(57)【要約】    【課題】  カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影システムを提供する。    【解決手段】  同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一発光および第二発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、第一カメラの不感時間の開始時点と第二カメラの不感時間の終了時点とを同期させ、第一発光の発光開始時点を第一カメラの不感時間の開始直前とし、第二発光の発光開始時点を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後とする。【選択図】  図２
2005275305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラが撮影する領域に対して第一の発光および第二の発光を行う高速度発光手段と、その高速度発光手段および前記高速度カメラを制御する制御装置とを備え、前記高速度カメラによる第一カメラおよび第二カメラの撮影間隔を僅少間隔とするための連続撮影システムであって、
第一の発光を第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内とし、  第二の発光を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後としたことを特徴とする高速度連続撮影システム。
【請求項２】
同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する校正ユニットであって、
その校正ユニットは、粗い校正を行う粗校正手段と精密な校正を行う精密校正手段とからなり、
粗校正手段は、撮影領域に対応させた校正板と、その校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手段と、
その撮影画像記録手段に記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手段と、
演算された画像変換を記録する画像変換記録手段と、
記録された画像変換を用いて校正する校正手段とを備え、
精密校正手段は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手段と、
その同一時刻画像記録手段に記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手段と、
その粗校正画像データ記録手段に記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手段と、
演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手段と、
バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手段を備えた撮影画像偏差校正ユニット。
【請求項３】
同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正ユニットと、その撮影画像偏差校正ユニットによって同一の領域に対しては同一の画像が得られ且つその領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラ、その高速度カメラが撮影する領域に対して第一の発光および第二の発光を行う高速度発光手段、その高速度発光手段および前記高速度カメラを制御する制御装置を備えた連続撮影システムであって、
撮影画像偏差校正ユニットは、粗い校正を行う粗校正手段と精密な校正を行う精密校正手段とからなり、
粗校正手段は、撮影領域に対応させた校正板と、その校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手段と、  その撮影画像記録手段に記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手段と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手段と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手段とを備え、
精密校正手段は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手段と、  その同一時刻画像記録手段に記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手段と、  その粗校正画像データ記録手段に記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手段と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手段と、  バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手段を備えた撮影画像偏差校正ユニットであり、
撮影画像偏差校正ユニットによる校正後の高速度カメラによる第一カメラおよび第二カメラの撮影間隔を僅少間隔に、第一の発光を第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内とし、  第二の発光を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後としたことを特徴とする高速度連続撮影システム。
【請求項４】
同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一および第二の発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置とを備え、高速度カメラの撮影間隔を僅少間隔とするための連続撮影方法であって、
第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内に第一の発光を行う第一発光手順と、  第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後に第二の発光を行う第二発光手順とによって、僅少間隔の画像を撮影することを特徴とする高速度連続撮影方法。
【請求項５】
同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正方法であって、
