処理部2aでは、ユーザの操作に応じて、赤外線カメラ1を起動し(ステップS1)、フィルタホイール3を起動する(ステップS2)。
<Analysis processing>
Next, an example of the processing procedure in the calculation processing unit 2a will be described. Fig. 5 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the analysis processing in the calculation processing unit 2a. Fig. 6 is an example of an operation screen on the display device 2b when the analysis processing is being executed. In Fig. 6, image f1 is a difference image, image f2 is a temperature distribution image based on infrared temperature data corresponding to infrared absorption wavelengths by CO2 , and image f3 is a temperature distribution image based on infrared temperature data corresponding to wavelengths where infrared absorption by CO2 is low.
In response to a user's operation, the processing unit 2a starts the infrared camera 1 (step S1) and starts the filter wheel 3 (step S2).
次に、画素間のばらつきの校正等といった赤外線カメラ1の初期調整を行う(ステップS3)。例えば、ユーザの操作にしたがって、赤外線カメラ1により撮影した黒体板の画像を表示装置2bに表示し、この画像が一様になるように校正を行う。 Next, initial adjustments are made to the infrared camera 1, such as calibrating for variations between pixels (step S3). For example, in accordance with user operation, an image of a blackbody plate captured by the infrared camera 1 is displayed on the display device 2b, and calibration is performed so that this image is uniform.
続いて、ユーザの操作に応じて測定対象を撮影し表示装置2bに表示する(ステップS4)。このとき、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データと、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データとが略同時に取得されるように、フィルタホイール3を切り替える。 Next, the object to be measured is photographed in response to a user operation and displayed on the display device 2b (step S4). At this time, the filter wheel 3 is switched so that infrared temperature data corresponding to wavelengths at which CO2 absorbs infrared rays and infrared temperature data corresponding to wavelengths at which CO2 absorbs infrared rays less are acquired substantially simultaneously.
続いて、測定対象の温度に応じて、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データの露光時間と(ステップS5)、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データの露光時間を決定する(ステップS6)。具体的には、測定対象の温度が高い場合、赤外線カメラが測定できる放射エネルギー量の上限を超える可能性があるため、露光時間を短くする。測定対象の温度が低い場合には、感度を上げるために必要な放射エネルギー量を確保するため、露光時間を長くする。例えば、図6に示すように、表示装置2bに表示された温度分布画像f2及びf3を参照しながらユーザが表示画面において、露光時間設定部m1を操作することにより、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データからなる温度分布画像及びCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データからなる温度分布画像がそれぞれ良好な画像となるように露光時間を設定する。 Next, the exposure time for infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 (step S5) and the exposure time for infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 absorbs infrared light to a lesser extent are determined according to the temperature of the object to be measured (step S6). Specifically, when the temperature of the object to be measured is high, the exposure time is shortened because the amount of radiant energy that the infrared camera can measure may be exceeded. When the temperature of the object to be measured is low, the exposure time is lengthened to ensure the amount of radiant energy required to increase sensitivity. For example, as shown in FIG. 6 , the user operates the exposure time setting unit m1 on the display screen while referring to temperature distribution images f2 and f3 displayed on the display device 2b, thereby setting the exposure time so that the temperature distribution image consisting of infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 and the temperature distribution image consisting of infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 absorbs infrared light to a lesser extent are both good images.
続いて、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データを時間平均するために複数枚の温度分布画像に相当する赤外線温度データを取得する(ステップS7)。同様に、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データとして、複数枚の温度分布画像に相当分、取得する(ステップS8)。赤外線温度データを時間平均するために必要な温度分布画像に相当する赤外線温度データの枚数は、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データと、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データとで異なる。CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データは、気流ではなく背景を表す画像であり、背景画像は時間的な変化は小さい。そのため、その赤外線温度データの取得数はノイズ低減の目的である程度の数を取得することが好ましい。逆に、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データは時間的な変化が大きく、平均化することでこの変化が見えにくくなるため、取得数は比較的少ない方が好ましい。 Next, infrared temperature data corresponding to multiple temperature distribution images is acquired to time-average the infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 (step S7). Similarly, infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 has little infrared absorption is acquired, equivalent to multiple temperature distribution images (step S8). The number of infrared temperature data corresponding to temperature distribution images required to time-average the infrared temperature data differs between the infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 and the infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 has little infrared absorption. The infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 has little infrared absorption represents the background, not the airflow, and the background image changes little over time. Therefore, it is preferable to acquire a certain number of such infrared temperature data for the purpose of noise reduction. Conversely, infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 changes greatly over time, and averaging makes these changes less visible, so it is preferable to acquire a relatively small number of such data.
続いて、ステップS7で取得した、複数枚の温度分布画像に相当するCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データを平均処理し(ステップS9)、同様にステップS8で取得した、複数枚の温度分布画像に相当するCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データを平均処理する(ステップS10)。 Next, the infrared temperature data corresponding to the wavelengths of infrared absorption by CO2 corresponding to the multiple temperature distribution images acquired in step S7 is averaged (step S9), and similarly, the infrared temperature data corresponding to the wavelengths of infrared absorption by CO2 that are low corresponding to the multiple temperature distribution images acquired in step S8 is averaged (step S10).
そして、ステップS9で平均処理したCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データからステップS10で平均処理したCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データを減算して得られる差分画像を表示装置2bに表示する差分処理を行う(ステップS11)。 Then, a differential image is obtained by subtracting the infrared temperature data corresponding to wavelengths with less infrared absorption by CO2 averaged in step S10 from the infrared temperature data corresponding to wavelengths with less infrared absorption by CO2 averaged in step S9, and the obtained differential image is displayed on the display device 2b (step S11).
差分画像は、平均処理したCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データに係数k1を乗算した値から、平均処理したCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データに係数k2を乗算した値を減算し、これを差分画像とする。
差分処理を行うことによって例えば図6に示すように、表示装置2bに、差分画像f1、平均処理したCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データに係数k1を乗算したデータからなる温度分布画像f2、平均処理したCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データに係数k2を乗算したデータからなる温度分布画像f3が表示される。
The difference image is obtained by subtracting the value obtained by multiplying the averaged infrared temperature data corresponding to the wavelengths where infrared absorption by CO2 is low by the coefficient k2 from the value obtained by multiplying the averaged infrared temperature data corresponding to the wavelengths where infrared absorption by CO2 is low by the coefficient k1, and this is the difference image.
By performing the differential processing, as shown in FIG. 6, for example, a differential image f1, a temperature distribution image f2 consisting of data obtained by multiplying the averaged infrared temperature data corresponding to the wavelengths of infrared radiation absorbed by CO2 by a coefficient k1, and a temperature distribution image f3 consisting of data obtained by multiplying the averaged infrared temperature data corresponding to the wavelengths of infrared radiation with less absorption by CO2 by a coefficient k2 are displayed on the display device 2b.
