[发明专利]一种基于摄影测量的小水槽波浪要素的提取方法

说明书

本发明公开了一种基于摄影测量的小水槽波浪要素的提取方法，其特征在于，包括水槽、造波器、吹风设备、消波板和摄像机；造波器制造波浪，吹风设备制造风浪，通过水槽的一侧的造波器造波，造波器下方是一个楔形块体，造波器以设定频率上下移动楔形块体，楔形块体的斜面与水面接触，对水面起力的作用，做上下运动，形成波浪；在水槽远离造波器的另一侧放置消波板，消波板削弱波浪遇水槽壁后产生的反射波所造成的误差；包括如下步骤：100：视频录制与图像提取；200：RGB数据提取；300：灰度处理；400：欧拉法提取波形、波高和周期；500：拉格朗日法提取波速和波长；600：海浪频谱提取并获取谱峰周期、平均周期及平均波高。

技术领域：

本发明涉及一种摄影测量的技术领域，尤其涉及一种基于摄影测量的小水槽波浪要素提取方法。

背景技术：

海浪在海洋活动中是非常常见的一种表现形式。在大多数情况下，海况都受到风浪和涌浪的共同影响，但风浪和涌浪的外在表现形式和内部机制差别很大。

在不同沿海海域和受到不同气象环境作用下，风浪和涌浪在海浪谱中通常以双峰谱或者多峰谱的表现形式居多。海况由于受到风浪和涌浪的共同影响，将导致海浪参数中的波向、波高和波周期等参数改变了原来的物理意义，因此风涌的研究就变得尤为迫切。

风浪在风直接作用下产生的水面波动是一个极度复杂的过程，要严格加以定量分析是十分困难的。风浪的生成和成长的机制是海浪研究中最基本的问题。

涌浪是风浪离开风吹的区域后所形成的波浪。涌浪与风浪相比，具有较规则的外形，排列比较整齐，波峰线较长，波面较平滑，比较接近于正弦波的形状，而涌浪可以看作是由许多振幅不等、频率不等、传播方向不同并具有随机初相位的正弦波的分量叠加而成。

随着海洋科学及海洋技术的发展，海洋开发的热度提升，越来越多的海洋工程及水动力实验得到了重视，许多实验室模拟真实海洋的波浪海流及潮汐的实验系统也在逐步完善，其中小型的波浪水槽相对于大型造波水槽有着占地面积小、造价低、移动方便等优点，越来越多的小型开敞式波浪水槽走进实验室，它们可以通过机械造波板的往复运动模拟出不同形态的波浪，并提供了模拟真实海洋进行实验探究的可能。

一种波浪视频测量装置及方法的测量原理是通过视频图像采集模块同步拍摄水面预置的浮体运动序列图像，利用图像识别处理方法提取图像坐标系浮体中心，基于双目视觉摄影测量原理计算浮体世界坐标系中三维坐标，进而按照《海洋观测规范》中海浪观测相关要求反演波浪参数。

其中波高﹑波周期波浪参数反演是通过获取一段时间内浮体世界坐标系三维坐标，绘制随时间变化的模拟曲线，利用所述波浪参数显示模块实时显示数据接收处理模块计算得到的波高、波周期的波浪参数。

海面测量系统、海面测量方法以及存储介质中的海面测量方法是通过设置于不同地点处的多个摄像机同时拍摄包括同一海面区域的图像，从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中提取波浪，针对提取出的各波浪，从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中找出相同的波浪并进行对应，通过对被对应起来的图像中的各波浪进行三维分析，来计算海面的高度和波浪的高度。

现今实验室波浪水槽在实验中应用广泛，能够在一定程度上模拟海面的环境，波浪水槽的造波器能够产生不同形态的波浪，此外，还配备有产生风的仪器。

对于小型开敞式波浪水槽所制造出的波浪，根据实验所需，研究者有时需要得到所造波浪的波浪、波长、周期和频率等波浪要素数据进行分析研究。在具体实施过程中，由于波浪各要素会随着造波器频率的变化而变化，获取实时的波浪形态并不好采集，这些仪器所造出的波浪可以做到“定性”，却无法达到“定量”的要求，且波浪要素随着水槽的规模、水深、水体的性质、造波器振幅等实验条件的改变而改变。而在实验中，往往需要获取准确的波浪要素信息才能为实验提供支持。

发明内容：

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供了一种基于摄影测量的小水槽波浪要素的提取方法，以便于实现对风浪和涌浪的观察、数据获取与分析。