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申请/专利权人：中国海洋大学

摘要：基于PTV与PIV技术的海表面小尺度流场测量方法，包括无人机拍摄校准；待测区域连续图像拍摄；PTV方法初步分析得到锋面流速；PIV方法实现高精度的海表面流场分析，得到流场各点处的物理参量；利用灰度极值法求周期，计算深水波波速；将PIV流速与波浪传播速度相减得到每一固定点处水团流速；将锋面流速、流场各点处的物理参量、水团流速进行输出，即实现了海表面小尺度流场的测量。本发明将PTV与PIV技术用于海表面小尺度流场的测量，利用无人机进行拍摄是更高效简便的手段，在小于几公里的小尺度海面实现海表面流场的可视化，提供重要的观测数据，有利于后续对海表面运动过程与海水内部其他复杂化运动过程进行研究。

主权项：1.一种基于PTV与PIV技术的海表面小尺度流场测量方法，包括以下步骤：（1）无人机拍摄校准：调节无人机拍摄参数，计算不同高度下无人机拍摄画面的实际尺寸，利用拍摄画面中已知尺寸的物体进行比较，得到校准系数，进而得到无人机拍摄画面的实际长宽与高度的对应关系；（2）待测区域连续图像拍摄：将无人机飞行至待测海面区域，调节无人机拍摄高度，固定无人机位置拍摄待测海面区域的水色图像；其特征是还包括以下步骤：（3）PTV方法初步分析：根据图像的分辨率和帧率，运用校准系数计算实际拍摄图像尺寸大小，利用PTV方法分析待测海面区域锋面移动速度；（4）PIV方法实现高精度的海表面流场分析：首先将图像中呈现的所有像素分割成m×n个窗口，根据粒子在水中不同的反光性，追踪窗口中的粒子，将每个窗口作为一个整体，利用粒子随时间的运动轨迹判断其运动状态，采用互相关算法分析出流场特征；针对表示海表面微小粒子的各个像素，运用PIVLAB软件，计算流场各点处的物理参量；（5）灰度极值法实现波浪速度的计算：利用灰度极值法求周期，利用公式，得到c与T的对应关系，计算深水波波速；（6）滤波后海表面水团流速的计算：通过所述步骤（4）得到的结果可知各固定点利用PIV方法得到的流速，又通过所述步骤（5）获得各固定点利用灰度极值法计算得到的波浪传播速度，将PIV流速与波浪传播速度相减得到每一固定点处水团流速，绘制整个图像的水团速度曲线；（7）将步骤（3）得到的锋面流速、步骤（4）得到的流场各点处的物理参量、步骤（6）得到的水团流速进行输出，即实现了海表面小尺度流场的测量；所述步骤（5）中，首先利用MATLAB计算出一段时间内拍摄的各帧图像中各个像素点的灰度值，输出数据结果及灰度图；对于图像中的任意一个固定点，将该段时间内该固定点的灰度值变化输出，利用diff语句计算固定点灰度值变化曲线的极值点个数，该步骤中对极值点个数计算时采用低通滤波进行优化，排除小概率灰度值的干扰；极值点个数近似认为该固定点的波峰个数，根据时间得到波浪传播周期，计算出该固定点处的波浪传播速度，进而得到图像中每一个固定点的波浪传播速度。

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