一種測(cè)量海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及海洋監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，一種測(cè)量海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，包括支架和設(shè)置在支架上的海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置，在所述支架上還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集裝置、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置，通過海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置獲取海面白冠生成至消退過程中白浪的上行輻射能量的光譜值Lu，通過太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置獲取太陽(yáng)下行輻射照度值Es，并定義R為白冠反射率，R=Lu/Es。本發(fā)明可以簡(jiǎn)單而有效地獲得海面白冠生成至消退的反射率變化特性，并可消除天空光變化所帶來的影響，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的方法來收集測(cè)量到數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理，且裝置搭載的平臺(tái)要求簡(jiǎn)單，可適用于復(fù)雜海況。
【專利說明】一種測(cè)量海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種海面上白浪從生成、逐漸變化到最大、然后逐步減小直至消退過程中反射率變化的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海表面在風(fēng)的連續(xù)作用下產(chǎn)生波浪，波浪逐漸成長(zhǎng)，波動(dòng)的非線性越來越強(qiáng)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到某一臨界值時(shí)，波浪便破碎并在波峰處產(chǎn)生大量的水沫和水滴，在波動(dòng)水體內(nèi)部和表面產(chǎn)生大量的氣泡.這種在波面上清晰可見的白色水體就是所謂的白冠，它是空氣和海水瑞混合的結(jié)果。
[0003]海洋白冠與海洋遙感的發(fā)展有著密切的關(guān)系。在應(yīng)用可見光波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行海洋信息提取過程中，由于水體的低反照率特性，具有高反射特性的白冠對(duì)從光學(xué)遙感數(shù)據(jù)定量提取海洋水色要素(諸如葉綠素濃度，懸浮物濃度等)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾效應(yīng)。據(jù)估計(jì)白冠的存在對(duì)北大西洋的冬季海面月平均反照率的影響約為15 %。因此，海洋遙感反射率的研究需要剔除白冠高反射率特性所帶來的噪聲信號(hào)，這就需要測(cè)量海上白冠生成至消退的反射率變化特性。
[0004]白冠是隨波浪在流動(dòng)中變化的，從而使得無(wú)法準(zhǔn)確地將測(cè)量工具對(duì)準(zhǔn)待測(cè)白冠；另外，白冠反射的能量值還依賴于太陽(yáng)入射光強(qiáng)的變化，為了獲得海上白冠生成至消退的反射率變化特性，需要同步測(cè)量太陽(yáng)入射光強(qiáng)的變化。目前，并沒有專用的商業(yè)儀器用于定點(diǎn)測(cè)量海上白冠生成至消退的反射率變化的裝置，即使對(duì)某些儀器的改進(jìn)，也無(wú)法完美地解決以上所遇到的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明旨在公開一種測(cè)量海上白冠生成至消退的反射率變化的裝置和測(cè)量方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，包括支架和設(shè)置在支架上的海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置，還包括數(shù)據(jù)采集裝置，在所述支架上還設(shè)置有太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置，視頻數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)設(shè)有攝像頭，以捕捉圖像數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集裝置分別與所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、以及視頻數(shù)據(jù)采集裝置連接，所述支架用于固定海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置用于測(cè)量海面白冠生成直至消退過程中白浪的上行輻射能量，另外由于所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置和視頻數(shù)據(jù)采集裝置的探測(cè)方向朝下，并設(shè)有相同的探測(cè)中心