(57)【要約】【課題】  外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測すること。【解決手段】  ダクト内の被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段４０と、その撮像手段４０で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間１０内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段５０と、ダクト内の被測定流体を照射するための照射手段３０と、を備えた流体計測システムである。撮像手段４０が流体移動空間１０内部を撮像することによって被測定流体の粒子画像を得るとともに、その粒子画像から被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手段を備え、その粒子量抽出手段が抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を解析する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体移動空間内を流動する被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、
その撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段と、
前記被測定流体を照射するための照射手段と、を備えた流体計測システムであって、
前記撮像手段が流体移動空間内部を撮像することによって被測定流体の粒子画像を得るとともに、その粒子画像から前記被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手段を備え、
その粒子量抽出手段が抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を解析することを特徴とする流体計測システム。
【請求項２】
前記撮像手段は、光ファイバケーブルを介してカメラと接続されたボアスコープを備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体計測システム。
【請求項３】
前記照射手段は、前記流体移動空間に対して複数の照射面を同時または連続的に形成し、前記撮像手段は、その照射手段によって形成された複数の照射面を撮像することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体計測システム。
【請求項４】
前記照射手段は、シート状のレーザ光を照射するレーザライトシート形成装置を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体計測システム。
【請求項５】
前記照射手段は、前記照射手段が前記流体移動空間に対して照射面を形成するための照射用レンズを備え，
前記照射用レンズは、首振り型であり、その照射角度を変更可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体計測システム。
【請求項６】
前記流体移動空間は、ダクトによって形成され、
そのダクトには、前記撮像手段が被測定流体を撮像するためのカメラ用レンズ孔と、前記照射手段がダクト内部を照射するための照射用レンズ孔とを備え、
前記撮像手段は、そのカメラ用レンズ孔に配置して固定するとともに、  前記照射手段は、その照射用レンズ孔に配置して固定したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体計測システム。
【請求項７】
前記ダクトに対して前記カメラ用レンズ孔および前記照射用レンズ孔を形成するための穿孔手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の流体計測システム。
【請求項８】
前記ダクトに対して備えられた前記カメラ用レンズ孔および前記照射用レンズ孔を塞ぐための塞孔手段を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の流体計測システム。
【請求項９】
流体移動空間内を流動する被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、  その撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段と、  前記被測定流体を照射するための照射手段と、を備えた流体計測システムによる流体計測方法であって、
前記撮像手段によって流体移動空間内部の被測定流体を照射するための照射手順と、
その照射手順によって照射された被測定流体を前記撮像手段にて撮像する撮像手順と、
その粒子画像から前記被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手順と、
その粒子量抽出手順にて抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を前記画像処理手段にて解析する画像処理手順と、
を備えたことを特徴とする流体計測方法。
【請求項１０】
前記照射手順は、前記流体移動空間に対して複数の照射面を同時に形成し、
前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を同時に撮像することとした請求項９に記載の流体計測方法。
