[發明專利]一種實驗室提取強分層流體中內孤立波特征的方法

有效

• 申請號: 201910399683.5
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110118640B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 鄒麗;張九鳴;李振浩;孫鐵志;裴玉國;杜兵毅;馬鑫宇;于宗冰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G06T7/80;G06T7/10;G06T7/136
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王思宇;李洪福

本發明提供一種實驗室提取強分層流體中內孤立波特征的方法，內孤立波特征包括內孤立波的振幅、波形、波速以及內孤立波流場；測定內孤立波的振幅、波形和波速，具體包括如下步驟：按順序在實驗水槽加入下層流體、染色劑和上層流體；生成內孤立波，使用CCD相機進行采樣；通過圖像處理得到內孤立波振幅、波形和波速；提取內孤立波流場，具體包括以下步驟：按順序在實驗水槽加入下層流體、示蹤粒子和已經加入了粒子的上層流體；設置CCD相機和激光器；在CCD相機鏡頭前安裝偏振鏡；生成內孤立波，使用CCD相機進行采樣；使用MATLAB圖像處理得到內孤立波流場。本發明解決了現有的實驗室內波測量技術中存在的設備干擾、后期處理工作量大以及分辨率較低等問題。

技術領域

本發明涉及海洋工程技術領域，具體而言，尤其涉及一種實驗室提取強分層流體中內孤立波特征的方法。

背景技術

內波是發生在海洋內部密度、溫度等不均勻水層間的一種波動。由于內波發生在海洋內部，所以它不易被觀察到，然而這種擾動在海洋中是普遍存在的。內波的波幅可達幾百米，內波經過時產生的剪切流對海洋結構物有很強的破壞作用，同樣內波會改變聲信號在海洋中的傳播路徑。因此，對內波的生成以及傳播機理的研究十分重要。

內波的研究方法主要有三種，現場觀測、數值模擬和實驗研究。實驗室模擬實驗針對性強、可重復性強，除了進行海洋實地觀測外，某些機制的研究只能借助實驗室實驗的方法才能解決。分層流實驗水槽是實驗室研究海洋內波特性的主要設備，獲取內波主要特征如波形、振幅以及流場等是進行實驗研究的關鍵技術之一。目前實驗室的內波測量技術主要有電導率儀、紋影法和溫度法，電導率儀可以測量分層流體中的電導率的垂向分布和定點測量密度隨時間的變化曲線；紋影法利用紋影照片經處理后得到內波波形數據；溫度法采用溫度傳感器陣列采集溫度數據，得到溫度場隨時間的變化特征，可以實現在線的同步測量；但電導率儀在兩層流體中，會對內波的流場造成干擾；紋影法存在后期處理工作量大的問題；溫度法僅限于溫度分層水槽使用，存在分辨率較低，信號滯后等問題。

發明內容

根據上述提出現有的實驗室內波測量技術中存在的設備干擾、后期處理工作量大以及分辨率較低等問題，而提供一種實驗室提取強分層流體中內孤立波特征的方法。本發明主要利用圖像處理方法應用于在強分層流體中獲取內孤立波特征，使得對內孤立波特征測量數據更加準確。

本發明采用的技術手段如下：

一種實驗室提取強分層流體中內孤立波特征的方法，內孤立波特征包括內孤立波的振幅、波形、波速以及內孤立波流場；

(1)測定內孤立波的振幅、波形和波速，具體包括如下步驟：

S1：將下層流體加入實驗水槽下層；

S2：將染色劑加入下層流體中；

S3：將上層流體加入實驗水槽上層；

S4：在實驗水槽前方安裝并調節CCD相機，使CCD相機能夠拍攝到一個完整的內孤立波；

S5：對CCD相機進行標定；

S6：生成內孤立波，使用CCD相機進行采樣；

S7：對CCD相機采樣得到的原始圖像通過圖像處理得到內孤立波振幅、波形和波速；

S71：根據原始圖像中每個像素點的飽和度，對原始圖像進行灰度化處理，得到灰度直方圖；

S72：根據灰度直方圖確定的分割閾值，對原始圖像進行全局閾值分割；

根據如下公式確定灰度直方圖中用于表示前景和背景的雙峰的峰值位置：

Peak₁＝arg_kmax{historgam_I(k)}