3DPTVソフト Flow Expert 3DPTV
3DPTVソフト Flow Expert 3DPTV
流れ場を3次元空間で捉える、3DPTV解析ソフトウェア
Flow Expert 3DPTVは、複数台のカメラで撮影した粒子画像から、粒子の3次元位置と移動を追跡する3DPTV解析ソフトウェアです。ボリューム内の速度3成分を算出し、立体的な粒子挙動や流れ場を評価できます。
流れ場を3次元空間で計測
3DPTVでは、レーザーシート上の平面を計測するPIVとは異なり、計測対象をボリュームとして捉えます。複数方向から撮影した粒子画像から各粒子の3次元位置を求め、時間方向に追跡することで、X・Y・Z方向の速度成分を算出します。
※2D3Cと3DPTVの違い
・2D3C ➡ レーザーシート面上の速度3成分を計測
・3DPTV ➡ ボリューム内の粒子を追跡し、3次元空間の速度3成分を計測
3DPTVによる計測事例
くしゃみ（飛沫）の3次元PTV計測
くしゃみの際に飛散する飛沫を3次元PTVで計測した事例です。ハイスピードカメラ3台と高輝度LED光源を使用して計測しています。
使用した主な構成
・3DPTVソフトFlow Expert 3DPTV
・ハイスピードカメラ k5（3台）
3DPTVの計測原理
1. 各カメラ画像から粒子を検出
Camera1
Camera2
Camera3
3DPTVでは、複数方向から撮影した粒子画像をもとに、各粒子の3次元位置を算出します。さらに、時間の異なる画像間で同じ粒子を追跡することで、粒子の移動量から3次元の速度ベクトルを求めます。
2. 複数の画像から同じ粒子を対応付ける
各カメラ画像に写った粒子の位置関係とキャリブレーション情報をもとに、複数の画像間で同じ粒子を対応付けます。
3. 粒子の3次元位置を算出
対応付けた複数カメラの粒子位置とキャリブレーション情報から、計測空間内における粒子のX・Y・Z座標を算出します。
4. 粒子を時間方向に追跡し、速度を算出
時刻の異なる画像間で同じ粒子を追跡し、3次元空間内での移動量と時間差から速度を算出します。これにより、X・Y・Z方向の速度成分を持つ3次元速度ベクトルを求めることができます。
粒子像を検出する「粒子マスク法」
Flow Expert 3DPTVでは、画像内の粒子像を検出する方法として粒子マスク法を使用します。粒子像の形状をもとに画像中から粒子を抽出し、その位置情報を3次元解析に使用します。
※右図では、理想的な粒子像の濃淡（輝度分布）から相関係数を求め、ピーク値を探していきます。
3DPTV計測の流れ
3DPTV計測では、計測対象となる粒子を可視化し、複数台のカメラで同じ空間を同期撮影します。撮影前にキャリブレーションを行い、取得した画像をFlow Expert 3DPTVへ読み込んで解析します。
1. 計測する粒子を可視化
計測対象の流れにトレーサー粒子を供給し、照明を照射して粒子を可視化します。3DPTVでは、計測するボリューム内の粒子を複数方向から撮影できるように照明条件を設定します。
2. 複数台のカメラで同じ計測空間を撮影
計測対象を異なる方向から撮影できるように、複数台のカメラを配置します。各カメラは同じ計測空間を捉え、同期させて同一の時間軸で撮影します。（例：カメラ3台使用）
3. 計測空間をキャリブレーション
キャリブレーションプレートを計測位置に配置し、各カメラで撮影します。プレートを奥行方向へ移動させて複数断面を撮影することで、画像上の位置と3次元空間上の位置を関連付けます。
4. 複数台のカメラで同期撮影
キャリブレーション後、複数台のカメラを同期させ、各方向から粒子の動きを撮影します。それぞれのカメラで取得した画像を、3DPTV解析に使用します。
5. 撮影画像をFlow Expert 3DPTVで解析
撮影した各カメラの画像とキャリブレーションデータをFlow Expert 3DPTVへ読み込み、3次元位置の算出や粒子追跡を行います。
3DPTV計測を支えるキャリブレーション機器
3DPTV計測では、複数カメラの画像座標と3次元空間の位置を対応付けるためにキャリブレーションを行います。Flow Expert 3DPTVでは、キャリブレーションプレートと専用治具を使用して、計測空間の校正を行います。
キャリブレーションプレート（校正板）
複数カメラの画像座標と3次元空間座標を関連付けるための校正板です。既知の位置に配置されたマーカーを各カメラで撮影し、3次元位置を算出するためのキャリブレーションデータを取得します。
プレートを奥行方向へ移動するキャリブレーション用治具（トラバーサー）
キャリブレーションプレートを奥行方向へ移動させ、複数の位置で校正画像を取得するための治具です。プレートの位置を変えながら撮影することで、計測ボリューム内の3次元キャリブレーションデータを取得します。
製品仕様・推奨動作環境
| 計測対象空間 | 立体（3次元） |
|---|---|
| 検出ベクトル成分 | 3成分（X, Y, Z） |
| 計測手法 | PTV（Particle Tracking Velocimetry, 粒子追跡法） |
| カメラ台数 | 2台以上（3台以上推奨） |
| キャリブレーション | キャリブレーションプレートを指定量移動 |
| 対応画像フォーマット | 動画：AVI, WMV 静止画：JPEG, BMP, TIFF, PNG |
| 出力形式 | 動画：AVI, WMV（ベクトルアニメーション） 静止画：JPEG, BMP, TIFF, PNG CSV形式（数値データ） |
| 出力数値 | 平均流速 |
| 対応OS | Windows11 |
| メモリ | 8 GB以上のRAM（推奨16 GB以上） |
| ストレージ | 空き容量100 GB以上 |
| ディスプレイ | SXGA以上の解像度（1,280 × 1,024 px以上） |
【カタログダウンロード】Flow Expert 3DPTVの機能・仕様をカタログで確認
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よくあるご質問
- 2D3Cと3DPTVはどのように使い分けますか？
2D3Cはレーザーシート面上の速度3成分を計測するのに対し、3DPTVはボリューム内の粒子を3次元的に追跡します。
計測したい領域や現象に応じて選定します。
- カメラは何台必要ですか？
3次元位置の対応付けや計測条件を考慮し、3台以上を推奨しています。
- 自分の計測対象で3DPTVが使えるか確認できますか？
はい。計測対象、撮影範囲、粒子密度、流速などを確認し、3DPTVでの計測可否や必要な構成についてご相談いただけます。
製品についてのお問い合わせ
製品について確認したいことがございましたら、お問い合わせください。3DPTVの計測方法やシステム構成についてのご相談も承ります。
仕様や機能は、カタログでもご確認いただけます。
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