點(diǎn)，便于所述視頻數(shù)據(jù)采集裝置和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置觀測(cè)同一個(gè)位置，可以在特定的一個(gè)范圍內(nèi)采集海面圖像變化用于視覺上判定白冠的生成直至消退，為分析海面白冠上行輻亮度數(shù)據(jù)提供視圖參數(shù)，由于所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置的探測(cè)方向朝上，因此太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置用于測(cè)量太陽(yáng)的下行輻射Es值，目的是為了在白冠觀測(cè)的過程中，消除太陽(yáng)輻射變化對(duì)白浪反射能量所帶來的影響，數(shù)據(jù)采集裝置可接收來自海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置等所采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算和處理。
[0006]本發(fā)明一種海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置的操作方法如下:伸出載體的海面白冠上行輻亮度探頭和攝像頭垂直向下對(duì)準(zhǔn)海面，太陽(yáng)輻照度探頭垂直向上，海面受到風(fēng)場(chǎng)和流等因素的影響而產(chǎn)生波浪，波浪以及波浪破碎所產(chǎn)生的白冠以一定的速度流過探頭下面，利用海面白冠上行輻亮度探頭測(cè)量海面獲得Lu值，Lu值的波長(zhǎng)范圍為400nm至850nm，Lu的值會(huì)隨著波浪的流動(dòng)而變化(包括無(wú)白冠的值、白冠產(chǎn)生、生長(zhǎng)到最大、然后減小、直至消退)，太陽(yáng)光下行輻射照度的變化將影響Lu值的變化，因此利用太陽(yáng)光下行輻射探頭測(cè)量下行輻射照度Es值，然后定義R為白浪反射率，R=Lu/Es，數(shù)據(jù)采集器的采樣時(shí)間間隔為40 ms,因此R的采樣頻率為I/(40ms)，相對(duì)于下面海浪的流速，海面反射率R的采樣頻率是比較高的，利用攝像頭的資料尋找白冠產(chǎn)生和消退的時(shí)間tl和t2，并在時(shí)間區(qū)間(tl，t2)內(nèi)尋找白浪反射率R，從而獲得海面白冠生成至消退的反射率R的變化特性。
[0007]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集裝置為工業(yè)式嵌入式計(jì)算機(jī)和光譜儀，所述光譜儀分別與所述太陽(yáng)下行輻射測(cè)量裝置和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置的信號(hào)輸出端連接，并采集由所述太陽(yáng)下行輻射測(cè)量裝置和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置的光信息，經(jīng)處理后傳送到所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，所述數(shù)據(jù)采集裝置采用預(yù)設(shè)計(jì)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及存儲(chǔ)。
[0008]進(jìn)一步地，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置包括第一探頭、光纖管和密封管，光纖管設(shè)置在所述密封管內(nèi)，可起到防水作用，所述光纖管兩端分別連接所述第一探頭與所述數(shù)據(jù)采集裝置，當(dāng)?shù)谝惶筋^的光纖部分受到光照輻射后通過光纖管將光信號(hào)傳輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行識(shí)別處理。
[0009]進(jìn)一步地，所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置包括第二探頭、光纖管和密封管，光纖管設(shè)置在所述密封管內(nèi)，可起到防水作用，所述光纖管兩端分別連接所述第二探頭與所述數(shù)據(jù)采集裝置，所述第二探頭內(nèi)設(shè)有余弦集光器，當(dāng)?shù)诙筋^的光纖部分受到光照輻射后通過光纖管將光信號(hào)傳輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行識(shí)別處理。
[0010]優(yōu)選地，為了減少探頭對(duì)光場(chǎng)的影響，探頭的體積應(yīng)該偏小，因此，所述第一、第二探頭的直徑介于疒5cm之間。
