Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Перенос изображения через взволнованную водную поверхность: физическое моделирование

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Перенос изображения через взволнованную водную поверхность: физическое моделирование"

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

___— На правах рукописи

Савченко Виктор Владимирович

ПЕРЕНОС ИЗОБРАЖЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЗВОЛНОВАННУЮ ВОДНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ: ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Специальность 25.00.28 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2009

г

о - •' п-

003471400

Работа выполнена в институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН Научный руководитель

Доктор физико-математических наук Левин Иосиф Маркович Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Чаликов Дмитрий Викторович Доктор технических наук Алешин Игорь Владимирович

Ведущая организация институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН), Нижний Новгород

Защита состоится/

дата, время

на заседании диссертационного совета Д 212.197.02 в Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98.

С1 диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан •ю, 05] WOB г,

дата

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

профессор В.Н. Воробьев

Актуальность темы

Происходящий в наше время процесс освоения Мирового океана определил в последние годы бурное развитие средств наблюдения за подводными объектами. Область применения таких средств чрезвычайно широка. Это, прежде всего, изучение Мирового океана как источника естественных материальных ресурсов, необходимых для жизни человека, поиск и разработка месторождений нефти, газа, железных руд и других полезных ископаемых, богатейшие запасы которых накопленных в море; обнаружение загрязнений толщи моря; рыбный промысел, изучение и добыча биологической продукции моря, в частности, морских водорослей, кораллов. Системы наблюдения используются также при строительстве подводных сооружений, для поиска затонувших кораблей, мин, торпед и подводных лодок, при аварийно-спасательных работах и в целом ряде других работ и научных исследований Мирового океана. Значение работ с применением систем наблюдения за подводными объектами очень велико. Поэтому большое внимание уделяется исследованиям, направленным на оптимизацию таких систем и улучшению их характеристик: увеличению их дальности действия, качества изображения, производительности.

Реальные средства наблюдения подводных объектов могут устанавливаться на подводных носителях, на кораблях, самолетах или спутниках. В трех последних случаях наблюдение ведется через поверхность моря, почти всегда взволнованную. Во всех случаях основной причиной ограничения дальности видимости подводного объекта является поглощение и рассеяние излучения в воде. Взволнованная поверхность моря является источником дополнительных шумов, возникающих из-за флуктуаций поступающего на приемник излучения от наблюдаемого подводного объекта, толщи воды и самой поверхности. Другая причина ухудшения качества изображения объекта, наблюдаемого через взволнованную поверхность моря, - это искажения изображения, возникающие из-за преломления отраженного от объекта света на участках поверхностных воли, имеющих случайный

наклон. Когда время, за которое формируется изображение (время накопления сигнала), невелико (гораздо меньше периода поверхностного волнения), а именно так обстоит дело в реальных средствах наблюдения, установленных на авиа-носителях, структура таких мгновенных изображений может сильно отличаться от структуры наблюдаемого объекта. Изображение дробится, в нем появляются разрывы, информация о его структуре полностью утрачивается.

Для решения задачи оптимального построения систем наблюдения подводных объектов, улучшения качества изображения и увеличения производительности поиска необходимы теоретические и экспериментальные исследования проблемы видения подводных объектов, как с помощью подводных систем наблюдения, так и систем, работающих через взволнованную поверхность. Наиболее полное и последовательное изложение теории видения морского дна через взволнованную поверхность при естественном освещении, устанавливающей зависимости характеристик изображения от параметров системы видения, состояния поверхности и первичных гидрооптических характеристик (ГГГХ) и представляющей рекомендации по оптимальной траектории полета авиа-носителя по отношению к положению Солнца и направлению ветра, содержится в монографии [1].

Однако, эти результаты - только часть решения задачи. Поэтому сейчас на повестку дня ставится задача уменьшения искажений изображения подводных объектов, наблюдаемых через взволнованную поверхность моря.

В самое последнее время появился ряд работ, в которых рассматриваются различные теоретические аспекты задачи коррекции изображений, искаженных поверхностным волнением, в предположении, что известна полная или частичная информация об уклонах поверхности [2-3]. Однако, экспериментальных работ по коррекции искаженного волнением изображения, подтверждающих теоретические результаты, насколько нам известно, не было.

Основные задачи диссертационной работы:

- Разработка экспериментального комплекса для проведения модельных экспериментов по переносу изображения через взволнованную водную поверхность.

- Проведение экспериментов по изучению характеристик волнового процесса в бассейне, измерению и анализу частотно-контрастных характеристик системы «вода + взволнованная поверхность».

-Разработка имитационной модели волнового процесса в бассейне для изучения переноса изображения объекта через взволнованную поверхность и апробации методов коррекции.

-Разработка алгоритмов и программ анализа изображений объекта и методов коррекции искажений, вызванных волнением.

-Проведение лабораторных экспериментов по коррекции искажений изображения для различных типов объекта.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые экспериментально исследован перенос изображения через взволнованную поверхность и впервые на лабораторном бассейне успешно осуществлена коррекция искажений изображения подводного объекта, вызванных случайным преломлением излучения на взволнованной границе раздела вода - воздух. Коррекция осуществлена на основе впервые предложенного метода определения уклонов волн с помощью дополнительного источника параллельного светового пучка. Проведенные исследования являются основой для дальнейшей теоретической и экспериментальной разработки оптимальных методов коррекции, наиболее простых и наиболее пригодных для их реализации в натурных условиях.

Практическое использование результатов работы может быть осуществлено при проектировании фото-, кино- и телевизионных систем наблюдения, установленных на воздушных носителях для усовершенствования их параметров при их применении во многих задачах исследования и изучения Мирового океана. Особенная важность и

актуальность решения задачи коррекции определяется тем, что применение авиа- и спутниковых систем видения значительно повышает производительность поиска подводных объектов, т.е. площадь, просматриваемую в единицу времени, а значит и приводит к существенной экономии топлива и других ресурсов по сравнению с наблюдением с корабля или подводного аппарата.

На защиту выносятся следующие положения:

• Методика и результаты лабораторных экспериментов по моделированию переноса изображения через взволнованную водную поверхность.

• Метод и алгоритм коррекции искажений изображения, основанные на измерениях уклонов поверхности с помощью дополнительного источника параллельного светового пучка.

• Результаты коррекции изображения, искаженного преломлением света на границе взволнованной поверхности, в лабораторных условиях.

Апробация работы и публикации:

Результаты исследований, отраженных в диссертации, опубликованы в 19 статьях и докладывались на 11 международных и одной всероссийской конференциях: 5-я, 6-я, 7-я и 8-я Международные конференции «Прикладная оптика», Санкт-Петербург, 2000, 2004, 2006 и 2008 гг.; Международная конференция «Physical Processes in Natural Waters», Иркутск, 2000г.; 1-я, 2-я, 3-я и 4-я Международные конференции "Current Problems in Optics of Natural Waters", Санкт-Петербург, 2001, 2003, 2005 и 2007 гг.; Симпозиум стран СНГ "Атмосферная радиация", Санкт-Петербург, 2002г.; Юбилейная Всероссийская научная конференция «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы», Москва, 2002 г.; 9-я Международная конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики", Санкт-Петербург, 2008.

Личный вклад автора:

Все приведенные в диссертации алгоритмы и программы коррекции и все эксперименты по переносу изображения и коррекции искажений разработаны и проведены лично автором. В разработке и проектировании лабораторно-модельной установки (ЛМУ) и разработке приборов для изучения параметров волнения принимали участие В.Ю. Осадчий и О.Н. Французов. В теоретических разработках методов коррекции принимали участие И.М. Левин и В.Ю. Осадчий. В некоторых экспериментах принимали участие В.Ю. Осадчий, Н.И. Рыбалка и О.Н.Французов.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Работа изложена на 89 страницах, включающих 20 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 93 наименований.