続いてユーザは、図6の差分画像f1を参照しながら係数k1及びk2を変更し、差分画像f1において、撮影対象空間における背景が確認できなくなるような係数k1及びk2を探索する。係数k1及びk2は、例えば表示画面において係数比設定部m2で設定操作を行うことにより探索する。演算処理部2aでは、係数k1、係数k2が入力される毎に差分処理を実行し、差分画像f1を表示装置2bに表示する。そして、確定した係数k1及び係数k2を所定の記憶領域に記憶する(ステップS12)。 Next, the user changes the coefficients k1 and k2 while referring to the difference image f1 in Figure 6, searching for coefficients k1 and k2 that will make the background in the subject space invisible in the difference image f1. The coefficients k1 and k2 are searched for, for example, by performing a setting operation on the coefficient ratio setting unit m2 on the display screen. The calculation processing unit 2a performs difference processing each time the coefficients k1 and k2 are input, and displays the difference image f1 on the display device 2b. The determined coefficients k1 and k2 are then stored in a specified memory area (step S12).
なお、係数k1及び係数k2を共に変数とすることも可能であるが、いずれか一方の係数を定数「1」とすることにより、計算を容易にすることができるため、図6では、係数k2を「1」とし、係数比を調整することで係数k1を調整している。 It is possible to set both coefficients k1 and k2 as variables, but calculations can be made easier by setting one of the coefficients to the constant "1." Therefore, in Figure 6, coefficient k2 is set to "1," and coefficient k1 is adjusted by adjusting the coefficient ratio.
次いで、演算処理部2aでは、フィルタホイール3を切り替えつつ、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データを取得して温度分布画像を測定し(ステップS13)、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データを取得して温度分布画像を測定し(ステップS14)、取得した赤外線温度データを所定の記憶領域に記憶する。そして、記憶領域に格納している最新のものから所定数分のCO2による赤外線の吸収波長に相当する画像の赤外線温度データの平均処理を行い(ステップS15)、同様にして、記憶領域に格納している最新のものから所定数分のCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する画像の赤外線温度データの平均処理を行い(ステップS16)、ステップS12で特定した係数k1を利用して差分画像を取得し(ステップS17)、取得した差分画像を表示装置2bに表示する(ステップS18)。そして、ステップS13に戻り、順次差分画像を表示し、測定終了操作が行われたとき(ステップS19)処理を終了する。 Next, the arithmetic processor 2a acquires infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 and measures a temperature distribution image (step S13), acquires infrared temperature data corresponding to wavelengths where CO2 has little infrared absorption, and measures a temperature distribution image (step S14). The acquired infrared temperature data is then stored in a predetermined storage area. Then, the most recent infrared temperature data stored in the storage area is averaged over a predetermined number of images corresponding to wavelengths where CO2 has little infrared absorption (step S15). Similarly, the most recent infrared temperature data stored in the storage area is averaged over a predetermined number of images corresponding to wavelengths where CO2 has little infrared absorption (step S16). A difference image is then acquired using the coefficient k1 determined in step S12 (step S17), and the acquired difference image is displayed on the display device 2b (step S18). The process then returns to step S13, sequentially displays the difference images, and ends when a measurement termination operation is performed (step S19).
以上の処理を行うことによって、気流と、気流によって生じる温度変化を表す差分画像を、容易に得ることができる。
また、赤外線カメラ1で撮影を行いながら、上記処理をリアルタイムで行うことによって、気流と気流に伴う温度変化を示す差分画像をリアルタイムで表示することができる。
By carrying out the above processing, it is possible to easily obtain a difference image that shows the airflow and the temperature change caused by the airflow.
Furthermore, by performing the above processing in real time while taking images with the infrared camera 1, it is possible to display a differential image showing the airflow and the temperature change that accompanies the airflow in real time.
ただし、ここで得られるのは温度変化の相対値であり、温度の絶対値ではない。これを温度の絶対値に換算するには、気流の温度の値を数段階に分けて、熱電対等で大気の温度値を測定し、同時に赤外線カメラで測定を行い、測定した複数段階の大気の温度値と赤外線カメラによる温度変化値との関係を求め、この関係式に基づき、温度変化値から大気の温度値に変換すればよい。 However, what is obtained here is a relative value of temperature change, not an absolute temperature value. To convert this to an absolute temperature value, divide the airflow temperature value into several stages, measure the atmospheric temperature value using a thermocouple or similar device, and simultaneously measure it with an infrared camera. Determine the relationship between the measured atmospheric temperature values at multiple stages and the temperature change value measured by the infrared camera, and convert the temperature change value to the atmospheric temperature value based on this relationship.
あるいは、測定した複数段階の大気の温度値と赤外線カメラによる温度変化値との関係式に基づき、あらかじめ係数k1とk2を補正しておき、温度変化値の算出を経ずに直接大気の温度値を算出するようにしてもよい。 Alternatively, the coefficients k1 and k2 can be corrected in advance based on the relationship between the measured atmospheric temperature values at multiple stages and the temperature change values measured by the infrared camera, and the atmospheric temperature value can be calculated directly without first calculating the temperature change values.
なお、大気の温度値の測定は、大気の温度値を測定することができれば熱電対に限るものではない。例えば、特許文献4に記載の温度測定装置を用いて、温度測定を行うようにしてもよい。この特許文献4に記載の温度測定装置は、本実施形態に係る気流可視化装置1と装置構成が同一であるため、特許文献4に記載の温度測定装置において、温度測定を行うための演算処理部を、気流可視化装置1に搭載することによって、容易に実現することができる。また、特許文献4に記載の温度測定装置における温度測定を行う演算処理と、本実施形態における気流可視化装置における気流可視化を行う演算処理とを切り替え可能に構成することによって、気流可視化装置の使い勝手をより向上させることができる。 Measuring atmospheric temperature values is not limited to thermocouples, as long as it is possible to measure atmospheric temperature values. For example, temperature measurement may be performed using the temperature measurement device described in Patent Document 4. The temperature measurement device described in Patent Document 4 has the same device configuration as the airflow visualization device 1 according to this embodiment, and therefore can be easily implemented by installing a calculation processing unit for performing temperature measurement in the temperature measurement device described in Patent Document 4 in the airflow visualization device 1. Furthermore, by configuring the calculation processing for temperature measurement in the temperature measurement device described in Patent Document 4 and the calculation processing for airflow visualization in the airflow visualization device according to this embodiment to be switchable, the usability of the airflow visualization device can be further improved.
