JPH083492B2 - 流れ画像解析装置 - Google Patents
流れ画像解析装置Info
- Publication number
- JPH083492B2 JPH083492B2 JP30325087A JP30325087A JPH083492B2 JP H083492 B2 JPH083492 B2 JP H083492B2 JP 30325087 A JP30325087 A JP 30325087A JP 30325087 A JP30325087 A JP 30325087A JP H083492 B2 JPH083492 B2 JP H083492B2
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- particle
- flow
- particles
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体の流れを解析するための流れ画像解析装
置に関する。
置に関する。
かかる画像解析装置は、例えば第７図に示すように、
粒子（トレーサ）が混入された流体１の流れを撮像する
撮像装置２と、該撮像装置２から入力した画像信号に基
づき流体１中の粒子の動きを速度ベクトルとして算出す
る信号処理部３と、該算出された速度ベクトルを所定の
表示パターンでデータ出力するデータ出力部４とからな
っている。信号処理部３は、第８図に示すようにある時
点ｔにて入力された画像ｘ（ｔ）に含まれる粒子と、１
フレーム前の時点（ｔ−１）に入力された画像ｘ（ｔ−
１）の粒子を１点づつ対応づける。この対応付けは、通
常２枚の画像間で最も近い位置にある粒子同士を対応づ
ける。そして、各粒子の中心座標の関係から速度ベクト
ル（粒子間の距離を速度とし、粒子を結ぶ直線の向きを
方向とする）を求める。
粒子（トレーサ）が混入された流体１の流れを撮像する
撮像装置２と、該撮像装置２から入力した画像信号に基
づき流体１中の粒子の動きを速度ベクトルとして算出す
る信号処理部３と、該算出された速度ベクトルを所定の
表示パターンでデータ出力するデータ出力部４とからな
っている。信号処理部３は、第８図に示すようにある時
点ｔにて入力された画像ｘ（ｔ）に含まれる粒子と、１
フレーム前の時点（ｔ−１）に入力された画像ｘ（ｔ−
１）の粒子を１点づつ対応づける。この対応付けは、通
常２枚の画像間で最も近い位置にある粒子同士を対応づ
ける。そして、各粒子の中心座標の関係から速度ベクト
ル（粒子間の距離を速度とし、粒子を結ぶ直線の向きを
方向とする）を求める。
こうして求まる速度ベクトルを１枚の画像に蓄積して
いくことにより画面内の様々な点における速度ベクトル
を得、流体の動きを解析することができる（例えば特開
昭61−153774号参照）。
いくことにより画面内の様々な点における速度ベクトル
を得、流体の動きを解析することができる（例えば特開
昭61−153774号参照）。
ところで、このような従来の流れ画像解析装置にあっ
ては、異なる時間で入力された画像ｘ（ｔ）、ｘ（ｔ−
１）間で粒子を対応づけ、各画像における粒子の中心座
標を基に速度ベクトルを求めるようになっていたため、
１枚の画像に粒子が多く存在する場合や画像に背景があ
る場合には、第９図b,cに示すように粒子の対応づけが
うまくいかない場合があり、流れの速度ベクトルの算出
を誤まることがあるという問題があった。
ては、異なる時間で入力された画像ｘ（ｔ）、ｘ（ｔ−
１）間で粒子を対応づけ、各画像における粒子の中心座
標を基に速度ベクトルを求めるようになっていたため、
１枚の画像に粒子が多く存在する場合や画像に背景があ
る場合には、第９図b,cに示すように粒子の対応づけが
うまくいかない場合があり、流れの速度ベクトルの算出
を誤まることがあるという問題があった。
そこで本発明の目的は、１枚の画像に多数の粒子が存
在する場合や画像に背景がある場合にも、粒子の速度ベ
クトル算出を精度良く行うことができるようにすること
にある。
在する場合や画像に背景がある場合にも、粒子の速度ベ
クトル算出を精度良く行うことができるようにすること
にある。
前記目的を達成して従来技術の問題点を解決するた
め、本発明に係る流れ画像解析装置は、粒子を混入した
流体の動きを撮像して流れの速度ベクトルを算出する流
れ画像解析装置において、撮像装置から入力される画像