Краткое содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, определена цель и решаемые задачи, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится общее описание экспериментального комплекса ЛМУ, основой которой является ветро-волновой бассейн. Длина бассейна - 155 см, ширина - 117 см, высота боковой стенки - 30 см. Волнение генерируется волнопродуктором, составленным из четырех вентиляторов.

Над центральной точкой водной поверхности на стальной мостовой конструкции закреплено координатно-поворотное устройство, позволяющее закреплять различные источники света и фотоприемники. Установка оборудована двумя осветителями - для освещения снизу диффузным светом тест-объектов, размещенных под днищевым иллюминатором, и для

освещения поверхности воды параллельным пучком света сверху. Применение калиброванных фильтров для изменения спектра светового потока позволяет различить излучение днищевого и поверхностного осветителей.

В качестве приемников излучения использовались на разных этапах работы ТВ - комплекс либо цифровая фотокамера.

Для контактного измерения возвышений взволнованной водной поверхности использован косвенный метод измерения проводимости воды между параллельными металлическими электродами, опущенными в воду. Синхронное измерение уровня в нескольких фиксированных точках, позволяет вычислить не только спектр возвышений волнения, но и спектр, а также функцию распределения уклонов.

Оптический метод позволяет измерять наклоны волн по отклонению изображения диффузного точечного источника на снимке.

Вторая глава посвящена вычислению вероятностных характеристик ветрового волнения, генерируемого в опытном бассейне. Цель этих работ заключается в том, чтобы получить параметры для численной имитационной модели волнового процесса в бассейне.

В параграфе 2.1. исследовалась зависимость параметров распределения уклонов от скорости воздушного потока для определения интервала скоростей воздушного потока, при которых дисперсия уклонов волнения линейно связана со скоростью ветра, так же как и в распределении Кокса-Манка.

В параграфе 2.2 описаны алгоритмы и результаты вычисления вероятностных характеристик возвышений взволнованной поверхности по данным, измеренным с помощью контактного волнографа.

Анализ полученных оценок частотного спектра волнения показывает наличие двух хорошо различимых систем волнения. Система 1 характеризуется очень узким спектром и сформировалась как результат

неравномерности воздушного потока и отражения волн от стенок бассейна. Система 2 представляет собой ветровые волны с более широким спектром.

Рабочий диапазон частот от 2 до 30 Гц.

В параграфе 2.3 приведены алгоритмы и результаты расчета оценок вероятностных характеристик уклонов, полученных по данным контактных измерений возвышений синхронно в четырех точках и измерений уклонов оптическим методом.

Оценка уклонов, полученная по синхронным измерениям возвышений в четырех точках вычисляется как отношение конечных разностей к расстоянию между датчиками.

По разностям синхронных измерений построена гистограмма уклонов. Оценка среднеквадратического уклона составляет с, =7.6° и аг= 4.2°.

Для определения уклонов оптическим методом использовался светящийся тест-объект диаметром 2 мм. В процессе накопления сигнала формируется размытое изображение, двумерное распределение яркости в котором повторяет, в некотором масштабе, двумерную функцию распределения плотности вероятности уклонов. Оценка среднеквадратичного отклонения уклонов водной поверхности для направления вдоль действия ветра составила сг:ш =9.3°, а для перпендикулярного направления - <гт|г =5.3°.

В главе 3 описана имитационная модель волнового процесса в бассейне. Данная модель будет использована при разработке и апробации метода коррекции изображения, искаженного взволнованной водной поверхностью. Имитационная модель состоит из следующих компонентов: аппроксимации частотного спектра водной поверхности, дисперсионное соотношение для гравитационно-капиллярного диапазона, угловое распределение энергии в двумерном спектре и случайная равномерно-распределенная фаза волны. Изменение во времени формы поверхности моделируется сдвигом фаз за заданный период времени.

Входными параметрами для расчета частотного спектра возвышений являются дисперсия возвышений £>,, частота спектрального максимума и наклон равновесного участка спектра, определяемый параметром т. Для аппроксимации спектра возвышений волнения используется формула

5((/) = а/ехр[1-/|, ' (1)

где о = ^ / Г / ехР[1 - /\у, 7 = (///„)"", /- частота в Гц, от =5.

*(/) = 7- (2)

Широко распространенная в океанологии аппроксимация спектра ветрового волнения Пирсона - Московитца, которая создавалась и хорошо работает для гравитационного диапазона частот волн на океанских просторах, не работает в условиях бассейна ограниченных размеров.

В параграфе 3.2 описывается аппроксимация дисперсионного отношения, которое используется для перехода к спектру возвышений по волновым числам, рассчитанного по данным синхронных измерений многострунным контактным волнографом:

4л-

где Бхф - спектральная плотность наклонов в направлении оси X, Буф -спектральная плотность наклонов в направлении оси У.

Дисперсионное отношение для гравитационно-капиллярного диапазона частот ветровых волн /(к) совпадает с оценкой (2) только на участке частот энергонесущего максимума. Весь диапазон частот аппроксимируется формулой, учитывающей эффект Доплера для мелких волн распространяющихся на поверхности более длинных и зависящей от разности волновых чисел.

2к-ц-а{к~кт):

Як) = /'(к) + /.

(3)

К

где и = - средний квадрат отклонения возвышений, ц=0.9- эмпирический параметр.

Четвертая глава посвящена измерениям частотно контрастной характеристики (ЧКХ) взволнованной поверхности. ЧКХ, рассчитанная по накопленному изображения точечного источника, полученному в бассейне ЛМУ, совпадает формулой Мулламаа, полученной как преобразование Фурье от нормального распределения уклонов:

\Н(к',2,сг] = ехр[-0.5£222сг2(1 -1/п)2] (4)

В эксперименте отсчеты снимаются по сечениям, проходящим через центр изображения, который определяется по изображению точечного объекта на спокойной воде. Для сечений, проведенных через 25°, рассчитывался пространственный спектр для нормированных пространственных частот V = гк. Максимальная дисперсия уклонов имеет значение среднеквадратического уклона атс1х=7.8\ и соответствует направлению действия ветра на ЛМУ, минимальная а=4.9

В параграфе 4.2 экспериментально проверяется теоретическая предпосылка, что ЧКХ системы «мутная среда - взволнованная поверхность - система наблюдения» при большом времени наблюдения может быть представлена в виде произведения частотно-контрастных характеристик составляющих систему элементов. Поскольку ЧКХ собственно системы наблюдения близка к 1, то должно соблюдаться равенство:

ЧКХСИСТ=ЧКХС-ЧКХ„, (5)

где ЧКХСИСГ, ЧКХС ,ЧКХ „ - ЧКХ системы, мутной среды и взволнованной поверхности соответственно. Соблюдение соотношения (8) является одним из критериев качества моделирования.

Были получены изображения синусоидальной миры при наблюдении через четыре варианта искажающей среды: 1 - водопроводная вода без волнения; 2 - водопроводная вода с волнением; 3 - водопроводная вода с добавлением рассеивающей среды (молока) без волнения; 4 - то же с волнением. ЧКХ определялось как отношение контрастов на выходе и входе системы, выражаемых как К=(В¡-Вг)/(В 1+В2), где В, и В2 - максимальная и минимальная яркость в изображении. В результате обработки данных

11

получены следующие значения ЧКХ на пространственной частоте 25 м"1 для четырех перечисленных выше сред: Ki = 0.704; К2 = 0.161; К3 = 0.556; К4 = 0.125. Таким образом, для нашего эксперимента ЧКХ волнения ЧКХа=К2/ К, = 0.229; ЧКХ мутной среды ЧКХС = К 3/ К, = 0,790; ЧКХ системы (волнение + мутная среда) ЧКХС„ОТ = К4 /К] = 0.178. Таким образом, К„- Кс = 0.229 • 0.790 = 0.181, т.е. соотношение (12) выполняется с точностью 2 %, что, конечно, лежит в пределах точности измерений.

