[发明专利]基于PTV与PIV技术的海表面小尺度流场测量方法

权利要求书

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。

2.如权利要求1所述的基于PTV与PIV技术的海表面小尺度流场测量方法，其特征是在所述步骤（1）的校准阶段通过多次测量，取不同尺寸的画面进行校准，以减小误差。

3.如权利要求1所述的基于PTV与PIV技术的海表面小尺度流场测量方法，其特征是所述步骤（3）具体方法是根据所拍摄图像的灰度值大小确认锋面位置，根据时间帧数确认实际时间，计算一段时间内锋面移动的实际距离与对应实际时间的比值，即海表面处锋面流速。

4.如权利要求1所述的基于PTV与PIV技术的海表面小尺度流场测量方法，其特征是所述步骤（5）中，利用公式得到c与T的对应关系为c=1.56T。