その校正方法は、粗い校正を行う粗校正手順と精密な校正を行う精密校正手順とからなり、
粗校正手順は、撮影領域に対応させた校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手順と、  その撮影画像記録手順にて記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手順と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手順と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手順とを備え、
精密校正手順は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手順と、  その同一時刻画像記録手順にて記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手順と、  その粗校正画像データ記録手順にて記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手順と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手順と、バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手順とを備えたことを特徴とする撮影画像偏差校正方法。
【請求項６】
同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正方法と、その撮影画像偏差校正方法によって校正された２台の高速度カメラを用いて僅少間隔の撮影を行う連続撮影方法であって、
撮影画像偏差校正方法は、粗い校正を行う粗校正手順と精密な校正を行う精密校正手順とからなり、
粗校正手順は、撮影領域に対応させた校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手順と、  その撮影画像記録手順にて記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手順と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手順と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手順とを備え、
精密校正手順は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手順と、  その同一時刻画像記録手順にて記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手順と、  その粗校正画像データ記録手順にて記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手順と、演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手順と、バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手順とを備え、
連続撮影方法は、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一および第二の発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置とを備え、第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内に第一の発光を行う第一発光手順と、  第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後に第二の発光を行う第二発光手順とによって、僅少間隔の画像を撮影することを特徴とする高速度連続撮影方法。
【請求項７】
粗い校正を行う粗校正手順と精密な校正を行う精密校正手順とからなる撮影画像偏差校正方法と、その撮影画像偏差校正方法によって校正され、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一および第二の発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御することによって高速度連続撮影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、
そのプログラムは、粗校正と精密校正とを行う校正プログラムと、高速度連続撮影プログラムとからなり、
校正プログラムは、撮影領域に対応させた校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手順と、  その撮影画像記録手順にて記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手順と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手順と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手順とによる粗校正、
および２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手順と、  その同一時刻画像記録手順にて記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手順と、  その粗校正画像データ記録手順にて記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手順と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手順と、バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手順とによる精密校正をコンピュータに実行させるプログラムであり、
高速度連続撮影プログラムは、第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内に第一の発光を行う第一発光手順と、  第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後に第二の発光を行う第二発光手順とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項８】