Этот результат свидетельствует о надёжности моделирования

В главе 5 описывается метод коррекции изображений, состоящий в использовании информации о пространственном распределении уклонов

поверхности. При наличии волнения свет из точки объекта rt (рис.1) поступает в точку приема по лучу 1 и попадает на тот элемент фотодетектора (г,''), на который в отсутствии волнения проецируется точка объекта г0 (рис. 1). Искажения возникают из-за того, что система воспринимает точку г/ как точку Гд. Для устранения этих искажений элемент изображения, образованный лучом 1, нужно переместить на то место (г2 ), куда проецируется точка

Г; в случае плоской границы раздела вода/воздух (на элемент изображения, образуемый лучом 2). При известной геометрии эксперимента по координатам каждого из бликов находится величина уклона точки

Плоскость регистратора

Рис.1. Схема наблюдения через взволнованную поверхность

поверхности, от которой в объектив попал отраженный свет. Пользуясь законом преломления, находим элемент объекта п, луч 1 от которого попадает в точку изображения г, = //1Х, где / - фокусное расстояние объектива, ¡и - горизонтальная составляющая единичного вектора j направления луча 1 после преломления на данном уклоне. Для плоскости, в которой происходит преломление, получаем:

_ Г, + а?(1-1Г1) Ъ + г/п

Из уравнения (6) находим значение г1 Далее, элемент изображения го точки /I1 перемещается в точку г2'=/ у2х, где

(7>

в которую попал бы элемент г/ после преломления на плоской поверхности (луч 2). Если иметь распределение уклонов по всей поверхности, можно полностью восстановить изображение, корректируя его поточечно. Рисунок 1 относится к случаю, когда плоскость, содержащая нормаль к уклону, и попадающий в приемник луч от объекта совпадает с вертикальной плоскостью. В общем случае положение этой плоскости в пространстве зависит от вектора уклона волны.

Метод, использованный в нашем эксперименте, заключается в том, что уклон в ограниченном количестве точек определяется с помощью дополнительного источника пучка параллельного света, освещающего участок поверхности, через который передается изображение объекта. Обработка бликовой картины при известном направлении падения луча дополнительного источника позволяет (пользуясь только условием равенства углов падения и отражения) получить значения вектора уклона ц в области блика. Для каждого мгновенного изображения информация об уклонах использовалась для коррекции некоторых фрагментов изображения, а коррекция всего изображения осуществлялась в результате суммирования (накопления) серии частично скорректированных мгновенных изображений.

Дальнейший эксперимент показал, что на каждой фотографии отношение количества точек, отраженных от поверхности, к количеству точек объекта равно приблизительно 0.3%. Для восстановления изображения соответственно требуется несколько сот снимков.

Источники, освещающий объект, и дополнительный источник параллельного пучка света, освещающий поверхность, разнесены по спектру. Это позволяет различить на снимке их лучи. В эксперименте использовались две схемы освещения. В первой красный свет дополнительного источника параллельного пучка, выделяемый светофильтром КС-18, освещал поверхность, а сине-зеленый применялся для диффузного освещения объекта (светофильтр СЭС-23). Во второй схеме в качестве источника диффузного света использовалась галогенная лампа, имеющая максимум яркости в красной части видимого света. Поэтому для освещения поверхности применялся синий светофильтр СС-15.

В главе 6 изложены результаты экспериментов по коррекции искажений изображения подводного объекта. В параграфе 6.1 метод восстановления изображения проверяется на основе численной модели переноса изображения через взволнованную поверхность.

В параграфе 6.2 приводятся результаты трех серий экспериментов по коррекции изображения черно-белой миры (растра). Каждая серия отличается параметрами съемки, схемой освещения и длительностью ряда наблюдения. Третья серия состоит из 657 фотографий. В качестве объекта используется растр — черно-белая мира с линейным изменением периода вдоль одной из осей от 4 до 40 мм. Вторая схема освещения была выбрана для проверки возможного улучшения качества изображения за счет уменьшения выдержки до 1/1250с, для чего в качестве диффузного осветителя использовалась галогенная лампа мощностью 500 Вт. Изображение растра наглядно демонстрирует разницу между скорректированным изображением (рис.2г) и накопленным без коррекции (рис.1 в), на котором различимы только крупные фрагменты.

На рисунке 2г четко прослеживаются мелкие детали, такие которые не удастся увидеть на накопленном изображении. Этот вывод подтверждается видом ЧКХ (рис.2д - пунктирная линия). При относительной пространственной частоте более 14 контраст деталей и качество корректированного изображения значительно выше, чем в накопленном изображении без коррекции

В Заключении сформулированы основные результаты полученные в работе.

Рис, 2 Изображение объекта в виде растра; а - при спокойной поверхности, б - притер мгновенного изображения при взволнованной поверхности, в - накопленное бе: коррекции, г - восстановленное, д - частотно контрастная характеристика для накопленного изображения миры (сплошнаялиния), вычисленная по формуле (7) для среднеквадратичного уклона 0-7.6" (штрихованная линия), и рассчитанная по восстановленно гиу изображению миры (пунктирнаялиния).

Основные результаты работы

1. Усовершенствована лабораторно-модельная установка (ЛМУ) для изучения переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность.

2. Разработана конструкция многострунного контактного волнографа и алгоритмы и программы для синхронной регистрации и обработки данных. Проведены несколько серий наблюдений возвышений взволнованной поверхности контактным волнографом и проведены расчеты их вероятностных характеристик.

3. Разработана методика регистрации уклонов ветровых волн оптическим методом. Проведены измерения уклонов поверхности в точке и вычислены оценки функции распределения уклонов волн и ее моменты.

4. Выполнена аппроксимация дисперсионного соотношения, рассчитанного по данным контактных измерений. Создана имитационная модель движущейся волны.

5. Экспериментально исследованы ЧКХ взволнованной поверхности, воды и системы (вода + поверхность). Результаты экспериментов подтвердили теоретические соотношения между этими характеристиками и могут рассматриваться как один из критериев надежности моделирования.

6. Разработан метод восстановления искажений изображения основанный на синхронном получении с помощью цифровой камеры, совмещенных: бликовой картины поверхности и мгновенного искаженного изображения. Обработка бликовой картины позволяет определить уклоны поверхности в ограниченном числе точек, а по этим уклонам восстановить фрагменты изображения. Полное скорректированное изображение формируется накоплением частично скорректированных фрагментов.

7. На имитационной модели волнового процесса в бассейне исследованы методы восстановления изображения для случаев, когда известно распределение уклонов по всей поверхности и когда уклоны

известны в бликовых точках и коррекция выполняется за счет накопления фрагментов изображения.

8. Проведены серии наблюдений искажений изображения разных тестовых объектов, различной длительности, с различными параметрами регистрации и для различных условий освещения. Выполнена коррекция наблюденных изображений по предложенному методу. Для каждой серии рассчитаны ЧКХ восстановленных изображений и проведено сравнение с ЧКХ поверхностного волнения, рассчитанному по накопленному изображению. Качество восстановленного изображения значительно превышает качество искаженного изображения и близко к изображению объекта, полученному через гладкую поверхность воды.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Труды конференций

1. Osadchy V., Levin I., Savchenko V., Frantsuzov О. (2000). Laborotory-modelling installation for study of light and image transfer through wavy water surface, Proceedings of 5 Workshop on Physical Processes in Natural Waters, (pp. 68-71). Irkutsk: RAS.

2. Левин И.М., Осадчий В.Ю., Савченко B.B., Французов О.Н. (2000). Лабораторная установка для изучения переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность, Международная конф. «Прикладная оптика 2000». 1, pp. 195-196.

