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JPH0635944B2 - Visualization method of flow by image processing - Google Patents

Visualization method of flow by image processing

Info

Publication number
JPH0635944B2
JPH0635944B2 JP10499890A JP10499890A JPH0635944B2 JP H0635944 B2 JPH0635944 B2 JP H0635944B2 JP 10499890 A JP10499890 A JP 10499890A JP 10499890 A JP10499890 A JP 10499890A JP H0635944 B2 JPH0635944 B2 JP H0635944B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow
particles
liquid
image processing
velocity
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
Application number
JP10499890A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH042938A (en
Inventor
敏雄 小林
宜久 津田
正弘 土岐
和義 井内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP10499890A priority Critical patent/JPH0635944B2/en
Publication of JPH042938A publication Critical patent/JPH042938A/en
Publication of JPH0635944B2 publication Critical patent/JPH0635944B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像処理による流れの可視化方法に関し、より
詳細には、流れの可視化法により定量的に流れ場の物理
量を求めることを可能にした画像処理による流れの可視
化方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a flow visualization method by image processing, and more specifically, enables a flow field visualization method to quantitatively determine a physical quantity of a flow field. The present invention relates to a flow visualization method by image processing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

流れ場の可視化手法により流れを把握する試みは古くか
らあり、壁面トレース、タフト法、直接注入法等がよく
知られている。
There have been many attempts to grasp the flow by the visualization method of the flow field, and wall trace, tuft method, direct injection method, etc. are well known.

壁面トレース法は、物体表面に油等を塗布し、流れによ
って現れる筋模様から流れの状態、方向、速度等を求め
るものである。
The wall surface tracing method is a method in which oil or the like is applied to the surface of an object and the flow state, direction, speed, etc. are obtained from the streak pattern that appears due to the flow.

タフト法は、多数の糸を物体表面に張り、そのなびき具
合から流れを測定するものである。
The tuft method is a method in which a large number of threads are stretched on the surface of an object and the flow is measured from the degree of fluttering.

直接注入法は、流れ内に染料を入れ、その染料の流跡を
可視化するものである。
The direct injection method involves placing a dye in a stream and visualizing the dye trail.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記壁面トレース法では物体の表面から
離れた空間での流れの測定は困難であり、またタフト法
では任意の断面での測定が困難であるという問題があっ
た。更に、上記直接注入法では、染料の流跡上での速度
は把握できるが、流れ領域全体を一度に可視化すること
はできないという問題があった。
However, the wall tracing method has a problem that it is difficult to measure the flow in a space away from the surface of the object, and the tuft method makes it difficult to measure an arbitrary cross section. Further, the above direct injection method has a problem in that the velocity of the dye on the trace can be grasped, but the entire flow region cannot be visualized at one time.

近年、流れ領域全体を一度に可視化し、流速、流れ関数
等の物理量を算出することや、流れ領域全体の物理量の
時間的変化を算出することに関する関心は著しく強い。
In recent years, there has been remarkably strong interest in visualizing the entire flow region at one time and calculating physical quantities such as a flow velocity and a flow function, and calculating temporal changes in the physical quantity of the entire flow region.

流れ領域内の任意の断面を可視化することや、例えば水
だけでの速度ではなく、水中の気泡の速度等の可視化に
関しての関心も著しく強く、この可視化を可能にする試
みとしては、論文「日本機械学会文集(B編)」第55
巻、509号(1989−1)、107〜114頁に記
載されるような方法が提案されている。この方法は、流
れ場にトレーサ粒子を混入し、このトレーサ粒子に連続
光又はストロボ光を当てて、その流跡を画像処理するも
のである。画像処理は、例えばテレビジョンカメラから
画像を入力し、そのフレーム情報をフィールド情報に変
換し、連続する4時刻分のフィールド情報を夫々画像処
理して個々の粒子の軌跡を追跡する。そして、個々のト
レーサ粒子の軌跡から流れ場を可視化して、各種物理量
を求めるものである。
Interest in visualizing an arbitrary cross section in a flow region and visualization of not only the velocity of water alone but also the velocity of bubbles in water, etc. is extremely strong. The Society of Mechanical Engineers Collection (B) "55
Vol. 509 (1989-1), pp. 107-114, has been proposed. In this method, tracer particles are mixed in the flow field, and the tracer particles are exposed to continuous light or strobe light to image-process the trace. In image processing, for example, an image is input from a television camera, its frame information is converted into field information, and field information for four consecutive times is subjected to image processing to trace the trajectory of each particle. Then, the flow field is visualized from the traces of the individual tracer particles to obtain various physical quantities.

