JPS63298065A

JPS63298065A - 物体の速度測定装置

Info

Publication number: JPS63298065A
Application number: JP13311987A
Authority: JP
Inventors: Hidehisa Yoshizako; 秀久吉廻; Kunikatsu Yoshida; 邦勝吉田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1988-12-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は空間内を移動する物体の速度測定装置に係り、
特に空間内を高速で動く複数の物体の計測に適する速度
１１Ｊ定装置に関する。

〔従来の技術〕

微粉炭を燃料とするボイラ装置においては、ボイラで使
用する石炭の粉砕器とが、微粉炭バーナの性能を把握す
るために、それらの装置内における微粉炭の濃度・粒径
・速度等の計測は必要不可欠である。

これらの計測には対象とする装置内の空間中の任急部分
から微粉を採取してきて、それを解析する方法と、直接
に計測器を捕入する方法とがある。

濃度・粒径の計測に対しては前者がよく用いられるが速
度計測に対しては後者の方法しかない。

粒子の速度を計測するものとしてはレーザドツプラ速度
計（以後り、Ｄ、Ｖ、と略す）が有名である。Ｌ、Ｄ、
Ｖ、はレーザ光の焦点位置を粒子が通過した際に発する
ドツプラ信号を利用して速度を算出するものである。レ
ーザ光は非常に精度がよいので、この方法によれば速度
も他の速度計に較べて高精度に測定できる。

ところが、Ｌ、Ｄ、Ｖ、では焦点部分のみの速度しか計
測できないため、対象とする空間全体の速度分布を求め
る場合には空間全体をトラハースしなければならない。

したがって、計測するのに膨大な時間を費やす。また、
ボイラの起動・停止時のように速度分布が時間とともに
変化する場合には適用できない。

そこで、速度分布を一度に求める方法として最近では画
像を用いた計測が広まっている。この具体例を第１５図
に示す。第１５図は水流５２の表面に浮かんだ浮標５３
の動きをカメラ５０で撮影し、それぞれの浮標が動いた
距離を露出時間で割って浮標の速度を算出するシステム
である。第１５図において、照明は、連続光ランプ５１
と、カメラのシャッタが開いたと同時に閃光するランプ
１０と、カメラのシャッタが閉じる直前に閃光するラン
プ１１によってなされる。このとき、ランプ１０の前に
は赤色フィルタ１４が、ランプ１１の前には青色フィル
タ１５がそれぞれ置かれている。このカメラによって撮
影した例を第１６図に示す。第１６図において、長円形
をした像はカメラの露出時間内に動いた浮標の流跡であ
り、黒丸しるしは赤色の始点、白丸じるしは青色の終点
である。それぞれの始点から終点までの移動距離を露出
時間で割れば、浮標の移動速度が求まる。

この例ではカメラで撮影した写真を現像して、それをコ
ンピュータに取り込んで画像処理して速度を求めている
ため、処理に時間がかかる。

これを解消したのが、第１７図の例である。第１７図は
第１５図のカメラの代わりにビデオカメラ３を用い、連
続光５１のみで照明し、コンピュータ４に直接取り込む
。この像を第１８図に示すが、この図はビデオの１コマ
目と２コマ目とに映った像を重ねて表示している。各浮
標像はビデオのｌ／６０秒の露出時間のために長円形の
流跡となって写っている。この流跡の重心移動距離を求
めて速度が算出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた２つの例は最新の技術であるが、対象にして
いる水流の速度はいずれもｌ　ｍ　／　ｓ以下と非常に
遅いものに通用される。

これより高速度のものを取扱おうとすると、第１５図の
例では連続光ランプ５１の強度を非常に大きくしなけれ
ばならないこと、カメラのシャッタスピードを１／１０
，０００程度にせねばならないこと等の問題がある。ま
た、第１７図の例では連続光ランプ５１の強度を同じよ
うに上げなければならないこと、ビデオの撮影コマ数を
１／１ｏ、ｏｏｏ程度にせねばならないこと等の問題が
ある。

