[实用新型]一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪

说明书

本实用新型涉及一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，该二维雨滴谱仪包括光源系统、遮光罩、光场采样区和光场接收系统，所述光场采样区两侧分别通过第一、第二遮光罩与光源系统和光场接收系统连接；所述光场接收及处理系统包括锥形镜管和光场相机，所述锥形镜管一端与第二遮光罩连接，另一端靠近光场相机，且管径自靠近遮光罩一端向另一端逐渐减小。该二维雨滴谱仪利用光场技术精确捕捉雨滴二维形态与运动轨迹，基于光场重聚焦算法、粒子边缘检测算法以及粒子追踪算法，对整个采样空间进行光场切片重聚焦，进而对每一层清晰图像内的降水粒子进行精确测量，最终获得雨滴谱分布。

技术领域

本实用新型涉及一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，属于大气探测技术与装备领域。

背景技术

雨滴谱仪是研究降水现象的重要科学仪器，它要求对降水过程中降水粒子的直径，下降速度甚至形状做出精确测量。雨滴谱研究的深入，对进一步了解自然降水的物理过程，探索云内成雨机制、提高雷达测量降水的精确度、评估人工增雨的云水条件、检验催化效果以及数值模拟等方面都有着重要意义，并且通过对雨滴谱的分析，可以得到实时降水天气现象信息，实现天气现象的自动化观测。

目前，激光雨滴谱仪主要利用光阻法测量由降水粒子引起光信号衰减的幅值和衰减持续时间，通过高速数字信号系统计算出降水粒子粒径大小和末速度，并对上述量值进行计算分析，得到雨滴谱关系图、降水强度、降水量以及降水天气现象类型等信息。

但是，传统的一维激光雨滴谱仪仍存在一些局限性。一维激光雨滴谱仪只在一个方向上发射并接收激光，其计算速度快，操作维护简单，价格经济，但当有2个甚至多个降水粒子同时到达采样面时，就会产生重叠误差，对于降水粒子的尺度测量和速度估算，都会产生很大的影响。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种。

为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，包括光源系统、遮光罩、光场采样区和光场接收系统，所述光场采样区两侧分别通过第一、第二遮光罩与光源系统和光场接收系统连接；所述光场接收及处理系统包括锥形镜管和光场相机，所述锥形镜管一端与第二遮光罩连接，另一端靠近光场相机，且管径自靠近遮光罩一端向另一端逐渐减小。

对上述技术方案的进一步设计为：所述光源系统包括光源系统外壳以及设置于光源系统外壳内的光源和凸透镜，所述光源系统外壳一侧与第一遮光罩连接，所述凸透镜位于光源和第一遮光罩之间，且光源位于凸透镜的焦点处。

所述光源系统还包括玻璃透镜，所述玻璃透镜位于光源系统外壳与第一遮光罩的连接处。

所述光场采样区呈上下贯通的矩形筒状，且两侧面分别设有与第一、第二遮光罩连接的通孔。

所述光场接收系统还包括光场接收系统外壳，所述锥形镜管和光场相机均设置于光场接收系统外壳内。

所述光场接收系统还包括半导体制冷装置，所述半导体制冷装置设置于光场接收系统外壳与光场相机相对应的侧壁上。

所述光场相机包括主镜头、微透镜阵列和成像探测器阵列，所述微透镜阵列由若干并排放置的圆柱状透镜构成，且设置于主镜头的焦点处，所述成像探测器阵列设置于微透镜阵列的焦点处，且与微透镜阵列相互平行放置。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的二维雨滴谱仪，利用光场技术精确捕捉雨滴二维形态与运动轨迹，基于光场重聚焦算法、粒子边缘检测算法以及粒子追踪算法，对整个采样空间进行光场切片重聚焦，进而对每一层清晰图像内的降水粒子进行精确测量，最终获得雨滴谱分布。