情報に基づき時間的に連続して撮像された２画像のフレ
ーム差分を求めて粒子画像を得る減算処理手段と、該粒
子画像中の各粒子に対応した画像の長さから流れの速度
成分を算出する速度成分算出手段と、前記粒子画像に基
づき各粒子に対応した画像の傾き角度から流れの方向成
分を算出する方向成分算出手段とを備える。
め、本発明に係る流れ画像解析装置は、粒子を混入した
流体の動きを撮像して流れの速度ベクトルを算出する流
れ画像解析装置において、撮像装置から入力される画像
情報に基づき時間的に連続して撮像された２画像のフレ
ーム差分を求めて粒子画像を得る減算処理手段と、該粒
子画像中の各粒子に対応した画像の長さから流れの速度
成分を算出する速度成分算出手段と、前記粒子画像に基
づき各粒子に対応した画像の傾き角度から流れの方向成
分を算出する方向成分算出手段とを備える。
本発明によれば、順次入力される画像信号に基づき時
間的に連続して撮像された２画像のフレーム差分を求め
ることによって動くことのない背景画像を除去して粒子
画像だけを得、この粒子画像中の各粒子に対応した画像
の長さを求めることによって速度ベクトルの速度成分を
算出し、また粒子画像に基づき粒子に対応した画像の傾
きを求めて速度ベクトルの方向成分を算出することがで
きる。
間的に連続して撮像された２画像のフレーム差分を求め
ることによって動くことのない背景画像を除去して粒子
画像だけを得、この粒子画像中の各粒子に対応した画像
の長さを求めることによって速度ベクトルの速度成分を
算出し、また粒子画像に基づき粒子に対応した画像の傾
きを求めて速度ベクトルの方向成分を算出することがで
きる。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る、第１図は本発明に係る流れ解析装置の一例を示すも
のである。
る、第１図は本発明に係る流れ解析装置の一例を示すも
のである。
同図において、11は粒子（トレーサ）が混入された流
体の動きを撮像する撮像装置、12はこの撮像装置11から
画情報を入力し、所定時間に撮像された画像の画情報
と、該画像と時間的に連続して撮像された１フレーム前
の画像の画情報との減算処理を行ない絶対値をとって２
値化することにより背景画像（動かない物体）を除去す
う減算処理部、13はこの減算処理部12の出力に基づき細
線化処理を行ない、粒子の中心線を得て粒子に対応した
画素を“1"、他の画素を“0"として粒子画像Ａ（i,j）
を生成する細線化処理部、14はこの粒子画像Ａ（i,j）
に基づき粒子の速度ベクトルを求める速度ベクトル算出
部で、粒子の長さを算出して速度成分を求める速度成分
算出部15と、粒子の傾き角度から方向成分を求める方向
成分算出部16とからなっている。17はデータ出力部であ
る。
体の動きを撮像する撮像装置、12はこの撮像装置11から
画情報を入力し、所定時間に撮像された画像の画情報
と、該画像と時間的に連続して撮像された１フレーム前
の画像の画情報との減算処理を行ない絶対値をとって２
値化することにより背景画像（動かない物体）を除去す
う減算処理部、13はこの減算処理部12の出力に基づき細
線化処理を行ない、粒子の中心線を得て粒子に対応した
画素を“1"、他の画素を“0"として粒子画像Ａ（i,j）
を生成する細線化処理部、14はこの粒子画像Ａ（i,j）
に基づき粒子の速度ベクトルを求める速度ベクトル算出
部で、粒子の長さを算出して速度成分を求める速度成分
算出部15と、粒子の傾き角度から方向成分を求める方向
成分算出部16とからなっている。17はデータ出力部であ
る。
次に、第２図に基づき本装置の作動を説明する。
まずデータ出力部17は、後述する画情報Ｈ（i,j）、
（i,j）、（i,j）をクリアする（Ｓ−１）。次に減
算処理部12において２画像のフレーム差分を求めて、絶
対値を２値化してから（Ｓ−２）、細線化処理部13にお
いて細線化処理を行ない粒子画像Ａ（i,j）を得る（Ｓ
−3,S−3a）。そして、速度成分算出部15にてラベリン
グを行ない、粒子を分離してから（Ｓ−4,S−4a）、各
粒子毎に長さを求めて、粒子の存在する画素に長さの値
を置き画像Ｌ（i,j）を生成する（Ｓ−５）。このと
き、同一ラベルの粒子は、すべて同一長さの値が濃度と
して画像化される（Ｓ−5a）。他方、方向成分算出部16
は、第３図に示すように粒子画像Ａ（i,j）の各画素毎
