Статистические свойства морской поверхности по изображениям солнечного блика

Форма солнечного блика на морской поверхности содержит информацию о статистических характеристиках наклонов поверхностных волн, - среднеквадратичного наклона, асимметрии наклонов и их эксцесса. Различные динамические процессы в океане (внутренние волны, мезомасштабные течения и фронты, поверхностные слики и т.д.), модулируя «шероховатость» поверхности, приводят к вариациям яркости солнечного блика, и таким образом, могут быть идентифицированы по его изображениям. При высоком пространственном разрешении, типичном для съемок с летательных аппаратов, оптические изображения морской поверхности могут быть использованы для восстановления характеристик поверхностных волн.
В данной работе описывается методика восстановления двумерного пространственного спектра волнения по изображениям морской поверхности, сделанных с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в зоне солнечного блика. Подход основан на построении линейной передаточной функции между спектром вариаций яркости изображения в блике и спектром возвышений морской поверхности. Представлен алгоритм обработки изображений для восстановления абсолютных значений спектра волн. Метод был протестирован в ходе экспериментальных работ в Черном море в п. Кацивели (Крым) при различных условиях волнения. Для верификации методики использовались синхронные измерения возвышений волн с помощью решетки струнных волнографов, установленных на океанографической платформе, находящейся на расстоянии 450 м от берега. Сопоставление спектров волн, восстановленных по фотографиям солнечного блика с БПЛА, с данными контактных измерений волн с платформы показало хорошее соответствие как по уровню и форме пространственных спектров возвышений волн, так и угловому распределению энергии в двумерных спектрах. Результаты эксперимента продемонстрировали эффективность применения БПЛА для исследования поля поверхностных волн, как в прибрежных акваториях, так и в открытом океане при использовании БПЛА с борта судна.