(57)【要約】二枚の画像データを用いて雑音を取り除いて背景データとすることができるフィルタリング処理により、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を大幅に減らし、計算負担や時間短縮を達成する。すなわち、第一背景処理手段が、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより、第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する。続いて、第二背景処理手段が、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する。そして、粒子分布データ処理手段が、第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備え、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備えるとともに、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得し、
前記画像処理手段は、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手段と、
第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手段と、
第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手段とを備えた事を特徴とする流体流動計測システム。
【請求項２】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備え、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備えるとともに、  そのエリアスキャンカメラにて三以上の時刻における画像データを取得し、
前記画像処理手段は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手段と、  その最低輝度データ作成手段によって作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手段と、  その背景処理手段によって処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手段とを備えたことを特徴とする流体流動計測システム。
【請求項３】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、撮影画像データを処理する画像処理手順とを備えた流体流動計測方法であって、
前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとし、
前記画像処理手順は、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする流体流動計測方法。
【請求項４】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、撮影画像データを処理する画像処理手順とを備えた流体流動計測方法であって、
前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、  そのエリアスキャンカメラにて三以上の時刻における画像データを取得することとし、
前記画像処理手順は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする流体流動計測方法。
【請求項５】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、  前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法であって、
第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法であって、
全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、
その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
流体流動計測方法をコンピュータに実行させ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、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、撮影画像データを処理する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ものであり、
前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとし、
前記画像処理手順は、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ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８】
流体流動計測方法をコンピュータに実行させ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、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、撮影画像データを処理する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ものであり、
前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、そのエリアスキャンカメラにて三以上の時刻における画像データを取得することとし、
前記画像処理手順は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ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９】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法をコンピュータに実行させ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、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ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１０】
粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法をコンピュータに実行させ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、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、複雑な流動場における流体の流動を高精度かつ精密に測定する流体の流動計測技術に係り、特に閉空間内を流動する流体の流速および流れ方向を計測する流体の流動計測に関連する技術に関する。
【背景技術】  （現状技術とニーズ）
原子力発電プラントや火力発電プラント、化学プラント等においては、以下のような理由から、複雑な流動場における流体の流動（流体の速度、流れ方向等）を高精度かつ精密に測定することが望まれている。すなわち、プラント挙動予測の高精度化、プラント診断、プラント性能評価や機器改良にとって極めて重要だからである。
しかし、現実のプラント、特に外界と環境を異にする厳しい環境下での流体の流動計測は、複雑な流れをもつ流体流動計測条件であることを理由として、極めて困難である。
加えて、原子炉圧力容器や火力発電プラントの熱交換器内は、厳しい環境下であるとともに、そうした容器へのアクセスが困難である。
近年熱流動場における可視化技術の研究が進んだ。複雑な流動場における流体の流動を高精度かつ精密に測定可能な粒子画像流速計（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｏｌｏｃｉｍｅｔｒｙ：以下、「ＰＩＶ」と記す。）が開発されつつある。
ＰＩＶは、流体内に混入した微少な粒子（トレーサ）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方法である。空間分解能に優れており、複雑な流動場における流体の流動を計測するのに適している。
この「ＰＩＶ」と後述する「光ファイバを束ねたイメージガイド」（以下、「光ファイバ・イメージガイド」と略記する）を併用することにより、原子炉圧力容器内のように、外界と環境を異にする閉空間であっても、流体の流動測定が期待できる。
（ＰＴＶについて）
なお、トレーサの追跡および個々の粒子像をコンピュータにてデジタル処理する方法として、粒子追跡法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ；「ＰＴＶ」と略記する）があるが、本書類では、ＰＴＶはＰＩＶの一種として含めることとする。
（光ファイバ・イメージガイド）
前述の光ファイバ・イメージガイドは、画像を直接伝送するファイバスコープとして応用され、例えば医療用内視鏡が既に開発されている。光ファイバ・イメージガイドは、可撓性に富み、観察手段のための画像伝送手段として重要な役割を果している。
医療用に開発された光ファイバ・イメージガイドは、今日では工業分野にも応用され、航空機エンジンの内部点検、短かいパイプや原子炉炉心の観察に応用されている。
光ファイバは、光損失が生じるために長距離の画像伝送が困難であったが、光損失の小さな光ファイバの開発によって、長距離の画像伝送も可能となってきた。そのため、大規模プラント設備における遠隔地からの新たな保守点検手段として脚光を浴びている。
（ファイバ配列の輝度パターン除去）
現在では、前述のような光ファイバ・イメージガイドをＰＩＶシステムに組合せ、ＣＣＤカメラにて撮影データを取得し、画像解析に用いている。
実際の光ファイバ・イメージガイド（２４）は、図５に示すように、多数本の光ファイバ（２３）が六方稠密配列にて配列されている。このため、対物レンズ（２５）、イメージガイド（２４）、カメラレンズ（２６）を介してＣＣＤカメラによって撮影された画像には、図６に示すような「ゆがみ（ファイバ・ノイズ）」が生じてしまう。
ファイバ・ノイズを含む画像を用いてＰＩＶシステムによる流体の流動を求めても、図７に示すように、速度ベクトルが正常であるとは見えない処理結果が出てしまう場合があった。
そこで、ＣＣＤカメラにて撮影された粒子画像については、時系列に得られた粒子画像を欠くピクセル毎に輝度パターン（輝度値）から加算平均値を減じることで、光ファイバ（２３）によるファイバ配列の輝度パターンを除去する技術が提案された（日本特許：特開２００２−２２７５９号）。
この技術は、粒子画像には本来の信号成分と誤差の原因となる雑音成分とがあるが、加算平均をしていくと雑音成分はプラスマイナスが混在していて消し合うために信号成分のみが残っていく、という原理を用いている。
この技術を用いてファイバ・ノイズを除去すれば、図８に示すように、正常であると判断できる処理結果を得ることができる。
（本発明が解決すべき課題）
さて、前記の加算平均によるファイバ・ノイズの除去は、一般に数十枚（例えば３０枚）の撮影画像が必要となる。このため、時間が掛かるとともに、計算の負担も大きい。
また、高速度の流れの場合、加算平均によるファイバ・ノイズの除去のために数十枚の撮影画像を取得してからファイバ・ノイズを除去することはあまり有効ではないと考えられている。撮影間隔を短くしなければ高速度の流れに対応できない一方、撮影間隔を短くしつつ数十枚の撮影画像を取得することは、計算負担が大きくなる。そのため、結果として撮影間隔を長めにせざるを得ないこととなり、フィルタそのものに誤差が含まれてしまうおそれがあるからである。
本発明は、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を減らすことにより、計算負担や時間短縮を達成できる技術を提供することを目的とする。
請求項１から請求項４に記載の発明の目的は、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を減らすことにより、計算負担や時間短縮を達成できる流体流動計測の技術を提供することにある。