に８近傍（３×３）の画素の連結関係によって中心画素
の傾き角度を求める（Ｓ−６）。このとき、傾き角度θ
（i,j）は例えば第３図に示すような８種類の角度にコ
ード化して求めることができるが（Ｓ−6a）、傾き角度
ｆ（i,j）をそのまま画像メモリに入れても良いし、あ
るいは（３×３）の連結関係の代わりに（５×５）のマ
スク内の連結関係により傾きを求めて精度を上げること
も可能である。
（i,j）、（i,j）をクリアする（Ｓ−１）。次に減
算処理部12において２画像のフレーム差分を求めて、絶
対値を２値化してから（Ｓ−２）、細線化処理部13にお
いて細線化処理を行ない粒子画像Ａ（i,j）を得る（Ｓ
−3,S−3a）。そして、速度成分算出部15にてラベリン
グを行ない、粒子を分離してから（Ｓ−4,S−4a）、各
粒子毎に長さを求めて、粒子の存在する画素に長さの値
を置き画像Ｌ（i,j）を生成する（Ｓ−５）。このと
き、同一ラベルの粒子は、すべて同一長さの値が濃度と
して画像化される（Ｓ−5a）。他方、方向成分算出部16
は、第３図に示すように粒子画像Ａ（i,j）の各画素毎
に８近傍（３×３）の画素の連結関係によって中心画素
の傾き角度を求める（Ｓ−６）。このとき、傾き角度θ
（i,j）は例えば第３図に示すような８種類の角度にコ
ード化して求めることができるが（Ｓ−6a）、傾き角度
ｆ（i,j）をそのまま画像メモリに入れても良いし、あ
るいは（３×３）の連結関係の代わりに（５×５）のマ
スク内の連結関係により傾きを求めて精度を上げること
も可能である。
以上の処理により、画像Ｌ（i,j）によって流れの速
度ベクトルのうち速度成分が求まり、画像θ（i,j）に
より粒子の速度ベクトルのうち方向成分が求まるので、
以下、データ出力部17において速度ベクトルデータを所
定の出力データ形式に編集する。まず、速度ベクトルを
時間平均するために、一度ｘ方向とｙ方向の成分に分解
し、それぞれｘ（i,j）、ｙ（i,j）を求め（Ｓ−７、Ｓ
−８）、各データの累積を行なう。このとき、各画素で
何データ加算されているかを示す画情報Ｈ（i,j）も同
時に作成する（Ｓ−９）。以上の処理は、予め定められ
た回数（Ｎ回）だけ繰り返す。その後、累積画像Ｘ（i,
j）、Ｙ（i,j）を累積回数Ｈ（i,j）で除算し、平均化
された成分画像（i,j）と（i,j）を求める（Ｓ−1
0）。
度ベクトルのうち速度成分が求まり、画像θ（i,j）に
より粒子の速度ベクトルのうち方向成分が求まるので、
以下、データ出力部17において速度ベクトルデータを所
定の出力データ形式に編集する。まず、速度ベクトルを
時間平均するために、一度ｘ方向とｙ方向の成分に分解
し、それぞれｘ（i,j）、ｙ（i,j）を求め（Ｓ−７、Ｓ
−８）、各データの累積を行なう。このとき、各画素で
何データ加算されているかを示す画情報Ｈ（i,j）も同
時に作成する（Ｓ−９）。以上の処理は、予め定められ
た回数（Ｎ回）だけ繰り返す。その後、累積画像Ｘ（i,
j）、Ｙ（i,j）を累積回数Ｈ（i,j）で除算し、平均化
された成分画像（i,j）と（i,j）を求める（Ｓ−1
0）。
この２枚の画像から各画素における平均化速度ベクト
ルが得られる。
ルが得られる。
そして、速度を画像化する場合は、例えば、（i,
j）と（i,j）の２乗和の平方根をとって表示すればよ
い（Ｓ−11,S−11a）。
j）と（i,j）の２乗和の平方根をとって表示すればよ
い（Ｓ−11,S−11a）。
以上の処理によって流れの解析結果を得ることができ
る。
る。
第５図は本発明の他の実施例を示すものである。同図
において、21は撮像装置、22は減算処理部、23は細線化
処理部、24はこの細線化処理部23の出力データを蓄積し
てヒストグラムを作成するヒストグラム作成部である。
において、21は撮像装置、22は減算処理部、23は細線化
処理部、24はこの細線化処理部23の出力データを蓄積し
てヒストグラムを作成するヒストグラム作成部である。
次に第５図及び第６図に基づいて本装置の作動を説明
する。まずヒストグラム作成部24は蓄積画像Ｖ（ｔ）を
クリアする（５−１）。
する。まずヒストグラム作成部24は蓄積画像Ｖ（ｔ）を
クリアする（５−１）。
次に、減算処理部22は撮像装置21から画像を入力して
（５−2,6−2b1,6−2b2）現在入力している画像ｘ
（ｔ）と前回入力した画像（１フレーム前の画像）ｘ
