特開 2022-25303 気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022025303

(43)【公開日】2022-02-10

(54)【発明の名称】気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/232 20060101AFI20220203BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20220203BHJP

   G01P 5/20 20060101ALI20220203BHJP

   G01P 13/00 20060101ALI20220203BHJP

【ＦＩ】

H04N5/232 290

H04N5/225 600

G01P5/20 F

G01P13/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020128045

(22)【出願日】2020-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】特許業務法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】石田 雄貴

【テーマコード（参考）】

2F034

5C122

【Ｆターム（参考）】

2F034AA02

2F034AB01

2F034DA15

2F034DB14

5C122DA13

5C122EA01

5C122FA17

5C122FH09

5C122FH10

5C122FH12

5C122FH21

5C122GA23

5C122GC52

5C122GG05

5C122GG21

5C122HA88

5C122HB01

5C122HB02

(57)【要約】

【課題】気流の計測領域内の動体の影響を除去した気流解析可能な気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラムを提供する。
【解決手段】動体を含む気流を観測する領域にパルス光を照射するレーザ光源装置と、領域を動画撮影するカメラと、パルス光と露光のタイミングとを制御する制御部と、動画データに基づいて動体の動作範囲を検出する検出部と、少なくとも動作範囲を含む範囲の画像をマスキングするマスクデータを生成する第１生成部と、マスクデータ及び動画データに基づいて気流を解析する動画データを生成する第２生成部と、気流の解析を行う解析部とを備え、レーザ光源装置は、カメラが撮影する際に、連続する２以上のフレームの露光時間内にパルス光を１回照射し、かつ、連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内にはパルス光を照射しない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動体を含む気流を観測する領域にパルス光を照射するレーザ光源装置と、
前記領域を撮影するカメラと、
前記レーザ光源装置が前記パルス光を照射するタイミングと、前記カメラの露光タイミングとを制御する制御部と、
前記カメラによって撮影された動画データを受信する受信部と、
前記動画データを記憶する記憶部と、
前記動画データに基づいて前記動体の動作範囲を検出する検出部と、
少なくとも前記動作範囲を含む範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成する第１生成部と、
前記マスクデータ及び前記動画データに基づいて前記気流を解析するための動画データを生成するための第２生成部と、
前記気流を解析するための動画データに基づいて前記気流の解析を行う解析部と
を備え、前記レーザ光源装置の前記パルス光の照射時間は、前記動画データの各フレームを撮影するための露光時間と比較して短く、
前記レーザ光源装置は、前記カメラが撮影する際に、連続する２以上のフレームの露光時間内に前記パルス光を１回照射し、かつ、前記連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内には前記パルス光を照射しないことを特徴とする気流測定装置。

【請求項2】

前記レーザ光源装置は、前記動画データのそれぞれのフレームの、一つ置きのフレームのそれぞれの露光時間内に１回となるように前記パルス光を照射することを特徴とする請求項１に記載の気流測定装置。

【請求項3】

前記レーザ光源装置の前記パルス光の照射時間は１回の非露光時間よりも長く、前記レーザ光源装置は、前記動画データのそれぞれのフレームの、連続する３以上のフレームの露光時間内に１回となるように前記パルス光を照射することを特徴とする請求項１に記載の気流測定装置。

【請求項4】

前記第２生成部は、前記動画データに対して前記マスクデータを用いてマスク処理を行い、前記動画データのうち、前記レーザ光源装置によって前記パルス光を照射したフレームと、前記パルス光を照射したフレームの前後の前記パルス光を照射しないフレームとの差分を取ることで前記気流を解析するための動画データを生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気流測定装置。

【請求項5】

前記パルス光を照射したフレームの前後の前記パルス光を照射しないフレームとの差分を取ることは、ｎ番目のフレームと、ｎ－１番目のフレームの前記パルス光を照射しないフレーム又はｎ＋１番目のフレームの前記パルス光を照射しないフレームとの差分を取ることを特徴とする請求項４に記載の気流測定装置。

【請求項6】

前記パルス光を照射したフレームの前後の前記パルス光を照射しないフレームとの差分を取ることは、ｎ番目のフレームと、ｎ－１番目のフレームの前記パルス光を照射しないフレームとｎ＋１番目のフレームの前記パルス光を照射しないフレームの平均値との差分を取ることを特徴とする請求項４に記載の気流測定装置。

【請求項7】

前記第２生成部は、前記マスク処理を行ったのち、前記差分を取ることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の気流測定装置。