(変形例)
なお、フィルタホイール3には、少なくとも1枚の、CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタ3aが装着されるか、又はフィルタホイール3に光学フィルタ3aを装着せずにブランクとしてブランク部を設け、さらに少なくとも1枚の、CO2による赤外線の吸収が少ない波長又は赤外線の吸収波長を含まない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタ3aが装着されていればよく、例えば、CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタ3aとCO2による赤外線の吸収が少ない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタ3aとの2種の光学フィルタ3aを同数ずつ装着してもよく、同数でなくてもよい。また、フィルタホイール3に、これら2種の光学フィルタ3aを交互に設けてもよく、隣接して設けてもよい。
(Modification)
The filter wheel 3 is required to be equipped with at least one optical filter 3 a having an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO 2 , or to have a blank portion with no optical filter 3 a attached to the filter wheel 3 and at least one optical filter 3 a having an infrared transmission wavelength that is a wavelength at which infrared absorption by CO 2 is low or that does not include the infrared absorption wavelength. For example, the filter wheel 3 may be equipped with an equal number of two types of optical filters 3 a, namely, optical filters 3 a having an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO 2 and optical filters 3 a having an infrared transmission wavelength that is a wavelength at which infrared absorption by CO 2 is low, or may not be equipped with an equal number of two types of optical filters 3 a. Furthermore, the filter wheel 3 may be equipped with these two types of optical filters 3 a alternately or adjacently.
また、CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタ3aとCO2による赤外線の吸収が少ない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタ3aとの2種の光学フィルタ3aを同数ずつ装着してもよく、同数でなくてもよい。また、CO2による赤外線の吸収波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタ3aとして、CO2による赤外線の吸収波長であり且つ赤外線透過波長が異なる複数種の光学フィルタを用いてもよく、この場合には、CO2による赤外線の吸収波長であり且つ赤外線透過波長が異なる複数種の光学フィルタにより得た、赤外線透過波長の異なる赤外線温度データに基づく複数の温度分布画像を足し合わせた温度分布画像から、CO2による赤外線の吸収が少ない波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタにより得た、赤外線温度データに基づく温度分布画像を除去した差分画像、すなわち、気流と、気流によって生じる温度変化を表す画像を表示すればよい。CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長を有する光学フィルタ3aとして、赤外線透過波長の幅が広いほど、気流の画像として得られる差分画像に含まれるノイズを低減することができ、同様に、CO2による赤外線の吸収波長を含む赤外線透過波長が異なる光学フィルタを複数設け、これら赤外線透過波長が異なる複数の赤外線温度データを用いて気流の画像を取得するときほどノイズを低減することができる。 Alternatively, the two types of optical filters 3a may be attached in equal numbers, i.e., optical filters 3a having infrared transmission wavelengths that include the infrared absorption wavelength of CO 2 and optical filters 3a having infrared transmission wavelengths that are less absorbed by CO 2. Furthermore, a plurality of types of optical filters having infrared absorption wavelengths that are the same as the infrared absorption wavelength of CO 2 but different infrared transmission wavelengths may be used as the optical filters 3a having infrared transmission wavelengths that are the same as the infrared absorption wavelength of CO 2. In this case, a difference image may be displayed by removing the temperature distribution image based on infrared temperature data obtained by an optical filter having infrared transmission wavelengths that are less absorbed by CO 2 from a temperature distribution image obtained by adding together a plurality of temperature distribution images based on infrared temperature data having different infrared transmission wavelengths, obtained by using a plurality of optical filters having infrared absorption wavelengths that are the same as the infrared absorption wavelength of CO 2 but different infrared transmission wavelengths, i.e., an image showing airflow and temperature changes caused by the airflow. As for the optical filter 3a having an infrared transmission wavelength that includes the infrared absorption wavelength of CO2 , the wider the range of infrared transmission wavelength, the more noise can be reduced in the difference image obtained as an image of the airflow. Similarly, when multiple optical filters with different infrared transmission wavelengths that include the infrared absorption wavelength of CO2 are provided and an image of the airflow is obtained using multiple infrared temperature data with different infrared transmission wavelengths, the more noise can be reduced.
<実施例>
気流可視化装置10は、図1及び図2に示す構成を有する。赤外線カメラ1として、InfraTec社製IR8350hp型を用いた。IR8350hp型の赤外線カメラ1は、中赤外帯域の冷却型であり、素子はInSb、測定波長は1.5μm~5.7μm、画素数は640×512である。また、赤外線カメラ1のレンズ-センサ間には、図2に示すように、合計6枚の光学フィルタを装着できるフィルタホイール3を備えている。
<Example>
The airflow visualization device 10 has the configuration shown in Figures 1 and 2. An IR8350hp model manufactured by InfraTec was used as the infrared camera 1. The IR8350hp infrared camera 1 is a cooled type for the mid-infrared band, uses an InSb element, has a measurement wavelength of 1.5 μm to 5.7 μm, and has 640 x 512 pixels. In addition, as shown in Figure 2, a filter wheel 3 is provided between the lens and sensor of the infrared camera 1, which can accommodate a total of six optical filters.
フィルタホイール3には、CO2による赤外線の吸収波長を赤外線透過波長として有する光学フィルタ3aとして、赤外線透過帯域が4.15μm~4.37μmの光学フィルタを取り付け、CO2による赤外線の吸収が少ない赤外線透過波長を有する光学フィルタとして赤外線透過帯域が3.28μm~3.45μmの光学フィルタを取り付けた。
撮影フレームレートは75Hz、露光時間は3000μsec、撮影時間は60secとした。
An optical filter with an infrared transmission band of 4.15 μm to 4.37 μm was attached to the filter wheel 3 as the optical filter 3a having the infrared absorption wavelength of CO2 as its infrared transmission wavelength, and an optical filter with an infrared transmission band of 3.28 μm to 3.45 μm was attached as an optical filter having an infrared transmission wavelength with little infrared absorption by CO2.
The imaging frame rate was 75 Hz, the exposure time was 3000 μsec, and the imaging time was 60 sec.
フィルタホイール3は6枚の光学フィルタ3aを保持することができるため、各光学フィルタ3aを通して12.5Hzごとに赤外線温度データを取得することができる。 The filter wheel 3 can hold six optical filters 3a, allowing infrared temperature data to be acquired every 12.5 Hz through each optical filter 3a.
図7は、測定対象空間における背景のデジタルカメラ画像である。エアコンから吐出さ
る温風の流れを測定対象とした。
Figure 7 shows a digital camera image of the background in the measurement space. The flow of warm air discharged from an air conditioner was the measurement target.
図8は、CO2による赤外線の吸収波長を赤外線透過波長とする光学フィルタを通して得た赤外線温度データに基づく温度分布画像であり、図9は、CO2による赤外線の吸収が少ない波長を赤外線透過波長とする光学フィルタを通して得た赤外線温度データに基づく温度分布画像である。図8及び図9の温度はいずれも赤外線カメラからのデジタルレベル値としている。 Figure 8 is a temperature distribution image based on infrared temperature data obtained through an optical filter whose infrared transmission wavelength is the wavelength of infrared absorption by CO 2 , and Figure 9 is a temperature distribution image based on infrared temperature data obtained through an optical filter whose infrared transmission wavelength is the wavelength at which infrared absorption by CO 2 is low. The temperatures in both Figures 8 and 9 are digital level values from the infrared camera.