上記論文に示されている方法を概略的に説明すると、ま
ず、テレビジョンカメラから入力された信号から連続し
た4時刻分のフィールド情報を取り出し、各時刻におい
て夫々画像処理を行って、各トレーサ粒子の重心位置を
求める。この時に実行される画像処理は、ノイズ処理、
2値化処理及び重心位置の算出処理である。即ち、得ら
れた画像情報から背景画像を除去した後、所定のしきい
値で2値化し、更に、トレーサ粒子よりも小さい粒子を
除去するノイズ処理を行った後、ラベリング処理を行
い、このラベリング処理によって得られた各粒子の構成
画素(xi ,yi )からその粒子の重心位置を算出す
る。
Explaining the method shown in the above paper in brief, first, field information for four consecutive times is extracted from a signal input from a television camera, and image processing is performed at each time to obtain tracer particles. Find the center of gravity of. The image processing executed at this time is noise processing,
It is a binarization process and a gravity center position calculation process. That is, after removing the background image from the obtained image information, binarization is performed at a predetermined threshold value, and noise processing for removing particles smaller than tracer particles is performed, and then labeling processing is performed. The barycentric position of each particle is calculated from the constituent pixels (x i , y i ) of each particle obtained by the processing.

次に、粒子の対応づけを行うが、まず、追跡すべき粒子
の第1時刻における重心位置から適度な半径で捜索範囲
を指定する。そして、第2時刻の画像においてこの捜索
範囲内に存在する全ての粒子の重心位置を移動先候補の
重心位置として抽出する。次に、第1時刻における粒子
の重心位置と第2時刻において抽出された各移動先候補
の重心位置とから各移動先候補の粒子の速度ベクトルを
算出する。そして、それらの速度ベクトルに基づいて、
第3時刻における捜索中心点を夫々決定し、各捜索中心
点の回りに比較的小さな半径で捜索範囲を設定する。そ
して、各捜索範囲内に存在する粒子の重心位置を第3時
刻における移動先候補として抽出する。更に、同様の手
順により第4時刻における移動先候補を抽出する。この
ようにして第2〜第4時刻の全てに移動先候補が存在し
た経路をその粒子の仮想経路として抽出する。そして、
抽出された仮想経路が1つの場合には、それをその粒子
の移動経路として認定する。一方、抽出された仮想経路
が複数存在する場合には、所定の判定条件に基づきそれ
らの中から最も妥当な経路を選定する。
Next, the particles are associated with each other. First, the search range is designated by an appropriate radius from the position of the center of gravity of the particles to be tracked at the first time. Then, the barycentric positions of all the particles existing within this search range in the image at the second time are extracted as the barycentric positions of the destination candidates. Next, the velocity vector of the particle of each destination candidate is calculated from the position of the center of gravity of the particle at the first time and the position of the center of gravity of each destination candidate extracted at the second time. And based on those velocity vectors,
Each search center point at the third time is determined, and the search range is set around each search center point with a relatively small radius. Then, the position of the center of gravity of the particles existing in each search range is extracted as the destination candidate at the third time. Further, the destination candidates at the fourth time are extracted by the same procedure. In this way, the route in which the destination candidate exists at all of the second to fourth times is extracted as the virtual route of the particle. And
If there is one extracted virtual path, it is recognized as the movement path of the particle. On the other hand, when there are a plurality of extracted virtual routes, the most appropriate route is selected from them based on a predetermined determination condition.

以上の追跡処理を全ての粒子に対して行い、それらの中
で同一時刻に同一座標を共有する経路があった場合に
は、それらを不良データとして削除する。また、測定時
間内に測定領域から流出した等の理由から全ての時刻で
の対応づけができなかった粒子のデータは採用しない。
このようにして求められた各トレーサ粒子の移動経路か
ら所定の物理量、例えば、流速や関数を求める。
The above tracking process is performed for all particles, and if there is a path that shares the same coordinates at the same time, they are deleted as defective data. In addition, the data of particles that could not be associated at all times due to reasons such as flowing out of the measurement area within the measurement time is not adopted.
A predetermined physical quantity, such as a flow velocity or a function, is obtained from the movement path of each tracer particle thus obtained.