同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正ユニットと、その撮影画像偏差校正ユニットによって同一の領域に対しては同一の画像が得られ且つその領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラ、その高速度カメラが撮影する領域に対して第一の発光および第二の発光を行う高速度発光手段、その高速度発光手段および前記高速度カメラを制御する制御装置を備えて連続撮影し、その連続撮影によって得た同一領域の２つの時刻の画像から移動ベクトルを算出するシステムであって、
撮影画像偏差校正ユニットは、粗い校正を行う粗校正手段と精密な校正を行う精密校正手段とからなり、
粗校正手段は、撮影領域に対応させた校正板と、その校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手段と、  その撮影画像記録手段に記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手段と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手段と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手段とを備え、
精密校正手段は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手段と、  その同一時刻画像記録手段に記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手段と、  その粗校正画像データ記録手段に記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手段と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手段と、  バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手段を備えた撮影画像偏差校正ユニットであり、
撮影画像偏差校正ユニットによる校正後の高速度カメラによる第一カメラおよび第二カメラの撮影間隔を僅少間隔に、第一の発光を第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内とし、  第二の発光を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後としたことを特徴とする移動ベクトル算出システム。
【請求項９】
同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正方法と、その撮影画像偏差校正方法によって校正された２台の高速度カメラを用いて僅少間隔の撮影を行う連続撮影をし、２つの時刻の画像から移動ベクトルを算出する方法であって、
撮影画像偏差校正方法は、粗い校正を行う粗校正手順と精密な校正を行う精密校正手順とからなり、
粗校正手順は、撮影領域に対応させた校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手順と、  その撮影画像記録手順にて記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手順と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手順と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手順とを備え、
精密校正手順は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手順と、  その同一時刻画像記録手順にて記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手順と、  その粗校正画像データ記録手順にて記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手順と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手順と、バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手順とを備え、
連続撮影方法は、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一および第二の発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置とを備え、第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内に第一の発光を行う第一発光手順と、  第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後に第二の発光を行う第二発光手順とによって、僅少間隔の画像を撮影し、
その僅少間隔の画像から移動ベクトルを算出することとした移動ベクトル算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で変化する流体や粉体、自動車のクラッシュシーンなどについての解析を行うため、極めて短い間隔で撮影するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体速度の計測法には、空間内の一点もしくは数点における速度を時間分解能の高い熱線流速計やレーザドップラー流速計などを採用する計測法の他に、流体内に混入した微少な粒子にレーザ光などを照射してそれらの散乱光を画像として連続して取得し、粒子群の移動距離を求めて二次元平面内の流体速度を計測する粒子画像流速計（以下、「ＰＩＶ」と略記する）を用いた計測法がある。前者は時間分解能に優れており、後者は空間分解能に優れていた。
【０００３】
従来のＰＩＶは、平面内あるいは空間内の流体速度を計測可能であるという利点を持つ。一方、ある瞬間の流体速度を得るか、大きな時間間隔の流体速度しか得ることができず、時間分解能が非常に低いという欠点も持っていた。このため、３０Ｈｚ程度の繰り返し周波数を持つ高解像度カメラとダブルパルスレーザとを用いて、フレームストラドリングによって微少時間間隔の画像を取得する。最近では、３０Ｈｚを一気に２０００Ｈｚまで増大させることが可能となり、「ダイナミックＰＩＶ」と呼ばれている。
【０００４】