また、請求項５から請求項１０に記載の発明の目的は、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を減らすことにより、計算負担や時間短縮を達成できる画像処理技術を提供することにある。
【発明の開示】
上記した課題を解決するため、被計測流体が液体である場合に気泡を送り込んで反射体とするアイディアを採用し、そのアイディアを実現するための手段を提供する。
（請求項１）
請求項１記載の発明は、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、  そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備え、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備えるとともに、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得し、
前記画像処理手段は、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手段と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手段と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手段とを備えたことを特徴とする流体流動計測システムに係る。
（用語説明）
「撮像手段」とは、ＣＣＤカメラのほか、ＣＭＯＳイメージセンサ（以下、「ＣＭＯＳセンサ」と略記）をも含む。ここで、ＣＭＯＳセンサとは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）を使用したイメージセンサであって、例えばフォトダイオード、アンプを具備する受光素子を複数配置して、画像を撮影することができる。
「背景処理」を行う輝度値の差分の所定値とは、輝度値を何段階とするかによって異なる。例えば０〜２５５という２５６段階にに輝度値を階層化している場合には、「５」以下を背景処理したものが、好ましいフィルタリング処理となった。
（作用）
まず、シート状発光装置がシート状の光を流体の流動場内へ発光させる。そのシート上の二次元の画像を、撮影制御手段が撮影のタイミングを制御しつつ画像撮影手段が撮影して撮影画像データを取得する。
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送ケーブルが伝送し、その伝送された光データを、エリアスキャンカメラが撮影する。エリアスキャンカメラは、第一の時刻における第一画像データと、その第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得する。
取得された撮影画像データは、画像処理手段がフィルタリング処理をする。画像処理手段は、以下のように作用する。
まず、第一背景処理手段が、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより、第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する。続いて、第二背景処理手段が、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する。そして、粒子分布データ処理手段が、第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする。
以上により、二枚の画像データを用いて雑音を取り除いて背景データとすることができるので、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を大幅に減らし、計算負担や時間短縮を達成できる。
（本発明の特徴など）
本発明では、数十枚を必要とした撮影画像が僅か二枚の撮影画像にて雑音を取り除けるという利点がある。
ただし、本発明では、第一画像データにおいて粒子と認識できた画素部分と、第二画像データにおいて別の場所から移動してきた別の粒子が当該画素部分へ重なってしまった場合には、当該画素部分は背景として扱われてしまう場合がある。その場合、第一画像データにおける粒子、第二画像データにおける別の粒子とも、粒子分布データ処理手段によってはトレースされないこととなってしまう。
そこで、上記の発明とは別に、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を大幅に減らし、計算負担や時間短縮を達成できるフィルタリング技術を、別の請求項にて提供する。
（請求項２）
請求項２記載の発明は、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、  そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備え、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備えるとともに、  そのエリアスキャンカメラにて三以上の時刻における画像データを取得し、
前記画像処理手段は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手段と、  その最低輝度データ作成手段によって作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手段と、  その背景処理手段によって処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手段とを備えたことを特徴とする流体流動計測システムに係る。
（用語説明）
エリアスキャンカメラが取得する画像データは、少なくとも三以上であるが、あまり多すぎると従来技術の欠点を克服できない。経験的には、６〜１０くらいが妥当であり、「８」を用いることが多い。
（作用）
エリアスキャンカメラが、三以上の時刻における画像データを取得する。そして、最低輝度データ作成手段が、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する。そして撮影された各画像データの輝度値から最低輝度画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを、背景処理手段が作成する。そして、処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて、粒子分布データ処理手段が粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする。
