Подводное изображение морской поверхности как источник информации о ветровом волнении и оптических свойствах воды

• Автор: Мольков, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОДВОДНОГО ОПТИЧЕСКОГО
ИЗОБРАЖЕНИЯ ВЗВОЛНОВАННОЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
§1.1 Модель мгновенного изображения взволнованной поверхности
Изображение подводной солнечной дорожки в пренебрежении вкладом
рассеянного света в видимую яркость поверхности
Изображение круга Снсллиуса
§1.2 Модель статистически среднего (накопленного) изображения
взволнованной поверхности
Накопленное изображение подводной солнечной дорожки
Накопленное изображение круга Снеллиуса
§ 1.3 Модель коэффициента пространственной корреляции изображения
подводной солнечной дорожки
Основные результаты главы
ГЛАВА 2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ
ИЗОБРАЖЕНИЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
§ 2.1 Моделирование рельефа взволнованной морской поверхности
§ 2.2 Моделирование мгновенных изображений подводной солнечной дорожки и статистических моментов ее изображения в пренебрежении
вкладом рассеянного света в видимую яркость поверхности
§2.3 Моделирование изображений подводной солнечной дорожки с учетом
многократного рассеяния свега в воде
Изображение Солнца, наблюдаемого через гладкую поверхность и толщу

Изображение Солнца, искаженного одномерной синусоидальной
поверхностной волной
Накопленное изображение подводной солнечной дорожки
§2.4 Моделирование изображения круга Снеллиуса
Мгновенное изображение

Накопленное изображение
Основные результаты главы
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ ПО ПОДВОДНЫМ
ИЗОБРАЖЕНИЯМ ПОВЕРХНОСТИ
§ 3.1 Определение дисперсии уклонов поверхности по накопленному
изображению подводной солнечной дорожки
§ 3.2 Определение дисперсии уклонов поверхности по искажениям границы
круга Снеллиуса
§ 3.3 Определение коэффициента пространственной корреляции уклонов
поверхности
§ 3.4 Определение коэффициента пространственной корреляции кривизны
поверхности и дисперсии ее кривизны
§ 3.5 Определение показателя ослабления воды
§ 3.6 Определение показателя рассеяния воды
Основные результаты главы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ
ИЗОБРАЖЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ
§ 4.1 Натурный эксперимент на Черном море, г. Геленджик, 2010г
§ 4.2 Натурный эксперимент на Горьковском водохранилище, 2011 г
§ 4.3 Натурный эксперимент на Черном море, Крым, 2012т
§ 4.4 Методика обработки натурных изображений
§ 4.5 Определение дисперсии уклонов поверхности по накопленному
изображению подводной солнечной дорожки
§ 4.6 Определение дисперсии уклонов поверхности по величине искажений
границы круга Снеллиуса
§ 4.7 Определение показателя ослабления воды
Основные результаты главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. УРАВНЕНИЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЛУЧА НА ВЗВОЛНОВАННОЙ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ПРИМЕНИМОСТИ ЗАКОНА БУГЕРА ДЛЯ ОПИСАНИЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ЯРКОСТИ НАКОПЛЕННОГО
ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОДВОДНОЙ СОЛНЕЧНОЙ ДОРОЖКИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

излучения по сравнению с нисходящим видимая яркость гладкой морской поверхности вне круга Снеллиуса оказывается сравнительно малой.
Волнение случайным
образом искажает круг Снеллиуса: внутри него появляются темные пятна, а снаружи — светлые.
Причину их появления поясняет рис. 1.9, на котором вектор пХп показывает направление на границу невозмущенного круга Снеллиуса, а вектора п+ и п_ - направления на светлое и темное пятна, возникающие на поверхности под влиянием волнения. Как показано на рисунке, светлые пятна за пределами невозмущенного круга Снеллиуса появляются в местах поверхности с положительным радиальным уклоном (уклоном в сторону горизонта), через которые наблюдатель видит фрагменты небосвода. А темные пятна внутри невозмущенного круга Снеллиуса появляются на элементах поверхности с отрицательным радиальным уклоном, через которые небосвод не виден. С помощью закона Снеллиуса нетрудно убедиться в том, что наблюдение неба через элемент поверхности с полярным углом > 9Sn = arcsin(l / т) становится возможным тогда, когда уклон поверхности в этой точке удовлетворяет условию
sin 9. - лГ
п>-——а—.
cos i9+
а проникновение света неба через элемент поверхности с полярным углом 9_ < <9Л,„ прекращается при условии
т~' - sin
~71> —
cos А
Приведенные формулы говорят о том, что контуры светлых и темных пятен в окрестности границ круга Снеллиуса очерчивают участки поверхности, на которых уклон превышает определенное значение, зависящее от положения
светлые пятна за пределами круга Снеллиуса и темные пятна внутри него.