（ｔ−１）との差を取り２値化する（５−3,6−3b）。
こうすることにより背景（動かない部分）はすべて除去
され、粒子の動きを示す画像ｙ（ｘ）が得られる。すな
わち画像ｙ（ｔ）には粒子の動きのみが含まれる。次に
細線化処理部23がこの画像ｙ（ｘ）を細線化処理し、中
心線Ｚ（ｔ）を幅１で求める（５−4,6−4b）。この処
理はできるだけ流線を細く表わすことにより細部に対し
て正確な画像を得るための処理である。
（５−2,6−2b1,6−2b2）現在入力している画像ｘ
（ｔ）と前回入力した画像（１フレーム前の画像）ｘ
（ｔ−１）との差を取り２値化する（５−3,6−3b）。
こうすることにより背景（動かない部分）はすべて除去
され、粒子の動きを示す画像ｙ（ｘ）が得られる。すな
わち画像ｙ（ｔ）には粒子の動きのみが含まれる。次に
細線化処理部23がこの画像ｙ（ｘ）を細線化処理し、中
心線Ｚ（ｔ）を幅１で求める（５−4,6−4b）。この処
理はできるだけ流線を細く表わすことにより細部に対し
て正確な画像を得るための処理である。
次に、ヒストグラム作成部24は細線化画像Ｚ（ｔ）
と、蓄積画像Ｖ（ｔ）の和を求め、蓄積画像Ｖ（ｔ）に
置き換える（５−5,6−5b）。
と、蓄積画像Ｖ（ｔ）の和を求め、蓄積画像Ｖ（ｔ）に
置き換える（５−5,6−5b）。
以上の処理を定められた回数Ｎだけ繰り返す。
Ｎ回画像を蓄積するとＶ（ｔ）にはトレーサ（粒子）
の軌跡の頻度を表わす画像となる。
の軌跡の頻度を表わす画像となる。
すなわち、Ｖ（ｔ）は、トレーサの軌跡の多い所は濃
度が高く、トレーサの軌跡の少ない所すなわち、流れ変
化のあまりない所は濃度が低いという画像となる。した
がってＶ（ｔ）の濃度は流れの密度を表わすということ
ができる。
度が高く、トレーサの軌跡の少ない所すなわち、流れ変
化のあまりない所は濃度が低いという画像となる。した
がってＶ（ｔ）の濃度は流れの密度を表わすということ
ができる。
また、Ｖ（ｔ）を２値化して、またＮの回数を少くす
ることにより、トレーサの軌跡そのものを追従表示させ
ることも可能である。
ることにより、トレーサの軌跡そのものを追従表示させ
ることも可能である。
なお、以上の処理はすべて直線を順次走査することに
より演算可能な処理でありブロック毎にハードウェアで
実現可能であるため、リアルタイム処理を行なうことも
できる。
より演算可能な処理でありブロック毎にハードウェアで
実現可能であるため、リアルタイム処理を行なうことも
できる。
以上説明したように、本発明に係る流れ画像解析装置
は、２画像のフレーム差分をとって粒子画像を得、各粒
子に対応した画像の長さから速度成分を、各粒子に対応
した画像の傾き角度から方向成分を求めて速度ベクトル
を算出するようにしたから、背景画像がある場合や画像
中に粒子が多数存在する場合でも粒子間の対応づけをす
る必要なく正確に粒子の速度ベクトルを求めることがで
きるので、流れが速く、渦を巻いているような画像から
でも正確な流れの解析を行なうことが可能となる。
は、２画像のフレーム差分をとって粒子画像を得、各粒
子に対応した画像の長さから速度成分を、各粒子に対応
した画像の傾き角度から方向成分を求めて速度ベクトル
を算出するようにしたから、背景画像がある場合や画像
中に粒子が多数存在する場合でも粒子間の対応づけをす
る必要なく正確に粒子の速度ベクトルを求めることがで
きるので、流れが速く、渦を巻いているような画像から
でも正確な流れの解析を行なうことが可能となる。
第１図は本発明に係る流れ解析装置の一例を示すブロッ
ク図、第２図は本発明に係る流れ解析装置の作動例を示
すフローチャート、第３図は本発明に係る傾き角度算出
手段の作動例を示す図、第４図は本発明の他の実施例に
係る流れ画像解析装置を示すブロック図、第５図及び第
６図は第４図に示す流れ画像解析装置の作動例を示す
図、第７図は従来の流れ解析装置の一例を示すブロック
図、第８図は従来の流れ画像解析装置による処理内容を
例示する図、第９図は粒子の対応づけを誤まる場合を例
示する図である。 12…減算処理部 13…細線化処理部 14…速度ベクトル算出部 15…速度成分算出部 16…方向成分算出部 17…データ出力部
ク図、第２図は本発明に係る流れ解析装置の作動例を示
すフローチャート、第３図は本発明に係る傾き角度算出
手段の作動例を示す図、第４図は本発明の他の実施例に