【請求項8】

前記第２生成部は、前記差分を取ったのち、前記マスク処理を行うことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の気流測定装置。

【請求項9】

前記レーザ光はシートレーザであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の気流測定装置。

【請求項10】

カメラで動体を含む気流を観測する領域を動画撮影し、前記カメラの連続する２以上のフレームの露光時間内に１回となるように、かつ前記連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内にはパルス光が含まれないように、前記領域に前記パルス光を照射するステップと、
前記カメラによって撮影された動画データを受信するステップと、
前記動画データを記憶するステップと、
前記動画データに基づいて前記動体の動作範囲を検出するステップと、
前記動作範囲と同じ、又は前記動作範囲よりも広い範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成するステップと、
前記マスクデータ及び前記動画データに基づいて前記気流を解析するための動画データを生成するステップと、
前記気流を解析するための動画データに基づいて前記気流の解析を行うステップと
を備え、前記パルス光の照射時間は、前記動画データのそれぞれのフレームのそれぞれの露光時間と比較して短い時間よりも長いことを特徴とする気流測定方法。

【請求項11】

コンピュータに、
カメラで動体を含む気流を観測する領域を動画撮影し、前記カメラの連続する２以上のフレームの露光時間内に１回となるように、かつ前記連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内にはパルス光が含まれないように、前記領域に前記パルス光を照射する手順と、
前記カメラによって撮影された動画データを受信する手順と、
前記動画データを記憶する手順と、
前記動画データに基づいて前記動体の動作範囲を検出する手順と、
前記動作範囲と同じ、又は前記動作範囲よりも広い範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成する手順と、
前記マスクデータ及び前記動画データに基づいて前記気流を解析するための動画データを生成する手順と、
前記気流を解析するための動画データに基づいて前記気流の解析を行う手順と
を備え、前記パルス光の照射時間は、前記動画データのそれぞれのフレームのそれぞれの露光時間と比較して短いことを実行させるための気流測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラムに関し、特に、観測領域に動体を含むときの気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

気流の流動状態を測定する方法として、気流にレーザ光を照射し、空気中のチリ等でレーザ光を散乱させ、散乱光をカメラを用いて撮影することで気流の向きや速度を測定する粒子画像流速測定法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ、ＰＩＶ）という方法が知られている。

【0003】

気流を計測する領域内には、ロボットや作業対象物等が動作している場合がある。ＰＩＶにより散乱光をカメラを用いて撮影する際に、動作するロボットや作業対象物が画像に含まれると、ロボットや作業対象物の動作が気流と誤認され、正確な気流の解析が困難になる場合がある。従って、気流を計測するにあたって、このようなロボットや作業対象物の動作を気流の流れと区別する必要がある。ここで、移動する物体を検出する方法としては、例えば、特許文献１には、物体が記録される動画データにつき、過去の複数の画像を平均化することにより、物体の情報を取り除いた背景画像（標準画像）を生成する技術が開示されている。さらに、特許文献１には、動画データに基づく画像から背景画像（標準画像）を減算することにより、物体の画像を取得する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４－６７２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、ロボットや作業対象物の動作が常にパターン化されている場合、レーザ光を照射せずにロボットや作業対象物の動作パターンを予め撮影し、ＰＩＶにより気流の解析を行う際に、ロボットや作業対象物の動作パターンを考慮して気流を解析する方法が考えられる。しかしながら、ロボットや作業対象物の動作がパターン化されていない場合は、こういった方法で気流を解析することが出来ない。

【0006】

上記問題点を鑑み、本発明は、ＰＩＶにより気流の解析を行う際に、気流を計測する領域内に位置する動体の影響を除去した気流の解析を実施可能な気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様は、動体を含む気流を観測する領域にパルス光を照射するレーザ光源装置と、領域を撮影するカメラと、レーザ光源装置がパルス光を照射するタイミングと、カメラの露光タイミングとを制御する制御部と、カメラによって撮影された動画データを受信する受信部と、動画データを記憶する記憶部と、動画データに基づいて動体の動作範囲を検出する検出部と、少なくとも動作範囲を含む範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成する第１生成部と、マスクデータ及び動画データに基づいて気流を解析するための動画データを生成するための第２生成部と、気流を解析するための動画データに基づいて気流の解析を行う解析部とを備え、レーザ光源装置のパルス光の照射時間は、動画データの各フレームを撮影するための露光時間と比較して短く、レーザ光源装置は、カメラが撮影する際に、連続する２以上のフレームの露光時間内にパルス光を１回照射し、かつ、連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内にはパルス光を照射しないことを要旨とする。