図8に示すCO2による赤外線の吸収波長に相当する温度分布画像については過去3枚の温度分布画像に平均処理を施して取得し、図9に示すCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する温度分布画像については過去50枚の温度分布画像に平均処理を施して取得している。 The temperature distribution image corresponding to the wavelength of infrared absorption by CO2 shown in Figure 8 was obtained by averaging the past three temperature distribution images, and the temperature distribution image corresponding to the wavelength of infrared absorption by CO2 at a low level shown in Figure 9 was obtained by averaging the past 50 temperature distribution images.
図8に示すCO2による赤外線の吸収波長に相当する温度分布画像は、平均処理の枚数を大きくするとCO2による気流像も平均化されて流れとして認識しづらくなるので、少なめの平均枚数としている。一方、図9に示すCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する温度分布画像は、背景像だけであり時間的に大きな変化が生じないため、ノイズを減らす目的で多めの平均枚数としている。 For the temperature distribution image corresponding to the wavelength of infrared absorption by CO2 shown in Figure 8, a small number of images are averaged because if the number of images is increased, the airflow image due to CO2 will also be averaged, making it difficult to recognize as a flow. On the other hand, for the temperature distribution image corresponding to the wavelength of infrared absorption by CO2 shown in Figure 9, which is low, only a background image does not change significantly over time, so a large number of images are averaged in order to reduce noise.
図8から、CO2による赤外線の吸収波長に相当する温度分布画像は、エアコンから吐出される温風と背景温度とを表す画像からなることが確認できる。一方、図9から、CO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する温度分布画像は、エアコンから吐出される温風は含まず、背景温度のみを表す画像からなることが確認できる。 It can be seen from Figure 8 that the temperature distribution image corresponding to the wavelength of infrared light absorbed by CO2 consists of an image showing the warm air discharged from the air conditioner and the background temperature. On the other hand, it can be seen from Figure 9 that the temperature distribution image corresponding to the wavelength of infrared light with little absorption by CO2 consists of an image showing only the background temperature, not including the warm air discharged from the air conditioner.
図10に、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データに係数k1=2.5を乗算し、そこからCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データを減算して得た差分画像、つまり、背景のエアコン等の温度分布画像を除いた気流による温度分布のみを表す画像を示す。
エアコンから送られる温風は脈動的であるため、生成した差分画像に濃淡が生じ、気流として認識することができる。
FIG. 10 shows a differential image obtained by multiplying the infrared temperature data corresponding to the wavelengths at which CO2 absorbs infrared rays by a coefficient k1 = 2.5 and then subtracting from it the infrared temperature data corresponding to wavelengths at which CO2 absorbs less infrared rays. In other words, it shows an image that shows only the temperature distribution due to the airflow, excluding the temperature distribution image of the air conditioner, etc. in the background.
Because the warm air blown from an air conditioner is pulsating, the generated difference image has variations in density, which can be recognized as airflow.
なお、ここで生成した気流可視化像(=差分画像)は、デジタルレベル値で64段階の温度分解能としている。気流とそれによる温度変化の効果を可視化することを目的とする場合、デジタルレベル値による表示だけで十分であり、摂氏温度あるいは絶対温度への変換は必ずしも重要ではない。 The airflow visualization image (= difference image) generated here has a temperature resolution of 64 levels using digital level values. If the goal is to visualize the effects of airflow and the resulting temperature changes, displaying the digital level values is sufficient, and conversion to Celsius or absolute temperature is not necessarily important.
また、この処理は平均化処理と乗算処理、減算処理だけの負荷の低い処理のため、光学フィルタごとのフレームレートである12.5Hzごとに十分間に合うことができ、撮影を行いつつ気流像を表示することができる。
また、図11、図12は、エアコンから吐出される暖気流の向きを変えたときの気流可視化像であるが、暖気流による室内気温の変化も把握できるため、従来法に比べ、定量的に気流の効果を知ることができる。
また、この方法では、短い時間の温度変化に基づく従来の気流可視化法と異なり、気流が実際の物理現象に即して温度変化画像として表示されるため、直観的でわかりやすい気流像を得ることができる。
Furthermore, since this processing is a low-load process that involves only averaging, multiplication, and subtraction, it is sufficient to keep up with the frame rate of 12.5 Hz for each optical filter, and airflow images can be displayed while taking photographs.
11 and 12 are visualization images of the airflow when the direction of the warm airflow discharged from the air conditioner is changed. This also allows us to grasp the change in indoor air temperature caused by the warm airflow, making it possible to quantitatively understand the effect of the airflow compared to conventional methods.
Furthermore, unlike conventional airflow visualization methods that are based on short-term temperature changes, this method displays airflow as a temperature change image in accordance with actual physical phenomena, making it possible to obtain an intuitive and easy-to-understand image of airflow.
なお、エアコンからの温風を熱電対で計測すると42℃であった、一方、測定対象空間のもともとの気温は22℃であった。そこで、デジタルレベル値で64段階の温度分解能に対し、22℃~42℃に換算することで、摂氏温度・絶対値温度のスケールの伴った表示を行うこともできる。 When the warm air from the air conditioner was measured with a thermocouple, it was 42°C, while the original temperature of the space being measured was 22°C. Therefore, by converting the digital level value to a temperature resolution of 64 levels from 22°C to 42°C, it is possible to display the temperature on a Celsius or absolute temperature scale.
<変形例1>
上記実施形態では、リアルタイムで解析処理を行う場合について説明したが、赤外線温度データを記憶装置2dに記憶しておき、赤外線温度データを一旦保存し、その後保存した赤外線温度データの解析を行うようにしてもよい。
図13は、赤外線温度データを保存する際の、演算処理部2aでの処理手順の一例を示すフローチャートである。
<Modification 1>
In the above embodiment, the analysis processing is described as being performed in real time, but it is also possible to store the infrared temperature data in the memory device 2d, save the infrared temperature data temporarily, and then analyze the saved infrared temperature data.
FIG. 13 is a flowchart showing an example of the processing procedure in the processing unit 2a when storing infrared temperature data.
なお、図13において、図5に示すリアルタイムでの解析処理と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
演算処理部2aでは、ユーザの操作に応じて、赤外線カメラ1を起動し(ステップS1)、フィルタホイール3を起動し(ステップS2)、画素間のばらつきの校正といった赤外線カメラ1の初期調整を行う(ステップS3)。続いて、測定対象を撮影し表示装置2bに表示し(ステップS4)、測定対象の温度に応じて露光時間の設定を行う(ステップS5、S6)。
In FIG. 13, the same parts as those in the real-time analysis process shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
In response to user operations, the processing unit 2a starts the infrared camera 1 (step S1), starts the filter wheel 3 (step S2), and performs initial adjustments of the infrared camera 1, such as calibrating for variations between pixels (step S3). Subsequently, the object to be measured is photographed and displayed on the display device 2b (step S4), and the exposure time is set according to the temperature of the object to be measured (steps S5 and S6).