本発明は、従来の可視化方法である壁面トレース法、タ
フト法、直接注入法等の欠点である流れ領域内の任意の
断面を一度に可視化することが不可能であるという問
題、及び、可視化情報から流速、流れ関数等の流体の物
理量を定量的に求めることが不可能であるという問題を
解決することを目的とするものであり、上記論文の方法
を改良し、流れ場を簡単に可視化して、定量的に流れ場
の物理量を求めることを可能にした画像処理による流れ
の可視化方法を提案することを目的とする。
The present invention has a problem that it is impossible to visualize any cross section in a flow region at a time, which is a drawback of conventional visualization methods such as a wall tracing method, a tuft method, a direct injection method, and the visualization information. It is intended to solve the problem that it is impossible to quantitatively determine the physical quantity of fluid such as flow velocity and stream function from the above, and the method of the above paper was improved to visualize the flow field easily. Then, it aims at proposing the flow visualization method by the image processing that made it possible to quantitatively determine the physical quantity of the flow field.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記課題を解決するための本発明は、流体中に粒子径2
mm以下10μm以上の粒子を混入し、この流体中にレー
ザ光を光シート状に2次元的に広げて連続的に照射し、
上記粒子の散乱光又は蛍光をカメラを介して記録媒体に
録画し、可視化すべき流れ領域を上記粒子の連度差に応
じて複数の領域に分割し、夫々の領域において、上記記
録媒体に録画された画像情報からその領域における上記
粒子の速度に応じた時間間隔で3時刻乃至6時刻分のフ
ィールド情報を取り出し、これらのフィールド情報を夫
々の領域において画像処理することによって上記流れを
領域を一度に可視化し、上記流体の速度や流れ関数等の
物理量を測定することを特徴とする画像処理による流れ
の可視化方法である。
MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This invention for solving the said subject WHEREIN: The particle diameter of 2
Particles with a size of less than 10 mm and less than 10 mm are mixed, and laser light is two-dimensionally spread in this fluid in the form of a light sheet and continuously irradiated,
The scattered light or fluorescence of the particles is recorded on a recording medium via a camera, the flow region to be visualized is divided into a plurality of regions according to the continuity difference of the particles, and the regions are recorded on the recording medium in each region. The field information for 3 to 6 times is extracted from the obtained image information at a time interval according to the velocity of the particles in the area, and the field information is processed in each area to perform the flow once in the area. It is a method of visualizing a flow by image processing, which is characterized in that the physical quantity such as the velocity and the flow function of the fluid is measured.

また、本発明の好ましい態様においては、気体と液体で
構成される気液2相流中の気体と液体の速度若しくは固
体と液体で構成される固液2層流中の固体と液体の速度
を、上記画像処理における2値化レベルを変えること、
及び、液体の速度を示す上記混入粒子の大きさと気泡若
しくは上記固体の大きさとを上記画像処理において互い
に区別することの少なくとも一方によって区別すること
により、上記2相流体の物理量を同時に定量的に測定す
る。
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the velocity of gas and liquid in a gas-liquid two-phase flow composed of gas and liquid or the velocity of solid and liquid in a solid-liquid two-layer flow composed of solid and liquid are determined. , Changing the binarization level in the image processing,
Also, the physical quantity of the two-phase fluid is quantitatively measured simultaneously by distinguishing the size of the mixed particles indicating the velocity of the liquid and the size of the bubbles or the solid by at least one of the image processing. To do.

〔作用〕[Action]

まず、流れ領域内の任意の断面が可視化可能であるよう
に、流れ領域内に、例えば厚み3mm以下の光シート状の
アルゴンレーザを連続的に照射する。
First, the flow region is continuously irradiated with a light sheet-shaped argon laser having a thickness of 3 mm or less so that an arbitrary cross section in the flow region can be visualized.

次に、液体又は気体等の単相流の測定においては、流体
中に粒子径2mm以下10μm以上の粒子を入れ、その粒
子に照射された光シート状のアルゴンレーザの散乱光或
いは蛍光をカメラから記録媒体に一度録画する。
Next, in the measurement of single-phase flow of liquid or gas, particles with a particle diameter of 2 mm or less and 10 μm or more are put in a fluid, and scattered light or fluorescence of a light sheet-like argon laser irradiated on the particles is emitted from a camera. Record once on the recording medium.

