海面微結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)處理算法與系統(tǒng)集成.pdf

1、海面微尺度波主要是指毛細(xì)波和毛細(xì)重力波，通常騎行在長(zhǎng)重力波上，它是影響海-氣界面動(dòng)量、熱量和物質(zhì)交換的重要因素。國(guó)家海洋局第一海洋研究所在國(guó)家863項(xiàng)目的支持下研制出基于顏色編碼原理的“海面微結(jié)構(gòu)光學(xué)測(cè)量裝置”，并進(jìn)行了大型動(dòng)力實(shí)驗(yàn)水槽和海洋現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，獲取了大量的海面微結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)。 本文利用“微結(jié)構(gòu)光學(xué)測(cè)量裝置”獲取的圖像數(shù)據(jù)開(kāi)展了數(shù)據(jù)處理方法研究，給出了微結(jié)構(gòu)圖像波面斜率校準(zhǔn)、斜率波數(shù)譜提取和頻率譜提取方法。首先進(jìn)行了海面微

2、結(jié)構(gòu)圖像的波面斜率校準(zhǔn)研究，分析了標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)小球兩次折射的影響，給出了利用凈水面圖像提取微尺度波斜率時(shí)系統(tǒng)誤差修正方法。在此基礎(chǔ)上，指出標(biāo)準(zhǔn)小球定標(biāo)過(guò)程中噪聲點(diǎn)對(duì)定標(biāo)結(jié)果的影響不可忽視，實(shí)際處理時(shí)必須將噪聲點(diǎn)濾除，并給出濾除閾值。其次，利用校準(zhǔn)后的斜率計(jì)算得到微尺度波的有效波高，進(jìn)而計(jì)算微尺度波的斜率波數(shù)譜和頻率譜。但由于海面微結(jié)構(gòu)圖像大小有限，這樣長(zhǎng)重力波被有限截?cái)?，?dǎo)致在譜分析時(shí)出現(xiàn)頻率混疊，即Gibbs現(xiàn)象。因此本文引入二維EMD(

3、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解)方法濾除造成頻率混疊的長(zhǎng)重力波，然后進(jìn)行傅立葉變換，得到海面微尺度波譜，進(jìn)一步處理得到斜率波數(shù)譜和頻率譜。斜率波數(shù)譜提取結(jié)果表明i波數(shù)在約小于37rad/cm時(shí)，波數(shù)譜以波數(shù)的-3次方下降；在波數(shù)約為3rad/cm時(shí)，出現(xiàn)了“dip”現(xiàn)象，此現(xiàn)象與國(guó)外已有結(jié)果一致。頻率譜提取結(jié)果表明：頻率譜按照頻率的冪指數(shù)率下降，但利用實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ浇Y(jié)果的冪指數(shù)的值有差異。再次，分析了微尺度波斜率波數(shù)譜以及頻率譜對(duì)風(fēng)速的依賴性，