ランプの強度を上げることは不可能ではないが、大きな
設備を要すし、また空気中を移動する石炭粒子などの可
燃性物体には火災の危険性が伴う。

一方、カメラのシャッタスピード、ビデオのコマ数を上
げることは現状ではほとんど不可能である。

以上のように、現状の速度針では高速度の複数物体の速
度を計ることは不可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように画像を用いて物体の速度を計る速度計測装
置では、照明装置の照度および画像入力装置の露出時間
・コマ数によって制限を受けるため、高速で３次元的に
移動する物体を簡便で迅速に計測することができないと
いう問題があった。

本発明の［」的は、上記の欠点をなくし、簡便でかつ迅
速に計測できる速度計測装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、空間内を移動する物体の速度測定装置において、所定
時間間隔で異なる色の閃光（フラッシュ）を発して上記
物体を照明する装置と、照明された物体を撮影する装置
と、該装置で撮影された物体の画像を取込み画像内を移
動する物体の色の変化から移動方向を求め、物体の位置
の変化からその移動距離を求め、さらに前記照明装置の
閃光時間間隔と上記移動距離に基づいて物体の移動速度
を求める画像処理装置とを設けたことを特徴とする物体
の速度測定装置を提供するものである。

〔実施例〕

第１図は、ダクト６内を７の方向に流れる粒子を計測す
る場合の実施例の全体構成を示す。１は光源、２は光源
用電源、３はビデオカメラ、４はコンピュータである。

ダクト６は透明なアクリルあるいはビニール板で作られ
ている。ダクト内の粒子に光源１からスリット光５を照
射して断層化した照明を行なう。これをビデオカメラ３
で撮影し、コンピュータ４で解析する。

第２図は光源１の内部構造を示す。棒状のランプ１０お
よび１１から出た光はそれぞれ赤色フィルタ１４、青色
フィルタ１５を通過して色分けされる。その後、それぞ
れシリンドリカルレンズ１２および１３を通り平行光と
なる。これらの平行光はそれぞれハーフミラ−１６を経
て同じ断面を照射する。

第３図に本発明の電気系統の実施例を示す。ビデオカメ
ラ３からビデオ信号がコンピュータ４と同期信号発生器
２０とに入る。同期信号発生器では毎秒６０コマのビデ
オ信号からコマ数に対応した同期信号のみが取出される
。これが光源用電源２に入り、ランプ１０を発光させる
。したがって、まず赤色のスリット光が照射される。次
いで、同期信号は遅延回路２１に入り微少時間だけ遅れ
てから光源用電源２に入り、ランプ１１を発光させる。

つまり、青色のスリット光が照射される。

この発光がビデオの各コマごとに繰返される。

第４図に１コマに映った粒子の像を示す。黒丸しるしは
赤色で、白丸しるしは青色を示す。最初に赤色のスリッ
ト光が光り、次いで青色の光が光っているから黒丸しる
しが始点、白丸しるしが終点となる。したがって、各粒
子の移動距離を求めて、光源の遅延時間で割れば、各粒
子の速度ベクトルを算出することができる。この演算は
粒子数の少ない場合には人手でできるが、粒子数の多い
場合には、コンピュータで行なう。

なお、本実施例では粒子数が少なく、移動距離も小さい
ため、各粒子の始点と終点との対応づけは、「最小距離
にあるもの同士が同一粒子の始点と終点である」という
ロジックで行なっている。

他の実施例を第５図に示す。第５図では第２図における
ハーフミラ−１６の代わりに回転ミラー３０を設けてい
る。回転ミラー３０と同じ軸に第６図に示す円板３１が
取付けてあり、回転ミラーがスリット光とＯｏ、４５°
の位置になったとき、反射板３２．３３がランプ３４の
光をフォトダイオード３６に反射する。フォトダイオー
ドの受光信号はケーブル３７で電源２に入り、それぞれ
のランプを発光させる。この例ではハーフミラ−を使用
しないので光量の低下が少なく効率がよい。