以上により、最低輝度画像データを用いることにより、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を減らすことができるとともに、計算負担や時間短縮を達成できる。
（本発明の特徴）
請求項１記載の発明と比較した場合、前述した請求項１の欠点は、「最低輝度画像データ」を用いる本発明にてカバーされる。
一方、本発明たる請求項２は、計算量が増える、「最低輝度画像データ」を一旦記憶しておくバッファが必要となる、という点がある。
（請求項３）
請求項３記載の発明は、  粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、  そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、  撮影画像データを処理する画像処理手順とを備えた流体流動計測方法に係る。
すなわち、前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとし、
前記画像処理手順は、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする流体流動計測方法である。
（請求項４）
請求項４記載の発明は、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、  そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、  撮影画像データを処理する画像処理手順とを備えた流体流動計測方法に係る。
すなわち、前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、  そのエリアスキャンカメラにて三以上の時刻における画像データを取得することとし、
前記画像処理手順は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする流体流動計測方法である。
（請求項５）
請求項５記載の発明は、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、  そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、  前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法に係る。
その画像処理方法は、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする画像処理方法である。
（請求項６）
請求項６記載の発明は、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、  そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、  前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法に係る。
その画像処理方法は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを備えたことを特徴とする画像処理方法である。
（請求項７）
請求項７記載の発明は、流体流動計測方法をコンピュータに実行させ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、  粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、  そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、  撮影画像データを処理する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ものであり、
前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとし、
前記画像処理手順は、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とをコンピュータに実行させる。以上のようなコンピュータプログラムに係る。
（請求項８）
請求項８記載の発明は、流体流動計測方法をコンピュータに実行させ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、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光手順と、  そのシート状発光手順にて発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手順と、  撮影画像データを処理する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ものである。
前記画像撮影手順は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを用いて、  そのエリアスキャンカメラにて三以上の時刻における画像データを取得することとし、
前記画像処理手順は、全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とをコンピュータに実行させる。以上のようなコンピュータプログラムに係る。
（請求項９）
請求項９記載の発明は、  粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、  そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法をコンピュータに実行させ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、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する第一背景処理手順と、  第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する第二背景処理手順と、  第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ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である。
