[實用新型]一種基于光場攝像技術的二維雨滴譜儀

有效

• 申請號: 202121765610.2
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN215415964U
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 趙文川;郜海陽;寇蕾蕾;廖淑君;康佳慧
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01W1/14
• 分類號: G01W1/14
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;喬煒

本實用新型涉及一種基于光場攝像技術的二維雨滴譜儀，該二維雨滴譜儀包括光源系統、遮光罩、光場采樣區和光場接收系統，所述光場采樣區兩側分別通過第一、第二遮光罩與光源系統和光場接收系統連接；所述光場接收及處理系統包括錐形鏡管和光場相機，所述錐形鏡管一端與第二遮光罩連接，另一端靠近光場相機，且管徑自靠近遮光罩一端向另一端逐漸減小。該二維雨滴譜儀利用光場技術精確捕捉雨滴二維形態與運動軌跡，基于光場重聚焦算法、粒子邊緣檢測算法以及粒子追蹤算法，對整個采樣空間進行光場切片重聚焦，進而對每一層清晰圖像內的降水粒子進行精確測量，最終獲得雨滴譜分布。

技術領域

本實用新型涉及一種基于光場攝像技術的二維雨滴譜儀，屬于大氣探測技術與裝備領域。

背景技術

雨滴譜儀是研究降水現象的重要科學儀器，它要求對降水過程中降水粒子的直徑，下降速度甚至形狀做出精確測量。雨滴譜研究的深入，對進一步了解自然降水的物理過程，探索云內成雨機制、提高雷達測量降水的精確度、評估人工增雨的云水條件、檢驗催化效果以及數值模擬等方面都有著重要意義，并且通過對雨滴譜的分析，可以得到實時降水天氣現象信息，實現天氣現象的自動化觀測。

目前，激光雨滴譜儀主要利用光阻法測量由降水粒子引起光信號衰減的幅值和衰減持續時間，通過高速數字信號系統計算出降水粒子粒徑大小和末速度，并對上述量值進行計算分析，得到雨滴譜關系圖、降水強度、降水量以及降水天氣現象類型等信息。

但是，傳統的一維激光雨滴譜儀仍存在一些局限性。一維激光雨滴譜儀只在一個方向上發射并接收激光，其計算速度快，操作維護簡單，價格經濟，但當有2個甚至多個降水粒子同時到達采樣面時，就會產生重疊誤差，對于降水粒子的尺度測量和速度估算，都會產生很大的影響。

實用新型內容

本實用新型為了解決現有技術中存在的問題，提供一種。

為了達到上述目的，本實用新型提出的技術方案為：一種基于光場攝像技術的二維雨滴譜儀，包括光源系統、遮光罩、光場采樣區和光場接收系統，所述光場采樣區兩側分別通過第一、第二遮光罩與光源系統和光場接收系統連接；所述光場接收及處理系統包括錐形鏡管和光場相機，所述錐形鏡管一端與第二遮光罩連接，另一端靠近光場相機，且管徑自靠近遮光罩一端向另一端逐漸減小。

對上述技術方案的進一步設計為：所述光源系統包括光源系統外殼以及設置于光源系統外殼內的光源和凸透鏡，所述光源系統外殼一側與第一遮光罩連接，所述凸透鏡位于光源和第一遮光罩之間，且光源位于凸透鏡的焦點處。

所述光源系統還包括玻璃透鏡，所述玻璃透鏡位于光源系統外殼與第一遮光罩的連接處。

所述光場采樣區呈上下貫通的矩形筒狀，且兩側面分別設有與第一、第二遮光罩連接的通孔。

所述光場接收系統還包括光場接收系統外殼，所述錐形鏡管和光場相機均設置于光場接收系統外殼內。

所述光場接收系統還包括半導體制冷裝置，所述半導體制冷裝置設置于光場接收系統外殼與光場相機相對應的側壁上。

所述光場相機包括主鏡頭、微透鏡陣列和成像探測器陣列，所述微透鏡陣列由若干并排放置的圓柱狀透鏡構成，且設置于主鏡頭的焦點處，所述成像探測器陣列設置于微透鏡陣列的焦點處，且與微透鏡陣列相互平行放置。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型的二維雨滴譜儀，利用光場技術精確捕捉雨滴二維形態與運動軌跡，基于光場重聚焦算法、粒子邊緣檢測算法以及粒子追蹤算法，對整個采樣空間進行光場切片重聚焦，進而對每一層清晰圖像內的降水粒子進行精確測量，最終獲得雨滴譜分布。