3. Savtchenko V., Frantsuzov О., Sergei О. (2001). Dispersion relation for short gravity and capillary waves. Proceedings of the International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters" (ONW'2001), I. Levin and G. Gilbert, Editors, Proceedings of D.S. Rozhdestvensky Optical Society, St. Petersburg, Russia, pp.201-204.

4. Osadchy V., Levin I., Savtchenko V., Frantsuzov O. (2001),. Contrast and image transfer through wave-roughened water surface: a laboratory study. Proceedings of the International Conference "Current Problems in Optics of

Natural Waters" (ONW'2001), Iosif Levin and Gary Gilbert, Editors, Proceedings of D.S. Rozhdestvcnsky Optical Society, St. Petersburg, Russia, pp. 188-193.

5. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Савченко B.B., Французов О.Н. (2002). Лабораторное исследование переноса излучения и изображения поверхностью воды, покрытой высокочастотным ветровым волнением, Труды международного симпозиума стран СНГ "Атмосферная радиация" (МСАР-02). (стр. 140-141). СПб.

6. Левин И.М., Осадчий В.Ю., Радомысльская Т.М., Савченко В.В., Французов О.Н. (2002). Теоретическое и экспериментальное исследование проблемы дистанционного зондирования и видения дна, взволнованной поверхности и поверхностных загрязнений. Материалы Юбилейной Всероссийской научной конференции «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы», (стр. 33-34). Москва: МГУ

7. Levin I., Frantsuzov О., Osadchy V., Radomyslskaia Т., Savtchenko V. (2003). The instrument for in situ measurement of attenuation coefficient in coastal waters. Proceedings of the И International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters" (ONW'2003), Iosif Levin and Gary Gilbert, Editors, Proceedings of D.S. Rozhdestvensky Optical Society,St. Petersburg, Russia, pp. 284-288

8. Левин И.М, Французов O.H., Осадчий В.Ю.Р., Радомысльская Т.М., Савченко В.В., Зеленский В.В., Колобков B.C. (2004). Погружаемый прибор для измерения показателя ослабления в прибрежных водах. Сборник трудов VI международной конференции «Прикладная оптика». Санкт-Петербург, стр. 462-463.

9. Savtchenko V., Osadchy V, Frantsuzov О. (2005). Retrieval of the image distorted by the rough sea surface. Proceedings of the International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters" (ONW'2005), Iosif Levin and Gary Gilbert, Editors, Proceedings of D.S. Rozhdestvensky Optical Society, St. Petersburg, Russia, pp.369-371.

10. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Савченко В.В. (2006).Экспериментальные лабораторные исследования флуктуаций светового поля, трансформированного взволнованной водной поверхностью. Международный симпозиум стран СНГ "Атмосферная радиация" (МСАР-2006), С-Пб, с. 126-127.

11. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Французов О.Н., Савченко В.В. (2006). Лабораторная установка для исследования переноса изображения через взволнованную водную поверхность, Труды 7-ой международной конференции «Прикладная Оптика - 2006».том 3, СПб. стр. 304-308

12. Савченко В.В. (2008). Оценка передаточной функции взволнованной поверхности по данным эксперимента на лабораторно-модельной установке. Труды VIII Международ, конференции «Прикладная оптика-2008», Санкт-Петербург, т.1, стр. 102-106.

13. Osadchy V. Ju., Savchenko V. V., Levin I. M., Frantsuzov O.N., Rybalka N.N. (2007). Correction of image distorted by wavy water surface: laboratory experiment, Proceedings of the IV International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters" (ONW'2007), N. Novgorod, pp. 91-93.

14. Савченко B.B., Осадчий В.Ю., Левин И.М. (2008). Эксперимент по компенсации искажений изображения подводного объекта, вызванных поверхностным волнением. Труды 9 Международной конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики", Санкт-Петербург, с. 363-366.

15. Савченко В.В. (2008). Оценка передаточной функции взволнованной поверхности по данным эксперимента на лабораторно-модельной установке. Труды VIII Международ, конференции «Прикладная оптика-2008», Санкт-Петербург, т.1, стр. 102-106.

Статьи в рецензируемых научных сборниках:

16. V. Osadchy, V. Savtchenko, О. Frantsuzov, N. Rybalka, Image transfer through a rough water surface: laboratory experiments. In: Current Research on Remote Sensing, laser Probing, and Imagery in Natural Waters, edited by I.M.Levin. G.D. Gilbert, V.I. Haltrin, and C. Trees. Proceeding of SPIE Vol. 6615, 2007,66150M (8 pages).

Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК

17. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Савченко В.В., Французов О.Н. (2004). Лабораторно-модельная установка для исследования переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность. Океанология , 44 (1), 154-159.

18. Савченко В.В., Осадчий В.Ю., Левин И.М. (2008). Коррекция изображений подводных объектов, искаженных поверхностным волнением. Океанология, 48(5), 28-31.

19. Levin I., Savchenko V., Osadchy V. (2008) Correction of an image distorted by a wavy water surface: laboratory experiment. Applied Optics, 47 (35), 6650-6655.

Цитированная литература

1. DolinL., Gilbert G., Levin I., Luchinin A. (2006). Theory of imaging through wavy sea surface (monograph). N.Novgorod: Institute of Applied Physics.

2. Вебер В.Л. (2005). Наблюдение подводных объектов через бликовые участки морской поверхности. Известия вузов, Радиофизика , 48 (1), 38-52.

3. Долин Л.С., Лучинин А.Г., Турлаев Д.Г. (2004). Алгоритм восстановления изображений подводных объектов, искаженных поверхностным волнением. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 40 (6), 842-850.

Отпечатано с готового оригинал-макета в ЦНИТ «АСТЕРИОН» Заказ № 135. Подписано в печать 07.05.2009 г. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/16. Объем 1,25 п. л. Тираж 100 экз.

Санкт-Петербург, 193144, а/я 299, тел. /факс (812) 275-73-00, 275-53-92, тел. 970-35-7

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Савченко, Виктор Владимирович

Введение.

1. Лабораторно - модельная установка (ЛМУ) для изучения переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность.

1.1. Общее описание экспериментального комплекса ЛМУ.

1.2. Источники и приемники излучения; тест объекты.

1.3. Средства измерения параметров волнения.

1.4. Средства измерения оптических характеристик воды.

2. Характеристики волнения, генерируемого в бассейне ЛМУ.

2.1. Генерация волн воздушным потоком.

2.2. Вероятностные характеристики возвышений взволнованной поверхности.

2.3. Вероятностные характеристики уклонов волн.

3. Численная имитационная модель волнового процесса в бассейне ЛМУ.

3.1. Имитационная модель движущейся волны.

3.2. Дисперсионное соотношение для гравитационно-капилярного диапазона волн с учетом эффекта Доплера.

4. Перенос изображения через взволнованную водную поверхность.

4.1. Передаточная функция взволнованной поверхности.

4.2. Оценка ЧКХ по накопленному изображению точечного источника.

4.3. ЧКХ системы вода — поверхность как критерий надежности моделирования.

5. Методы коррекции искажений изображения объекта, вызванных поверхностным волнением.

5.1. Теоретические предпосылки методов коррекции искаженного изображения.

5.2. Метод восстановления изображения с использованием дополнительного источника параллельного светового пучка.

5.3. Оптические характеристики регистрируемого сигнала.