なお、ＰＩＶについての、時間分解能に関する欠点を改善した技術が特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０３８５号公報
【０００６】
上記の先行技術は、時間分解能と空間分解能とを両立させるため、以下のような手順を開示している。すなわち、被測定流体にシート状レーザーを照射し、微少時間を隔てて散乱光画像あるいは空間的濃淡画像を高速度ビデオカメラによって連続撮影し、時間的に連続する２枚の画像から相互相関法によって速度ベクトルを算出し、得られた時系列データにフィルタをかけることで誤差を除去し、最終的な時系列流体速度を得るのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ダイナミックＰＩＶに用いる高速度ビデオカメラであっても、不感時間（フレーム間の不感時間(Td)）が存在する（現時点では４μｓ程度）。撮影画像の転送やその準備時間が必要だからである。
すなわち、連続撮影の最小時間間隔は、カメラの不感時間以下にすることはできない。このため、蒸気インジェクタの流れ場などの計測に用いることは現実的ではない。流れ場が高速なので、４μｓよりも短い間隔で撮影しなければ速度ベクトルを算出できないからである。
また、高速度カメラの更なる性能向上によって不感時間(Td)を現在の４μｓよりも減らすことができたとしても、そのようなカメラは極めて高額であり、測定のための設備としては経済的な負担が大きい。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行うものである。
【０００９】
請求項１、請求項３、請求項４および請求項６に記載の発明の目的は、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影の技術を提供することにある。
請求項２および請求項５記載の発明の目的は、高速度連続撮影方法に用いる２台のカメラについての校正技術を提供することにある。
請求項７記載の発明の目的は、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影方法を実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。
請求項８および請求項９記載の発明の目的は、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影によって移動ベクトルを算出する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、ほぼ同一の領域を撮影できるように調整した２台のカメラを用意し、それらカメラの不感時間のタイミングをずらすように調整して、高速度連続撮影を可能とするものである。
また、カメラには個体差があり、その個体差による誤差があっても計測精度を確保できないため、画像校正を行う必要がある。
【００１１】
（請求項１）
すなわち、請求項１記載の発明は、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラが撮影する領域に対して第一の発光および第二の発光を行う高速度発光手段と、その高速度発光手段および前記高速度カメラを制御する制御装置とを備え、前記高速度カメラによる第一カメラおよび第二カメラの撮影間隔を僅少間隔とするための連続撮影システムに係る。
そして、第一の発光を第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内とし、  第二の発光を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後としたことを特徴とする。
【００１２】
（用語説明）
「高速度カメラ」とは、一般にダイナミックＰＩＶに用いることができるカメラである。
「発光手段」とは、撮影に係る「面」を照射することが可能な手段、具体的にはレーザ光、ハロゲン光の発光手段がある。また、「高速度発光手段」とは、第一および第二の発光を行うために、複数の発光手段を用いずに、一台の発光手段を制御することが一般的である。
【００１３】
（作用）
第一の発光が第一カメラの不感時間(Td1)の開始前かつ第二カメラの不感時間内であるので、第一カメラによる撮影領域が撮影されるが、第二カメラは不感時間（Td2）内であるので第二カメラによる撮影は行われない。一方、第二の発光が第一カメラの不感時間(Td1)内であって第二カメラの不感時間(Td2)の終了後であるので、第一カメラによる撮影は行われないが、第一カメラによる撮影領域が撮影される。この結果、第一の発光および第二の発光による間隔にて所定の撮影領域に対する連続撮影が可能である。
結果として、第一カメラおよび第二カメラの不感時間(Td1,Td2)よりも短い間隔で、第一カメラおよび第二カメラが連続して撮影することができる。その連続撮影画像によれば、これまでは解析できなかった動きを捉えることができる。
【００１４】
（請求項２）
請求項２記載の発明は、同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する校正ユニットに係る。
その校正ユニットは、粗い校正を行う粗校正手段と精密な校正を行う精密校正手段とからなり、
粗校正手段は、撮影領域に対応させた校正板と、その校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手段と、  その撮影画像記録手段に記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手段と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手段と、  記録された画像変換を用いて校正する校正手段とを備え、
精密校正手段は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手段と、  その同一時刻画像記録手段に記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手段と、  その粗校正画像データ記録手段に記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手段と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手段と、  バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手段を備えた撮影画像偏差校正ユニットである。
【００１５】
（用語説明）