[0011]進(jìn)一步地，由于本測(cè)量裝置的目標(biāo)物為海面上的白冠，所以測(cè)量裝置一般是固定于載體上(船體上或者是浮標(biāo)體上)，這兩種載體會(huì)受到波浪的影響而產(chǎn)生擺動(dòng)，為了減少測(cè)量裝置的擺動(dòng)，并使各個(gè)測(cè)量裝置的探頭盡量地保持垂直于海面，所述支架上設(shè)有橫向設(shè)置的橫桿、第一連接架，以及第二連接架，所述橫桿與第一連接架鉸接，其鉸接軸方向與橫桿軸線方向相同，所述第二連接架鉸接在第一連接架上，其鉸接軸為橫向設(shè)置，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置均固定在第二連接架上，即使載體在海面不定向地?cái)[動(dòng)，海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置也可以利用自身的重力使得探測(cè)方向始終垂直于海面，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。[0012]優(yōu)選地，所述第一連接架的一端設(shè)有連桿，連桿的一端連接有軸承組件，所述軸承組件的另一端連接在所述橫桿末端，軸承組件的軸線與連桿軸線、橫桿軸線處在同一方向上，所述第二連接架兩端分別設(shè)有第一軸承和第二軸承，第二連接架通過兩端的軸承鉸接在所述第一連接架上，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置和視頻數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)置在第二連接架的下部，所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置設(shè)置在第二連接架的上部，因此第一連接架以及與第一連接架連接的第二連接架可以繞橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)第二連接架又可以繞第一連接架轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而促使海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、視頻數(shù)據(jù)采集裝置利用自身的重力使得探測(cè)方向始終垂直于海面。
[0013]可選地，所述軸承組件包括連接軸，所述連接軸兩端分別設(shè)有第三軸承和第四軸承，第三軸承與所述連桿連接，第四軸承與所述橫桿連接，因此使得第一連接架可以繞橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]優(yōu)選地，所述橫桿在遠(yuǎn)離第一連接架的一端設(shè)有固定件，支架可以通過固定件連接在載體上(船體上或者是浮標(biāo)體上)，另外，由于固定儀器的載體如船體或浮標(biāo)的存在，會(huì)影響波浪的傳播，因此測(cè)量的探頭需要離開載體一段距離，橫桿必需從支架上延伸出去，減少測(cè)量的誤差，故所述橫桿的長(zhǎng)度> 7m,同時(shí)，可以通過調(diào)整橫桿距離載體的距離，即橫桿的長(zhǎng)度，以適應(yīng)復(fù)雜海況。
[0015]本發(fā)明一種海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟:
步驟1:利用所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置測(cè)量海面白冠生成至消退過程中白浪的上行輻射能量值數(shù)據(jù)，獲取光譜值Lu，Lu的波長(zhǎng)范圍為400nm至850nm，Lu的值會(huì)隨著波浪的流動(dòng)而變化(包括無(wú)白冠的值、白冠產(chǎn)生、生長(zhǎng)到最大、然后減小、直至消退)；
步驟2:由于太陽(yáng)光下行輻射照度的變化將影響Lu的變化，一般情況下，天空光下行輻射照度的增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致Lu的增大，天空光下行輻射照度的減弱會(huì)導(dǎo)致Lu的減小，因此需要利用所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置測(cè)量太陽(yáng)的下行輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，獲取太陽(yáng)下行輻射照度值Es ；
步驟3:承接步驟2，然后定義R為白冠反射率，R=Lu/Es,達(dá)到扣除天空光變化所帶來的影響；
步驟4:另外，數(shù)據(jù)采集裝置的采樣時(shí)間間隔為40 ms，數(shù)據(jù)采集裝置以高于l/(40ms)的采樣頻率采集白冠反射率R，相對(duì)于海浪的流速，該采樣頻率較高，能夠更加精確地在曲線圖中反映出白冠的變化情況；
步驟5:視頻數(shù)據(jù)采集裝置的采樣與海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置探頭、天空光下行輻射測(cè)量裝置探頭在時(shí)間上同步，利用視頻數(shù)據(jù)采集裝置采集海上白冠的變化圖像，從圖像中尋找每一次白冠產(chǎn)生至消退的片段，并定義該片段開始和結(jié)束的時(shí)間區(qū)間為(tl，t2)，然后依據(jù)采樣時(shí)間tl和t2尋找Lu和Es所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)代入公式R=Lu/Es，獲得海面反射率Rl和R2作為白冠產(chǎn)生和消退所對(duì)應(yīng)的覆蓋率，結(jié)合介于Rl和R2中間的反射率數(shù)據(jù)，最終獲得海面白冠生成至消退的反射率變化特性，即在時(shí)間區(qū)間(tl，t2)內(nèi)對(duì)步驟4所獲得的R值進(jìn)行采樣，獲得在時(shí)間區(qū)間(tl，t2)內(nèi)白冠反射率R的變化特性。