そして、ステップS6aに移行して、赤外線温度データの記憶装置2dへの保存を開始し、フィルタホイール3を切り替えつつ、CO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データの測定及び記憶装置2dへの格納(ステップS6b)とCO2による赤外線の吸収が少ない赤外線透過波長における赤外線温度データの測定及び記憶装置2dへの格納(ステップS6c)とを行い、終了操作が行われたとき(ステップS6d)、処理を終了する。 Then, the process proceeds to step S6a, where saving of the infrared temperature data to the memory device 2d is started, and while switching the filter wheel 3, infrared temperature data corresponding to the infrared absorption wavelength by CO2 is measured and stored in the memory device 2d (step S6b), and infrared temperature data at the infrared transmission wavelength where infrared absorption by CO2 is low is measured and stored in the memory device 2d (step S6c).When the end operation is performed (step S6d), the process ends.
図14は、記憶装置2dに格納した赤外線温度データの解析を行う解析処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 Figure 14 is a flowchart showing an example of the processing steps for analysis processing that analyzes infrared temperature data stored in the storage device 2d.
まず、記憶装置2dから赤外線温度データを読み込む(ステップS21)。例えば、最初のCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データと最初のCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データとを読み込む。続いて、読み込んだこれら赤外線温度データについて、差分画像を演算し(ステップS22)、図5のステップS12の処理と同様の手順で、差分画像を表示装置2bに表示しながら係数k1の探索処理を行う(ステップS23)。 First, infrared temperature data is read from the storage device 2d (step S21). For example, infrared temperature data corresponding to the wavelength at which the initial CO2 absorbs infrared rays and infrared temperature data corresponding to the wavelength at which the initial CO2 absorbs infrared rays less are read. Next, a difference image is calculated for the read infrared temperature data (step S22). A search process for the coefficient k1 is performed while the difference image is displayed on the display device 2b in the same manner as in step S12 of FIG. 5 (step S23).
そして、ユーザにより解析処理を開始するよう指示がなされると(ステップS24)、記憶装置2dから赤外線温度データを古いものから所定数分だけ読み出し(ステップS25)、古いものから所定数分のCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データについてステップS15での処理と同様に平均処理を行って、平均処理したCO2による赤外線の吸収波長に相当する赤外線温度データを取得する(ステップS26)。同様にして、古いものから所定数分のCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データについてステップS16での処理と同様に平均処理を行って、平均処理したCO2による赤外線の吸収が少ない波長に相当する赤外線温度データを取得する(ステップS27)。そして、ステップS23で特定した係数k1を利用して差分処理を行って差分画像を取得し、記憶装置2dに格納する(ステップS28)。 When the user issues an instruction to start the analysis process (step S24), a predetermined number of the oldest infrared temperature data are read from the storage device 2d (step S25), and the oldest infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 are averaged in the same manner as in step S15 to obtain the averaged infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 (step S26). Similarly, the oldest infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 are averaged in the same manner as in step S16 to obtain the averaged infrared temperature data corresponding to wavelengths of infrared absorption by CO2 (step S27). Then, a difference process is performed using the coefficient k1 identified in step S23 to obtain a difference image, which is stored in the storage device 2d (step S28).
そして、引き続き解析を行う場合には、ステップS29からステップS25に戻り、所定数分の赤外線温度データをそれぞれ読み出し、平均処理を行い(ステップS25~S27)、差分処理を行って差分画像を得る(ステップS28)。このとき、ステップS25で読み出す所定数分の赤外線温度データは、記憶装置2dに格納されているもっとも古い赤外線温度データを除いて2番目に古い所定数分の赤外線温度データを所定数読み出すようにしてもよく、或いはステップS26及びS27での平均処理に用いた赤外線温度データを除いて、その次に古い所定数分の赤外線温度データを読み出すようにしてもよい。 If further analysis is to be performed, the process returns from step S29 to step S25, where a predetermined number of pieces of infrared temperature data are read, averaged (steps S25 to S27), and subtracted to obtain a subtraction image (step S28). At this time, the predetermined number of pieces of infrared temperature data read in step S25 may be the second-oldest piece of infrared temperature data excluding the oldest piece of infrared temperature data stored in the storage device 2d, or the next-oldest piece of infrared temperature data excluding the infrared temperature data used in the averaging in steps S26 and S27 may be read.
そして、終了操作が行われたならば処理を終了する(ステップS29)。
差分画像を参照する場合には、記憶装置2dに格納した差分画像を読み出し、時系列に表示することによって、気流の温度分布画像を表示することができる。
If an end operation is performed, the process ends (step S29).
When referring to the differential images, the differential images stored in the storage device 2d are read out and displayed in chronological order, thereby making it possible to display an image of the temperature distribution of the airflow.
<変形例2>
図15は、上記実施形態においてさらに温度校正を行う場合の処理手順の一例を示すフローチャートであって、デジタルレベル値で64段階の温度分解能で表される温度分布画像を実際の温度に即した画像に換算したものである。これによって、摂氏温度・絶対値温度のスケールの伴った表示を行うこともできる。
<Modification 2>
15 is a flowchart showing an example of a processing procedure when further temperature calibration is performed in the above embodiment, in which a temperature distribution image expressed with a temperature resolution of 64 levels in digital level values is converted into an image corresponding to the actual temperature. This makes it possible to display the temperature on a scale of Celsius temperature or absolute temperature.
なお、図15において、図5に示すリアルタイムでの解析処理と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
ステップS1~ステップS12の処理は同一である。ステップS12で係数k1を選定した後、ステップS12aに移行し、熱電対等のセンサを用いて気流中の2か所以上において温度を測定する(ステップS12a)。そして、差分画像の各画素における差分値と温度測定値との関係を表す一次式を検出する(ステップS12b)。
In FIG. 15, the same parts as those in the real-time analysis process shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
The processes in steps S1 to S12 are the same. After selecting the coefficient k1 in step S12, the process proceeds to step S12a, where temperatures are measured at two or more locations in the airflow using sensors such as thermocouples (step S12a). Then, a linear equation that expresses the relationship between the difference value and the temperature measurement value at each pixel of the difference image is found (step S12b).
続いてステップS13に移行し、光学フィルタを切り替えつつ赤外線温度データの測定を行い(ステップS13、S14)、差分処理を行って差分画像を得る(ステップS15~S17)。 Next, proceed to step S13, measure infrared temperature data while switching optical filters (steps S13 and S14), and perform differential processing to obtain a differential image (steps S15 to S17).