各記録手段は、ランダムアクセスメモリのような揮発性の記憶装置の場合、ハードディスクのような不揮発性の記憶装置の場合、両者を組み合わせた記憶装置の場合などがある。
「画像変換」とは、変換された画像データ、変換するための係数データのいずれであっても良い。
【００１６】
（作用）
まず粗校正を行う。すなわち、校正板を２台の高速度カメラの撮影領域に対応させ、その校正板を第一カメラおよび第二カメラにて撮影し、それらの撮影画像を撮影画像記録手段に記録する。その撮影画像記録手段に記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を、画像変換演算手段が演算する。演算された画像変換を画像変換記録手段が記録するとともに、演算された画像変換を用いて校正する。
次に、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を同一時刻画像記録手段が記録する。その同一時刻画像記録手段に記録された２つの撮影画像に対して、前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを粗校正画像データ記録手段が記録する。その粗校正画像データ記録手段に記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを移動ベクトル演算手段が演算する。演算された移動ベクトルをバイアスデータとしてバイアスデータ記録手段が記録するとともに、そのバイアスデータを用いて、バイアス校正手段が撮影画像の校正を行う。
校正について、粗校正と精密校正とに分けたことで、校正作業を効率化できる。粗校正のみでは不十分であり、精密校正のみだと時間が掛かったり、バイアスデータ作成などへの負担が大きくなりすぎるからである。
【００１７】
（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項２に記載する撮影画像校正ユニットを備えた請求項１に記載の高速度連続撮影システムに係る。
【００１８】
（作用）
２台のカメラの撮影画像における偏差は、粗校正手段と精密校正手段とによって、同一領域を同一時間に撮影した場合には同一の画像を得ることができるように校正されている。
校正されたその２台のカメラにより、第一の発光および第二の発光による間隔にて所定の撮影領域に対する連続撮影が可能である。
【００１９】
（請求項４）
請求項４記載の発明は、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一および第二の発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置とを備え、高速度カメラの撮影間隔を僅少間隔とするための連続撮影方法に係る。
その連続撮影方法は、第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内に第一の発光を行う第一発光手順と、  第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後に第二の発光を行う第二発光手順とによって、僅少間隔の画像を撮影することを特徴とする。
【００２０】
（請求項５）
請求項５記載の発明は、同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正方法に係り、その校正方法は、粗い校正を行う粗校正手順と精密な校正を行う精密校正手順とからなる。
粗校正手順は、撮影領域に対応させた校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手順と、  その撮影画像記録手順にて記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手順と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手順と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手順とを備える。
精密校正手順は、２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手順と、  その同一時刻画像記録手順にて記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手順と、  その粗校正画像データ記録手順にて記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手順と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手順と、バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手順とを備える。
【００２１】
（請求項６）
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の撮影画像校正方法を備えた請求項４に記載の高速度連続撮影方法に係る。
すなわち、同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正方法と、その撮影画像偏差校正方法によって校正された２台の高速度カメラを用いて僅少間隔の撮影を行う連続撮影方法である。
【００２２】
（請求項７）
請求項７記載の発明は、粗い校正を行う粗校正手順と精密な校正を行う精密校正手順とからなる撮影画像偏差校正方法と、その撮影画像偏差校正方法によって校正され、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラと、その高速度カメラの撮影領域に対して第一および第二の発光を行う高速度発光手段と、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御することによって高速度連続撮影方法を実現するためのコンピュータプログラムに係る。
そのプログラムは、粗い校正と精密な校正とを行う校正プログラムと、高速度連続撮影プログラムとからなり、
校正プログラムは、撮影領域に対応させた校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手順と、  その撮影画像記録手順にて記録された一方の撮影画像を他方へほぼ一致させるための画像変換を演算する画像変換演算手順と、  演算された画像変換を記録する画像変換記録手順と、  演算された画像変換を用いて校正する校正手順とによる粗校正、