また、固液2相流中の固体及び液体若しくは気液2相流
中の気体及び液体の同時測定を行う場合には、レーザ光
の散乱強度を、固液2相流では液体の流速を示す混入粒
子と固体とで、また気液2相流では液体の流速を示す混
入粒子と気泡とで異なるように予かめ調整し、画像処理
時の2値化レベルを変えることにより固体と液体若しく
は気体と液体の流れを区別する。或いは、画像処理時に
液体の流速を示す混入粒子の面積と固体若しくは気泡の
面積とが変わるように混入粒子を予め調整することで固
体と液体若しくは気体と液体の流れを区別する。
Further, when the solid and liquid in the solid-liquid two-phase flow or the gas and liquid in the gas-liquid two-phase flow are simultaneously measured, the scattering intensity of the laser light is shown, and in the solid-liquid two-phase flow, the flow velocity of the liquid is shown. By pre-adjusting the mixed particles and the solid, and in the gas-liquid two-phase flow, the mixed particles and the bubbles that show the flow velocity of the liquid to be different, and changing the binarization level at the time of image processing, the solid and the liquid or the gas. And to distinguish the flow of liquid. Alternatively, by adjusting the mixed particles in advance so that the area of the mixed particles indicating the flow velocity of the liquid during image processing and the area of the solid or bubbles change, the flows of the solid and the liquid or the gas and the liquid are distinguished from each other.

次に、例えば、録画された画像情報をモニターして、可
視化すべき流れ領域を粒子の大まかな速度差により複数
の領域に分割する。そして、記録媒体に録画された画像
情報を、例えば1/30秒のフレーム情報から1/60
秒のフィールド情報に分け、速度の遅い領域に対しては
比較的時間間隔の広い例えば3時刻分のフィールド情報
を、例えばコンピュータに接続されたフレームメモリに
記憶させ、速度の速い領域に対しては比較的時間間隔の
狭い例えば6時刻分のフィールド情報をそのフレームメ
モリに記憶させる。これらの3個乃至6個の各時刻にお
ける情報は各時刻毎に画像処理し、粒子の重心を算出す
る。そして、算出された重心から粒子の流跡を各領域毎
に前記論文の方法と同様の方法で対応づけ、流れ領域内
全体での速度と流れの方向を算出する。
Next, for example, the recorded image information is monitored, and the flow region to be visualized is divided into a plurality of regions according to the rough velocity difference of the particles. Then, the image information recorded on the recording medium is changed to 1/60 from the frame information of 1/30 seconds, for example.
The field information is divided into seconds, and the field information for three times, which has a relatively wide time interval for the slow speed area, is stored in the frame memory connected to the computer, for the fast speed area. Field information for, for example, 6 time points having a relatively narrow time interval is stored in the frame memory. These three to six pieces of information at each time are subjected to image processing at each time to calculate the center of gravity of the particle. Then, from the calculated center of gravity, the particle traces are associated with each region in the same manner as the method of the above-mentioned paper, and the velocity and the flow direction in the entire flow region are calculated.

また、上述の方法において、比較的大きく異なった時刻
から夫々3時刻乃至6時刻分の情報を取り出し、それら
を画像処理することによって、流れ領域内での時間的変
化を求めることもできる。
Further, in the above method, it is also possible to obtain the temporal change in the flow region by extracting information for 3 to 6 times from relatively different times and performing image processing on them.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の方法を実施するための装置構成の一例
を示す図であり、第2図は画像処理装置の構成例を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a device configuration for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an image processing device.

第1図に示すように、本発明の方法を実施するための装
置は、アルゴンレーザ1、光ファイバー2、ピンホール
3、光学レンズ4、肉厚10mmのアクリル製容器5、C
CDカメラ8、録画再生装置9(12)、録画再生装置
9(12)に接続されたモニター10(11)、フレー
ム/フィールド変換装置13、計算機15、及び、計算
機15に接続されたフレームメモリ14、モニター16
及び外部記憶装置から構成されている この装置において、アルゴンレーザ1から照射されたレ
ーザ光は一度光ファイバー2に入射し、この光ファイバ
ー2の先端に取り付けられた光学レンズ4にて厚み2mm
以下のレーザシートを作り、アクリル製容器5内の流体
に照射される。本発明の実施例で用いた流体は水であ
る。
As shown in FIG. 1, an apparatus for carrying out the method of the present invention comprises an argon laser 1, an optical fiber 2, a pinhole 3, an optical lens 4, an acrylic container 5 having a thickness of 10 mm, and a C container.
CD camera 8, recording / reproducing device 9 (12), monitor 10 (11) connected to recording / reproducing device 9 (12), frame / field converter 13, computer 15, and frame memory 14 connected to computer 15 , Monitor 16
In this device, the laser light emitted from the argon laser 1 once enters the optical fiber 2, and the optical lens 4 attached to the tip of the optical fiber 2 has a thickness of 2 mm.
The following laser sheet is made and irradiated with the fluid in the acrylic container 5. The fluid used in the examples of the present invention is water.