6. Результаты экспериментов по коррекции искажений изображения подводного объекта.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Перенос изображения через взволнованную водную поверхность: физическое моделирование"

Происходящий в наше время процесс освоения Мирового океана определил в последние годы бурное развитие средств наблюдения за подводными объектами. Область применения таких средств чрезвычайно широка. Это, прежде всего, изучение Мирового океана как источника естественных материальных ресурсов, необходимых для жизни человека. Поиск и разработка месторождений нефти, газа, железных руд, брома, магния, поваренной соли и других полезных ископаемых, богатейшие запасы которых накопленных в море; обнаружение загрязнений толщи моря; рыбный промысел, изучение и добыча биологической продукции моря, в частности, морских водорослей, кораллов, жемчужных раковин. Системы наблюдения используются также при строительстве подводных сооружений; для поиска затонувших кораблей, мин, торпед и подводных лодок, при аварийно спасательных работах, и целом ряде других работ и научных исследований Мирового океана. Из сказанного ясно, что значение работ с применением систем наблюдения за подводными объектами очень велико. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется исследованиям, направленным на оптимизацию таких систем и улучшению их характеристик: увеличению их дальности действия, качества изображения, производительности, расширению области применения.

Научная проблема подводного видения является частью оптики океана и занимает в ней особое место. Человек всегда стремился видеть в воде как можно дальше, и оптика океана как наука начиналась с изучения видимости погруженных в воду объектов. Проблемой подводной видимости занимались все корифеи первой половины 20 века: Гершун и Шулейкин в СССР, Дантли, Прайзендорфер, Александр Иванов и Ерлов на западе [1- 6]. Поскольку подводные, корабельные, авиационные и космические системы видения подводных объектов широко используются для изучения и освоения Мирового океана, считается, что по сравнению с другими частями оптики океана проблема видения имеет наиболее выраженную практическую направленность.

Система наблюдения за подводными объектами всегда состоит из источника подсветки, искусственного или естественного, и приемника, включающего объектив и фотодетектор. Фотодетектором может быть ФЭУ, передающая телевизионная трубка, ЭОП, матрица или фотопленка. Системы подразделяются на многоэлементные, в которых источник света, искусственный или естественный, одновременно освещает все поле зрения, а приемником служит пленка, ЭОП или ТВ-трубка, и сканирующие в которых источником служит узкоугольный излучатель (например, лазер), сканирующий поле зрения, а приемником служит фотодиод или фотоумножитель.

Конечная задача проблемы видения чисто практическая — увеличить дальность видимости в воде. Это важно, так как увеличение дальности видимости и соответственно просматриваемой в единицу времени площади увеличивает производительность поиска, то есть приводит к экономии топлива и других ресурсов. При авианаблюдении увеличение дальности видимости позволит увидеть ранее недоступные, более глубоководные участки шельфа. Но для решения этой практической задачи необходимо создание адекватной теории подводного видения, связывающей параметры системы, объекта, воды, атмосферы и поверхности. Исторически продвижение теории видения выглядело так. До конца 60х годов существовала и входила во все монографии по гидрооптике так называемая классическая теория видимости Дантли - Прайзендорфера [3-4] , пригодная только для расчета видимости малого объекта при естественном освещении. В 70-80-х годах, после создания сине-зеленых лазеров, была создана современная универсальная теория подводного видения, пригодная для любых систем и объектов. Впервые она была опубликована в 1969 году [8-9] (первая публикация на западе появилась на 8 лет позже [10]). Затем эта теория развивалась и была представлена в серии статей (напр., [11 - 17]), отдельными главами в монографии «Оптика океана» [18, 19], в книге [20], в подробных обзорах [21, 22] и, в наиболее полном виде, в единственной в мировой литературе монографии, посвященной теории подводного видения [23].

Теория видения подводных объектов, опубликованная в цитированной литературе, относится в основном к системам наблюдения, * находящимся под водой или к системам, находящимся в атмосфере, но в условиях отсутствия поверхностного волнения.

Реальные средства наблюдения подводных объектов могут устанавливаться на подводных носителях, на кораблях, самолетах или спутниках. В трех последних случаях наблюдение ведется через поверхность моря, почти всегда взволнованную. Во всех случаях основной причиной ограничения дальности видимости подводного объекта является поглощение и рассеяние излучения в воде. Поглощение сказывается в основном в ослаблении полезного сигнала и соответствующем ухудшении отношения сигнал/шум в изображении, рассеяние создает мешающую помеху обратного рассеяния (дымку), ухудшающую контраст изображения. При наблюдении из атмосферы или космоса добавляется помеха обратного рассеяния в атмосфере, дополнительно уменьшающая контраст. Кроме того, при наблюдении подводного объекта с корабля, самолета и спутника важной причиной ухудшения качества изображения и дальности видимости является поверхностное волнение. Взволнованная поверхность моря является источником дополнительных шумов, возникающих из-за флуктуаций поступающего на приемник излучения от наблюдаемого подводного объекта, толщи воды и самой поверхности. Но основная причина ухудшения качества изображения объекта, наблюдаемого через взволнованную поверхность моря, это искажения изображения, возникающие из-за преломления отраженного от объекта света на участках поверхностных волн, имеющих случайный наклон. Когда время, за которое формируется изображение (время накопления сигнала), невелико (гораздо меньше периода поверхностного волнения), а именно так обстоит дело в реальных средствах наблюдения, установленных на авиа-носителях, структура таких мгновенных изображений может сильно отличаться от структуры наблюдаемого объекта. Изображение дробится, в нем появляются разрывы, а при увеличении глубины погружения объекта информация о его структуре полностью утрачивается.

Для решения задачи оптимального построения систем наблюдения подводных объектов, улучшения качества изображения и увеличения производительности поиска, в том числе за счет коррекции изображений, искаженных волнением, необходимы теоретические и экспериментальные исследования проблемы видения подводных объектов, как с помощью подводных систем наблюдения, так и систем, работающих через взволнованную поверхность. Как говорилось выше, за последние десятилетия подробно исследована проблема подводного видения для случая, когда и объект и система наблюдения находятся под водой. Значительно меньше изучена проблема видения через взволнованную поверхность моря. Впервые эта теория применительно к системам видения, работающим при большом времени накопления, была сформулирована Мулламаа [24], затем ряд аспектов теории был рассмотрен в серии работ, в основном Лучинина и Вебера [25-38]. Наиболее полное и последовательное изложение теории видения морского дна через взволнованную поверхность при естественном освещении, устанавливающей зависимости характеристик изображения от параметров системы видения, состояния поверхности и первичных гидрооптических характеристик (ПГХ), и предоставляющей рекомендации по оптимальной траектории полета авианосителя по отношению к положению Солнца и направлению ветра, а также экспериментов по переносу изображения через взволнованную водную поверхность содержится в публикациях последних лет [39-52] и монографии [53], отражающих результаты совместной российско-американской работы "SBIM" ("Sea Bottom imaging model", 2001-2006), в которой участвовал и автор настоящей диссертации. В результате этой работы была создана модель видимости дна через взволнованную поверхность моря при естественном освещении.

Однако, изложенные результаты - это только часть решения задачи. Путем выбора оптимальной стратегии полета она позволяет уменьшить вредное влияние флуктуаций сигнала, вызванных волнением, и соответственно увеличить отношение сигнал/шум в изображении. Но даже при оптимальной стратегии полета остается искажение изображения, вызванное преломлением идущего от объекта излучения на случайных уклонах поверхности, которое при определенных условиях может до неузнаваемости исказить изображение. Поэтому сейчас на повестку дня ставится задача устранения или хотя бы уменьшения искажений изображения подводных объектов, наблюдаемых через взволнованную поверхность моря. Особенная важность и актуальность решения этой задачи определяется тем, что поскольку обычно высота полета (И) носителя системы видения значительно превышает глубину погружения объекта (z), то производительность поиска, т.е. площадь дна, осматриваемая в единицу времени при авианаблюдении существенно превышает производительность подводного поиска как из-за того, что охватываемая полем зрения площадь дна примерно в (h/z) больше, так и из-за значительно большей скорости движения авианосителя по сравнению с кораблем или подводным аппаратом.