係る流れ画像解析装置を示すブロック図、第５図及び第
６図は第４図に示す流れ画像解析装置の作動例を示す
図、第７図は従来の流れ解析装置の一例を示すブロック
図、第８図は従来の流れ画像解析装置による処理内容を
例示する図、第９図は粒子の対応づけを誤まる場合を例
示する図である。 12…減算処理部 13…細線化処理部 14…速度ベクトル算出部 15…速度成分算出部 16…方向成分算出部 17…データ出力部
Claims (1)
- 【請求項１】粒子を混入した流体の動きを撮像して流れ
の速度ベクトルを算出する流れ画像解析装置において、 撮像装置から入力される画像情報に基づき時間的に連続
して撮像された２画像のフレーム差分を求めて粒子画像
を得る減算処理手段と、 該粒子画像中の各粒子に対応した画像の長さから流れの
速度成分を算出する速度成分算出手段と、 前記粒子画像に基づき各粒子に対応した画像の傾き角度
から流れの方向成分を算出する方向成分算出手段とを備
えることを特徴とする流れ画像解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30325087A JPH083492B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 流れ画像解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30325087A JPH083492B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 流れ画像解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145570A JPH01145570A (ja) | 1989-06-07 |
| JPH083492B2 true JPH083492B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=17918687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30325087A Expired - Lifetime JPH083492B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | 流れ画像解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH083492B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006258553A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ricoh Co Ltd | 流動性媒体の流れ評価方法、流動性媒体の流れ評価装置、及び流動性媒体の流れ評価プログラム |
| JP5096299B2 (ja) * | 2008-12-04 | 2012-12-12 | トヨタ車体株式会社 | 埃の浮遊軌跡情報の作成方法、作成プログラム及び作成システム |
| JP2014048203A (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-17 | Yamaguchi Univ | 微粒子の濃度測定方法及び測定装置 |
| US11293876B2 (en) * | 2017-06-29 | 2022-04-05 | Tokai University Education System | Fluid measurement method, fluid measurement device, and measurement system |
| CN117709240B (zh) * | 2024-01-12 | 2024-08-20 | 北方工业大学 | 基于图像处理获得中间包水模型速度云图的方法及系统 |
-
1987
- 1987-12-02 JP JP30325087A patent/JPH083492B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01145570A (ja) | 1989-06-07 |
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