この場合、アルゴンレーザ1からのレーザ光を光ファイ
バー2に入射するにあたっては、光ファイバー2のコア
径が大きいほど光ファイバー内での光の損失が少ない
が、コア径を大きくしすぎると、形成されるアルゴンレ
ーザシートの厚みが厚くなるので、光ファイバー2と光
学レンズ4との間にピンホール3等を設けてアルゴンレ
ーザシートを薄くするのが好ましい。
In this case, when the laser light from the argon laser 1 is incident on the optical fiber 2, the larger the core diameter of the optical fiber 2, the less the light loss in the optical fiber. Since the thickness of the laser sheet becomes thicker, it is preferable to make the argon laser sheet thinner by providing a pinhole 3 or the like between the optical fiber 2 and the optical lens 4.

本発明の実施例では、光ファイバー2のコア径を100
μmとして光ファイバー内での光の損失を少なくし、先
端の光学レンズ4と光ファイバー2との間に、光ファイ
バー2の先端から30mmの位置に内径1mmのピンホール
3を設けてレーザシート厚みを調整した。
In the embodiment of the present invention, the core diameter of the optical fiber 2 is 100.
The thickness of the laser sheet is adjusted by reducing the light loss in the optical fiber to μm and providing a pinhole 3 with an inner diameter of 1 mm at a position 30 mm from the front end of the optical fiber 2 between the optical lens 4 and the optical fiber 2 at the front end. .

実施例1(水の流れの可視化) 第1図に示すアクリル製容器5には水が満たされてお
り、このアクリル製容器5の上面は大気解放になってい
る。このアクリル製容器5には配管6から連続的に水が
供給されており、配管7から連続的に排水されている。
Example 1 (Visualization of Water Flow) The acrylic container 5 shown in FIG. 1 is filled with water, and the upper surface of the acrylic container 5 is open to the atmosphere. Water is continuously supplied to the acrylic container 5 through a pipe 6 and continuously drained through a pipe 7.

このアクリル製容器5内の水の流れ場を可視化するため
に、水の流れに追従する粒子をアクリル製容器5の上面
から連続的に入れ、容器5内の可視化したい断面に光学
レンズ4からアルゴンレーザを光シートに連続的に照射
した。そして、レーザシート面1Aと直交する方向にC
CDカメラ8をおき、上記粒子がレーザシート面1Aを
通過する時に散乱もしくは蛍光した光をそのシート面と
直交する方向からCCDカメラ8にて撮影し、録画装置
9に連続的に録画することでシート面内の映像を録画し
た。なお、録画時には、録画再生装置9に接続したモニ
ター10で録画状態を確認した。
In order to visualize the flow field of water in the acrylic container 5, particles that follow the flow of water are continuously placed from the upper surface of the acrylic container 5, and the optical lens 4 and argon are applied to the cross section of the container 5 to be visualized. The laser light was continuously applied to the light sheet. Then, C in the direction orthogonal to the laser sheet surface 1A
By placing the CD camera 8 and capturing light scattered or fluorescent when the particles pass through the laser sheet surface 1A from the direction orthogonal to the sheet surface by the CCD camera 8 and continuously recording on the recording device 9. The video on the seat surface was recorded. During recording, the monitor 10 connected to the recording / playback apparatus 9 confirmed the recording state.

混入粒子としては、アクリル製球形粒子やこの粒子の表
面をメチレンブルー等の染料で表面改質して散乱若しく
は蛍光強度を強くしたものを用いるのが望ましい。本例
では、表面改質をしない粒子径30μm、密度1kg/
cm3の粒子を用いた。
As the mixed particles, it is desirable to use acrylic spherical particles or particles whose surface has been surface-modified with a dye such as methylene blue to increase scattering or fluorescence intensity. In this example, the particle size without surface modification is 30 μm, and the density is 1 kg /
cm 3 particles were used.

次に、録画した情報を録画再生装置12で再生し、1/
30秒単位のフレーム情報から1/60秒単位のフィー
ルド情報にフレーム/フィールド変換装置13で分け、
計算機15に接続したフレームメモリ14に記録した。
再生時には、録画再生装置12に接続したモニター11
で再生状態を確認した。
Next, the recorded information is reproduced by the recording / reproducing device 12, and 1 /
The frame / field converter 13 divides the frame information in units of 30 seconds into the field information in units of 1/60 seconds,
The data is recorded in the frame memory 14 connected to the computer 15.
During playback, the monitor 11 connected to the recording / playback device 12
The playback status was confirmed with.