（請求項１０）
請求項１０記載の発明は、粒子群を含む流体の流動場内へシート状の光を発光させるシート状発光装置と、  そのシート状発光装置から発光されたシート上の画像を撮像して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングを制御する撮影制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、  そのエリアスキャンカメラにて第一の時刻における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻の第二画像データとを取得することとした流体流動計測システムにおける画像処理方法をコンピュータに実行させ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、  全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データを作成する最低輝度データ作成手順と、  その最低輝度データ作成手順にて作成された最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として処理することによって背景処理画像データを作成する背景処理手順と、  その背景処理手順にて処理された背景処理画像データのうち少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする粒子分布データ処理手順とを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である。
請求項７〜１０に記載の発明に係るのコンピュータプログラムを、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。
また、これらの発明に係るプログラムを格納したコンピュータから、通信回線を通じて他のコンピュータへ伝送することも可能である。
【図面の簡単な説明】  図１は、第一の実施形態の全体構成を示す概念図である。
図２は、全体構成に関するバリエーションを示す概念図である。
図３は、第一の実施形態におけるフィルタリング処理を示す概念図である。
図４は、第二の実施形態におけるフィルタリング処理を示す概念図である。
図５は、従来技術における伝送ケーブルを示す断面図である。
図６は  従来技術における画像の伝送を示す概念図である。
図７は、従来技術によってファイバ・ノイズを含む画像とその画像を用いて算出した速度ベクトルを示す図である。
図８は、従来技術によってファイバ・ノイズを除去した画像とその画像を用いて算出した速度ベクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０：流体流動計測システム      １１：レーザ発振装置（光源）
１２：送光用ファイバ            １３：走査用光学系
１４：放射線到達領域            １５：レーザシート
１６：測定範囲
２１：伝送ケーブル              ２３：光ファイバ
２４：イメージガイド            ２５：対物レンズ
２６：カメラレンズ
４０：画像処理手段              ４１：フレームグラバボード
４２：コンピュータ              ４３：ＰＣＩバス
４４：他のコンピュータ
５０：タイミング制御手段        ５１：タイミングスケジューラ
５２：シンクロナイザ
６０：撮像手段                  ６１：エリアスキャンカメラ
６２：カメラレンズ              ６３：伝送ケーブル
６４：対物レンズ
【発明を実施するための最良の形態】  本発明に係る流体流動計測システム、画像処理方法の実施形態について、添付図面を参照させながら説明する。
（図１）
第一の実施形態に係るＰＩＶ計測システムは、放射線環境下にある複雑な流動場を測定するためのものであり、レーザ発振装置１１と、そのレーザ発振装置１１から発振されたレーザ光を流動場１４へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系１３と、そのレーザシート１５の中の一定領域（測定領域１６）から二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段３０と、撮影のタイミングを同期させるタイミング制御手段５０と、撮影画像データを処理する画像処理手段４０とを備えている。
レーザ発振装置１１から発振されたレーザ光は、送光用ファイバ１２を通ってレーザシート形成用の走査光学系１３に導かれる。その走査光学系１３は、レーザ発振装置１１から発振されたレーザ光を流体の流動場１４にシート状に投射させ、レーザシート１５を形成する。流体の流動場１４は、放射線環境下にあり、外界と環境を異にする閉空間内に形成される（図１中では、一点破線にて囲むことによって表示している）。
具体的な流動場１４としては、例えば原子炉圧力容器のダウンカマ部、炉心シュラウド、火力発電プラントの熱交換器や蒸気発生器内等の閉空間における流体の速度場である。
走査光学系１３によって形成されたレーザシート１５は、流体の流動場１４を可視化している。本システム１０でシート状のレーザシート１５としているのは、流動場１４の奥行き方向の空間分解能を確保のためである。レーザシート１５の測定範囲１６に対向して設けられているのが画像撮影手段６０である。
前記画像撮影手段６０は、レーザシート１５の測定領域１６におけるレーザ光に対する浮遊物などの反射光を集光する対物レンズ６４と、その対物レンズ６４によって集光された光データを伝送する伝送ケーブル６３と、その伝送ケーブル６３によって伝送された光データを、カメラレンズ６２を介して受光するエリアスキャンカメラ６１とを備えている。なお、この実施形態では、エリアスキャンカメラとして、ＣＣＤカメラを採用している。