【0008】

本発明の第１の態様において、レーザ光源装置は、動画データのそれぞれのフレームの、一つ置きのフレームのそれぞれの露光時間内に１回となるようにパルス光を照射してもよい。

【0009】

本発明の第１の態様において、レーザ光源装置のパルス光の照射時間は１回の非露光時間よりも長く、レーザ光源装置は、動画データのそれぞれのフレームの、連続する３以上のフレームの露光時間内に１回となるようにパルス光を照射してもよい。

【0010】

本発明の第１の態様において、第２生成部は、動画データに対してマスクデータを用いてマスク処理を行い、動画データのうち、レーザ光源装置によってパルス光を照射したフレームと、パルス光を照射したフレームの前後のパルス光を照射しないフレームとの差分を取ることで気流を解析するための動画データを生成してもよい。

【0011】

本発明の第１の態様において、パルス光を照射したフレームの前後のパルス光を照射しないフレームとの差分を取ることは、ｎ番目のフレームと、ｎ－１番目のフレームのパルス光を照射しないフレーム又はｎ＋１番目のフレームのパルス光を照射しないフレームとの差分を取ることでもよい。

【0012】

本発明の第１の態様において、パルス光を照射したフレームの前後のパルス光を照射しないフレームとの差分を取ることは、ｎ番目のフレームと、ｎ－１番目のフレームの前記パルス光を照射しないフレームとｎ＋１番目のフレームの前記パルス光を照射しないフレームの平均値との差分を取ることでもよい。

【0013】

本発明の第１の態様において、第２生成部は、マスク処理を行ったのち、差分を取ってよい。

【0014】

本発明の第１の態様において、第２生成部は、差分を取ったのち、マスク処理を行ってよい。

【0015】

本発明の第１の態様において、レーザ光はシートレーザであってよい。

【0016】

本発明の第２の態様は、気流測定方法であって、カメラで動体を含む気流を観測する領域を動画撮影し、連続する２以上のフレームの露光時間内に１回となるように、かつ連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内にはパルス光が含まれないように、領域にパルス光を照射するステップと、カメラによって撮影された動画データを受信するステップと、動画データを記憶するステップと、動画データに基づいて動体の動作範囲を検出するステップと、動作範囲と同じもしくはより広い範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成するステップと、マスクデータ及び動画データに基づいて気流を解析するための動画データを生成するステップと、気流を解析するための動画データに基づいて気流の解析を行うステップとを備え、パルス光の照射時間は、動画データのそれぞれのフレームのそれぞれの露光時間と比較して短いことを要旨とする。

【0017】

本発明の第３の態様は、気流測定プログラムであって、コンピュータに、カメラで動体を含む気流を観測する領域を動画撮影し、連続する２以上のフレームの露光時間内に１回となるように、かつ連続する２以上のフレームのうち少なくとも１つのフレームの露光時間内にはパルス光が含まれないように、領域にパルス光を照射するステップと、カメラによって撮影された動画データを受信するステップと、動画データを記憶するステップと、動画データに基づいて動体の動作範囲を検出するステップと、動作範囲と同じもしくはより広い範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成するステップと、マスクデータ及び動画データに基づいて気流を解析するための動画データを生成するステップと、気流を解析するための動画データに基づいて気流の解析を行うステップとを備え、パルス光の照射時間は、動画データのそれぞれのフレームのそれぞれの露光時間と比較して短いことを実行させることを要旨とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ＰＩＶにより気流の解析を行う際に、気流を計測する領域内に位置する動体の影響を除去した気流の解析を実施可能な気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る気流測定装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係る気流測定装置によるレーザ光の照射タイミングとカメラの露光タイミングを説明するタイミング図である。

【図3】第１の実施形態に係る気流測定装置により撮影された動画を示す図である。

【図4】第１の実施形態に係る気流測定方法を説明するフローチャートである。

【図5】第１の実施形態に係る気流測定装置によるレーザ光の照射タイミングとカメラの露光タイミングの、レーザ光の照射タイミングがずれた場合を説明するタイミング図である。

【図6】第２の実施形態に係る気流測定装置によるレーザ光の照射タイミングとカメラの露光タイミングを説明するタイミング図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、平面寸法等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0021】

又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0022】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る気流測定装置の構成の一例を図１に示す。図１に示す気流測定装置１０は、レーザ光源装置１０１、カメラ１０２、制御部１０３、取得部１０４、記憶部１０５、検出部１０６、第１生成部１０７、第２生成部１０８、解析部１０９とから構成される。