【請求項１１】
前記照射手順は、前記流体移動空間に対して複数の照射面を連続的に形成し、
前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を、形成された順に撮像することとした請求項９に記載の流体計測方法。
【請求項１２】
前記照射手順は、照射用レンズの照射角度を制御し、前記流体移動空間に対して所要の照射面を形成することとした請求項９に記載の流体計測方法。
【請求項１３】
流体移動空間内を流動する被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、  その撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段と、  前記被測定流体を照射するための照射手段と、を備えた流体計測システムによる流体計測方法を実現するためのコンピュータプログラムであって、
前記撮像手段によって流体移動空間内部の被測定流体を照射するための照射手順と、
その照射手順によって照射された被測定流体を前記撮像手段にて撮像する撮像手順と、
その粒子画像から前記被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手順と、
その粒子量抽出手順にて抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を前記画像処理手段にて解析する解析すること画像処理手順と、
をコンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
【請求項１４】
前記照射手順は、前記流体移動空間に対して複数の照射面を同時に形成し、
前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を同時に撮像することとした請求項１３に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１５】
前記照射手順は、前記流体移動空間に対して複数の照射面を連続的に形成し、
前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を、形成された順に撮像することとした請求項１３に記載のコンピュータプログラム。 
【請求項１６】
前記照射手順は、照射用レンズの照射角度を制御し、前記流体移動空間に対して所要の照射面を形成することとした請求項１３に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体移動空間内部における流体計測の技術に関し、特にダクト内の流体計測を実行可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠方から煙（例えば、発電施設などの煙突から排出される煙）を観測するシステムとして、特許文献１、特許文献２に開示された技術が知られている。これらは、ＩＴＶカメラやカラーカメラを複数台用い、各カメラ間の視差や色差を利用して煙突から排出される煙の有無を検知する。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−８８４２８号公報
【特許文献２】特開平１０−２３２１９８号公報
【０００４】
一方、近年、複雑な流れ場の流動を高精度かつ精密に測定する粒子画像流速計（以下、「ＰＩＶシステム」という）が知られている。簡単に説明すれば、被測定流体の流れ場にレーザ光をシート状に投入してレーザシートを形成して、レーザシート上における二つの時刻での粒子画像を連続撮像し、その輝度パターン分布を比較して流体の流速や方向を測定する技術である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、前述したように、遠方からの測定においては、特許文献１および特許文献２に記載の技術やＰＩＶシステムを用いることで実現することが可能である。しかし、閉鎖された空間内（例えば、発電設備などに設置されているダクト）の流体を測定するには、その空間内部の様子を把握する必要がある。ダクト内の流体としては、ダクト内の気体に混在したダスト（塵）などの粉体であるが、このダストを正確に計測するための測定技術は確立していない。したがって、ダクト内の流体を計測可能な技術の提供が望まれていた。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測することを課題とする。
本発明における請求項１から請求項８に記載の発明の目的は、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測できる流体計測システムを提供することである。
また、請求項９から請求項１２に記載の発明の目的は、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測できる流体計測方法を提供することである。
また請求項１３から請求項１６に記載の発明の目的は、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測できるコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１）