伝送には、図示を省略したイメージガイドを用いる。そのイメージガイドは伝送ケーブル６３の両端面の各位置が正確に対応するように並設されて束ねられる。イメージガイドの両端面は平面に仕上げられ、対物レンズ６４により耐放射線性能を備えた伝送ケーブル６３によって、同一画像（光としてのアナログデータ）をエリアスキャンカメラ６１側のファイバ端面まで伝送している。
伝送ケーブル６３は光を送るケーブルであって、放射線、特にガンマ線によって劣化しにくいもの、たとえば、フッ素ドープ石英コア光ファイバーイメージガイドを採用している。石英コアなので、耐熱性にも優れている。
前記伝送ケーブル６３のファイバ端面からカメラレンズ６２を経てエリアスキャンカメラ６１に記録される。このエリアスキャンカメラ３１は、例えば、近赤外線領域に感度を持つ解像度ＶＧＡ（６４０×４８０ｐｉｘｅｌｓ）、フレームレート３０Ｈｚ、８ビット（モノクロ２５６階調）のものを採用し、前記流動場１４の放射線が到達しない場所に設置する。
前記タイミング制御手段５０は、タイミングスケジューラ５１とシンクロナイザ５２を備えて形成されている。
そのタイミングスケジューラ５１からのタイミングにてレーザ発振装置１１が発振せしめられる一方、この発振タイミングとシンクロナイザ５２で同期をとってエリアスキャンカメラ６１を駆動する。すなわち、タイミングコントロール手段５０は、レーザ発振装置１１と操作手段としてのエリアスキャンカメラ３１との同期をとって駆動させるようになっている。
前記エリアスキャンカメラ６１にてアナログ撮影し、デジタル処理する。すなわち、エリアスキャンカメラ６１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４１と、このフレームグラバボード４１からのデジタル画像信号である画像フレームをＰＣＩバス４３を介して入力し、ＰＩＶ手法により画像処理するコンピュータ４２とを備えた画像処理手段４０によって画像データを処理するのである。
処理された画像データは、通信ネットワークを介して必要とされている他のコンピュータなどへ伝送される。例えば、原子力プラントから離れた場所にある当該プラントの制御センターに設置されているコンピュータなどである。
上記のようなＰＩＶ計測システムでは、エリアスキャンカメラ６１に撮像された時間的に微小時間異なる二つの時刻の粒子画像を輝度パターンの分布とみなして画像処理手段４０のコンピュータ４２により画像比較・解析の画像処理を行い、粒子群の移動量を推定する。粒子画像は、レーザシート１５上の流体中に拡散分布するパーティクル（粒子）群のある時刻での分布画像を表わしており、デジタル化された輝度を持つピクセル（画素）によって構成される。画像処理手段６１による画像処理、いわゆるＰＩＶ処理の過程では、各粒子画像のうち限定された測定領域１６を取り出して画像処理される。
（図２）
図２に示すＰＩＶ計測システムは、図１に示したＰＩＶ計測システムにおけるエリアスキャンカメラ３１を、ＣＣＤカメラではなく、ＣＭＯＳセンサを採用したものである。
ＣＭＯＳセンサは、撮影した画像信号をデジタル変換可能に形成しているため、ＣＣＤカメラを用いた場合には必要だったアナログ画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、すなわち図１中のフレームグラバボード４１と、そのフレームグラバボード４１からのデジタル画像信号である画像フレームをＰＣＩバス４３とが不要となった。
ＣＣＤカメラではなく、ＣＭＯＳセンサを採用することにより、ＣＭＯＳセンサ側で露光時間を制御することができるので、ＣＣＤカメラを用いた場合には必要だった露光時間に合わせた発光をきめ細かく制御できる発光装置が不要となる。また、発光装置が発光する光の波長の選択の幅が広がるので、撮影の背景となる色とは異なる色の光を選択でき、画像処理および流体流動の解析に便利である。
ＣＭＯＳセンサとして非蓄積型を採用した場合には、低照度でもノイズが少ないため連続光の発光装置でも採用可能となり、レーザ発振装置１１やその周辺機器について要求されるスペックを下げることもできる。
なお、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳセンサのいずれを採用するであっても、カメラ自体のメモリ量が大きいほど、後の画像処理（特に背景処理）については有利である。
（図３・第一の背景処理法）
画像処理法について、図３を用いて更に詳しく説明する。
まず、ある座標（ｘ，ｙ）の画素について、時刻ｔにおける輝度値ｐを、ｐ（ｔ，ｘ，ｙ）と定義する。
前述のエリアスキャンカメラでは、第一の時刻（ｔ１）における第一画像データとその第一の時刻とは異なる時刻（ｔ２）の第二画像データとを取得する。第一画像データにおけるある座標（ｘ，ｙ）の輝度値ｐ１は、ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ）となり、第二画像データにおけるある座標（ｘ，ｙ）の輝度値ｐ２は、ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ）となる。輝度値は、２５６階調である。
まず、第一背景処理手段が、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第一画像データから第二画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより、第一画像データを背景処理した第一背景処理データを取得する。具体的には、
Ｆ＝｛ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ）−ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ）｝
ＩＦ  Ｆ＜５  ｔｈｅｎ  ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ）＝０    ・・・（式１）
を実行するのである。すなわち、第一画像データにおいて輝度値が８より小さい値となった座標については「背景」とみなすのである。