【0023】

レーザ光源装置１０１は、気流を計測する領域にレーザ光を照射する。レーザ光は、例えばシートレーザ光である。照射されたレーザ光は、気流を計測する領域内に位置する、空気中のチリによって散乱される。カメラ１０２は、この散乱光、及び動体を含んだ背景を撮影する。制御部１０３はレーザ光源装置１０１及びカメラ１０２に接続され、レーザ光源装置１０１によって照射されるレーザ光の照射タイミング及び散乱光をカメラ１０２によって撮影する露光タイミングを制御する。

【0024】

カメラ１０２は、さらに取得部１０４に接続され、カメラ１０２によって撮影された動画データは取得部１０４に送信される。記憶部１０５は取得部１０４に接続され、カメラ１０２によって撮影された動画データは記憶部１０５に記憶される。

【0025】

検出部１０６は記憶部１０５に接続され、記憶部１０５に記憶された動画データに基づいて動体の動作範囲を検出する。この際、検出部１０６は、フレーム間差分法により、動画データのフレーム間の差分を取ることによって、動体の動作範囲を検出してもよい。ここで、フレーム間差分法とは、動画データの各フレームの画像の各ピクセルの輝度値の差から動体の検出を行う方法である。以下、フレーム間の差分を取るとは、フレーム間差分法に基づき、動画データの各フレームの画像の各ピクセルの輝度値の差を算出することを指す。また、検出部１０６は、動画データの時間的に異なる複数のフレームに基づいて差分画像を生成することにより、動体の動作範囲を検出してもよい。

【0026】

第１生成部１０７は、検出部１０６において検出された動体及び動体の動作範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成する。この際、第１生成部１０７は、検出部１０６によって検出された動体及び動体の動作範囲よりも広い範囲において動体のマスクを生成してもよい。広い範囲としては、例えば、動体の外縁又は動体の動作範囲よりも数ピクセルから数十ピクセル、もしくはそれ以上広い範囲であってよい。第１生成部１０７は、動体に対してマスク処理を施すこと、及び、空間内の気流を取得することが出来る範囲をより広げること等を考慮して、マスク処理を施す範囲を適宜設定してもよい。

【0027】

第２生成部１０８は、記憶部１０５に記憶された動画データ及び第１生成部１０７において生成されたマスクデータに基づいて、空気中のチリのみが写された動画データを生成する。後述するように、本実施形態において、カメラ１０２によって撮影された動画データは、奇数番目のフレームには空気中のチリによる散乱光及び動体を含む背景が、偶数番目のフレームには動体を含む背景のみが記録されている。従って、第２生成部１０８は、フレーム間差分法により、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームとの差分を取ることで、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを生成する。偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームとの差分を取る際、動体の動作範囲を考慮して、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームのそれぞれに対して、第１生成部１０７において生成されたマスクデータを用いてマスク処理を行い、差分を取る。これにより、第２生成部１０８は、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを生成することが出来る。ここで、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームとは、偶数番目のフレームをｎ番目のフレームとすると、そのフレームの直前の奇数番目のフレームとはｎ－１番目のフレームであり、そのフレームの直後の奇数番目のフレームとはｎ＋１番目のフレームである。ただし、ｎは整数である。

【0028】

解析部１０９は、第２生成部１０８に接続され、第２生成部１０８において生成された、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データをもとに、気流の流動状態が解析される。

【0029】

次に、本実施形態に係る気流測定装置によるレーザ光の照射タイミングとカメラの露光タイミングを図２を参照しながら説明する。図２に示すタイミング図の横軸は時間ｔであり、縦軸はレーザ光源装置１０１の照射タイミング、及びカメラ１０２の露光タイミングである。

【0030】

図２に示すように、カメラ１０２の露光タイミングである、フレーム１、フレーム２、フレーム３…のうち、奇数番目の露光タイミングであるフレーム１、フレーム３、フレーム５…に合わせて、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射する。奇数番目のフレームは、パルス光を照射したフレーム、即ちパルス光を照射したときに撮影されたフレームである。これに対して、偶数番目のフレームは、パルス光を照射しないフレーム、即ちパルス光を照射せずに撮影されたフレームである。レーザ光源装置１０１からパルス光を照射するタイミングは、カメラ１０２の奇数番目の各露光の露光時間内にそれぞれ一回あればよく、カメラ１０２の奇数番目の露光の露光時間内であれば、パルス光の照射タイミングは、どの時間でも構わない。

