画像解析で飛行機のプロペラ回転速度を解析してみた（ImageJ）

AI要約

機内から撮影した動画を使い、ImageJでプロペラの回転速度を解析しました。ストロボ効果で羽が止まって見える瞬間をヒントにしながら回転速度を算出。機材のカタログスペックとどれくらいの差があるでしょうか。

沖縄県の多良間島に行くのに、那覇➝宮古島➝多良間島と琉球エアコミューターのプロペラ機に乗りました。Youtubeにランディングギアの出し入れの動画などを上げているので、興味があればご覧ください。（機内が暇すぎて毎回撮影してしまう）

プロペラの映像もあります。ある程度回転速度が上がってくるとストロボ効果で羽が止まって見えたり、逆回転してるように見えたりして面白いですね。離陸時のプロペラの回転速度はどれくらいでしょうか？

今回は、ImageJの画像解析で飛行機のプロペラ回転速度を解析してみます。ImageJの練習におすすめです。

停止状態から離陸、上昇中までの動画です。60fpsで撮りました。

Youtubeで見る際は画質を60fpsにしないとこのあとの分析と違って見えるので注意。

動画をトリミングしながらAVI形式に変換して、ImageJで読み込みます。

[Subtract Background] で適当に背景を処理した後、グレースケール化、二値化します。

[Segmented Line] と [Fit Spline] で円弧状にROIを指定。プロペラが６枚羽なので60°の円弧で指定しておくと計算が楽になります。

[Reslice] でROI部分を時間方向で切り出して縦に積みます。動画が5600フレームなので縦に5600pxの長い短冊になりました。折り返して表示します。

いよいよ回転速度を分析してみます。

まず前半。図の赤い枠に注目して一つずつ見ていきます。低速時から継続的に追っていかないと周期ずれを起こすので細かく見ていきます。

1つ目：4フレームで60° ➝ 150 [rpm]

2つ目：3フレームで60°（-α） ➝ 180 [rpm]　※駐機、機内説明中

3つ目：3フレームで60° ➝ 200 [rpm]

4つ目：5フレームで120° ➝ 240 [rpm]

後半は難しくなってきます。

1つ目：2フレームで60° ➝ 300 [rpm]

2つ目：3フレームで120° ➝ 400 [rpm]

3つ目：4フレームで180° ➝ 450 [rpm]

4つ目：1フレームで60° ➝ 600 [rpm]　※ここ完全なストロボ効果！

5つ目：1フレームで60°（+α） ➝ 650 [rpm]　※タキシング中

6つ目：2フレームで180° ➝ 900 [rpm]

7つ目：3フレームで300° ➝ 1000 [rpm]

8つ目：3フレームで300° （+1.8%）➝ 1018 [rpm]　※離陸中

9つ目：2フレームで180° ➝ 900 [rpm]　※上昇中

ということで、滑走路に入ると 650 rpm から 1018 rpm までエンジン出力を上げて離陸する、と計算できました。離陸時は少し精密に計算しました。

では、正解を見てみましょう。琉球エアコミューターRAC891便（機材：DHC-8-400）をWikipediaで調べてみると、

効率の良い6枚ブレードのプロペラを装備して比較的低回転数（離陸時1020rpm、巡航時850rpm）で所要の出力を発揮する。
Wikipedia「デ・ハビランド・カナダ DHC-8」

離陸時は 1020 rpm と書いてあります。分析結果は 1018 rpm なのでほとんど誤差なく一致しました！

25年前のフリーソフトで仕事をしています。学生実習で画像解析を教えているのでこれくらいは簡単でござい ( ฅ́0`*)ﾎｱｰ