hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667320020094hydrophysics-104Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSВосстановление изображений подводных объектов, искаженных неровной морской поверхностьюRecovering the images of underwater objects distorted by rough sea surfaceГардашовР. Г.GardashovR. H.

AZ1143, ул. Г. Джавида, д. 31, г. Баку

AZ 1143, Javid Str., 31, Baku

rauf_gardahov@yahoo.co.ukГардашовЕ. Р.GardashovE. R.

г. Страсбург

4 Rue Blaise Pascal, 67081, Strasbourg

ГардашоваТ. Г.GardashovaT. H.

AZ-1073, ул. A. Султанова, д.11, г. Баку

A. Sultanova 11, AZ-1073, Baku

Институт географии Национальной АН АзербайджанаАзербайджанInstitute of Geography Azerbaijan National Academy of SciencesAzerbaijanСтрасбургский университетФранцияUniversity of Strasbourg (Université de Strasbourg)FranceАзербайджанский архитектурно-строительный университетАзербайджанAzerbaijan University of Architecture and ConstructionAzerbaijan2020011220211327681Copyright © Гардашов Р.Г., Гардашов Е.Р., Гардашова Т.Г., 20212021Гардашов Р.Г., Гардашов Е.Р., Гардашова Т.Г.Gardashov R.H., Gardashov E.R., Gardashova T.H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/104

Предлагается метод аппроксимации мгновенной формы взволнованной поверхности как суперпозиции гармонических волн с неизвестными амплитудами, волновыми векторами и фазами. Эти неизвестные параметры определяются с использованием характеристик бликов, таких как их координаты и площади. Показывается, что при определённом соотношении числа гармоник и бликов эти неизвестные могут быть определены как решение выведенной системы нелинейных уравнений. Далее решена задача восстановления мгновенного изображения подводного объекта, искажённого поверхностным волнением. Разработан алгоритм восстановления искажённого волнением исходного изображения, основанный на аппроксимации мгновенной формы взволнованной поверхности. Проведён натурный эксперимент, результаты которого показали работоспособность метода. Отмечаются причины, затрудняющие достаточно хорошее восстановление, и пути устранения этих затруднений. Показывается, что при априори известной форме объекта глубину его нахождения можно определить по критерии: «как глубина наилучшего восстановления формы объекта». Добавление к разработанному алгоритму модулей, учитывающих рассеяние и поглощение света в атмосфере и в морской воде, позволит применить его для коррекций изображений подводных объектов, снятых с летательных аппаратов.

A method for approximation of the instantaneous shape of a waved sea surface as a superposition of harmonic waves with unknown amplitudes, wave vectors, and phases is proposed. These unknown parameters are determined using glint characteristics, such as their coordinates and areas. It is shown that for a certain ratio of the number of harmonics and glint, these unknowns can be defined as a solution to the derived system of nonlinear equations. Next, the task of restoring an instant image of an underwater object distorted by surface waves is solved. An algorithm has been developed for reconstructing the original image distorted by the waves, based on the approximation of the instantaneous shape of the waved surface. A full-scale experiment was conducted, the results of which showed the efficiency of the method. The reasons that impede a fairly good recovery, and ways to eliminate these difficulties are noted. It is shown that with an a priori known shape of the object, the depth of its location can be determined by the criterion: “as the depth of the best restoration of the shape of the object”. Adding modules to the developed algorithm that take into account the scattering and absorption of light in the atmosphere and in sea water will make it possible to use it for image corrections of underwater objects taken from aircraft.

солнечные бликиподводный объектвосстановление изображенияморская поверхностьSun glintsunderwater objectimage recoveringsea surfaceReferencesLevin I.M., Savchenko V.V. and Osadchy V.Ju. Correction of an image distorted by a wavy water surface: laboratory experiment // Applied Optics. 2008. V. 47, Iss. 35. P. 6650–6655. https://doi.org/10.1364/AO.47.006650Levin I.M., Savchenko V.V. and Osadchy V.Ju. Correction of an image distorted by a wavy water surface: laboratory experiment. Applied Optics. 2008, 47, 35, 6650–6655. https://doi.org/10.1364/AO.47.006650Долин Л.С., Лучинин А.Г., Турлаев Д.Г. Алгоритм восстановления изображений подводных объектов, искаженных поверхностным волнением // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. Т. 40, № 6. С. 842–850.Dolin L.S., Luchinin A.G., Turlaev D.G. Algorithms of retrieval of underwater object images distorted by surface roughness. Izv. Akad. Nauk SSSR, Fiz. Atmos. Okeana (Izv. Atmos. Ocean. Phys.). 2004, 40, 856–864.Лучинин А.Г., Долин Л.С., Турлаев Д.Г. О коррекции изображений подводных объектов при неполной информации о поверхностном волнении // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41, № 2. С. 272–277.Luchinin A.G., Dolin L.S., Turlaev D.G. Correction of images of submerged objects on the basis of incomplete information about surface roughness. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2005, 41, 2, 247–252.Мольков А.А., Долин Л.С. Определение характеристик ветрового волнения по подводному изображению морской поверхности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 5. С. 617–630.Molkov A.A., Dolin L.S. Determination of wind roughness characteristics based on an underwater image of the sea surface. Izv. Atmos. Ocean. Phys. 48, 552–564 (2012). https://doi.org/10.1134/S0001433812050088Турлаев Д.Г. Одномерная задача о восстановлении изображения подводного объекта на основе неполной информации о реализации поверхностного волнения // Труды VIII Международной конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». Санкт-Петербург, 2015. С. 81–86.Turlaev D.G. On restoration of underwater object images distorted by surface waves on the base of incomplete information about water surface (one-dimensional case). Proceedings VIII International Conferance “Current problems in optics of natural waters (ONW’2015)”. St. Petersburg, 2015, 81–86 (in Russian).Гардашов Р.Г. Определение мгновенной формы неровной морской поверхности по характеристикам бликов // Труды IX Всероссийский конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». Санкт-Петербург, 2017. С. 11–15.Gardashov R.H. Determination of the instant form of a wavy sea surface by the characteristics of the glints. Proceedings of IX All-Russia Conference «Current problems in optics of natural waters» (ONW’2017). St. Petersburg, 2017, 11–15 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.