次いでステップS17aに移行し、ステップS12bで検出した一次式を利用してステップS17で得た差分画像において画素毎に差分値を温度に換算し、換算結果からなる画像を表示装置2bにリアルタイムで表示する(ステップS18)。
ステップS13~ステップS17bの処理を繰り返し行い、測定終了操作が行われたとき(ステップS19)、処理を終了する。
Next, the process proceeds to step S17a, where the linear equation detected in step S12b is used to convert the difference value for each pixel in the difference image obtained in step S17 into a temperature, and an image of the conversion results is displayed in real time on the display device 2b (step S18).
The processes of steps S13 to S17b are repeated, and when an operation to end the measurement is performed (step S19), the process ends.
<変形例3>
図16、図17は、記憶装置2dに格納した赤外線温度データの解析を行うと共に温度校正を行う場合の、演算処理部2aでの処理手順の一例を示すフローチャートであって、デジタルレベル値で64段階の温度分解能で表される温度分布を実際の温度に換算したものである。これによって、摂氏温度・絶対値温度のスケールの伴った表示を行うこともできる。
<Modification 3>
16 and 17 are flowcharts showing an example of the processing procedure in the arithmetic processing unit 2a when analyzing infrared temperature data stored in the memory device 2d and performing temperature calibration, in which the temperature distribution expressed with a temperature resolution of 64 levels in digital level values is converted into actual temperature. This makes it possible to display the temperature on a scale of Celsius or absolute temperature.
なお、図16、図17において、図13、図14に示す温度校正を行わない場合の解析処理と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図16は、赤外線温度データを格納する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。図16において、ステップS1~ステップS6の処理は同一であり、ステップS6で露光時間を設定した後、ステップS6aaに移行し、熱電対等のセンサを用いて気流中の2か所以上において温度を測定し、記憶装置2dに格納する。
16 and 17, the same parts as those in the analysis process without temperature calibration shown in FIGS. 13 and 14 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
16 is a flowchart showing an example of the processing procedure for storing infrared temperature data. In FIG. 16, the processing in steps S1 to S6 is the same, and after setting the exposure time in step S6, the process proceeds to step S6aa, where temperatures are measured at two or more points in the airflow using sensors such as thermocouples, and the measured values are stored in the storage device 2d.
次いでステップS6aに移行し赤外線温度データの取得及び格納を開始し、フィルタホイール3を切り替えつつ赤外線温度データを取得し記憶層2dに格納し、終了操作が行われたとき処理を終了する(ステップS6a~S6d)。
図17は、記憶装置2dに格納した赤外線温度データの解析を行うと共に温度校正を行う処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
Next, the process proceeds to step S6a, where acquisition and storage of infrared temperature data is started, and the infrared temperature data is acquired and stored in the memory layer 2d while switching the filter wheel 3, and the process ends when an end operation is performed (steps S6a to S6d).
FIG. 17 is a flowchart showing an example of a processing procedure for analyzing infrared temperature data stored in the storage device 2d and performing temperature calibration.
なお、図17において、図14に示す温度校正を行わない場合の解析処理と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
ステップS21~S23の処理は同一であり、係数k1を探索した後、ステップS23aに移行して、図16のステップS6aaの処理で赤外線温度データと共に記憶していた温度測定値とステップS22の処理で取得した、差分画像とをもとに、差分値と温度測定との関係を表す一次式を検出し、所定の記憶領域に格納する。
In FIG. 17, the same parts as those in the analysis process without temperature calibration shown in FIG. 14 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
The processing of steps S21 to S23 is the same. After searching for the coefficient k1, the process proceeds to step S23a, where a linear equation expressing the relationship between the difference value and the temperature measurement is detected based on the temperature measurement value stored together with the infrared temperature data in the processing of step S6aa in FIG. 16 and the difference image acquired in the processing of step S22, and the linear equation is stored in a specified memory area.
そして、ユーザにより解析処理を開始するよう指示がなされると(ステップS24)、記憶装置2dから赤外線温度データを古いものから所定数分だけ読み出し(ステップS25)、古いものから所定数分のCO2による赤外線の吸収が多い波長を含む赤外線透過波長における赤外線温度データについて平均処理を行って差分処理を行い(ステップS26~S28)、ステップS28aに移行して、ステップS23aで検出した一次式を利用してステップS28で得た差分画像において画素毎に差分値を温度に換算し、所定の記憶領域に格納する。そして、解析終了操作が行われたとき処理を終了する(ステップS29)。 When the user issues an instruction to start the analysis process (step S24), a predetermined number of the oldest infrared temperature data are read from the storage device 2d (step S25), and the predetermined number of the oldest infrared temperature data at infrared transmission wavelengths, including wavelengths where infrared absorption by CO2 is high, are averaged and subjected to difference processing (steps S26 to S28).Then, the process proceeds to step S28a, where the linear equation detected in step S23a is used to convert the difference values for each pixel in the difference image obtained in step S28 into temperatures, and the converted values are stored in a predetermined storage area.Then, when an operation to end the analysis is performed, the process ends (step S29).
差分画像を参照する場合には、記憶装置2dに格納した差分画像を読み出し、時系列に表示することによって、気流の温度分布画像を表示することができ、さらに摂氏温度・絶対値温度のスケールの伴った表示を行うこともできる。 When referring to the differential image, the differential image stored in the storage device 2d can be read out and displayed in chronological order, allowing for the display of an image of the temperature distribution of the airflow, and it is also possible to display the image with a scale of Celsius temperature and absolute temperature.
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。 The scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but also includes all embodiments that achieve equivalent effects to those intended by the present invention. Furthermore, the scope of the present invention can be defined by any desired combination of specific features among all the respective features disclosed.