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:數(shù)據(jù)采集裝置分別與所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置、海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置、以及視頻數(shù)據(jù)采集裝置連接，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的方法來收集測(cè)量到數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理；添加太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置測(cè)量太陽(yáng)下行輻射照度，實(shí)現(xiàn)消除天空光變化所帶來的影響；海面白冠反射率R波段范圍覆蓋了整個(gè)可見光區(qū)間(400nm至850nm)并具有高光譜特性；測(cè)量方法簡(jiǎn)單，并有效獲得海面白冠生成至消退的反射率變化特性；裝置搭載的平臺(tái)要求簡(jiǎn)單，觀測(cè)點(diǎn)離海面距離低，可適用于復(fù)雜海況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明測(cè)量裝置在船體上的裝載示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明支架總裝圖的俯視圖。
[0021]圖5為本發(fā)明支架總裝圖的正視圖。
[0022]圖6為本發(fā)明支架總裝圖的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實(shí)物圖，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例的附圖中相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，若有術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此附圖中描述位置關(guān)系的用語(yǔ)僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制。
[0025]此外，若有“第一”、“第二”等術(shù)語(yǔ)，僅用于描述目的，而不能理解為指示或者暗示相對(duì)重要性，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。
[0026]如圖1所示一種海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，包括支架1，支架
I的左端固定在船上，支架I的上方連接有太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4，太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4的探測(cè)方向朝上，在支架I的右端分別連接有相隔一定距離的海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2和視頻攝像頭5，海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2和視頻攝像頭5設(shè)有相同的探測(cè)中心點(diǎn)并且探測(cè)方向朝下，在支架I上還設(shè)有數(shù)據(jù)采集裝置(3)，數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)設(shè)有工業(yè)式嵌入式計(jì)算機(jī)和光譜儀(圖中均未畫出)，光譜儀分別與所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2的信號(hào)輸出端連接，并采集由所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2的光信息，經(jīng)處理后傳送到所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，所述數(shù)據(jù)采集裝置采用預(yù)設(shè)計(jì)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及存儲(chǔ)，嵌入式計(jì)算機(jī)連接視頻攝像頭5，并接收來自視頻攝像頭5的圖像數(shù)據(jù)。
[0027]如圖2所示，海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2包括第一探頭21、第一光纖管22和第一密封管23，第一光纖管22設(shè)置在所述第一密封管23內(nèi)，所述第一光纖管22兩端分別連接所述第一探頭21與所述數(shù)據(jù)采集裝置，所述第一探頭21由窗口玻璃、光闌、光纖組成(圖中均未標(biāo)出)，海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2測(cè)量海面上行輻亮度Lu值，第一探頭21的視場(chǎng)角為5度,第一探頭21直徑為3.5cm,并具備20m水壓的防水特性,第一探頭21的光透過窗體采用石英玻璃為材料，整個(gè)探頭除窗體外，全部鍍?yōu)楹谏詼p少探頭對(duì)待測(cè)量光場(chǎng)的干擾。
[0028]如圖3所示，所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4包括第二探頭41、第二光纖管42和第二密封管43，第二光纖管42設(shè)置在所述第二密封管內(nèi)43，第二光纖管42兩端分別連接所述第二探頭41與所述數(shù)據(jù)采集裝置3，所述第二探頭41由余弦集光器、防水耐壓玻璃、光纖組成(圖中均未標(biāo)出)，第二探頭41具備水密的特性，水密大于5米的水壓。第二探頭41的直徑為3.5cm,可減少對(duì)光場(chǎng)的影響。