請求項１記載の発明は、流体移動空間(10)内部において流動する被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段(40)と、  その撮像手段(40)で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間(10)内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段と、前記被測定流体を照射するための照射手段(30)と、を備えた流体計測システムを提供する。
すなわち、前記撮像手段(40)が流体移動空間(10)内部を撮像することによって被測定流体の粒子画像を得るとともに、その粒子画像から前記被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手段を備え、その粒子量抽出手段が抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を解析することを特徴とする。
【０００８】
（用語説明）
「流体移動空間(10)」とは、被測定流体の流動を可能とした対象物のことである。他の請求項でも特定しているが、例えば、ダクト、配管などである。
「被測定流体」とは、流体移動空間(10)内部で流動する液体や気体、粉体を交えた気体（粉流体）などのことである。
「撮像手段(40)」とは、流体移動空間(10)内部を撮像するために形成されたものである。撮像手段(40)の構成としては、例えば、ＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ（ＣＣＤカメラ）やＣＭＯＳ撮像素子を備えたカメラ、ボアスコープ、光ファイバケーブルなどから構成されている。
【０００９】
（作用）
まず、流体移動空間(10)内を流動する被測定流体に対して、照射手段(30)が照射する。
照射手段(30)によって照射された被測定流体を、撮像手段(40)が微小時間間隔で撮像する。この撮像によって被測定流体の粒子画像を得ることができる。
撮像手段(40)が撮像した粒子画像は、画像処理手段が取得して処理する。画像処理手段の粒子量抽出手段が、受信した粒子画像から被測定流体の粒子量を抽出する。ここで抽出した粒子量から複数の時刻の輝度パターン分布を比較し、被測定流体の移動方向および移動量を計測する。
すなわち、流体移動空間に開口部を設けることで外部からの確認が困難な流体移動空間内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測することができる。従来は模擬的に行われてきた流体移動空間内部の流れ場の解析が可能となった。
【００１０】
以下、番号ずれ
（請求項２）
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、前記撮像手段(40)は、光ファイバケーブルを介してカメラと接続されたボアスコープを備えていることを特徴とする。
【００１１】
（作用）
ボアスコープが光ファイバーケーブルを介してカメラと接続されていることにより、カメラに設置の自由度を持たせることができ、撮像対象の周囲環境に左右されずに場所を選ばずカメラを設置することが可能となる。
【００１２】
（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、前記照射手段(30)は、前記流体移動空間(10)に対して複数の照射面を同時または連続的に形成し、前記撮像手段(40)は、その照射手段によって形成された複数の照射面を撮像することを特徴とする。
ここで、照射面についての「複数」とは、二つ以上である。同時に二つ以上の照射面を形成する場合と、連続的に二つ以上の照射面を形成する場合とがある。
【００１３】
（作用）
流体移動空間に対し、複数の照射面を同時にまたは連続的に形成することにより、多面的な測定が可能となる。また、複数の二次元測定を補完することで、三次元での測定、再現も可能となる。なお、連続的にシートを形成するには、照射手段を首振り型にすることで、レーザの照射角度を変えることが可能となる。
【００１４】
（請求項４）
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、前記照射手段(30)は、シート状のレーザ光を照射するレーザライトシート形成装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（作用）
レーザーライトをシート状に照射することで、測定対象が面体となり、被測定流体の移動方向および移動量の把握が容易となる。
【００１６】
（請求項５）
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、前記照射手段(30)は、前記照射手段(30)が前記流体移動空間に対して照射面を形成するための照射用レンズを備え，前記照射用レンズは、首振り型であり、その照射角度を変更可能であることを特徴とする。
【００１７】
（作用）
照射用レンズが首振り型であるため、流体移動空間に対して照射角度を自在に変更して照射面を形成することができる。
【００１８】
（請求項６５）
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、  前記流体移動空間(10)は、ダクトによって形成され、  そのダクトには、前記撮像手段(40)が被測定流体を撮像するためのカメラ用レンズ孔(11)と、前記照射手段がダクト内部を照射するための照射用レンズ孔(12)とを備え、  前記撮像手段(40)は、そのカメラ用レンズ孔(11)に配置して固定するとともに、  前記照射手段(30)は、その照射用レンズ孔(12)に配置して固定したことを特徴とする。