【0031】

また、レーザ光源装置１０１のパルス光の照射時間は、カメラ１０２の各露光時間と比較してごく短時間とする。このため、カメラの露光方式が、露光の際に上の画素から下の画素へ向かって順番に露光する、いわゆるローリングシャッタ方式である場合、レーザ光源装置１０１のパルス光によって得られる情報がカメラの一部の画素にしか記録されず、パルス光によって得られる情報の一部しか得られない。従って、本実施形態においては、露光方式がローリングシャッタ方式ではなく、全ての画素が同時に露光されるいわゆるグローバルシャッタ方式のカメラを用いる。

【0032】

本実施形態に係る気流測定装置を用いて、図２に示すタイミングによって撮影した動画の一部を図３に示す。図２に示すように、カメラ１０２のフレーム１の露光タイミングに合わせて、レーザ光源装置１０１からパルス光を、気流を計測する領域に照射する。パルス光を照射したことにより、気流を計測する領域に位置する空気中のチリによって散乱光が生じる。図３のフレーム１の画像には、気流を計測する領域の背景３０１に加えて、パルス光によって生じた空気中のチリによる散乱光３０２が写されている。

【0033】

図２に示すように、カメラ１０２のフレーム２の露光タイミングでは、レーザ光源装置１０１からパルス光は照射しない。従って、図３のフレーム２の画像には、空気中のチリによる散乱光は写っていない。このように、制御部１０３によって、カメラ１０２の奇数番目のフレームの露光時間内に、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射し、偶数番目のフレームの露光時間内には、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射しないという動作を繰り返し行うことにより、図３に示すように、奇数番目のフレームの画像には気流を計測する領域の背景及び空気中のチリによる散乱光が写り、偶数番目のフレームの画像には空気中のチリによる散乱光が写らず、気流を計測する領域の背景のみが写る動画を得ることが出来る。

【0034】

図３に示すように、偶数番目のフレームの画像には、気流を計測する領域の背景が記録されている。また、奇数番目のフレームの画像には、気流を計測する領域の背景に加えて、空気中のチリによる散乱光が記録されている。レーザ光源装置１０１のパルス光の照射時間をカメラ１０２の各露光時間と比較してごく短時間とすることから、奇数番目のフレームの画像に記録された気流を計測する領域の背景は、このフレームの直前、又は直後の偶数番目のフレームの画像に記録された気流を計測する領域の背景と、ほぼ同一であるとみなすことができる。ただし、気流を計測する領域の背景には動作する動体が含まれるため、奇数番目のフレームと、このフレームの直前、又は直後の偶数番目のフレームの間で、動体の動作による差異が生じる。従って、奇数番目のフレームと、このフレームの直前、又は直後の偶数番目のフレームの間で生じる動体の動作による差異を網羅するように、動体及び動体の動作範囲よりも広い範囲において動体のマスクを生成し、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームのそれぞれに対して、第１生成部１０７において生成されたマスクデータを用いてマスク処理を行い、フレーム間差分法により、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームの差分を取る。その結果、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを得ることが出来る。この動画データを用いることにより、気流を計測する領域に含まれる動体の動作に影響されることなく気流の流動状態を解析することが出来る。

【0035】

なお、本実施形態においては、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを得る際、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームのそれぞれに対して、マスクデータを用いてマスク処理を行い、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームの差分を取っているが、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームの差分を取ったのちに、マスク処理を行っても構わない。

【0036】

また、本実施形態においては、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを得る際、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームの差分を取っているが、偶数番目のフレームの、直前及び直後の奇数番目のフレームの平均値をとり、偶数番目のフレームとの差分を取ってもよく、又は奇数番目のフレームの、直前及び直後の偶数番目のフレームの平均値をとり、奇数番目のフレームとの差分を取っても構わない。ここで、偶数番目のフレームの直前及び直後の奇数番目のフレームの平均値とは、偶数番目のフレームの直前及び直後の奇数番目のフレームの画像の各ピクセルの輝度値の平均値である。

【0037】

さらに、本実施形態においては、制御部１０３によって、カメラ１０２の奇数番目のフレームの露光時間内に、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射し、偶数番目のフレームの露光時間内には、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射しないという動作を行っているが、偶数番目のフレームの露光時間内にパルス光を照射し、奇数番目のフレームの露光時間内にはパルス光を照射しないという動作でも構わない。