В самое последнее время появился ряд работ [54-58], в которых рассматриваются различные теоретические аспекты задачи коррекции изображений, искаженных поверхностным волнением, в предположении, что известна полная или частичная информация об уклонах поверхности. Однако, экспериментальных работ по коррекции искаженного волнением изображения, подтверждающих теоретические результаты, насколько нам известно, не было.

Основные задачи исследований, отраженных в настоящей диссертации:

Разработка экспериментального комплекса для проведения в лабораторных условиях модельных экспериментов по переносу изображения через взволнованную водную поверхность, содержащего средства генерации волнения и регистрации его параметров.

Проведение экспериментов по измерению характеристик волнового процесса в бассейне, измерению и анализу частотно-контрастных характеристик системы «вода + взволнованная поверхность».

Разработка численной модели волнового процесса в бассейне для изучения переноса изображения тестового объекта через взволнованную поверхность и апробации методов коррекции.

Разработка алгоритмов и программ анализа изображений объекта и методов коррекции искажений, вызванных волнением.

Проведение лабораторных экспериментов по коррекции искажений изображения для различных типов объекта.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Савченко, Виктор Владимирович

Заключение

В работе получены следующие основные результаты.

1. Усовершенствована лабораторно-модельная установка (ЛМУ) для изучения переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность. В усовершенствованной ЛМУ предусмотрена возможность использования фото и видео камеры для регистрации изображения тестового объекта, средств измерения параметров волнения и оптических характеристик воды и нового, более мощного источника для подсветки тест объектов диффузным светом.

2. Разработана конструкция многострунного контактного волнографа и алгоритмы и программы для синхронной регистрации и первичной обработки данных. Разработаны алгоритмы и программы для вычисления оценок вероятностных характеристик ветрового волнения: двумерной функции распределения уклонов и оценки частотно-направленного спектра возвышений. Проведены несколько серий наблюдений возвышений взволнованной поверхности контактным волнографом для различных участков бассейна, и проведены расчеты их вероятностных характеристик и дисперсионного отношения.

3. Разработана методика регистрации уклонов ветровых волн оптическим методом и программа анализа изображения в различных цветовых диапазонах. Разработана программа для выбора сечений оптических плотностей для различных направлений и расчета их вероятностных характеристик Проведены измерения уклонов поверхности в точке и вычислены оценки функции распределения уклонов волн и ее моменты.

4. Создана численная модель движущейся волны с параметрами волнения, рассчитанными по данным регистрации в опытовом бассейне ЛМУ возвышений и уклонов взволнованной поверхности. Вид дисперсионного отношения, используемого в модели, аппроксимируется с учетом влияния эффекта Доплера.

5. Разработаны алгоритмы и программы для расчета ЧКХ взволнованной поверхности по наблюдению изображения тестового объекта, в течение времени значительно превышающего основной период волнения. Рассчитаны ЧКХ по накопленному изображению точечного источника для различных направлений относительно главного направления волнения. Проведено сравнения с расчетами ЧКХ по формуле Мулламаа.

6. Экспериментально исследованы ЧКХ взволнованной поверхности, воды и системы (вода + поверхность). Результаты экспериментов подтвердили теоретические соотношения между этими характеристиками и могут рассматриваться как один из критериев надежности моделирования. Выполнен контроль оптических характеристик водного слоя с помощью приборов для измерения показателя ослабления и показателя рассеяния света в воде.

7. Исследован метод определения вектора уклонов волн с помощью дополнительного источника параллельного светового пучка по регистрации положения бликов на изображении поверхности воды и разработан метод коррекции фотографического изображения объекта, искаженного поверхностным волнением. Разработанный метод восстановления искажений изображения основан на синхронном получении с помощью цифровой камеры разделенных по спектру, совмещенных бликовой картины поверхности и мгновенного искаженного изображения. Обработка бликовой картины позволяет определить уклоны поверхности в ограниченном числе точек, а по этим уклонам восстановить фрагменты изображения. Полное скорректированное изображение формируется накоплением трехсот частично скорректированных фрагментов.

8. На численной модели волнового процесса в бассейне исследованы методы восстановления изображения для случаев, когда известно распределение уклонов по всей поверхности и когда уклоны известны в бликовых точках и коррекция выполняется за счет накопления фрагментов изображения. Проведены серии наблюдений искажений изображения разных тестовых объектов, различной длительности, с различными параметрами регистрации и для различных условий освещения. Выполнена , коррекция наблюденных изображений по предложенному методу. Для каждой серии рассчитаны ЧКХ восстановленных изображений и проведено сравнение с ЧКХ поверхностного волнения, рассчитанному по накопленному изображению. Качество восстановленного изображения значительно превышает качество искаженного изображения и близко к изображению объекта, полученному через гладкую поверхность воды.

Основной целью работы была проверка возможности коррекции изображения для практического применения результатов работы при проектировании фото-, кино- и телевизионных систем наблюдения, установленных на воздушных носителях. Особенная важность и актуальность решения задачи коррекции определяется тем, что применение авиа- и спутниковых систем видения значительно повышает производительность поиска подводных объектов, т.е. площадь, просматриваемую в единицу времени, а значит и приводит к существенной экономии топлива и других ресурсов по сравнению с наблюдением с корабля или подводного аппарата.

Развитие исследований, отраженных в диссертации, будет направлено на проведение эксперимента по коррекции изображения, искаженного ветровым волнением, в натурных условиях. Для этого предполагается провести дополнительные эксперименты на ЛМУ с объектами разной формы и разным распределением яркости. Предполагается также исследовать другой метод определения уклонов по дополнительному источнику света с заданным изменением яркости (например, яркости небосвода заданного функцией Покровского) и искать соответствующие интенсивности и градиенты интенсивности на численных моделях изображения поверхности и на фотографиях взволнованной водной поверхности.

Я благодарен всем, и особые благодарности тем, кто принимал участие в обсуждении идеи, разработке и подготовке базы для проведения эксперимента, помощи .и сочувствии в его проведении и неоценимого участия в оформлении результатов.

В первую очередь хочу поблагодарить научного руководителя доктора физико-математических наук Левина Иосифа Марковича, инициатора и вдохновителя этой работы, кандидата физико-математических наук Осадчего Владимира Юрьевича, всегда готового прийти на помощь со своими энциклопедическими знаниями в оптике. Я благодарен Олегу Французову, обеспечившему бесперебойную работу всех электронных устройств и безропотно конструировавшему новые, Наталье Рыбалка за помощь в проведении экспериментов и оформлении результатов, всегда готовой поддержать и вдохновить Екатерине Шантгай и мастеру на все руки Сидоренко Виталию Васильевичу.

Я благодарен всем, осознано и просто по дружбе поддержавшим меня в этот период.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Савченко, Виктор Владимирович, Санкт-Петербург

1. Гершун А. А. (1936). Световое поле. Москва: ОНТИ.

2. Шулейкин В.В. (1968 г.). Физика моря. Москва: Наука.

3. Duntley S.Q. (1963). Light in the sea. J. Opt. Soc. Amer., 53 (2), 214-233.

4. Preizendorfer R. (1976). Hydrologic Optics. Honolulu: NOAA.

5. Иванов A. (1978). Введение в океанографию/ Пер. с франц. Москва: Мир.

6. Ерлов Н. Г. (1980). Оптика моря/ Пер. с англ. Ленинград: Гидрометеоиздат.

7. Иванов А. П. (1975). Физические основы гидрооптики. Минск: Наука и техника.

8. Левин И.М. (1969). О наблюдении объектов, освещенных узким световым пучком, в рассеивающей среде. Известия АН СССР, ФАО , 5 (1), 62-76.

9. Браво-Животовский Д. М., Долин Л. С., Лучинин А. Г., Савельев В. А. (1969). Некоторые вопросы теории видения в мутных средах. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана , 5 (7), 672-684.

10. Mertens L. Е., Replogle F. S. (1977). Use of point spread and beam function for analysis of imaging systems in water. J. Opt. Soc. Amer., 67 (8), 1105-1117.