および２台の高速度カメラによって同一時刻に同一領域を撮影した撮影画像を記録する同一時刻画像記録手順と、  その同一時刻画像記録手順にて記録された２つの撮影画像に対して前記画像変換データを用いた粗校正を行って粗校正後の２つの画像データを記録する粗校正画像データ記録手順と、  その粗校正画像データ記録手順にて記録された２つの画像データを用いて画像間の移動ベクトルを演算する移動ベクトル演算手順と、  演算された移動ベクトルをバイアスデータとして記録するバイアスデータ記録手順と、バイアスデータ記録手段に記録されたバイアスデータを用いて撮影画像の校正を行うバイアス校正手順とによる精密校正をコンピュータに実行させるプログラムである。
高速度連続撮影プログラムは、第一カメラの不感時間の開始前かつ第二カメラの不感時間内に第一の発光を行う第一発光手順と、  第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後に第二の発光を行う第二発光手順とを実行させるプログラムである。
【００２３】
上記プログラムを、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒなどである。
【００２４】
（請求項８）
請求項８記載の発明は、同一領域における２つの時刻の画像を撮影して移動ベクトルを算出するシステムであって、請求項３に記載する高速度連続撮影システムを備えた移動ベクトル算出システムに係る。
すなわち、同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正ユニットと、その撮影画像偏差校正ユニットによって同一の領域に対しては同一の画像が得られ且つその領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラ、その高速度カメラが撮影する領域に対して第一の発光および第二の発光を行う高速度発光手段、その高速度発光手段および前記高速度カメラを制御する制御装置を備えて連続撮影し、その連続撮影によって得た同一領域の２つの時刻の画像から移動ベクトルを算出するシステムである。
【００２５】
（請求項９）
請求項９記載の発明は、同一領域における２つの時刻の画像を撮影して移動ベクトルを算出する方法であって、請求項６に記載する高速度連続撮影方法にて得た２つの時刻の画像から移動ベクトルを算出することを特徴とする。
すなわち、同一領域を撮影するように調整された２台のカメラの撮影画像における偏差を校正する撮影画像偏差校正方法と、その撮影画像偏差校正方法によって校正された２台の高速度カメラを用いて僅少間隔の撮影を行う連続撮影をし、２つの時刻の画像から移動ベクトルを算出する。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１、請求項３、請求項４および請求項６に記載の発明によれば、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影の技術を提供することができた。
請求項２および請求項５記載の発明によれば、高速度連続撮影方法に用いる２台のカメラについての校正技術を提供することができた。
請求項７記載の発明によれば、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影方法を実現するためのコンピュータプログラムを提供することができた。
請求項８および請求項９記載の発明によれば、カメラの性能に依存することなく時間分解能に優れ、高速な動きの解析を行える高速度連続撮影によって移動ベクトルを算出する技術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】
【００２７】
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。ここで使用する図面は、図１から図７である。
【００２８】
（図１）
図１では、ひとつの撮影領域に対して二台の高速度カメラを設置した様子を示している。図１（ａ）においては、二台の高速度カメラは対向させて設置している。図１（ｂ）においては、ハーフミラーを介することによって二台の高速度カメラを直行位置に配置している。
また、同一の領域を撮影できるように調整した第一カメラおよび第二カメラからなる高速度カメラの撮影領域に対して発光する高速度発光手段としてのダブルパルスレーザーと、そのダブルパルスレーザーの発光を面の光とするシリンドリカルレンズとを備えている。
【００２９】
（図２）
図２は、前記高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置の信号処理方法を示す概念図である。
パルス発生装置、遅れ発生装置、高速度発光手段たる第一レーザおよび第二レーザ、第一カメラおよび第二カメラを備える。なお、図２中の、「デッドタイム」とは「不感時間」と同義である。
パルス発生装置は、その周期（Ｔｐ）を２ｋＨｚとする。また、第一カメラの不感時間(Td1)と第二カメラの不感時間(Td2)とは、同じ長さ（４μｓ）であるとする。更に、第一レーザおよび第二レーザの発光時間は１μｓとする。
【００３０】
制御装置は、第一カメラの不感時間(Td1)の開始時点と第二カメラの不感時間(Td2)の終了時点とを同期させる。また、第一レーザの発光開始時点を第一カメラの不感時間(Td1)の開始直前となるように制御し、第二レーザの発光開始時点を第一カメラの不感時間(Td1)内であって第二カメラの不感時間(Td2)の終了後となるように制御する。
パルス発生装置のパルス発生時点が第二カメラの不感時間(Td2)の開始時点と同期させる。すなわち、第二カメラの不感時間(Td2)の開始時点は、遅れ時間がゼロであるとする。第一レーザは、３μｓの遅れ時間で発光を開始し、１μｓだけ発光する。第二レーザは、第一レーザの発光開始から各カメラの不感時間分（４μｓ）の遅れ時間にて発光を開始し、１μｓだけ発光する。
【００３１】
第一カメラは、第一レーザが発光した時間分だけ撮影領域の撮影が可能である。第二レーザが発光した時間は不感時間に入っているので撮影ができないし、第一レーザまたは第二レーザが発光していない時間帯は光がないので撮影できないからである。
第二カメラは、第二レーザが発光した時間分だけ撮影領域の撮影が可能である。第一レーザが発光した時間は不感時間に入っているので撮影ができないし、第一レーザまたは第二レーザが発光していない時間帯は光がないので撮影できないからである。
【００３２】
以上のような第一カメラおよび第二カメラによる撮影によれば、４μｓの撮影間隔にて撮影領域を撮影することができたこととなる。