第７図の例は１台のランプ１０を用い、回転する両面反
射鏡４０を使用することによって行なっている。両面反
射鏡４０がスリット光と４５°および４５°＋１８０”
となったときにランプが発光する。なお、両面反射鏡の
表面には赤色および青色のフィルタ１４と１５が付けで
ある。この場合は、極めて安価に作ることができる。た
だし、微少時間間隔で発光するため電源内のコンデンサ
への充電量が追いつかず光量は低下する。

第８図の例はランプ１０．１１．１１０を３個用いて、
１コマのうちで３回発光させている。フィルタとしては
赤色１４、青色１５、黄色１１４を用いている。１２．
１３．１１２はシリンドリカルレンズ、３０は回転ミラ
ーである。この装置で撮影した例を第１Ｏ図に示す。第
１０図において黒丸しるしは赤色、白丸の中に点々の入
ったしるしは青色、白丸しるしは黄色を表わす。つまり
、それぞれ、始点、中間点、終点となる。この場合、赤
色と青色との発光間隔は非常に小さくしているためほと
んど重なっているがこれを利用して、各粒子に対応する
終点を求める。第９図は中間点を省略したものであるが
、粒子の動きが複雑になると始点と終点との対応づけが
難しい。そこで、第１０図のように始点と中間点の延長
線上に終点があることを利用すると容易に対応づけがで
きる。

第１１図はハーフミラ−を使用せず、２台を重ねたもの
であり、視野が限定されるものの簡単にできるのが特徴
である。

第１２図はカラーを使わずモノクロで行なう場合を示す
。この場合は、第１３図に示すように発光強度を次第に
下げていく。そして、像の明るさから始点、中間点、終
点を判別することができる。

第１３図は横軸に１コマのうちで発光した時刻、緩・袖
は１先口の発光強度で割って無次元化した発光強度を示
す。

第１４図はスリット光の出口部に別色のカラーフィルタ
４１．４２．４３を入れてスリット光を３層にしたもの
である。スリット光を使用した場合、スリット光に平行
な速度成分しか検出できないが、３層にすることによっ
てスリット光に垂直な成分も検出できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高速で３次元的に移動する物体につい
ても迅速に、かつ簡便にその移動方向、移動速度を測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す全体構成図、第２図は
、第１図の光源の内部構造を示す図、第３図は、第１図
の電気回路を示す図、第４図は、撮影装置で撮影した画
像図、第５図は、本発明の他の実施例における光源の平
面図、第６図は、第５図の補足説明図、第７図、第８図
は、本発明の他の実施例を示す図、第９図、第１０図は
、第８図の装置で撮影された画像図、第１１図、第１２
図は、本発明の他の実施例を示す平面図、第１３図は、
第１２図の補足説明図、第１４図は本発明の他の実施例
を示す平面図、第１５図、第１７図は、従来例を示す図
、第１６図、第１８図は、第１５図、第１７図のカメラ
で撮影した画像を示す図である。１・・・光源、２・・・光源用電源、３・・・ビデオカ
メラ、４・・・コンピュータ、５・・・スリット光、６
・・・ダクト。代理人　弁理士　川　北　武　長５ニスリツト光６：ダクト第５図第６図第８図第９図　　第１０図時期　吐） ′３

Claims

【特許請求の範囲】

空間内を移動する物体の速度測定装置において、所定時
間間隔で異なる色の閃光（フラッシュ）を発して上記物
体を照明する装置と、照明された物体を撮影する装置と
、該装置で撮影された物体の画像を取込み画像内を移動
する物体の色の変化から移動方向を求め、物体の位置の
変化からその移動距離を求め、さらに前記照明装置の閃
光時間間隔と上記移動距離に基づいて物体の移動速度を
求める画像処理装置とを設けたことを特徴とする物体の
速度測定装置。