【００１９】
（用語説明）
「ダクト」とは、空調・排気・排煙などの用途で用いられる建築設備の一つである。ダクトの形状には、矩形、円形、楕円形などがある。丸型のものには、スパイラルダクトや楕円のオーバルダクトがある。ダクトの材質は、亜鉛めっき鉄板、ガルバリウム鋼板、ステンレス鋼板、塩ビ塗装鋼板などがある。
【００２０】
（作用）
流体移動空間(10)をダクトとした場合には、照射用レンズ孔(12)に固定された照射手段(30)が照射した光を用いて、カメラ用レンズ孔(11)に固定された撮像手段(40)がダクト内部を撮像する。ダクト内の気体に混在したダスト（塵）を撮像手段(40)が撮像し、画像処理装置が粒子画像として抽出することができる。すなわち、別途、粒子画像を形成するための装置などを用いることなく、撮像手段(40)によってダストの動きを捉えれば、時間当たりの総量などの解析が可能となる。
【００２１】
（請求項７）
請求項７記載の発明は、請求項６に記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、前記ダクトに対して前記カメラ用レンズ孔および前記照射用レンズ孔を形成するための穿孔手段を備えたことを特徴とする。
ここで、穿孔手段とは、たとえばダクトを形成する素材に穿孔可能なドリルである。
【００２２】
（作用）
一般のダクトには、カメラ用レンズ孔および照射用レンズ孔は備えられていないので、穿孔手段によってカメラ用レンズ孔および照射用レンズ孔を形成する。
【００２３】
（請求項８）
請求項８記載の発明は、請求項６または請求項７のいずれかに記載の流体計測システムを限定したものである。
すなわち、前記ダクトに対して備えられた前記カメラ用レンズ孔および前記照射用レンズ孔を塞ぐための塞孔手段を備えたことを特徴とする。
ここで、塞孔手段とは、たとえばダクトを形成する素材に馴染んで硬化する軟体を、カメラ用レンズ孔および照射用レンズ孔に注入する装置である。
【００２４】
（作用）
カメラ用レンズ孔および照射用レンズ孔を塞孔手段が塞ぐことができるので、流体計測が終了したら、カメラ用レンズ孔および照射用レンズ孔のないダクトとすることができる。
【００２５】
（請求項９）
請求項９に記載の発明は、流体移動空間内を流動する被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、その撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段と、前記流体移動空間の内部空間において流動している前記被測定流体を照射するための照射手段と、を備えた流体計測システムによる流体計測方法に係る。
すなわち、前記撮像手段によって流体移動空間内部の被測定流体を照射するための照射手順と、その照射手順によって照射された被測定流体を前記撮像手段にて撮像する撮像手順と、その粒子画像から前記被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手順と、その粒子量抽出手順にて抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を前記画像処理手段にて解析する解析する画像処理手順と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
（請求項１０）
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の流体計測方法を限定したものである。
すなわち、前記照射手順は、前記流体移動空間(10)に対して複数の照射面を同時に形成し、前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を同時に撮像することを特徴とする。
【００２７】
（請求項１１）
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の流体計測方法を限定したものである。
前記照射手順は、前記流体移動空間(10)に対して複数の照射面を連続的に形成し、前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を、形成された順に撮像することを特徴とする。
【００２８】
（請求項１２）
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の流体計測方法を限定したものである。
すなわち、前記照射手順は、照射用レンズの照射角度を制御し、前記流体移動空間に対して所要の照射面を形成することとした流体計測方法に係る。
【００２９】
（請求項１３）
請求項１３に記載の発明は、流体移動空間内を流動する被測定流体を微小時間間隔で撮像する撮像手段と、その撮像手段で取得した複数の時刻の輝度パターン分布を比較することによって流体移動空間内における所定の画点の移動方向および移動量を計測する画像処理手段と、前記被測定流体を照射するための照射手段と、を備えた流体計測システムによる流体計測方法を実現するためのコンピュータプログラムに係る。