第一の発光時点をパルス発生装置のパルス発生時点から３．５μｓ、第二の発光時点を４．５μｓとすれば、１．０μｓの撮影間隔にて撮影領域を撮影することができる。このように、従来では行えなかった僅少間隔での連続撮影が可能となり、高速の流れ場の解析の精度向上などに寄与する。
【００３３】
なお、本実施形態では、第一カメラの不感時間の開始時点と第二カメラの不感時間の終了時点を同時としているが、必ずしも同時である必要はなく、第一の発光から第二の発光の間で、第一カメラと第二カメラの不感時間が入れ替われば良い。
【００３４】
上述してきた二台のカメラによる僅少間隔での連続撮影技術は、原理的には撮影間隔をいくらでも縮めることができる。しかし、このような撮影にはカメラの設置誤差およびカメラの個体差が、無視できない計測誤差となってしまう。そこで、図３から図７に示す校正を行うこととして計測精度を確保している。
【００３５】
（図３）
図３に示すのは、校正板による校正前後を示した図である。レーザシートとほぼ同一の面内に、校正板を設置し、二台のカメラで画像(Ar，Br)を取得する。図示はしていないが、その校正板を撮影した第一カメラの撮影画像および第二カメラの撮影画像を記録する撮影画像記録手段と、その撮影画像記録手段に記録された二つの撮影画像を用いて画像変換を求める演算手段とを備えている。
すなわち、本来、ArとBrは同一画像となるべきだが、実際には異なっている。これを画像が変換されたと考え、BrをArに一致させるための画像変換を求めるのである。これは、簡便には平行移動したと仮定することであるが、より詳細には画像の回転や変形を考慮して変換を求めることも可能である。
【００３６】
本実施形態では、校正板に表示した特定の点Ａ，Ｂ，ＣのArにおける位置とBrにおける位置が一致するようにAr、Brを拡大、平行移動を行い、Ar'とBr'へ変換している。この際に、求めた画像変換を用いて、その後撮影する画像に対して校正を行う。
また、粗校正において実施する画像変換は、通常はカメラのピクセルを単位として行うが、図4のように、任意の点の輝度を線形補間することで、変換を連続的に行うことも可能となる。
【００３７】
（図４）
図４に示すのは、画像処理についてモデル化したものであり、１ピクセル以下の画像や複数の画素に跨る画像についての輝度をより正確に算出する。
（１）、（２）、（３）、（４）と示しているのは、それぞれ１ピクセルを表している。
「Ａ」の領域の輝度は、（１）、（２）、（３）、（４）と「Ａ」との重なり面積にそれぞれの輝度を掛けた値となる。
【００３８】
（図５）
図５は、前述の粗校正による校正例を示したものである。
粗校正の前は、第一カメラの画像（a）中のＡのイメージはは右下へずれており、第二カメラの画像（b）中のＡのイメージは上にずれている。これに対し、第一カメラの画像を拡大、平行移動によりＡのイメージが画像中央に位置するよう変換し(c)、さらに、第二カメラの画像におけるＡのイメージが、第一カメラの画像中のＡのイメージに一致するように、第二カメラの画像を拡大、平行移動する(d)。これにより、第一カメラの画像においても、第二カメラの画像においても、ほぼ同じ位置に同じ大きさのＡのイメージが形成される。
なお、この粗校正にて近似させることができない場合には、二台のカメラの設置位置を調整するところからやり直す。
【００３９】
（図６）
図６では、精密校正に必要なバイアスベクトルを求める様子を示している。
二台の高速度カメラによって、同一の撮影領域における同一時刻の撮影画像を記録する。そして、その同一時刻の画像に対して粗校正行い、その後の画像データをを用いてバイアスデータ（バイアスベクトル）を作成するのである。
具体的には、粗校正後の第一カメラの画像データ(a)と粗校正後の第二カメラの画像データ(b)に対して、ＰＩＶ法等を用いてイメージ「Ｂ」の移動ベクトルを求め、これをバイアスベクトルとする。(a)、(b)の画像が完全に一致している場合、移動ベクトルはすべてのピクセルにおいてゼロとなるが、実際には粗校正でも校正しきれないずれが生じているため、有限のベクトルが残る(c)。この移動ベクトルはピクセルごとにも算出できるが、通常はいくつかのピクセルから校正されるピクセル群に対して与えることもできる。このバイアスベクトルを用いて、粗校正後の一方の画像データを補正することで、２つの画像は、精密に校正される。
【００４０】
（図７）
図７は、粗校正、精密校正、および校正を終えた後の実験手順を示している。
まず、粗校正用画像の取得を行い、それに基づいて粗校正に必要なパラメータを取得する。
続いて、精密校正用画像の取得を行い、既に取得していた粗校正に必要なパラメータを用いて粗処理を行い、バイアスベクトルを算出する。
最後に、実験画像を取得し、その実験画像に対して粗校正処理を行い、速度ベクトルを算出する。その速度ベクトルは精密校正がなされていないので、実際の速度ベクトルは、算出された速度ベクトルから精密校正によって予め算出されたバイアスベクトルを減じたものとなる。
【００４１】
前述の実施形態では、連続撮影のためのカメラは２台であるとして説明したが、３台以上のカメラを用いての連続撮影についても、２台の場合を基礎として３台目以後のカメラを校正し、第三以後の発光による撮影画像を取得していけばよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
前述の実施形態では、本願発明を高速で変化する流体の計測法として説明したが、極めて短い間隔で撮影する必要がある自動車のクラッシュシーンなどについての解析にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ひとつの撮影領域に対して二台の高速度カメラを設置した様子を示す平面図である。
【図２】高速度カメラおよび高速度発光手段とを制御する制御装置の信号処理方法を示す概念図である。
【図３】校正板による校正前後を示した図である。
【図４】任意の点の輝度の線形補間処理についてモデル化したものである。
【図５】粗校正の処理をモデル化したものである。
【図６】精密校正に必要なバイアスベクトルを求める様子をモデル化したものである。
【図７】粗校正および精密校正の処理手順のブロック図である。
【図１】
2005275305.tif 000003
【図２】
2005275305.tif 000004
【図３】
2005275305.tif 000005
【図４】
2005275305.tif 000006
【図５】
2005275305.tif 000007
【図６】
2005275305.tif 000008
【図７】
2005275305.tif 000009