また、本発明は、例えば、以下のような構成をとることができる。
(1)
同一の測定対象空間における、CO2により赤外線が吸収される波長を含む第一波長帯の赤外線を撮像した第一赤外線温度データ、及びCO2により吸収される赤外線の量が前記第一波長帯においてCO2により吸収される赤外線の量よりも少ない第二波長帯の赤外線を撮像した第二赤外線温度データを出力する撮像装置と、
前記第一赤外線温度データに応じた温度分布画像から前記第二赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、前記測定対象空間における気流を表す画像として生成する可視化処理部と、
を備えることを特徴とする気流可視化装置。
(2)
前記撮像装置は、
一の赤外線カメラと、
前記第一波長帯を赤外線透過波長帯として有する1以上の第一光学フィルタと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する1以上の第二光学フィルタと、
前記第一光学フィルタと前記第二光学フィルタとを切り替えて前記赤外線カメラに入力される赤外線の波長帯を切り替えるフィルタホイールと、を備え、
前記赤外線カメラは、前記第一光学フィルタを通過した赤外線を撮像したデータを前記第一赤外線温度データとし、前記第二光学フィルタを通過した赤外線を撮像したデータを前記第二赤外線温度データとして出力することを特徴とする上記(1)に記載の気流可視化装置。
(3)
前記撮像装置は、
前記第一波長帯を赤外線透過波長帯として有する第一光学フィルタを有し、前記第一光学フィルタを通過した第一波長帯の赤外線を撮像して前記第一赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する第二光学フィルタを有し、前記第二光学フィルタを通過した第二波長帯の赤外線を撮像して前記第二赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
を備えることを特徴とする上記(1)に記載の気流可視化装置。
(4)
前記赤外線カメラの測定波長は、3μm以上5μm以下の波長帯を含むことを特徴とする上記(2)又は(3)に記載の気流可視化装置。
(5)
前記第一波長帯は、前記赤外線カメラの測定可能な波長帯と同一の波長帯であることを特徴とする上記(2)から(4)のいずれかに記載の気流可視化装置。
(6)
前記第一波長帯は、4.1μm以上4.4μm以下の波長帯を含むことを特徴とする上記(1)から(5)のいずれかに記載の気流可視化装置。
(7)
前記撮像装置は、
一の赤外線カメラと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する第二光学フィルタと、
前記第二光学フィルタと光学フィルタが設けられていないブランク部とを切り替えるフィルタホイールと、を備え、
前記赤外線カメラは、前記ブランク部を通過した赤外線を撮像したデータを前記第一赤外線温度データとし、前記第二光学フィルタを通過した赤外線を撮像したデータを前記第二赤外線温度データとして出力することを特徴とする上記(1)に記載の気流可視化装置。
(8)
前記撮像装置は、
前記測定対象空間の赤外線を撮像して前記第一赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する第二光学フィルタを有し、前記第二光学フィルタを通過した第二波長帯の赤外線を撮像して前記第二赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
を備えることを特徴とする上記(1)に記載の気流可視化装置。
(9)
前記可視化処理部は、前記第一赤外線温度データに第一係数を乗算した値から前記第二赤外線温度データに第二係数を乗算した値を減算して得た差分データに基づき前記差分画像を作成することを特徴とする上記(1)から(8)のいずれかに記載の気流可視化装置。
(10)
前記測定対象空間におけるCO2の温度を取得する手段を有し、
前記可視化処理部は、前記CO2の温度に基づき前記第一係数及び前記第二係数を決定し、
当該第一係数及び前記第二係数を用いて前記差分画像を作成することを特徴とする上記(9)に記載の気流可視化装置。
(11)
前記可視化処理部は、前記第一赤外線温度データ及び前記第二赤外線温度データをリアルタイムで処理して前記差分画像を作成し表示することを特徴とする上記(1)から(10)のいずれかに記載の気流可視化装置。
(12)
赤外線カメラを含み、当該赤外線カメラから、同一の測定対象空間における、CO2により赤外線が吸収される波長を含む第一波長帯の赤外線を撮像した第一赤外線温度データ、及びCO2により吸収される赤外線の量が前記第一波長帯においてCO2により吸収される赤外線の量よりも少ない第二波長帯の赤外線を撮像した第二赤外線温度データを出力する撮像装置から、前記第一赤外線温度データ及び前記第二赤外線温度データを取得するステップと、
取得した前記第一赤外線温度データ及び前記第二赤外線温度データに基づき、前記第一赤外線温度データに応じた温度分布画像から前記第二赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、前記測定対象空間における気流を表す画像として表示するステップと、
を備えることを特徴とする気流可視化方法。
Furthermore, the present invention can have the following configurations, for example.
(1)
an imaging device that outputs first infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a first wavelength band including wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 in the same measurement target space, and second infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a second wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is smaller than the amount of infrared rays absorbed by CO2 in the first wavelength band;
a visualization processing unit that generates a difference image by removing a temperature distribution image corresponding to the second infrared temperature data from a temperature distribution image corresponding to the first infrared temperature data, as an image representing an airflow in the measurement target space;
An airflow visualization device comprising:
(2)
The imaging device is
An infrared camera,
one or more first optical filters having the first wavelength band as an infrared transmission wavelength band;
one or more second optical filters having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band;
a filter wheel that switches between the first optical filter and the second optical filter to switch the wavelength band of the infrared light input to the infrared camera,
The airflow visualization device described in (1) above, wherein the infrared camera outputs data obtained by capturing infrared light that has passed through the first optical filter as the first infrared temperature data, and data obtained by capturing infrared light that has passed through the second optical filter as the second infrared temperature data.
(3)
The imaging device is
one or more infrared cameras having a first optical filter having the first wavelength band as an infrared transmission wavelength band, capturing an image of infrared light in the first wavelength band that has passed through the first optical filter and outputting the image as the first infrared temperature data;
one or more infrared cameras having a second optical filter having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band, capturing an image of infrared light in the second wavelength band that has passed through the second optical filter and outputting the image as the second infrared temperature data;
The airflow visualization device according to (1) above,
(4)
The airflow visualization device according to (2) or (3) above, wherein the measurement wavelength of the infrared camera includes a wavelength band of 3 μm or more and 5 μm or less.
(5)
The airflow visualization device according to any one of (2) to (4) above, wherein the first wavelength band is the same wavelength band as a measurable wavelength band of the infrared camera.
(6)
The airflow visualization device according to any one of (1) to (5), wherein the first wavelength band includes a wavelength band of 4.1 μm or more and 4.4 μm or less.
(7)
The imaging device is
An infrared camera,
a second optical filter having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band;
a filter wheel for switching between the second optical filter and a blank section where no optical filter is provided,
The airflow visualization device described in (1) above, wherein the infrared camera outputs data obtained by capturing infrared light that has passed through the blank portion as the first infrared temperature data, and data obtained by capturing infrared light that has passed through the second optical filter as the second infrared temperature data.
(8)
The imaging device is
one or more infrared cameras that capture infrared light in the measurement target space and output the first infrared temperature data;
one or more infrared cameras having a second optical filter having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band, capturing an image of infrared light in the second wavelength band that has passed through the second optical filter and outputting the image as the second infrared temperature data;
The airflow visualization device according to (1) above,
(9)
The airflow visualization device according to any one of (1) to (8), wherein the visualization processing unit creates the differential image based on differential data obtained by subtracting a value obtained by multiplying the second infrared temperature data by a second coefficient from a value obtained by multiplying the first infrared temperature data by a first coefficient.
(10)
A means for acquiring the temperature of CO 2 in the measurement target space,
the visualization processing unit determines the first coefficient and the second coefficient based on a temperature of the CO2 ;
The airflow visualization device according to (9) above, wherein the difference image is created using the first coefficient and the second coefficient.
(11)
The airflow visualization device according to any one of (1) to (10), wherein the visualization processing unit processes the first infrared temperature data and the second infrared temperature data in real time to create and display the difference image.
