Архив
Том 21, 2024
Том 20, 2023
Том 19, 2022
Том 18, 2021
Том 17, 2020
Том 16, 2019 г.
Том 15, 2018 г.
Том 14, 2017 г.
Том 13, 2016 г.
Том 12, 2015 г.
Том 11, 2014 г.
Том 10, 2013 г.
Том 9, 2012 г.
Том 8, 2011 г.
Том 7, 2010 г.
Выпуск 6, 2009 г.
Выпуск 5, 2008 г.
Выпуск 4, 2007 г.
Выпуск 3, 2006 г.
Выпуск 2, 2005 г.
Выпуск 1, 2004 г.
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 5. С. 39-49

Восстановление рельефа морской поверхности и спектра волнения по изображению поверхности моря

В.И. Титов 1 , А.А. Антонов 1 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 03.10.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-5-39-49
Рассматривается метод диагностики волнения моря, основанный на обработке пространственно-временных изображений поверхности моря в рассеянном свете неба при наклонном визировании. Разработан оригинальный способ восстановления уклонов волн и «рельефа» морской поверхности, который не требует информации о параметрах оптического приёмника и абсолютных значениях яркости неба. Способ основан на формировании относительных флуктуаций яркости морской поверхности в приближении линейной зависимости яркости поверхности моря от уклонов волн. Предложен поляризационный метод повышения контраста и точности определения уклонов волн в изображении морской поверхности. Проведена апробация этого способа в натурных условиях на примере обработки пространственно-временных изображений морской поверхности в рассеянном свете неба и получен рельеф уклонов поверхности моря, т. е. пространственно-временное распределение уклонов волн. Предложен способ определения временного спектра длинных волн путём интегрирования по пространственной частоте спектра пространственно-временного рельефа поверхности моря в окрестности параболической дисперсионной кривой. Такой способ вычисления временного спектра уклонов волн позволяет выделить длинные волны, которые подчиняются дисперсионному соотношению, и избавиться от лишних «шумов», которые могут содержаться в оптическом изображении (полосы, обрушения, групповая структура волн, слики, нелинейные искажения передаточной функции «яркость поверхности моря – уклон волн» и т. д.). Выполнено сравнение спектра возвышений волн, полученного оптическим методом, с синхронно зарегистрированным с помощью струнного волнографа спектром возвышений волн. Проведено исследование изменчивости статистических характеристик видимых уклонов длинных волн с расстоянием от оптического приёмника.
Ключевые слова: свет, поляризация, параметры Стокса, рельеф морской поверхности, уклоны волн, ветровые волны, зыбь, спектральный анализ, спектр волнения, натурные исследования
Полный текст

Список литературы:

  1. Богатов Н. А., Мольков А. А. Восстановление характеристик ветровых волн в Атлантике по данным судовой стереосъемки // Фундам. и приклад. гидрофизика. 2021. Т. 14. № 4. С. 90–97. DOI: 10.7868/S2073667321040080.
  2. Большаков А. Н., Бурдюгов В. М., Гродский С. А., Кудрявцев Е. Н. Определение спектра энергонесущих поверхностных волн по изображению солнечного блика // Исслед. Земли из космоса. 1988. № 5. С. 11−18.
  3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. 2-е изд., испр. / пер. с англ. С. Я. Бреуса, А. И. Головашкина, А. А. Шубина; под ред. Г. П. Мотулевич. М.: Изд-во «Наука», 1973. 719 с.
  4. Лупян Е. А. Восстановление углового распределения энергии в двумерном спектре возвышений морской поверхности по ее оптическому изображению // Исслед. Земли из космоса. 1988. № 3. С. 31−35.
  5. Титов В. И., Артамонов А. Ю., Баханов В. В. и др. Мониторинг состояния поверхности моря по пространственно-временным оптическим изображениям // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 5. С. 3–14. DOI: 10.7868/S0205961414050078.
  6. Титов В. И., Баханов В. В., Зуйкова Э. М., Кориненко А. Е. Исследование приповерхностных слоев в прибрежной зоне океанов оптическими методами // Материалы 19-й Международ. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2021. С. 288. DOI: 10.21046/19DZZconf-2021a.
  7. Юровская М. В., Кудрявцев В. Н., Шапрон Б., Дулов В. А. Интерпретация оптических спутниковых изображений Черного моря в зоне солнечного блика // Морской гидрофиз. журн. 2014. № 4. С. 68−82.
  8. 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.
  9. Bakhanov V. V., Demakova A. A., Korinenko A. E. et al. Estimation of the wind wave spectra with centimeters-to-meter lengths by the sea surface images // Physical Oceanography. 2018. V. 25. No. 3. P. 177–190. DOI: 10.22449/1573-160X-2018-3-177-190.
  10. 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. Marine Science and Engineering. 2021. V. 9. Article 823. https://doi.org/10.3390/jmse9080823.
  11. Bondur V. G., Dulov V. A., Murynin A. B., Ignatiev V. Yu. Retrieving Sea-Wave Spectra Using Satellite-Imagery Spectra in a Wide Range of Frequencies // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. V. 52. No. 6. P. 637–648. DOI: 10.1134/S0001433816060049.
  12. Bostater Jr. C. R., Closson J. L. Remote sensing of water surface small gravity waves characteristics using fixed platform and drone imagery // Proc. SPIE. V. 11150. Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions. 2019. Article 111500D. DOI: 10.1117/12.2533788.
  13. Brunger A. P., Hooper F. C. Anisotropic sky radiance model based on narrow field of view measurements of shortwave radiance // Solar Energy. 1993. V. 51. No. 1. P. 53-64. DOI: 10.1016/0038-092X(93)90042-M.
  14. Cox C., Munk W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the sun’s glitter // J. Optical Society of America. 1954. V. 44. No. 11. P. 838–850.
  15. Kosnik (Yurovskaya) M. V., Dulov V. A. Extraction of short wind wave spectra from stereo images of the sea surface // Measurement Science and Technology. 2011. V. 22. No. 1. Article 015504. DOI: 10.1088/0957-0233/22/1/015504.
  16. Titov V., Bakhanov V., Ermakov S. et al. Remote sensing technique for near surface wind by optical images of rough water surface // Intern. J. Remote Sensing. 2014. V. 35. Iss. 15. P. 5946–5957. DOI: 10.1080/01431161.2014.948223.
  17. Yurovskaya M. V., Dulov V. A., Chapron B., Kudryavtsev V. N. Directional short wind wave spectra derived from the sea surface photography // J. Geophysical Research: Oceans. 2013. V. 118. Iss. 9. P. 4380–4394. DOI: 10.1002/jgrc.20296.