続いて、第二背景処理手段が、第一画像データと第二画像データとにおける輝度値を、第二画像データから第一画像データを差分し、その差分が所定値以下である場合には当該座標を背景として扱うことにより第二画像データを背景処理した第二背景処理データを取得する。同じく、
Ｆ＝｛ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ）−ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ）｝
ＩＦ  Ｆ＜５  ｔｈｅｎ  ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ）＝０    ・・・（式２）
を実行するのである。すなわち、第二画像データにおいても、輝度値が５より小さい値となった座標については「背景」とみなすのである。なお、この所定値＝５については、２５６階調において経験的に見出されたものであり、様々な条件について常にベストな値であるとは限らない。
以上のような背景処理を行った後に、第一背景処理データと第二背景処理データとを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする。
前述した背景処理によれば、二枚の画像データを用いて雑音を取り除いて背景データとすることができるので、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を大幅に減らし、計算負担や時間短縮を達成できる。
（図４・第二の背景処理法）
背景処理法について図３に示す方法とは別の方法を、図４を用いて更に詳しく説明する。
そのエリアスキャンカメラにてｎ個以上（ｎ＞２）の時刻における画像データを取得することとし、それぞれ、ｐ１，ｐ２，・・ｐｎとする。
そして、ｎ個全ての画像データを重ね合わせ、座標毎に最低輝度を抽出し、最低輝度にて形成される最低輝度画像データｐ’を作成する。具体的には、
ｐ’＝ｍｉｎ｛ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ），ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ），・・ｐｎ（ｔｎ，ｘ、ｙ）｝・・・（式３）
を算出する。すなわち、最も輝度値が小さい座標を抽出するのである。
続いて、最低輝度画像データを撮影された各画像データの輝度値から差分する。
すなわち、
Ｆ＝｛ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ）−ｐ’（ｘ、ｙ）｝
ＩＦ  Ｆ＜５  ｔｈｅｎ  ｐ１（ｔ１，ｘ、ｙ）＝０
Ｆ＝｛ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ）−ｐ’（ｘ、ｙ）｝
ＩＦ  Ｆ＜５  ｔｈｅｎ  ｐ２（ｔ２，ｘ、ｙ）＝０
・・・・・・・・・・・・・・・
Ｆ＝｛ｐｎ（ｔｎ，ｘ、ｙ）−ｐ’（ｘ、ｙ）｝
ＩＦ  Ｆ＜５  ｔｈｅｎ  ｐｎ（ｔｎ，ｘ、ｙ）＝０    ・・・（式４）
を実行するのである。これにより、各画像データにおいて、輝度値が５より小さい値となった座標については「背景」とみなすのである。なお、ここにおいても所定値＝５については、２５６階調において経験的に見出されたものであり、様々な条件について常にベストな値であるとは限らない。
また、エリアスキャンカメラが取得する画像データ数は、少なくとも三以上であるが、あまり多すぎると計算負担の軽減や時間短縮ができない。また、撮影画像の枚数が増えるほど、ノイズに弱くなるという欠点もある。そこで経験的には、６〜１０くらいが妥当であり、「８」を用いることが多い。ただし、これも使用するコンピュータのパフォーマンスや撮影条件、撮影対象の性状などによってベストな値は変動することがある。
以上のような背景処理を行った後に、各画像データのうちの少なくとも二つを用いて粒子画像の輝度パターン分布についての画像処理をする。画像処理については後述する。
図３にて説明した背景処理方法では、第一画像データにおいて粒子と認識できた画素部分と、第二画像データにおいて別の場所から移動してきた別の粒子が当該画素部分へ重なってしまった場合には、当該画素部分は背景として扱われてしまう場合がある。その場合、第一画像データにおける粒子、第二画像データにおける別の粒子とも、粒子分布データ処理手段によってはトレースされないこととなってしまう、という欠点がある。
第二の背景処理方法は、第一の背景処理方法の欠点を補いつつ、ファイバ・ノイズの除去に要する撮影画像の枚数を大幅に減らし、計算負担や時間短縮を達成できる。
（背景処理法の選択）
二種類の背景処理法について説明してきたが、いずれにも利点欠点があるので、どちらを選択するかについて、ＰＩＶ計測システムのパフォーマンス、流体の性状などの条件を蓄積し、自動選択させたり、第二の方法における適正な撮影画像枚数を参考に出力させることも可能である。
（画像処理）
画像処理については、以下のような手順にて行われる。
（二値化・膨張化画像処理）
粒子軌跡画像から粒子の識別を行うための前処理として、二値化および膨張化画像処理を行う。流体中に浮遊する粒子の軌跡像は、光ファイバ２５のクラッドの影響を受け、連続的なものとはならず、断続的な画像として記録される。この断続的粒子画像を二値化処理しても、クラッドによって情報の失われた部分は回復されない。これらの分断された粒子の軌跡像を同一の粒子の移動軌跡として認識させるために、膨張化画像処理が行われる。
膨張化画像処理とは、注目の画素が存在すれば、その周囲のすべての画素を０から２５５に変換するものである（８連結の膨張処理）。本アルゴリズムでは、この膨張化処理を２回繰返すことで分断された断続的粒子画像は、連続性のある軌跡画像として回復される。
（ラベリングおよび粒子画像位置の検出）
１枚の粒子軌跡画像には複数（多数）の粒子画像が存在するので、それぞれを個々の粒子として認識させるために、以下のようなラベリングを行う。すなわち、それぞれの連結した画素には同じ番号を、異なった連結成分には別の番号をつける。このような個々の領域に番号付けを行うことを「ラベリング」と呼ぶ。このラベリングによって識別された粒子画像は、元画像に戻って中心位置が算出される。中心座標は、以下の重心法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｉｍａｇｅ  ｃｅｎｔｏｉｄ）によって求められる。
