Восстановление характеристик ветровых волн в Атлантике по данным судовой стереосъемки
https://doi.org/10.7868/S2073667321040080
Аннотация
Стереосъемка взволнованной водной поверхности — один из наиболее результативных инструментов дистанционной оценки характеристик взволнованной поверхности. Как правило, этот метод реализуется с палуб стационарных океанографических платформ или береговых сооружений посредством двух или более откалиброванных камер. От качества калибровки камер, традиционно реализуемой путем фотосъемки тест-объекта (шахматной доски) с разных ракурсов, напрямую зависит точность восстанавливаемой по стереопарам топографии объекта. При отлаженной процедуре восстановления морской поверхности по данным калиброванной стереосистемы, значительный интерес представляет получение данных с близкой точностью с помощью некалиброванных систем. Исследованию этого вопроса на примере судовой стереосъемки в Атлантике посвящена настоящая работа. Рассматривается процесс обработки изображений с некалиброванных камер, приводятся результаты восстановления рельефов морской поверхности и пространственных спектров ветровых волн при нескольких скоростях ветра, а также анализируется практическая применимость некалиброванных систем.
Ключевые слова
дистанционное зондирование,
стереосъемка морской поверхности,
калибровка стереоизображений,
рельеф морской поверхности,
ветровое волнение,
спектр волнения
При поддержке: Работа выполнена в рамках проекта РНФ № 20–77–10081.
Об авторах
Н. А. Богатов
Институт прикладной физики РАН
Россия
Россия
603950, ул. Ульянова, д. 46, г. Нижний Новгород
А. А. Мольков
Институт прикладной физики РАН
Россия
Россия
603950, ул. Ульянова, д. 46, г. Нижний Новгород
Список литературы
1. Schumacher A., Defant A. Stereophotogrammetrische wellenaufnahmen, Volume 7. W. de Gruyter: Hamburg, Germany, 1939. 86 p.
2. Лобанов А.Н. Фотограмметрия. М.: Недра, 1984. 552 с.
3. Hartley R., Zisserman A. Multiple view geometry in computer vision. Cambridge University Press, 2004. 700 p. doi: 10.1017/CBO9780511811685
4. Shapiro L.G., Stockman G.C. Computer Vision. 3-ed edition. Prentice Hall: New Jersey, 2015. 763 p.
5. Prince S.J.D. Computer vision: models, learning, and inference. Cambridge University Press, 2012. 600 p.
6. Holthuijsen L.H. Observations of the directional distribution of ocean wave energy // J Phys Oceanogr. 1983. V. 13. P. 816–827. doi: 10.1175/1520–0485(1983)013<0191:OOTDDO>2.0.CO;2
7. Barstow S.F., Bidlot J.-R., Caires S., Donelan M.A., Drennan W.M. et al. Measuring and analysing the directional spectrum of ocean waves. COST 714. COST Office, 2005. 465 p.
8. Benetazzo A., Fedele F., Gallego G., Shih P.-C., Yezzi A. Offshore stereo measurements of gravity waves // Coast Eng. 2012. V. 64. P. 127–138. doi: 10.1016/j.coastaleng.2012.01.007
9. Guimaraes P.V., Ardhuin F., Bergamasco F., Leckler F., Filipot J.-F., Shim J.-S., Dulov V., Benetazzo A. A data set of sea surface stereo images to resolve space-time wave fields // Sci Data. 2020. V. 7. P. 145. doi: 10.1038/s41597–020–0492–9
10. Shemdin O.H., Tran H.M., Wu S.C. Directional measurements of short ocean waves with stereography // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. P. 13891–13901.
11. Banner M.L., Jones S.F., Trinder J.C. Wavenumber spectra of short gravity waves // J. Fluid Mech. 1989. V. 198. P. 321– 344. doi: 10.1017/S0022112089000157
12. Shemdin O.H., Tran H.M. Measuring short surface waves with stereography // Photogramm. Eng. Remote Sens. 1992. V. 58. P. 311–316.
13. Benetazzo А. Measurements of short water waves using stereo matched image sequences // Coastal Engineering. 2006. V. 53, N 12. P. 1013–1032. doi: 10.1016/j.coastaleng.2006.06.012
14. Косник М.В., Дулов В.А., Малиновский В.В., Смолов В.Е., Погребной А.Е. Оценка двумерных пространственных спектров коротких волн с помощью стереофотосъемки // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2009. № 19. С. 401–414.
15. Косник М.В., Дулов В.А. Двумерные пространственные спектры коротких ветровых волн в натурных условиях // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. № 21. С. 103–116.
16. Yurovskaya M.V., Dulov V.A., Chapron B., Kudryavtsev V.N. Directional short wind wave spectra derived from the sea surface photography // J. Geophys. Res. 2013. V. 118, N 9. P. 4380–4394.
17. Баханов В.В., Демакова А.А., Кориненко А.Е., Рябкова М.С., Титов В.И. Оценка спектров ветровых волн с длинами волн от сантиметров до метра по изображениям поверхности моря // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3. С. 192–205. doi: 10.22449/0233–7584–2018–3–192–205
18. Jähne B., Schmidt M., Rocholz R. Combined optical slope/height measurements of short wind waves: principle and calibration // Measurement Science and Technology. 2005. V. 16, N10. P. 1937–1944. doi: 10.1088/0957–0233/16/10/008
19. 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.
20. Jähne B., Klinke J., Waas S. Imaging of short ocean wind waves: a critical theoretical review // J. Opt. Soc. Am. A. 1994. V. 11. P. 2197–2209. doi: 10.1364/JOSAA.11.002197
21. Campbell A.J., Bechle A.J., Wu C.H. Observations of surface waves interacting with ice using stereoimaging // J. Geophys. Res. Oceans. 2014. V. 119. P. 3266–3284. doi: 10.1002/2014JC009894
22. Guimarães P.V., Ardhuin F., Sutherland P., Accensi M., Hamon M., Pérignon Y., Thomson J., Benetazzo A., Ferrant P. A surface kinematics buoy (SKIB) for wave–current interaction studies // Ocean Sci. 2018. V. 14. P. 1449–1460. doi: 10.5194/os-14–1449–2018
23. Benetazzo A., Barbariol F., Bergamasco F., Torsellob A., Carniela S., Sclavo M.A. Stereo wave imaging from moving vessels: Practical use and applications // Coast. Eng. 2016. V. 109. P. 114–127. doi: 10.1016/j.coastaleng.2015.12.008
24. Ma Y., Soatto S., Kosecka J., Shankar Sastry S. An invitation to 3-D vision: from images to geometric models. Springer-Verlag New York, 2004. doi: 10.1111/j.0031–868x.2004.295_2.x
25. Open Source Computer Vision Library (OpenCV) URL: http://opencv.org/ (дата обращения: 24.04.2021).
26. MathWorks Computer Vision Toolbox. URL: https://www.mathworks.com/products/computer-vision.html (дата обращения: 24.04.2021).
27. Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N 15. P. 781–796.
Рецензия
Для цитирования:
Богатов Н.А., Мольков А.А. Восстановление характеристик ветровых волн в Атлантике по данным судовой стереосъемки. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021;14(4):90-97. https://doi.org/10.7868/S2073667321040080
For citation:
Bogatov N.A., Molkov A.A. Retrieval of wind-driven waves in the Atlantic Ocean by stereo imagery. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2021;14(4):90-97. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S2073667321040080
Просмотров:
103
Послать статью по эл. почте 