そのコンピュータプログラムは、前記撮像手段によって流体移動空間内部の被測定流体を照射するための照射手順と、その照射手順によって照射された被測定流体を前記撮像手段にて撮像する撮像手順と、  その粒子画像から前記被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手順と、その粒子量抽出手順にて抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を前記画像処理手段にて解析する解析すること画像処理手順と、をコンピュータに実行させることとした。
【００３０】
（請求項１４）
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の流体計測方法を限定したものである。
すなわち、前記照射手順は、照射用レンズの照射角度を制御し、前記流体移動空間に対して所要の照射面を形成することとしたコンピュータプログラムに係る。
【００３１】
（請求項１５）
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
すなわち、前記照射手順は、前記流体移動空間に対して複数の照射面を同時に形成し、  前記撮像手順は、前記照射手順にて形成された複数の照射面を同時に撮像することとしたコンピュータプログラムに係る。
【００３２】
（請求項１６）
請求項１６に記載の発明もまた、請求項１３に記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
すなわち、前記照射手順は、照射用レンズの照射角度を制御し、前記流体移動空間に対して所要の照射面を形成することとしたコンピュータプログラムに係る。
【００３３】
請求項１３から請求項１６に記載されたコンピュータプログラムを、記録媒体（たとえば、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒなど）に記憶させて配布することもできるし、通信回線を通じて他の記録媒体に送信することも可能である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明における請求項１から請求項８に記載の発明によれば、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測できる流体計測システムを提供することができた。
また、請求項９から請求項１２に記載の発明によれば、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測できる流体計測方法を提供することができた。
また、請求項１３から請求項１６に記載の発明によれば、外部からの確認が困難なダクト内の流体の粒子量および移動量などを正確に計測できるコンピュータプログラムを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。図１は、本発明の一の実施形態に係る流体計測システムを概念的に示したものであり、図２は、画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図であり、図３は、流体計測システムの一連の処理を示すフローチャートであり、図４は、流体計測システムの第二実施形態を示す概念図である。
【００３６】
図１は、ダクト（流体移動空間）１０内を流動するダスト（被測定流体）の測定を調査することを想定した流体計測システムの概略図である。ここでは、ダクト１０が原子力発電所等の設備に設置された場合を想定している。流体計測システムは、ダクト１０内を流動する被測定流体を調べるために、レーザライトシートを形成するシリンドリカル凹レンズ（照射手段）３０、そのシリンドリカル凹レンズ３０によって形成されたレーザライトシートを用いてダクト１０内の様子を撮像するための撮像装置（撮像手段）４０およびその撮像装置４０を制御するとともに、撮像装置４０が撮像した画像を受信する画像処理装置５０を備えて構成されている。
【００３７】
（ダクト）
ダクト１０は、被測定流体の流れ方向に延伸した直方体として形成され、ダクト１０の側壁１０ａには撮像装置４０によって撮像するためのカメラ用レンズ孔１１（開口部）が設けられている。また、側壁１０ａと連続したダクト１０の上壁１０ｂには、シリンドリカル凹レンズ３０によってレーザライトシートを照射するための照射用レンズ孔１２（開口部）が設けられている。
ダクト１０の形状としては、矩形、円形、楕円形などのいずれでも良い。また、ダクトの材質には、亜鉛めっき鉄板、ガルバリウム鋼板、ステンレス鋼板、塩ビ塗装鋼板などがあるがこれらのいずれでも良い。
【００３８】
（照射手段）
シリンドリカル凹レンズ３０は、シート状のレーザ光を照射可能なレーザライトシート形成装置（図示は表示しない）を備えている。シリンドリカル凹レンズ３０からレーザライトシート形成装置の間は、光ファイバケーブル３２によって接続されており、ダクト１０の上壁１０ｂに設けられた照射用レンズ孔１２に接地され、内部にレーザライトシートを照射することで撮像装置４０の撮像を補助する機能を有する。
【００３９】
シリンドリカル凹レンズ３０は、レーザライトシート形成装置によって形成されたレーザライトシートを、照射用レンズ孔１２からダクト１０内部に向かって照射することとしている。照射方向としては、いくつかのパターンがあるが一パターン目は、ダクト１０を流れる被測定流体の進行方向である前方側と、反進行方向となる後方側の二方向に対して、極めて短い時間に連続的にレーザライトシートを照射したものである。二パターン目は、ダクト１０内の異なる方向に対し、同時にレーザライトシートを照射したものである。
【００４０】