本例では、録画再生装置にNTSC方式のものを用いた
ため、水平方向走査線480本のうち、フレーム情報か
らフィールド情報に分けたため、240本のみが有効で
あった。
In this example, since the recording / reproducing apparatus of the NTSC system was used, of the 480 horizontal scanning lines, only 240 lines were effective because the frame information was divided into the field information.

また、フレームメモリ14への記録を行うに当っては、
計算機15に接続したモニター16を通じて混入粒子の
画像をモニターし、その混入粒子の大まかな速度に応じ
てい領域を速度の遅い領域と速い領域に分割した。そし
て、速度の遅い領域に対しては1/60秒単位のフィー
ルド情報を3/30秒間隔で3時刻分をフレームメモリ
14に記録し、速度の速い領域に対しては1/60秒単
位のフィールド情報を1/30秒間隔で6時刻分をフレ
ームメモリ14の別の記憶領域に記録した。
In addition, when recording to the frame memory 14,
An image of the mixed particles was monitored through a monitor 16 connected to the computer 15, and the area was divided into a slow area and a fast area according to the rough speed of the mixed particles. Field information in units of 1/60 seconds is recorded in the frame memory 14 at intervals of 3/30 seconds for the slow area, and in 1/60 seconds for the fast area. Field information was recorded in another storage area of the frame memory 14 for 6 times at 1/30 second intervals.

次に、フレームメモリ14に記録した各時刻の情報を、
速度の遅い領域と速い領域とで別々に画像処理し、粒子
の重心位置を算出した。ここで用いた画像処理は、ノズ
ル処理、2値化処理及び粒子の重心位置の算出である。
算出された重心位置は、速度の遅い領域と速い領域とで
別々に計算機15の外部記憶装置16に一時的に記憶し
た。
Next, the information of each time recorded in the frame memory 14 is
Image processing was performed separately for the low-velocity region and the high-velocity region, and the barycentric position of the particles was calculated. The image processing used here is nozzle processing, binarization processing, and calculation of the barycentric position of particles.
The calculated center-of-gravity position was temporarily stored in the external storage device 16 of the computer 15 separately for the low speed region and the high speed region.

次に、速度の遅い領域と速い領域の夫々に対し前記論文
に記載された方法と同様の方法により粒子の対応づけを
行い、その速度を算出した。本例では、速度の遅い領域
に対し画像処理された粒子の重心の数は各時刻において
約350個であり、前記論文の方法を3時刻に変更して
対応づけを行うと、270個の対応づけが可能であっ
た。また、速度の速い領域に対し画像処理された粒子の
重心の数は各時刻において約220個であり、前記論文
の方法を6時刻に拡張して対応づけを行うと、120個
の対応づけが可能であった。
Next, particles were associated with the slow speed region and the fast speed region by a method similar to the method described in the above-mentioned paper, and the speed was calculated. In this example, the number of centroids of image-processed particles in the slow velocity region is about 350 at each time, and when the method of the above paper is changed to 3 time and the correspondence is performed, 270 correspondences are obtained. It was possible to attach. Further, the number of centroids of image-processed particles in a high-velocity region is about 220 at each time, and when the method of the above paper is extended to 6 times and the correspondence is performed, 120 correspondences are obtained. It was possible.

そして、以上のようにして求められた各粒子の移動経路
及び測定時間から、その部分における流れの速度を算出
した。一方、測定領域内の任意の場所での速度は、測定
領域内に互いに交差する任意の間隔の線を引き、その線
の交差点上での速度を計算機で補間して求めた。補間方
法としては、例えば、補間する交差点の周りに3点の測
定データを捜し、それら3点と交差点との距離を用いた
面積関数で処理した。
Then, the velocity of the flow in that portion was calculated from the movement path of each particle and the measurement time obtained as described above. On the other hand, the velocity at an arbitrary place in the measurement region was obtained by drawing lines at arbitrary intervals intersecting each other in the measurement region and interpolating the velocity at the intersection of the lines with a computer. As an interpolation method, for example, measurement data of three points are searched around an intersection to be interpolated, and an area function using the distance between the three points and the intersection is processed.

本例では、測定領域内を横方向に35分割し、縦方向に
35分割した。
In this example, the measurement area is divided into 35 in the horizontal direction and 35 in the vertical direction.

第3図は、横方向35、縦方向35に分割された交差点
での速度分布を示したもので、矢印は方向を、その長さ
は距離を夫々示したものである。
FIG. 3 shows the velocity distribution at the intersection divided into the horizontal direction 35 and the vertical direction 35, and the arrows indicate the directions and the lengths indicate the distances.