重心の座標Ｘ０、Ｙ０、各点の座標をｉ、ｊ、所定の座標の輝度値Ｉとすると
Ｘ０＝｛Σｉ・Ｉ（ｉ，ｊ）｝／｛ΣＩ（ｉ，ｊ）｝
Ｙ０＝｛Σｊ・Ｉ（ｉ，ｊ）｝／｛ΣＩ（ｉ，ｊ）｝    ・・・（式５）
で表される。
（相関計算による整数移動量の算出）
背景処理から粒子画像位置の検出までの粒子画像前処理によって、粒子軌跡画像の中心位置が検出されたので、個々の粒子の移動量を相互相関法により求める。
なお、ＰＩＶシステムのエリアスキャンカメラで撮像された第一の時刻における二次元粒子軌跡画像をデジタル処理した粒子軌跡画像を「参照画像」と定義し、「参照画像」のうち限定された矩形領域を「参照窓画像」と定義し、第一時刻とは微小時間異なる第二時刻における二次元粒子軌跡画像をデジタル処理した粒子軌跡画像を「探索画像」と定義し、「探索画像」のうち限定された矩形領域を「探索窓画像」と定義する。
相互相関法による粒子の移動量推定は、「探索窓画像」と「参照窓画像」との間で次式で表される相関値Ｒをもつことが知られており、この相関値Ｒをもって個々の粒子の輝度パターンの類似度を求め、比較検討して２画像間の個々の粒子の移動量を求める手法である。
移動後の座標をＸ’，Ｙ’とし、探索窓画像と参照窓画像との相対的な位置をξ，ηとする。
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式６および式７に示すように、相関値Ｒは、探索窓画像および参照窓画像の輝度値の二乗平均で除する（正規化する）ことによって、−１から１までの値をとる。相関値Ｒが１のときに二画像は完全に一致し、相関値Ｒの値が大きいほど窓画像間の類似度が大きいことを意味する。
相関値Ｒが最大となる位置ξ、ηが、画像内での粒子の移動量ΔＸ’、ΔＹ’に相当する。参照窓画像の大きさｎ×ｍおよび参照窓画像との相対的な位置は、予測される最小および最大速度から決定される。
（サブピクセル移動量の算出）
（相関計算による整数移動量の算出の相関計算）により、粒子画像の移動量の整数値が求まるので、相関係数のピークの近傍３点を用いた正規分布近似（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｐｅａｋ−ｆｉｔ）により、サブピクセル移動量を見積もる。ｘ、ｙ方向についてそれぞれ独立に算出される。
（較正）
以上の手順により、粒子軌跡画像の移動量がピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で求まるので、較正することによって実空間での移動量に変換される。
（応用例など）
粒子軌跡追跡法による画像処理を行うＰＩＶ計測システムは、その性能と実流動場への適用性が確認された。このＰＩＶ計測システムによれば、例えば、原子炉圧力容器内のような外界と環境を異にする厳しい閉空間内の流動場の冷却用流体の流動状態を、正確に測定することができる。
より具体的には、原子炉圧力容器のダウンカマ部や炉心シュラウド内の冷却用流体の流動状態（冷却材の流速や流れ方向、炉心流量、よどみ状態）の計測を行うことができる。原子炉圧力容器内や蒸気発生器内、火力発電プラントの熱交換器内等の熱流動状態、流れが一様でない熱流動（流動分布）の測定を正確に精度よく行うことができるので、構成部品の熱疲労や腐食の進捗状況を正確に管理することができる。
すなわち、蒸気発生器や熱交換器等の内部の伝熱管を支える支持板と熱交換器等の内壁等との間隙に形成される流体について、そのよどみ状態を計測することによって、構成部品の熱疲労や腐食の進捗状況を管理することができる。このため、安全性を向上させ、効率的に操業することができる。
また、局部的な流体の流動状態が明らかにされるので熱交換器などの最適化の設計が可能となる。例えば、複雑な間隙においても容易に計測することができる。
（三次元的な測定）
レーザシート形成用走査光学系１３からシート状のレーザ光を二方向に直交するように照射することによって、直行する二方向のレーザシートを形成する。その直交する二つのレーザシート上における粒子の流跡をそれぞれの画像伝送手段を介してエリアスキャンカメラ６１で撮像することにより、粒子の動きを三次元的に測定でき、ひいては、流体の流動状態を三次元的に測定できる。
例えば、原子炉圧力容器のダウンカマ部の冷却材流量を正確に測定するには、ダウンカマ部に本体ケーシングを半径方向および周方向の少なくとも一方に移動自在に設置し、本体ケーシングを半径方向または周方向、すなわち、Ｘ方向またはＹ方向に移動させつつ個々の粒子の移動量を立体的に正確に測定し、流体の流動状態を測定するようにすればよい。
（応用例など）
走査光学系と画像伝送系とを一体化することにより、ＰＩＶ計測システムは、実用機することができ、さらに広範囲に適用可能となる。例えば、原子炉内のインターナルポンプまわりのよどみ状態等を計測することによりインターナルポンプの流動較正の高精度化を図ることができるとともに、流体のよどみ等による構成部品の熱疲労や腐食の進捗状況を正確に管理することができる。また、ＡＢＷＲの改良に伴う炉内構造物の大型化、シュラウドレス化等に伴う流動試験測定に適用可能であり、さらなる情報の高精度化により設計の合理化、またプラントの効率向上に寄与することも可能である。
また、この流動計測システムは、船舶、航空機あるいは自動車等において、水流あるいは気流と接触する構造部位や機材まわりにおける流体の流動場の計測に適用することができる。この場合、外界に開放された形態で流動場が形成されていてもよい。
例えば、船舶の底部や壁面における水流の流動状態（流速や流れ方向、流量、よどみ状態）を計測することができる。流れが一様でない流動状態の測定をも正確に精度よく行うことができる。これにより船舶の底部や壁面等における流れのよどみ箇所等に発生する貝類等の付着汚染や機材の疲労等の進捗状況を正確に管理することができる。また、船体の形状、構造、部材等に伴う流動試験測定により、船舶設計の最適化、合理化を図ることも可能である。
航空機あるいは自動車においても、流動試験測定により高速化、走行安全性等の最適化設計などに寄与することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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