すなわち、シリンドリカル凹レンズ３０におけるレーザライトシート形成装置は、ダクト１０内部に対して複数の照射面を同時に形成する機能と、ダクト１０内部に対して複数の照射面を連続的に形成する機能を備えている。複数の照射面を同時に形成する場合には、撮像装置４０においても複数の照射面を同時に撮像することとなる。一方、複数の照射面を連続的に形成する場合には、撮像装置４０が形成された照射面を順番に撮像していくこととしている。
そして、照射面を連続的に形成するには、シリンドリカル凹レンズ３０を首振り型にすることが好ましい。このようにすれば、レーザの照射角度を自在に変更可能となるからである。この照射角度は、角度を制御するための制御部によって所望の照射角度が設定可能となっている。
【００４１】
なお、照射光がシート状としているのは、測定対象の被測定流体を面体として捉えることができるためである。面体として捉えることができれば、被測定流体を撮像したときにその移動方向および移動量の把握が容易となる。また、このシリンドリカル凹レンズ３０には、ハロゲンライト光源を使用することもできる。
【００４２】
（撮像手段）
撮像装置４０は、特殊な棒状のレンズによって形成されたボアスコープ４１と、そのボアコープ４１に接続された光ファイバケーブル４２と、その光ファイバケーブル４２の反ボアスコープ側端部に接続されたＣＣＤカメラ４３とからなる。
ボアスコープ４１は、細径化を実現した針状硬性内視鏡である。
光ファイバケーブル４２は、ガラスやプラスチックの細い繊維でできた光を通す通信ケーブルのことであり、一端はボアスコープに接続され他端はカメラ４３に接続されている。
【００４３】
ＣＣＤカメラ４３は、ボアスコープ４１のレンズに映し出されたダクト１０内を撮像する機能を有するＣＣＤカメラである。このＣＣＤカメラ４３は、ボアスコープと光ファイバーケーブルを介して接続されている。これにより、CCDカメラに設置の自由度を持たせることができ、温度や放射線など周囲の環境に左右されることなく、場所を選ばずカメラを設置することが可能になる。光ファイバケーブルにより、画素数が低下し、それに伴い、空間解像度が低下するが、PTV-SS（特許3685256号に開示）を用いることにより解決できる。
なお、本実施形態では、撮像装置として、ＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ（ＣＣＤカメラ）を使用しているが、これに代え、ＣＭＯＳ撮像素子を備えたカメラを用いることもできる。
【００４４】
撮像装置４０は、その撮像のタイミングを制御する画像処理装置５０によって制御されており、その撮像のタイミングは、シリンドリカル凹レンズ３０の照射のタイミングと同期するように制御される。また、制御手段は、ＣＣＤカメラ４３の適切な焦点距離ｆの算出等を行う焦点距離調整手段を備えてなる。すなわち、ＣＣＤカメラ４３によって撮影された画像信号は、それを受信して所定の処理を実行する画像取り込み手段および画像処理手段を備えた画像処理装置５０に送られる。
【００４５】
（画像処理装置）
図２は、画像処理装置５０のハードウェア構成を示したブロック図である。
画像処理装置５０は、画像処理装置５０全体の制御および画像処理を行うＣＰＵ５１、各種データを書き込む際に、それらデータを一時的に展開して記憶するＲＡＭ５２、オペレーティングシステム、アプリケーションソフトおよび各種データなどが記憶される記憶部５３、マウスやキーボード等の入力部５４、ディスプレイ等の表示部５５、インターネットやイントラネットなどの電気通信回線に接続可能な通信部５６、各種データをプリンタ等に出力可能な出力部５７および各種データの入出力部である入出力ポート５８を備えて構成されている。この入出力ポート５８には、撮像装置４０が撮像した画像信号を取得するための画像取り込み手段５９が備えられている。
【００４６】
画像処理装置５０は、ダクト１０内部が撮像されたことによって流体の粒子画像を得た際に、その粒子画像から被測定流体の粒子量を抽出する粒子量抽出手段と、その粒子量抽出手段が抽出した粒子量の移動方向および移動量を計測して、被測定流体の流れ場を解析する解析手段を備える。
また、撮像装置４０によって撮像されたダクト１０内の画像データを、内部メモリである記憶部５３に取り込み、その取り込んだ画像データをディスプレイ等の表示部５５に表示する。また、ＣＰＵ５１によって撮像装置４０の撮像範囲や撮像スピード、撮像枚数などの各種設定に応じて撮像装置４０を制御する。
【００４７】
画像取り込み手段は、ＣＣＤカメラ４３からのアナログ画像信号をデジタル化するフレームグラバボードを備えてなる。画像処理手段（ＣＰＵ５１）は、フレームグラバボードから出力されるデジタル画像信号である画像フレームをＰＩＶ手法により解析処理する。なお、画像処理手段の前段に、像の歪み収差などを補正する回路を設けることもできる。
焦点距離調整手段を備えている場合では、画像処理手段によって得られる二つの時刻の粒子画像における粒子群の移動距離が、上記範囲内に収まるようにするため、適切な焦点距離ｆを求める演算を行う。
【００４８】
画像処理手段によって解析処理して粒子群の移動量等を求めるに際しては、二つの時刻における粒子画像中の所定の輝度パターンを構成する粒子群が離れすぎていては、両者の相関を知ることが困難である。したがって、粒子群の移動距離は縦又は横の全画素数に対して０．５〜１０％程度（例えば、縦（又は横）の全画素数１０００画素の場合で、５〜１００画素）の領域に収まっていることが好ましい。
【００４９】