第4図は、第3図の速度分布から求められた、流れの別
の物理量である流れ関数を示したものである。
FIG. 4 shows a stream function, which is another physical quantity of the stream, obtained from the velocity distribution of FIG.

実施例2(水+固体の測定) 第1図に示すアクリル製容器5に接続された配管6から
水と固体が供給されており、配管7から排水されてい
る。
Example 2 (Measurement of water + solids) Water and solids are supplied from a pipe 6 connected to an acrylic container 5 shown in FIG. 1, and drained from a pipe 7.

水と固体で形成される固液2相流中の水及び固体の速度
を夫々測定するために、水の流れに追従する粒子として
実施例1で示す粒子径30μm、密度1kg/cm3の粒
子をアクリル製容器5の上面から入れ、一方、固体粒子
として表面改質をし且つ粒子径200μm、密度5kg
/cm3の粒子を配管6から供給した。
Particles having a particle diameter of 30 μm and a density of 1 kg / cm 3 shown in Example 1 as particles that follow the flow of water in order to measure the velocities of water and solid in a solid-liquid two-phase flow formed of water and solid, respectively. Is put from the upper surface of the acrylic container 5, while the solid particles are surface-modified and have a particle diameter of 200 μm and a density of 5 kg.
Particles / cm 3 were fed through the pipe 6.

固体流れを表す粒子のアクリル製容器5内での重量比は
1/150(固体重量/水重量)であった。
The weight ratio of the particles representing the solid flow in the acrylic container 5 was 1/150 (solid weight / water weight).

計算機15に接続されたフレームメモリ14への記録ま
での処理は実施例1と全く同じであった。
The process up to recording in the frame memory 14 connected to the computer 15 was exactly the same as in the first embodiment.

フレームメモリ14の録画情報は、散乱光の面積と散乱
強度で、水の挙動を表す粒子と固体を表す粒子とを分離
した。本例では、水の挙動を表す粒子の散乱面積及び散
乱強度は固体のそれらとは大幅に異なり、明らかに分離
することができた。
The recording information in the frame memory 14 is the area of scattered light and the scattered intensity, and the particles showing the behavior of water and the particles showing the solid are separated. In this example, the scattering area and the scattering intensity of the particles, which show the behavior of water, were significantly different from those of the solid and could be clearly separated.

分離された情報は、固体及び液体の夫々に対して別々
に、実施例1で示した処理と同様な処理を行い、流速を
求めた。
The separated information was subjected to the same treatment as that shown in Example 1 for each of the solid and the liquid, and the flow rate was obtained.

第5図及び第6図は、本例と水と同時に求められた固体
の速度及び流れ関数を示したものである。なお、水の速
度及び流れ関数は実施例1と同じであった。
FIGS. 5 and 6 show the velocity and stream function of the solid, which were obtained simultaneously with this example and water. The water velocity and stream function were the same as in Example 1.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明から明らかなように、本発明の流れ可視化方
法では、レーザ光を光シート状に広げているため、レー
ザ光の照射場所を変えることで測定領域内の任意の断面
の測定が可能である。また、測定領域内を一度に可視化
することができる。
As is clear from the above description, in the flow visualization method of the present invention, since the laser light is spread in the form of a light sheet, it is possible to measure an arbitrary cross section in the measurement region by changing the irradiation location of the laser light. is there. Further, the inside of the measurement area can be visualized at one time.

更に、流れ領域を速度に応じた複数の領域に分割し、各
領域においてその速度に応じた時間間隔でフィールド情
報を取り出し、これを画像処理することによって、例え
ば、速度の遅い領域において、各時刻間で粒子の位置が
重なってしまって対応づけができなかったり、速度の速
い領域において、粒子間の距離が大きいために謝った対
応づけの行われることが防止される。
Further, the flow region is divided into a plurality of regions according to the velocity, field information is extracted at time intervals according to the velocity in each region, and image processing is performed on the field information. It is prevented that the positions of the particles are overlapped with each other so that they cannot be associated with each other, or that in a high-velocity region, an apologetic association is performed due to a large distance between the particles.

