ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРА ПОВЕРХНОСТНОГО ВОЛНЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОСЪЕМКИ В ЕСТЕСТВЕННОМ СВЕТЕ
Автор: В. В. Баханов, Д. Д. Разумов, М. Б. Салин
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Физика приборостроения
Статья в выпуске: 1, 2025 года.
Бесплатный доступ
Во многих областях прикладной физики, таких как подводная акустика, радиолокация, климатология, кораблестроение, при работе с морскими волнами возникает необходимость знать не только частотный спектр, но и длины и направления распространения волн. Зависимость спектральной плотности мощности возвышения взволнованной поверхности от частоты и волнового вектора можно оценить описанным в работе методом. Метод отличается простотой оборудования, достаточно снять волны одной видеокамерой и обработать запись на ПК (дана ссылка на авторскую программу с открытым исходным кодом). Возможности дополнительно расширяются при объединении в научную установку видеокамеры и калибровочного прибора – волнографа или вехи для измерения колебаний поверхности воды в точке. В работе даются рекомендации по условиям применения метода видеосъемки и приводятся примеры обработки.
Поверхностное волнение, ветровые волны, трехмерная спектральная плотность мощности волнения, оптический метод измерения, коррекция перспективы
Короткий адрес: https://sciup.org/142244821
IDR: 142244821
Список литературы ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРА ПОВЕРХНОСТНОГО ВОЛНЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОСЪЕМКИ В ЕСТЕСТВЕННОМ СВЕТЕ
- 1. AXYS: WatchKeeper, MetOcean Buoy. Вебсайт, дата обращения 09.10.2024. URL: https://axys.com/watchkeeper-metocean-buoy
- 2. Yuan C., Li L., Duan X. Q., Luo H. A method for retrieving ocean wave parameters from ZY-3 imagery // Remote Sensing Letters. 2016. Vol. 7, no. 10. P. 994–1003. DOI: 10.1080/2150704X.2016.1207256
- 3. Ermoshkin A.V., Kapustin I.A. Estimation of the winddriven wave spectrum using a high spatial resolution coherent radar // Russian Journal of Earth Sciences. 2019. Vol. 19, no. 3. Id. ES3005. DOI: 10.2205/2019ES000662
- 4. Tilinina N., Ivonin D., Gavrikov A., Sharmar V., Gulev S., Suslov A., Fadeev V., Trofimov B., Bargman S., Salavatova L., Koshkina V. Wind waves in the North Atlantic from ship navigational radar: SeaVision development and its validation with Spotter wave buoy and WaveWatch III // Earth System Science Data. 2022. Vol. 14, iss. 8. P. 3615–3633. DOI: 10.5194/essd-14-3615-2022
- 5. Волощенко Е.В. Перспективы применения для измерения характеристик морского волнения гидроакустических систем с использованием режима параметрического излучения // Научное приборостроение. 2024. Т. 34, № 3. C. 37–53.
- URL: http://iairas.ru/mag/2024/abst3.php#abst3
- 6. Gotwols B., Irani G. Optical determination of the phase velocity of short gravity waves // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1980. Vol. 85, iss. C7. P. 3964–3970. DOI: 10.1029/JC085iC07p03964
- 7. Munk W. An inconvenient sea truth: Spread, steepness, and skewness ofsurface slopes // Annual review of marine
- science. 2009. Vol. 1. P. 377–415. DOI: 10.1146/annurev.marine.010908.163940
- 8. Титов В.И., Баханов В.В., Зуйкова Э.М. Оптическая диагностика приповерхностного слоя океана // Труды XI Всероссийской конференции с международным участием "Современные проблемы оптики". 2021. С. 246.
- 9. Салин Б.М., Салин М.Б. Комбинированный метод измерения трехмерных спектров волнения. II. Примеры использования основных схем измерений и анализ полученных результатов // Изв. ВУЗов. Радиофизика, 2015. Т. 58, № 3. С. 200–213.
- URL: https://radiophysics.unn.ru/issues/2015/3/200
- 10. Богатов Н.А., Капустин И.А., Мольков А.А., Ермошкин А.В. Измерение скорости ветровой ряби на профиле длинной волны с применением метода стереосъемки // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. T. 20, № 2.
- С. 216–226. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-216-225
- 11. Yurovskaya M., Rascle N., Kudryavtsev V., Chapron B., Marie L., Molemaker J. Wave spectrum retrieval from airborne sunglitter images // Remote sensing of Environment. 2018. Vol. 217. P. 61–71. DOI: 10.1016/j.rse.2018.07.026
- 12. Юровская М. В., Кудрявцев В. Н., Широков А.С., Надоля И.Ю. Натурные измерения спектра поверхностных волн по фотографиям с беспилотного мультикоптера // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 1. С. 245–257. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-245-257
- 13. Bondur V., Murynin A. The Approach for Studying Variability of Sea Wave Spectra in a Wide Range of Wavelength from High-Resolution Satellite Optical Imagery // J. Mar. Sci. Eng. 2021. Vol. 9, no. 8. Id. 823. DOI: 10.3390/jmse9080823
- 14. Benetazzo A., Fedele F., Gallego G., Shih P.C., Yezzi A. Offshore stereomea- surements of gravity waves // Coastal Engineering. 2012. Vol. 64. P. 127–138. DOI: 10.1016/j.coastaleng.2012.01.007
- 15. Mitnik L., Dubina V., Konstantinov O., Fischenko V., Darkin D. Remote sensing of surface films as a tool for the study of oceanic dynamic processes // Ocean and Polar Research. 2009. Vol. 31, no. 1. P. 111–119. DOI: 10.4217/OPR.2009.31.1.111
- 16. Ginio N., Liberzon D., Lindenbaum M., Fishbain B. Efficient machine learning method for spatio-temporal water surface waves reconstruction from polarimetric images // Measurement Science and Technology. 2023. Vol. 34, no. 5. Id. 055801. DOI: 10.1088/1361-6501/acb3eb
- 17. Gabor B. Camera calibration With OpenCV. (Дата обращения 16.10.2024). URL: https://docs.opencv.org/4.x/d4/d94/tutorial_camera
- _calibration.html
- 18. Абросимов Д., Зеленогорский В., Крюков М. Численное моделирование изображения водной поверхности // Труды 9-й Международной конференции по компьютерной графике и машинному зрению (GRAPHICON99). М.: МГУ, 1999. C. 255–260.
- 19. Ma C., Xu S., Wang H., Tian F., Chen G. A real-time photorealistic rendering algorithm of ocean color based on biooptical model // Journal of Ocean University of China. 2016. Vol. 15. P. 996–1006. DOI: 10.1007/s11802-016-3037-2
- 20. mikesalin/wwol. (дата обращения 19.11.2024). URL: https://github.com/mikesalin/wwol
- 21. Бахтин В.К., Вировлянский А.Л., Дерябин М.С., Казарова А.Ю. Оценка амплитудно-частотной характеристики источника звука по измерениям в бассейне с отражающими границами // Акустический журнал, 2024. Т. 70. № 6 (в печати).
- 22. Slunyaev A.V.. Effects of coherent dynamics of stochastic deep-water waves // Physical Review E. 2020. Vol. 101. Id. 062214. DOI: 10.1103/PhysRevE.101.062214
- 23. Ньюмен Дж. Морская гидродинамика. Л.: Судостроение, 1985. 367 c.
- 24. Zenodo. Salin M. Dataset for surface waves height prediction through the video and image processing. 2023. (Дата обращения 19.11.2024). DOI: 10.5281/zenodo.7942013