本実施形態では、撮像手段であるＣＣＤカメラ４３からダクト１０内部の被測定流体の流れ場を解析することによって、ダクト１０内部の粒子を解析することを目的としているが、粒子群の移動量が上記領域に収まるか否かは、ＣＣＤカメラ４３の焦点距離ｆに依存すると共に、二つの時刻における撮像時間間隔Δｔ、および被測定流体までの距離にも依存する。
たとえば、レーザライトシートまでの距離が短い場合には、１画素当たりに映る像の大きさと焦点距離ｆとの関係は非線形となるため、この場合には、両者の相関を示す非線形テーブルを設定しておくことで対処できる。
【００５０】
たとえば、1/100s毎1027時刻分の画像を撮影し、1026個の速度ベクトルを得たとして、この速度ベクトルから、２次精度の中心差分により1024個の加速度ベクトルを算出し、ローパスフィルタ処理を行った後、FFT（高速フーリエ変換）を用いてパワースペクトルを得ることができる。
ローパスフィルタ処理とは、画像を輝度の空間周波数成分へ変換する手段、変換された周波数成分から所定以下の周波成分を残すフィルタリング処理のことである。フィルタリング処理した後は、その周波数成分を画像へ変換する手段も、別途必要である。
【００５１】
（作用）
図３を参照して流体計測システムの処理手順について説明する。
事前準備として、ダクト１０内を把握するために開口されたカメラ用レンズ孔１１に、撮像装置４０のボアスコープ４１をダクト内が撮像可能なように接地させるとともに、照射用レンズ孔１２にもシリンドリカル凹レンズ３０を接地させる。また、ボアスコープ４１から延びた光ファイバケーブル４２は、画像処理装置５０に接続し、撮像した画像データを受信できるようにしておく。
【００５２】
次に、ダクト１０内の被測定流体の計測を行うには、まず、ダクト１０内を流動している被測定流体に対してシリンドリカル凹レンズ３０のレーザライトシート形成装置を用いる。これは、レーザライトシートが形成されるようにシリンドリカル凹レンズ３０が照射する（Ｓ１０１）。照射の際には、ダクト１０の照射用レンズ孔１２に接地した状態を保ち、複数の照射光を発光させ、ダクトの外部には照射光が漏れないようにする。
【００５３】
続けて、シリンドリカル凹レンズ３０によってレーザライトシートが形成された状態で、ボアスコープ４１が微小時間間隔で被測定流体を撮像する（Ｓ１０２）。ここで、微小時間間隔とは、所定間隔を保って連続撮影することである。この撮像によって、被測定流体の粒子画像を得ることができる（Ｓ１０３）。
【００５４】
ここで取得した粒子画像を画像処理装置５０に送信する（Ｓ１０４）。画像処理装置５０は、送られてきた粒子画像を受信すると（Ｓ１０５）、画像処理装置５０の演算機能である粒子量抽出手段が、画像処理装置５０が受信した粒子画像から被測定流体の粒子量を抽出する（Ｓ１０６）。
そして、粒子量抽出手段が抽出した粒子量から複数の時刻の輝度パターン分布を比較し、粒子の移動方向および移動量を計測する（Ｓ１０７）。この計測によって被測定流体の粒子量を計測し、被測定流体の流れ場を解析することができる。つまり、本システムを用いると、ダクト１０内のように、外部からの確認が困難な物質の粒子量や移動量などを正確に計測することが可能となる。
【００５５】
（第二実施形態）
図４は、図１に示した実施形態とは異なり、ダクト１０に照射用レンズ孔１２を二つ設け、その照射用レンズ孔１２に二つのシリンドリカル凹レンズ３０ａ、３０ｂをそれぞれ接地してレーザライトシートを形成している。また。カメラ用レンズ孔１１も二つ設け、そのカメラ用レンズ孔１１に撮像装置４０ａ、４０ｂを接地し、各レーザライトシートを別々に撮影したものである。シリンドリカル凹レンズ３０ａ、３０ｂおよび撮像装置４０ａ、４０ｂを複数セッティングするために手間が掛かるなどのデメリットがある一方、レーザライトシートごとに独立させた撮影画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本願発明は、ダクト製造メーカの業界、ダクト設備に対する性能試験を請け負う検査業界などにおいて、利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一の実施形態に係る流体計測システムの概念図である。
【図２】画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】流体計測システムの一連の処理を示すフローチャートである。
【図４】流体計測システムの第二実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ダクト                １０ａ  側壁
１０ｂ  上壁
１１  カメラ用レンズ孔      １２  照射用レンズ孔
３０，３０ａ，３０ｂ  シリンドリカルレンズ
３２，４２  光ファイバケーブル
４０，４０ａ，４０ｂ  撮像装置
４１  ボアスコープ
５０  画像処理装置          ５１  ＣＰＵ
５２  ＲＡＭ                ５３  記憶部
５４  入力部                ５５  表示部
５６  通信部                ５７  出力部
５８  入出力ポート          ５９  画像取り込み手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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