更に、粒子の大きさや種類を適当に調整すること若しく
は画像処理での粒子の散乱或いは蛍光強度を変えること
で、液体と固体で形成される固液2相流中の液体と固体
又は液体と気体で形成される気液2相流中の気体と液体
の速度を同時に測定することができる。
Furthermore, by appropriately adjusting the size and type of particles, or by changing the scattering or fluorescence intensity of particles in image processing, liquid and solid in a solid-liquid two-phase flow formed of liquid and solid or liquid and gas. It is possible to simultaneously measure the velocities of gas and liquid in the gas-liquid two-phase flow formed in 1.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の流れの可視化方法を実施するための装
置の構成例を示す概略斜視図、第2図は画像処理装置の
構成例を示すブロック回路図、第3図は本発明の方法に
より求められた水の速度分布図、第4図は第3図の水の
流れ関数図、第5図は本発明の方法により求められた固
液2相流中の固体の速度分布図、第6図は第5図の固体
の流れ関数図である。 なお、図面に用いた符号において、 1……アルゴンレーザ 2……光ファイバー 4……光学レンズ 5……アクリル製容器 8……CCDカメラ 9、12……録画再生装置 10、11……モニター 13……フレーム/フィールド変換装置 14……フレームメモリ 15……計算機 16……モニター 17……外部記憶装置 である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration example of an apparatus for carrying out the flow visualization method of the present invention, FIG. 2 is a block circuit diagram showing an example of the configuration of an image processing apparatus, and FIG. 3 is a method of the present invention. Fig. 4 is a velocity distribution diagram of water obtained by Fig. 4, Fig. 4 is a flow function diagram of water in Fig. 3, and Fig. 5 is a velocity distribution diagram of solids in a solid-liquid two-phase flow obtained by the method of the present invention. FIG. 6 is a flow function diagram of the solid of FIG. In the reference numerals used in the drawings, 1 ... Argon laser 2 ... Optical fiber 4 ... Optical lens 5 ... Acrylic container 8 ... CCD camera 9, 12 ... Recording / playback device 10, 11 ... Monitor 13 ... ... frame / field converter 14 ... frame memory 15 ... computer 16 ... monitor 17 ... external storage device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−274238(JP,A) 特開 昭61−29729(JP,A) 特開 昭63−85326(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-274238 (JP, A) JP-A-61-29729 (JP, A) JP-A-63-85326 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】流体中に粒子径2mm以下10μm以上の粒
子を混入し、この流体中にレーザ光を光シート状に2次
元的に広げて連続的に照射し、上記粒子の散乱光又は蛍
光をカメラを介して記録媒体に録画し、可視化すべき流
れ領域を上記粒子の速度差に応じて複数の領域に分割
し、夫々の領域において、上記記録媒体に録画された画
像情報からその領域における上記粒子の速度に応じた時
間間隔で3時刻乃至6時刻分のフィールド情報を取り出
し、これらのフィールド情報を夫々の領域において画像
処理することによって上記流れ領域を一度に可視化し、
上記流体の速度や流れ関数等の物理量を測定することを
特徴とする画像処理による流れの可視化方法。
1. A fluid is mixed with particles having a particle diameter of 2 mm or less and 10 μm or more, and laser light is two-dimensionally spread in this fluid in a light sheet shape and continuously irradiated to obtain scattered light or fluorescence of the particles. Is recorded on a recording medium via a camera, the flow region to be visualized is divided into a plurality of regions according to the speed difference of the particles, and in each region, the image information recorded on the recording medium Visualizing the flow region at a time by extracting field information for 3 to 6 times at time intervals according to the velocity of the particles, and performing image processing on these field information in each region,
A method for visualizing a flow by image processing, which comprises measuring a physical quantity such as a velocity or a flow function of the fluid.
【請求項2】気体と液体で構成される気液2相流中の気
体と液体の速度若しくは固体と液体で構成される固液2
相流中の固体と液体の速度を、上記画像処理における2
値化レベルを変えること、及び、液体の速度を示す上記
混入粒子の大きさと気泡若しくは上記固体の大きさとを
上記画像処理において互いに区別することの少なくとも
一方によって区別することにより、上記2相流体の物理
量を同時に定量的に測定することを特徴とする請求項1
記載の画像処理による流れの可視化方法。
2. A velocity of gas and liquid in a gas-liquid two-phase flow composed of gas and liquid, or a solid-liquid 2 composed of solid and liquid.
The velocities of solids and liquids in the phase flow can be calculated as 2 in the above image processing.
The two-phase fluid of the two-phase fluid is changed by changing the value level and / or by distinguishing the size of the mixed particles and the size of the bubbles or the solid indicating the velocity of the liquid from each other in the image processing. 2. The physical quantity is quantitatively measured at the same time.
A flow visualization method by the described image processing.
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