[0029]視頻數(shù)據(jù)采集裝置5由攝像頭、數(shù)據(jù)線、預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的密封管組成，數(shù)據(jù)線用于連接攝像頭和數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)線安裝于所述密封管內(nèi)，整個(gè)視頻數(shù)據(jù)采集裝置5具有水密的特性，所述視頻數(shù)據(jù)采集裝置5和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2觀測(cè)同一個(gè)位置，采集海面圖像變化用于視覺上判定白冠的生成直至消退，為分析海面白冠上行輻亮度數(shù)據(jù)提供視圖參數(shù)。
[0030]如圖4飛所示，所述支架I的主體為L(zhǎng)形桿，L形桿分為橫桿11和豎桿，豎桿上設(shè)有固定件14，本實(shí)施例中，固定件14為固定螺絲，支架I可以通過固定螺絲固定在船上，橫桿11橫向設(shè)置(即水平設(shè)置)，其長(zhǎng)度> 7m，并且左端連接于豎桿，右端連接有第一軸承123的外圈，第一軸承123的內(nèi)圈連接有連接軸1221，連接軸1221的另一端連接在一個(gè)第二軸承124的內(nèi)圈，第二軸承124的右側(cè)設(shè)有第一連接架12，第一連接架12的左端伸出有一段連桿121，連桿121的連接在第二軸承124的外圈上。在第一連接架12的內(nèi)側(cè)設(shè)有第二連接架13，第二連接架13兩端分別設(shè)有第三軸承1222和第四軸承1223，第二連接架13通過兩端的軸承鉸接在所述第一連接架12的兩個(gè)內(nèi)側(cè)，第二連接架13的下端設(shè)有一支承桿，支承桿的兩端分別固定連接所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2和視頻攝像頭5，在第二連接架13的上端固定連接有太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4。
[0031]本發(fā)明一種海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置的操作方法如下:伸出載體的海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2和視頻攝像頭5垂直向下對(duì)準(zhǔn)海面，太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4垂直向上，海面所受到風(fēng)場(chǎng)和流等因素的影響而產(chǎn)生波浪，波浪以及波浪破碎所產(chǎn)生的白冠以一定的速度流過探頭下面，利用海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置2測(cè)量海面獲得Lu值，Lu值的波長(zhǎng)范圍為400nm至850nm，Lu的值會(huì)隨著波浪的流動(dòng)而變化(包括無(wú)白冠的值、白冠產(chǎn)生、生長(zhǎng)到最大、然后減小、直至消退)，太陽(yáng)光下行輻射照度的變化將影響Lu值的變化，因此利用太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置4測(cè)量下行輻射照度Es值，然后定義R為白浪反射率，R=Lu/Es，數(shù)據(jù)采集裝置3的采樣時(shí)間間隔為40 ms,因此R的采樣頻率為I/ (40ms)，相對(duì)于下面海浪的流速，海面反射率R的采樣頻率是較高的，利用視頻攝像頭5的圖像資料尋找白冠產(chǎn)生和消退的時(shí)間tl和t2，并在時(shí)間區(qū)間(tl，t2)內(nèi)尋找白浪反射率R，從而獲得海面白冠生成至消退的反射率R的變化特性。
[0032]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，包括支架(1)和設(shè)置在支架(1)上的海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)采集裝置(3)，在所述支架(1)上還設(shè)置有太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)、視頻數(shù)據(jù)采集裝置(5)，所述數(shù)據(jù)采集裝置分別與所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)、海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)、以及視頻數(shù)據(jù)采集裝置(5 )連接，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2 )和視頻數(shù)據(jù)采集裝置(5 )的探測(cè)方向朝下，并設(shè)有相同的測(cè)量中心點(diǎn)，所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)的探測(cè)方向朝上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置(3)為工業(yè)式嵌入式計(jì)算機(jī)和光譜儀，所述光譜儀分別與所述太陽(yáng)下行輻射測(cè)量裝置(4)和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)的信號(hào)輸出端連接，并采集由所述太陽(yáng)下行輻射測(cè)量裝置(4)和海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)的光信息，經(jīng)處理后傳送到所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，所述數(shù)據(jù)采集裝置采用預(yù)設(shè)計(jì)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及存儲(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)包括第一探頭(21)、第一光纖管(22)和第一密封管(23)，第一光纖管(22)設(shè)置在所述第一密封管(23)內(nèi)，所述第一光纖管(22)兩端分別連接所述第一探頭(21)與所述數(shù)據(jù)采集裝置(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)包括第二探頭(41)、第二光纖管(42)和第二密封管(43 )，第二光纖管(42 )設(shè)置在所述第二密封管(43 )內(nèi)，所述第二光纖管(42 )兩端分別連接所述第二探頭(41)與所述數(shù)據(jù)采集裝置(3)，所述第二探頭(41)內(nèi)設(shè)有余弦集光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一、第二探頭的直徑介于疒5cm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述支架(1)上設(shè)有橫向設(shè)置的橫桿(11)、第一連接架(12)，以及第二連接架(13)，所述橫桿(11)與第一連接架(12 )鉸接，其鉸接軸方向與橫桿(11)軸線方向相同，所述第二連接架(13)鉸接在第一連接架(12)上，其鉸接軸為橫向設(shè)置，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)、太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)、視頻數(shù)據(jù)采集裝置(5)均固定在第二連接架(13)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一連接架(12)的一端設(shè)有連桿(121 )，連桿(121)的一端連接有軸承組件(122)，所述軸承組件(122)的另一端連接在所述橫桿(11)末端，軸承組件(122)的軸線與連桿(121)軸線、橫桿(11)軸線處在同一方向上，所述第二連接架(13)兩端分別設(shè)有第一軸承(123)和第二軸承(124)，第二連接架(13)通過兩端的軸承鉸接在所述第一連接架(12)上，所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2 )和視頻數(shù)據(jù)采集裝置(5 )設(shè)置在第二連接架(13 )的下部，所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)設(shè)置在第二連接架(13)的上部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述軸承組件(122)包括連接軸(1221)，所述連接軸(1221)兩端分別設(shè)有第三軸承(1222)和第四軸承(1223)，第三軸承(1222)與所述連桿(121)連接，第四軸承(1223)與所述橫桿(11)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量裝置，其特征在于，所述橫桿(11)在遠(yuǎn)離第一連接架(12)的一端設(shè)有固定件(14)，所述橫桿(11)的長(zhǎng)度^ 7m。
10.一種基于權(quán)利要求1的海上白冠生成至消退的反射率變化的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:利用所述海面白冠上行輻亮度測(cè)量裝置(2)測(cè)量海面白冠生成至消退過程中白浪的上行輻射能量值數(shù)據(jù)，獲取光譜值Lu ； 步驟2:利用所述太陽(yáng)光下行輻射測(cè)量裝置(4)測(cè)量太陽(yáng)的下行輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，獲取太陽(yáng)下行輻射照度值Es ； 步驟3:定義R為白冠反射率，R=Lu/Es ； 步驟4:數(shù)據(jù)采集裝置以高于l/(40ms)的采樣頻率采集白冠反射率R ; 步驟5:利用視頻數(shù)據(jù)采集裝置(5)采集海上白冠的變化圖像，從圖像中尋找每一次白冠產(chǎn)生至消退的片段，并 定義該片段開始和結(jié)束的時(shí)間區(qū)間為(tl，t2)，在時(shí)間區(qū)間(tl，t2)內(nèi)對(duì)步驟4所獲得的R值進(jìn)行采樣。
【文檔編號(hào)】G01J1/00GK103900542SQ201410101771
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】許占堂, 林俊芳, 周雯, 姚林杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所