研究内容RESEARCHES

本研究では，2つのカメラ入力を持つフレームストラドリング高速ビジョンシステムを使用することで，LOC(Lab-on-a-Chip)における見かけ上高速なマイクロ流れに対するマイクロPIV(Particle Image Velocimetry)の新しいコンセプトを提案する．フレームストラドリング高速ビジョンシステムは，撮像タイミングにサブマイクロ秒単位の時間遅れを伴う2つの同一の視野画像を同時取得することを可能とするものである． マイクロ流れ計測における計測速度の範囲を改善するため，2つのカメラ入力によるフレームストラドリング画像を使用する輝度勾配法を用いたオプティカルフローとして，マイクロチャネル内の流れ分布を一斉に推定する事が可能なVariable-Frame-Straddling Optical Flow(VFS-OF)アルゴリズムを提案する．2つのカメラ入力のフレームストラドリング時間は，オプティカルフロー推定時にしばしば深刻な誤差を発生させるフレーム間の大きな画像偏差を避けるため，観測された流速分布に適応して決定される．



提案したVFS-OFアルゴリズムをフレームストラドリング高速ビジョンシステムへソフトウェア実装することで，実時間マイクロPIVシステムを構築した．フレームストラドリング高速ビジョンシステムは，2000fpsで2つの512×512画素画像の実時間処理及び記録が可能であり，9.9ns単位で0から0.5msの範囲でフレームストラドリング時間を制御することができる．


構築した実時間マイクロPIVシステムは，フレームストラドリング時間を制御することで，1m/s以上の見かけ上高速なマイクロチャネル内の流れ分布を実時間で推定することが可能である． 数百マイクロメートル幅のマイクロチャネルの流れ分布の計測実験により，VFS-OFアルゴリズムに基づいた実時間マイクロPIVシステムの性能を検証した．