11. Долин Л.С., Савельев B.A. (1979). Уравнение переноса оптического изображения в рассеивающей среде. Изв. АН СССР, ФАО , 15 (7), 717723.

12. Левин Е.И., Левин И.М. (1989). К теории подводного видения при произвольной диаграмме направленности излучателя или приемника. Известия АН СССР, ФАО , 25 (9), 979-987.

13. Левин И.М. (1986). Влияние вертикальной неоднородности гидрооптических характеристик на видимость в океанической воде. Океанология , 26 (1), 52-67.

14. Левин И.М., Евдошенко М.А. (1986). О зависимости контраста изображения при подводном наблюдении от взаимного расположения источника и приемника света. Известия АН СССР, ФАО , 22 (3), 326-329.

15. Браво-Животовский Д. М., Долин JI. С., Левин И. М. и др. (1971). Отношение сигнал/шум в изображении тест-объекта, наблюдаемого » через слой мутной среды. Известия АН СССР, ФАО , 7 (11), 1143-1152.

16. Долин Л.С., Левин И.М. (1992). Об эффекте увеличения дальности видимости подводных объектов при подъеме наблюдателя над поверхностью моря. Оптика атмосферы и океана , 5 (8), 840-842.

17. Кацев И.Л., Зеге Э.П. (1989). Дальность визуального и телевизионного обнаружения объекта в рассеивающей среде. Известия АН СССР, ФАО, т.25, №7,, с.732-740.

18. Браво-Животовский Д.М., Долин Л.С., Лучинин А.Г., Левин И.М. (1983). Теория переноса оптического изображения в воде. В М. А.С. (Ред.), Оптика океана (Т. 1, стр. 96-113). Москва: Наука.

19. Левин И.М. (1983). Подводное телевидение. В Оптика океана под ред. Монин А.С. (Т. 2, стр. 187-200). Москва: Наука.

20. Зеге Э.П., Иванов А.П., Кацев И.Л. (1985). Перенос изображения в рассеивающей среде. Минск: Наука и техника.

21. Dolin L.S., Levin I.M. Optics, Underwater. Encyclopedia of Applied Physics (Vol. 12). New York: VCH Publ.

22. Dolin L. S., Levin I. M. (2004). Underwater optics. In, The Optics Encyclopedia G. Brown al. (Ed.) (Vol. 5, pp. 3237-3271). Weinheim: Wiley-VCH Publ.

23. Долин Л. С., Левин И. М. (1991). Справочник по теории подводного видения. Ленинград: Гидрометеоиздат.

24. Мулламаа Ю.- А. Р. (1975). Влияние взволнованной поверхности моря на видимость подводных объектов. Изв. АН СССР, .ФАО., 11 (2), 199 205.

25. Вебер В.Л. (1979). О статистических характеристиках изображений, полученных при наблюдении через неровную поверхность раздела сред с различным показателем преломления. Изв. вузов, Радиофизика , 22 (8), 989-1001.

26. Вебер В.Л., Долин Л.С. (1981). О флуктуациях изображений при наблюдении через случайно неровную нестационарную границу раздела. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана , 17 (11), 1166-1177.

27. Вебер В.Л., Лучинин А.Г. (1983). О дисперсии флуктуаций изображений при наблюдении через взволнованную поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана., 19 (6), 631-638.

28. Доценко Ф. В. (1982). К теории наблюдения подводных объектов через взволнованную морскую поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 18 (4), стр. 408-415.

29. Лучинин А.Г. (1981). Некоторые закономерности формирования изображения шельфа при его наблюдении через взволнованную поверхность моря. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 17 (7), 732 -735.

30. Лучинин А.Г. (1982). О некоторых свойствах оптической передаточной функции взволнованной морской поверхности. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 18 (3), 330 -333.

31. Лучинин А.Г. (1986). Отношение сигнал/шум в изображении дна водоема, наблюдаемого через взволнованную поверхность. Изв. АН СССР, ФАО , 22 (2), 195-201.

32. Лучинин А.Г. (1996). Об основных принципах формирования изображения подводных объектов при наблюдении через взволнованную поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 32 (2), 296302.

33. Лучинин А.Г. (1997). Об основных принципах формирования изображения подводных объектов при наблюдении через взволнованную поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 33 (1), 132136.

34. Лучинин А.Г. (1998). Об адаптивных к поверхностному волнению режимах импульсного оптического зондирования верхнего слоя океана. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана , 34 (1), 53-55.

35. Лучинин А.Г. (2002). Функции распределения сигнала в изображениях самосветящихся подводных тест-объектов, наблюдаемых через взволнованную поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 38(3), 419-425.

36. Лучинин А.Г. (2003). Вероятностная трактовка расщепления изображения подводных объектов. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана,, 39 (5), 583-588.

37. Вебер В.Л., Лучинин А. Г. (2001). Влияние корреляционных эффектов на характеристики изображения дна водоема, наблюдаемого через взволнованную поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана , 37 (2), 257-264.

38. Вебер В.Л., Сергиевская И.А. (1992). Эффект усиления обратного рассеяния при аэрокосмическом лазерном зондировании толщи моря через взволнованную поверхность. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 28 (3), 325-333.

39. Dolin L., Gilbert G., Levin I., Luchinin A., Stewart S. (2000). An advanced bottom imaging model for airborne systems. Proceedings of 5 Workshop on Physical Processes in Natural Waters, (pp. 76-79). Irkutsk: RAS.

40. Долин Л.С., Левин И.М., Лучинин А.Г., Gilbert G.D., Stewart S.E. (2000). Перенос изображения через взволнованную поверхность моря. Международная конференция «Прикладная оптика 2000», СПб, 1, pp. 181182.

41. Гильберт Г.Д., Долин Л.С., Левин И.М., Лучинин А.Г., Стюарт С.Е. (2006). Влияние условий освещения на видимость морского дна. Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 42 (2), 126 135.

42. Dolin L., Gilbert G., Levin I., Luchinin A., Savel'ev V., Stewart S. (2007). Image transfer through rough sea surface: computer simulations, Proceeding of SPIE. In G. G. Levin I.M. (Ed.), 6615, p. 661501.

43. Osadchy V., Levin I., Savchenko V., Frantsuzov O. (2000). Laborotory-modelling installation for study of light and image transfer through wavy water surface, Proceedings of 5 Workshop on Physical Processes in Natural Waters, (pp. 68-71). Irkutsk: RAS.

44. Левин И.М., Осадчий В.Ю., Савченко B.B., Французов О.Н. (2000). Лабораторная установка для изучения переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность, Международная конф. «Прикладная оптика 2000». 1,рр. 195-196.

45. Левин И.М., Радомысльская Т.М., Савченко В.В. (2002). О видимости нефтяных пленок на поверхности воды из космоса, Труды международного симпозиума стран СНГ "Атмосферная радиация" (МСАР-02). (стр. 137-138). СПб.

46. Савченко В.В., Левин И.М., Осадчий В.Ю., Сергель О.А. (2002). Контраст яркости нефтяных пленок с различными оптическими константами на поверхности воды, (Труды международного симпозиума стран СНГ "Атмосферная радиация" (МСАР-02). стр. 143). СПб.

47. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Савченко В.В., Французов О.Н. (2004). Лабораторно-модельная установка для исследования переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность. Океанология , 44(1), 154-159.

48. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Французов О.Н., Савченко В.В. (2006). Лабораторная установка для исследования переноса изображения через взволнованную водную поверхность, Труды 7-ой международной конференции «Прикладная Оптика 2006».том 3, СПб. стр. 304-308

49. Dolin L., Gilbert G., Levin I., Luchinin A. (2006). Theory of imaging through wavy sea surface (monograph). N.Novgorod: Institute of Applied Physics.