【0038】

次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、気流測定方法を説明する。ステップＳ４０１において、カメラ１０２で気流を計測する領域の動画を撮影する。カメラ１０２で動画を撮影すると同時に、カメラ１０２の奇数番目のフレームのそれぞれの露光時間内に、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射する。

【0039】

ステップＳ４０２において、カメラ１０２によって撮影された動画データを取得部１０４に送信する。

【0040】

ステップＳ４０３において、取得部１０４に送信された動画データを記憶部１０５に記憶させる。

【0041】

ステップＳ４０４において、検出部１０６が、記憶部１０５に記憶された動画データに基づいて動体の動作範囲を検出する。

【0042】

ステップＳ４０５において、第１生成部１０７が、検出部１０６において検出された動体及び動体の動作範囲の画像をマスキングするためのマスクデータを生成する。ここで、動画データの奇数番目のフレームと、このフレームの直前、又は直後の偶数番目のフレームの間で生じる動体の動作による差異を網羅するように、動体及び動体の動作範囲よりも広い範囲において動体のマスクデータを生成する。

【0043】

ステップＳ４０６において、第２生成部１０８が、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームのそれぞれに対して、第１生成部１０７において生成されたマスクデータを用いてマスク処理を行い、偶数番目のフレームと、そのフレームの直前又は直後の奇数番目のフレームの差分を取る。これにより、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを得ることが出来る。

【0044】

ステップＳ４０７において、空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを用いて、気流の流動状態を解析する。

【0045】

以上述べたように、本実施形態に係る気流測定装置、気流測定方法及び気流測定プログラムによれば、気流を計測する領域に含まれる動体の動作に影響されることなく気流の流動状態を解析することが出来る。

【0046】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る気流測定装置の構成は、図１に示す第１の実施形態における構成と同様であるが、第２の実施形態に係る気流測定装置によるレーザ光の照射タイミングとカメラの露光タイミングが、図２に示す第１の実施形態におけるレーザ光の照射タイミングとカメラの露光タイミングとは異なり、図６に示すタイミングとなる。

【0047】

第１の実施形態においては、図２に示すように、カメラ１０２の奇数番目の露光タイミングである、フレーム１、フレーム３、フレーム５…に合わせて、レーザ光源装置１０１からパルス光を照射している。しかしながら、レーザ光源装置１０１からのパルス光照射のタイミングがずれて、図５に示すように、カメラ１０２の隣り合う露光タイミングにわたってパルス光が照射されると、カメラ１０２の全ての露光タイミングである、フレーム１、フレーム２、フレーム３…においてレーザ光源装置１０１からパルス光が照射され、パルス光が照射されないフレームを得ることが出来ない。

【0048】

本発明の第２の実施形態においては、図６に示すように、カメラ１０２の露光タイミングの、３フレームに１回の割合でレーザ光源装置１０１からパルス光を照射する。図６には、カメラ１０２の露光タイミングであるフレーム１とフレーム２にわたってパルス光が照射されており、フレーム３においてはパルス光は照射されない。同様に、フレーム４とフレーム５にわたってパルス光が照射されており、フレーム６においてはパルス光は照射されない。これにより、第１の実施形態における方法と同様に、パルス光が照射されたフレームと、パルス光が照射されないフレームとから、パルス光、即ち空気中のチリによる散乱光のみが写された動画データを得ることが出来る。

【0049】

本実施形態においては、カメラ１０２の露光タイミングの、３フレームに１回の割合でレーザ光源装置１０１からパルス光を照射するが、レーザ光源装置１０１のパルス光の照射時間ｔ_Ｌは、各フレームの露光時間ｔ_ｏｎよりも短く、かつ隣り合うフレームの間の露光していない時間ｔ_ｏｆｆより長くなるように照射する。ここで、３フレームに１回の割合でパルス光を照射するとは、連続する３つのフレームのうちの、最初のフレームの露光開始時間から、最後のフレームの露光終了時間までの間に１回、パルス光を照射することを意味する。なお、本実施形態において、露光タイミングの、３フレームに１回の割合でレーザ光源装置１０１からパルス光を照射しているが、４フレーム以上に１回であっても構わない。

【0050】

以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0051】

１０ 気流測定装置
１０１ レーザ光源装置
１０２ カメラ
１０３ 制御部
１０４ 取得部
１０５ 記憶部
１０６ 検出部
１０７ 第１生成部
１０８ 第２生成部
１０９ 解析部
３０１ 背景
３０２ 散乱光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】