動画上の動きの可視化

概要

概要

ここでは、動画上の動きをParticle Image Velocimetry(PIV)を用いて、可視化した実例を紹介します。 PIVは本来、流体の速度を計測するための手法です。通常、PIVは粒子画像に対して適用されますが、一般的な動画に適用し、動きを可視化してみました。

手法

PIVとは?

PIVとは、Particle Image Velocimetryの略で、日本語では、粒子画像流速測定法と呼ばれています。 PIVでは、流体中に粒子(トレーサー粒子)を付加し、流体内の粒子の移動を計測することで、流速を求める手法です。 PIVは通常、以下の手順で行います。

  1. 1.粒子の付加:流体に追従する粒子を付加します。
  2. 2. 照射: 粒子に光を照射し、
  3. 3. カメラで撮影:2の散乱光をカメラで撮影することで、粒子画像を得ます。ここでは、通常非常に短い間隔Δtで2枚の粒子画像(t, t+Δt)を得ます。
  4. 4. 画像解析:粒子画像tの粒子が、粒子画像t+Δtのどこに移動したのかを特定します。ここで、移動先を特定するのに用いる手法は、テンプレートマッチングがよく用いられます。
  5. 5. 速度の計算:4で移動量が求まるので、移動量/画像の時間間隔で、速度を求めます。

実例

一般動画での実例

PIVは、粒子画像に対し、テンプレートマッチングを行いますが、ここでは、一般画像で行った例を紹介します。 今回は、画像を格子状に区切り、区切った領域1つ1つに対して、テンプレートマッチングで移動先を求めました。

格子状に区切って、移動先を特定

また、一般画像に適用するため、動きのある箇所のみを計算するようにしました。 移動を矢印で示した動画は、以下になります。下向きを青矢印、上向きを赤矢印としています。また、見やすさのため、10フレームの平均を表示しています。

動き可視化動画 ぐるぐる回っている魚
例1:魚がぐるぐる回っている動画
動き可視化動画 生簀
例2:生け簀の動画
動き可視化動画 歩行者
例3:横断歩道を渡る歩行者の動画

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