hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S20736673180300115hydrophysics-788Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSНахождение вектора уклонов взволнованной водной поверхности по ее изображению в условиях естественного освещенияDetermining the Vector of Slopes of the Water Surface from its Image Under Natural IlluminationТурлаевД. Г.TurlaevD. G.

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

dimkat@hotbox.ruИнститут прикладной физики РАНРоссияInstitute of applied physics RASRussian Federation2018161120221139196Copyright © Турлаев Д.Г., 20222022Турлаев Д.Г.Turlaev D.G.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/788

Представлены некоторые результаты апробации алгоритма восстановления вектора уклонов взволнованной водной поверхности по её изображению, полученному в условиях естественного освещения при ясном, безоблачном небе. Для эксперимента использовался надувной бассейн диаметром ~ 2 м. Для ослабления сигнала обратного рассеяния вода насыщалась нигрозином. Изображения фиксировались на цифровую фотокамеру. Волнение создавалось вручную. Кроме изображения взволнованной водной поверхности использовалась фотография «зеркального» участка небосвода, отражённого в воде в отсутствие волнения. Используется приближение, в рамках которого распределение яркости неба, отражённого в спокойной воде, в пределах кадра может считаться линейным. В указанных выше условиях, была найдена компонента вектора уклонов, коллинеарная градиенту яркости небосвода. Для её нахождения использовалось изображение взволнованной водной поверхности и фотография того же участка воды в отсутствие волнения. Вторая компонента определялась непосредственно по найденной, используя тот факт, что обе компоненты вектора уклонов являются производными одной скалярной функции — функции возвышений водной поверхности. Используемый алгоритм позволял с приемлемой точностью найти уклоны волн, бегущих в разных направлениях, кроме тех, что распространялись вблизи нормали к градиенту яркости неба.

Some results of restoration of a vector of slopes of the wavy water surface on its image received under the conditions of a natural lighting at a clear sky are presented. For the experiment an inflatable pool with a diameter of ~ 2 m was used. For the attenuation of the backscattered signal the water is saturated with nigrosine. Images were recorded on a digital photocamera. The waves were created by hand. Except the image of the wavy water surface the photo of the area of the sky, reflected in calm water participates. Distribution of brightness of the sky reflected in quiet water within a photoshot is considered to be a linear. Under the above conditions, a component of the slope vector, collinear to the brightness gradient of the sky, was found. For its finding it was used the image of the wavy water surface and a photo of the same site of water in the absence of waves. The second component was determined directly from the found one, using the fact that both components of the slope vector are derivatives of one scalar function — the function of the water surface elevations. The algorithm used made it possible to find the slopes of waves running in different directions with acceptable accuracy, except for those that propagated near the normal to the sky brightness gradient.

наблюдение подводных объектов с воздухагидрооптикавзволнованная водная поверхностьизображениеobservation of underwater objects from airhydro opticswavy sea surfaceimagingРабота выполнена при финансовой поддержке НИР ИПФ РАН «0035-2014-0022 Разработка радиофизических методов исследования океана. (12.13)».ReferencesДолин Л. С., Лучинин А. Г., Турлаев Д. Г. Алгоритм восстановления изображений подводных объектов, искажённых поверх-ностным волнением // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. Т. 40, № 6. С. 856—864.Dolin L. S., Luchinin A. G., Turlaev D. G. Algorithm of Reconstructing Underwater Object Images Distorted by Surface Waving. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2004, 40, 6, 756—764.Лучинин А. Г., Долин Л. С., Турлаев Д. Г. О коррекции изображений подводных объектов при неполной информации о поверхностном волнении // Известия 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.Dolin L. S., Luchinin A. G., Titov V. I., Turlaev D. G. Correcting images of underwater objects distorted by sea surface roughness // Current Research on Remote Sensing, Laser Probing, and Imagery in Natural Waters. Proc. SPIE. 2007. V. 6615, 66150K. 12 p.Dolin L. S., Luchinin A. G., Titov V. I., Turlaev D. G. Correcting images of underwater objects distorted by sea surface roughness. Current Research on Remote Sensing, Laser Probing, and Imagery in Natural Waters. Proc. SPIE. 2007, 6615, 66150K, 12 p.Турлаев Д. Г., Долин Л. С. О наблюдении подводных объектов через взволнованную водную поверхность: новый алгоритм коррекции изображений и лабораторный эксперимент // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 3. С. 370—376.Turlaev D. G., Dolin L. S. On observing underwater objects through a wavy water surface: a new algorithm for image correction and laboratory experiment. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2013, 49, 3, 339—345.Кацев И. Л., Зеге Э. П., Прихач А. С. Характеристики качества изображения при наблюдении объекта через случайную «живую» фазовую поверхность // Весцi НАНБ. Сер. Фiз.-мат. Навук. 2000. № 3. C. 84—89.Katsev I. L., Zege E. P., Prikhach A. S. Image quality characteristics for observation of an object through a stochastic phase surface. Izv. NANB. Phys. Math. 2000, 3, 84—89 (in Russian).Вебер В. Л. Наблюдение подводных объектов через бликовые участки морской поверхности // Известия вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48, № 1. С. 38—52.Weber W. L. Observation of underwater objects through glitter parts of the sea surface. Radiophysics and Quantum Electronics. 2005, 48, 1, 34—47.Турлаев Д. Г. Нахождение вектора уклонов взволнованной водной поверхности по её изображению при квазинадирном наблюдении // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 1. С. 48—58.Turlaev D. G. Retrieval of the Vector of Water Surface Slopes by Use of It’s Image under Quasi-Nadir Observation. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2015, 8, 1, 48—58 (in Russian).Шикин Е. В., Плис А. И. Кривые и поверхности на экране компьютера. Руководство по сплайнам для пользователей. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1996. 240 с.Shikin E. V., Plis L. I. Curved surfaces on the computer screen. A guide to splines for users. Moscow, DIALOGUE—MEPI, 1996. 240 p. (in Russian).

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