(12)
acquiring the first infrared temperature data and the second infrared temperature data from an imaging device including an infrared camera, the imaging device outputting first infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a first wavelength band including wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 , and second infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a second wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is less than the amount of infrared rays absorbed by CO2 in the first wavelength band, in the same measurement target space;
a step of displaying a difference image obtained by removing the temperature distribution image corresponding to the second infrared temperature data from the temperature distribution image corresponding to the first infrared temperature data based on the acquired first infrared temperature data and the acquired second infrared temperature data as an image representing an airflow in the measurement target space;
An airflow visualization method comprising:
1 赤外線カメラ
2 解析処理装置
2a 演算処理部
2b 表示装置
2c 入力装置
2d 記憶装置
21 カメラ制御部
22 フィルタホイール駆動部
23 温度データ処理部
3 フィルタホイール
3a 光学フィルタ
10 気流可視化装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 Infrared camera 2 Analysis processing device 2a Arithmetic processing unit 2b Display device 2c Input device 2d Storage device 21 Camera control unit 22 Filter wheel driving unit 23 Temperature data processing unit 3 Filter wheel 3a Optical filter 10 Airflow visualization device
Claims (12)
前記第一赤外線温度データに応じた温度分布画像から前記第二赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、前記測定対象空間における気流を表す画像として生成する可視化処理部と、
を備えることを特徴とする気流可視化装置。 an imaging device that outputs first infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a first wavelength band including wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 in the same measurement target space, and second infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a second wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is smaller than the amount of infrared rays absorbed by CO2 in the first wavelength band;
a visualization processing unit that generates a difference image by removing a temperature distribution image corresponding to the second infrared temperature data from a temperature distribution image corresponding to the first infrared temperature data, as an image representing an airflow in the measurement target space;
An airflow visualization device comprising:
一の赤外線カメラと、
前記第一波長帯を赤外線透過波長帯として有する1以上の第一光学フィルタと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する1以上の第二光学フィルタと、
前記第一光学フィルタと前記第二光学フィルタとを切り替えて前記赤外線カメラに入力される赤外線の波長帯を切り替えるフィルタホイールと、を備え、
前記赤外線カメラは、前記第一光学フィルタを通過した赤外線を撮像したデータを前記第一赤外線温度データとし、前記第二光学フィルタを通過した赤外線を撮像したデータを前記第二赤外線温度データとして出力することを特徴とする請求項1に記載の気流可視化装置。 The imaging device is
An infrared camera,
one or more first optical filters having the first wavelength band as an infrared transmission wavelength band;
one or more second optical filters having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band;
a filter wheel that switches between the first optical filter and the second optical filter to switch the wavelength band of the infrared light input to the infrared camera,
2. The airflow visualization device according to claim 1, wherein the infrared camera outputs, as the first infrared temperature data, data obtained by capturing infrared light that has passed through the first optical filter, and as the second infrared temperature data, data obtained by capturing infrared light that has passed through the second optical filter.
前記第一波長帯を赤外線透過波長帯として有する第一光学フィルタを有し、前記第一光学フィルタを通過した第一波長帯の赤外線を撮像して前記第一赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する第二光学フィルタを有し、前記第二光学フィルタを通過した第二波長帯の赤外線を撮像して前記第二赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の気流可視化装置。 The imaging device is
one or more infrared cameras having a first optical filter having the first wavelength band as an infrared transmission wavelength band, capturing an image of infrared light in the first wavelength band that has passed through the first optical filter and outputting the image as the first infrared temperature data;
one or more infrared cameras having a second optical filter having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band, capturing an image of infrared light in the second wavelength band that has passed through the second optical filter and outputting the image as the second infrared temperature data;
The airflow visualization device according to claim 1, further comprising:
一の赤外線カメラと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する第二光学フィルタと、
前記第二光学フィルタと光学フィルタが設けられていないブランク部とを切り替えるフィルタホイールと、を備え、
前記赤外線カメラは、前記ブランク部を通過した赤外線を撮像したデータを前記第一赤外線温度データとし、前記第二光学フィルタを通過した赤外線を撮像したデータを前記第二赤外線温度データとして出力することを特徴とする請求項1に記載の気流可視化装置。 The imaging device is
An infrared camera,
a second optical filter having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band;
a filter wheel for switching between the second optical filter and a blank section where no optical filter is provided,
2. The airflow visualization device according to claim 1, wherein the infrared camera outputs, as the first infrared temperature data, data obtained by capturing an image of infrared light that has passed through the blank portion, and as the second infrared temperature data, data obtained by capturing an image of infrared light that has passed through the second optical filter.
前記測定対象空間の赤外線を撮像して前記第一赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
前記第二波長帯を赤外線透過波長帯として有する第二光学フィルタを有し、前記第二光学フィルタを通過した第二波長帯の赤外線を撮像して前記第二赤外線温度データとして出力する1以上の赤外線カメラと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の気流可視化装置。 The imaging device is
one or more infrared cameras that capture infrared light in the measurement target space and output the first infrared temperature data;
one or more infrared cameras having a second optical filter having the second wavelength band as an infrared transmission wavelength band, capturing an image of infrared light in the second wavelength band that has passed through the second optical filter and outputting the image as the second infrared temperature data;
The airflow visualization device according to claim 1, further comprising:
前記可視化処理部は、前記CO2の温度に基づき前記第一係数及び前記第二係数を決定し、
当該第一係数及び前記第二係数を用いて前記差分画像を作成することを特徴とする請求項9に記載の気流可視化装置。 A means for acquiring the temperature of CO 2 in the measurement target space,
the visualization processing unit determines the first coefficient and the second coefficient based on a temperature of the CO2 ;
The airflow visualization device according to claim 9, wherein the difference image is created using the first coefficient and the second coefficient.
取得した前記第一赤外線温度データ及び前記第二赤外線温度データに基づき、前記第一赤外線温度データに応じた温度分布画像から前記第二赤外線温度データに応じた温度分布画像を除去した差分画像を、前記測定対象空間における気流を表す画像として表示するステップと、
を備えることを特徴とする気流可視化方法。 acquiring the first infrared temperature data and the second infrared temperature data from an imaging device including an infrared camera, the imaging device outputting first infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a first wavelength band including wavelengths at which infrared rays are absorbed by CO2 , and second infrared temperature data obtained by capturing infrared rays in a second wavelength band in which the amount of infrared rays absorbed by CO2 is less than the amount of infrared rays absorbed by CO2 in the first wavelength band, in the same measurement target space;
a step of displaying a difference image obtained by removing the temperature distribution image corresponding to the second infrared temperature data from the temperature distribution image corresponding to the first infrared temperature data based on the acquired first infrared temperature data and the acquired second infrared temperature data as an image representing an airflow in the measurement target space;
An airflow visualization method comprising:
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2026018120A true JP2026018120A (en) | 2026-02-05 |
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