50. Вебер В.Л. (2005). Наблюдение подводных объектов через бликовые участки морской поверхности. Известия вузов, Радиофизика , 48 (1), 3852.

51. Долин Л.С., Лучинин А.Г., Турлаев Д.Г. (2004). Алгоритм восстановления изображений подводных объектов, искаженных поверхностным волнением. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана , 40 (6), 842-850.

52. Лучинин А.Г., Долин Л.С., Турлаев Д.Г. (2005). О коррекции изображений подводных объектов при неполной информации о поверхностном волнении. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана , 41 (2), 272-277.

53. Левин И.М., Копелевич O.B. (2007). Корреляционные соотношения между первичными гидрооптическими характеристиками в области спектра около 550 нм. Океанология , 47 (3), 344-348.

54. Копелевич О.В. (1983). Оптические свойства морской воды. In М. А.С. (Ed.), Оптика океана (Vol. 1, pp. 150-234). Москва: Наука.

55. Barnard А.Н., Pegau W.S., Zaneveld J.R.V. (1998). Global relationships of the inherent optical properties of the oceans. Journal of Geophysical Research, 103 (Cll), 24,955-24,968.

56. Gould R.W., Arnone R.A., Martinolich P.M. (1999). Spectral dependence of the scattering coefficient in case 1 and case 2 waters. Applied Optics, 38(12), 2377-2383.

57. Voss K. (1992). A spectral model of the beam attenuation coefficient in the ocean and coastal areas. Limnology and Oceanography, 37 (3), 501-509.

58. Французов О.Н. , Левин И.М., Осадчий В.Ю. (2008). Измеритель прозрачности морской воды: точность и методика градуировки. 5-ый конгресс «Оптика — XXI век», Международная конференция «Прикладная оптика-2008», стр. 298-301.

59. Pope R.M., Fry E.S. (1997). Absorption spectrum (380 -700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements. Applied Optics , 36 (33), 8710-8723.

60. Smith R.C., Baker K.S. (1981). Optical properties of the clearest natural waters (200-800 nm). Applied Optics , 20, 177-184.

61. Долин Л.С., Левин И.М., Радомысльская T.M. (1994). Способ определения показателя рассеяния в жидких средах и устройство для его осуществления. Патент № 2018116 по заявке 5016397/25. Бюллетень изобретений (15).

62. Dolin L.S., Levin I.M., and Radomysl'skaya T.M. (1994). New instrument for measuring the scattering coefficient and the concentration of suspended particles in turbid water, Proc. SPIE, Ocean Optics XII,. In J. Jaffe (Ed.), 2258, pp. 522-528.

63. Долин Л.С., Козлов В.П., Левин И.М, Радомысльская T.M.,. (1993). Методы измерения мутности водопроводной воды (сравнительный анализ). В сб.: "Инженерные проблемы экологии", Материалы международной конференции, вып.2, Вологда, ВПИ

64. Wu О. (1997). Directional slope and curvature distribution of wind waves. J. Fluid Mech., Part3. pp.463-480

65. Ермаков C.A., Сергиевская И.А., Щегольков Ю.Б. (2002). Лабораторные исследования сильно модулированных РЛС сигналов при наличиидлинных волн на воде с ПВА. Изв. Вузов. Радиофизика. Т. XLV, № 12, стр. 1025-1041

66. Сох С. and Munk W.H. (1956). Slopes of the sea surface deduced from photographs of sun glitter. Scripps Inst, of Oceanogr. Bull, vol.6, N 9, pp. 401479.

67. Walker R. E. (1994). Marine light field statistics. New York: Wiley.

68. Давидан И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.A. (1978). Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. Ленинград: Гидрометеоиздат.

69. Рожков В.А. (1979). Методы вероятностного анализа океанологических процессов. Ленинград: Гидрометеоиздат.

70. Марпл мл. С.Л. (1990). Цифровой спектральный анализ и его приложения. Москва: Мир.

71. Longuet-Higgins M.S., Cartwright D.E. and Smith N.D. (1963). Observations of the directional spectrum of sea waves using the motion of floating buoy. In: Ocean Wave Spectra. Englewoof Cliffs: N.J. Prentice-Hall Inc. pp. Ill 136.

72. Свешников A.A. (1959). Определение вероятностных характеристик трехмерного волнения моря. Изв.АН СССР. Механика и машиностроение. №3, с.32-41.

73. Banner M. (1990). Equilibrium Spectra of Wind Waves. Journal of Physical Ocenography. v.20, p. 966-984

74. Banner M.L., Jones I.S.F., and Trinder J.C. Wavenumber spectra of short gravity waves. J. Luid Mech., v. 198, p. 321-344.

75. Pratt W.K. (1978). Digital image processing. New York: Wiley.

76. Савченко В.В. (2008). Оценка передаточной функции взволнованной поверхности по данным эксперимента на лабораторно-модельной установке. Труды VIII Международ, конференции «Прикладная оптика -2008», Санкт-Петербург, т.1, стр. 102-106.

77. Levin I., Savchenko V., Osadchy V. (2008) Correction of an image distorted by a wavy water surface: laboratory experiment. Applied Optics, 47 (35), 66506655.

78. Савченко В.В., Осадчий В.Ю., Левин И.М. (2008). Коррекция изображений подводных объектов, искаженных поверхностным волнением. Океанология, 48 (5), 28 -31.

79. Савченко В.В. (2008). Оценка передаточной функции взволнованной поверхности по данным эксперимента на лабораторно-модельной установке. Труды VIII Между народ, конференции «Прикладная оптика -2008», Санкт-Петербург, т.1, стр. 102-106.

80. Список опубликованных работ по теме диссертации1. Труды конференций

81. Osadchy V., Levin I., Savchenko V., Frantsuzov О. (2000). Laborotory-modelling installation for study of light and image transfer through wavy water surface, Proceedings of 5 Workshop on Physical Processes in Natural Waters, (pp. 68-71). Irkutsk: RAS.

82. Левин И.М., Осадчий В.Ю., Савченко B.B., Французов О.Н. (2000). Лабораторная установка для изучения переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность, Международная конф. «Прикладная оптика 2000». 1, pp. 195-196.

83. Proceedings of D.S. Rozhdestvensky Optical Society, St. Petersburg, Russia, pp. 188-193.

84. Савченко В.В. (2008). Оценка передаточной функции взволнованной поверхности по данным эксперимента на лабораторно-модельной установке. Труды VIII Международ, конференции «Прикладная оптика-2008», Санкт-Петербург, т.1, стр. 102-106.

85. Савченко В.В. (2008). Оценка передаточной функции взволнованной поверхности по данным эксперимента на лабораторно-модельной установке. Труды VIII Международ, конференции «Прикладная оптика-2008», Санкт-Петербург, т.1, стр. 102-106.

86. Статьи в рецензируемых научных сборниках: 16. V. Osadchy, V. Savtchenko, О. Frantsuzov, N. Rybalka, Image transferthrough a rough water surface: laboratory experiments. In: Current Research on

87. Remote Sensing, laser Probing, and Imagery in Natural Waters, edited by I.MXevin. G.D. Gilbert, V.I. Haltrin, and C. Trees. Proceeding of SPIE Vol. 6615, 2007, 66150M (8 pages).

88. Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК

89. Осадчий В.Ю., Левин И.М., Савченко В.В., Французов О.Н. (2004). Лабораторно-модельная установка для исследования переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность. Океанология , 44(1), 154-159.

90. Савченко В.В., Осадчий В.Ю., Левин И.М. (2008). Коррекция изображений подводных объектов, искаженных поверхностным волнением. Океанология, 48(5), 28-31.

91. Levin I., Savchenko V., Osadchy V. (2008) Correction of an image distorted by a wavy water surface: laboratory experiment. Applied Optics, 47 (35), 66506655.