動画像からの周期変動速度ベクトル場計測法の確立と塩水振動子に伴う流れ場への適用

建立一种测量运动图像周期性脉动速度矢量场的方法及其在盐水振荡器相关流场中的应用

基本信息

批准号：
08750554
负责人：
野村厚志
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Yamaguchi Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、動画像から2次元速度ベクトル場を計測する手法を開発した。可視化された2次元の流体場を、静止したテレビカメラを通じて計算機内に動画像として取り込むと、その動画像中の濃淡パターンの動き情報(速度ベクトル場)は、その可視化された流れ場の2次元速度ベクトル場に関する情報を与える。流体力学の分野においては、流体の速度を高精度・非接触で、なおかつ2次元あるいは3次元場として計測可能な手法が求められている。従来、動画像からの2次速度ベクトル場計測法には、相関法と勾配法の2通りが提案されている。本研究では、勾配法に基づき、流体場の中でも頻繁に観測される周期変動速度ベクトル場の計測を目的とした手法を開発した。すなわち、勾配法とは動画像中の濃淡の時間・空間微分と速度ベクトルとを関係付ける式(濃淡に関する保存の式)を基本として、これに速度ベクトル場の性質に応じた不加条件式を組み合わせることで、速度ベクトル場を求める方法である。本研究では、周期変動する速度ベクトル場を解析対象としているので、その周期変動速度ベクトル場の性質を付加条件式として取り込み、計測法を実現した。実現した速度ベクトル場計測法を、人工的に生成されたシミュレーション動画像に適用し、その手法の有効性を確認した。さらに、塩水振動子と呼ばれる周期変動する流れ場を可視化して得られた動画像にその手法を適用し、従来調べられていなかった塩水振動子に伴う流れ場の時間変化を計測した。今後の課題としては、本計測法をカルマン渦流のような他の周期変動速度ベクトル場に適用し、その有効性をさらに確認することや、本計測法を拡張し3次元の周期変動速度ベクトル場計測法を開発することなどが挙げられる。

在这项研究中，我们开发了一种从视频图像测量二维速度矢量场的方法。当可视化的二维流体场通过固定电视摄像机以运动图像的形式捕获到计算机中时，运动图像中的灰度图案（速度矢量场）的运动信息就是可视化流场的二维图像提供有关速度矢量场的信息。在流体力学领域，需要一种高精度、非接触式方法来测量二维或三维场中的流体速度。传统上，已经提出了两种从运动图像测量二次速度矢量场的方法：相关法和梯度法。在本研究中，我们开发了一种基于梯度法的方法，用于测量流体场中经常观察到的周期性脉动速度矢量场。换句话说，梯度法基于将视频图像中的灰度的时间/空间微分与速度矢量相关联的方程（关于灰度的守恒方程）以及基于以下属性的非加性条件方程：该方法通过结合两者来计算速度矢量场。本研究以周期变化速度矢量场为分析对象，结合周期变化速度矢量场的性质作为附加条件表达式，实现了测量方法。将所开发的速度矢量场测量方法应用于人工生成的模拟视频图像，并证实了该方法的有效性。此外，他们将该方法应用于通过可视化称为盐水振荡器的周期性波动流场获得的视频图像，并测量了与盐水振荡器相关的流场的时间变化，这是以前从未研究过的。未来的任务包括将该测量方法应用于卡门涡旋等其他周期性脉动速度矢量场，以进一步证实其有效性，并将这种测量方法扩展到三维周期性脉动速度矢量场，包括开发测量方法。