CN118067090A - 一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置，属于海洋内波研究相关技术领域，采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息，相对于传统电导率等单点测量方法，可以获得高时空分辨率的波长信息；通过DIC算法计算图像中纹影格点的位移，并利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波场信息，可以通过非接触方式获得大范围、高时间空间分辨率的波场数据，实现了海洋内波的实验室三维纹影模拟测量。
Description
技术领域
本发明涉及海洋内波研究相关技术领域，尤其涉及一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置。
背景技术
内波是广泛存在于稳定层结海洋内部中的一种波动，作为海洋能量级串的重要一环，将海洋中的能量向小尺度湍流过程传递，加强深层海洋的混合，促进水体的交换及营养盐的输送，对于维持海洋温盐结构及径向翻转环流起着重要的作用。内波的研究途径包括理论、实验室实验、观测及数值模拟。其中实验室实验不仅可以通过物理模型将理论与实际相联系，通过物理现象指导理论的前进，还能克服海洋中观测的局限及建立与修正海洋模式中参数化方案。
实验室内波研究方法主要包括染色显性技术、粒子图像测速技术（PIV）及合成纹影方法。已有技术中利用以上方法对于内波进行了大量的二维内波研究，其中合成纹影方法主要用于获得二维垂向断面内波等密度面起伏数据。但是，由于受地形及地转等因素影响，实际海洋中内波是一个三维问题，内波实验研究的深入需要三维内波数据的支撑，已有技术中均无法实现三维内波数据的支撑，无法通过非接触方式获得大范围高时间空间分辨率的波场数据。
发明内容
本发明提供一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置，通过DIC算法计算图像中纹影格点的位移，并利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波场信息，可以通过非接触方式获得大范围、高时间空间分辨率的波场数据。
本发明提供的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供的一种海洋内波三维纹影模拟测量方法包括：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；
通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；
利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息。
可选的，所述通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移包括：
将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，通过图像灰度信息识别两幅图像中对应纹影格点，其中，假定第一幅图像、第二幅图像中的二维信号分别为A(i,j)，B(i,j)，其中i、j分别代表查询区间坐标，据图像中粒子在采样时间内的位移采用公式计算流速数据，其中C(m,n)表示A(i,j)和B(i,j)的相关性；当C(m,n)取得最大值时，二维信号A(i,j)，B(i,j)表示同一纹影格点；m、n表示B(i,j)相对于A(i,j)的相对的像素位移，其中，i、j分别代表查询区间坐标，m、n代表粒子在i、j方向的像素位移。
可选的，所述利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息包括：
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；
基于费马积分，对及/>数据进行积分处理，得到内波波高数据和内波界面的三维波面的位移信息。
可选的，所述利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息还包括：
分析区域最大宽度L与相机高度H满足如下条件：；
波动界面法向量与垂直轴法向量/>夹角γ为小量，且内波波面坡度/>为小量；
内波波高相对于水深为小量，界面高度为波动振幅/>远小于水深/>。
可选的，所述采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集包括：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，造波区域采用重力塌陷方式造波，宽1.5m，长10cm，塌陷高度分别为5cm、7.5cm及10cm。
第二方面，本发明还提供一种海洋内波三维纹影模拟测量装置包括：
采集模块，用于采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；
计算模块，用于通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；
处理模块，用于利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息。
可选的，所述计算模块具体用于：
将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，通过图像灰度信息识别两幅图像中对应纹影格点，其中，假定第一幅图像、第二幅图像中的二维信号分别为A(i,j)，B(i,j)，其中i、j分别代表查询区间坐标，据图像中粒子在采样时间内的位移采用公式计算流速数据，其中C(m,n)表示A(i,j)和B(i,j)的相关性；当C(m,n)取得最大值时，二维信号A(i,j)，B(i,j)表示同一纹影格点；m、n表示B(i,j)相对于A(i,j)的相对的像素位移，其中，i、j分别代表查询区间坐标，m、n代表粒子在i、j方向的像素位移。
可选的，所述处理模块具体用于：
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在y方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在y方向梯度，/>为下层的厚度；
基于费马积分，对及/>数据进行积分处理，得到内波波高数据和内波界面的三维波面的位移信息。
可选的，所述处理模块还用于：
分析区域最大宽度L与相机高度H满足如下条件：；
波动界面法向量与垂直轴法向量/>夹角γ为小量，且内波波面坡度/>为小量；
内波波高相对于水深为小量，界面高度为波动振幅/>远小于水深/>。
可选的，所述采集模块具体用于：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，造波区域采用重力塌陷方式造波，宽1.5m，长10cm，塌陷高度分别为5cm、7.5cm及10cm。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置，采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息，相对于传统电导率等单点测量方法，可以获得高时空分辨率的波长信息；通过DIC算法计算图像中纹影格点的位移，并利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波场信息，可以通过非接触方式获得大范围、高时间空间分辨率的波场数据，实现了海洋内波的实验室三维纹影模拟测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种海洋内波三维纹影模拟测量方法的流程框图；
图2为本发明实施例的一种三维纹影测量系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种层结设置的示意图；
图4为本发明实施例的一种三维纹影测量系统生成的内孤立波三维界面示意图；
图5为本发明实施例的模拟测量结果与实际测量结果的对比示意图；
图6为本发明实施例的模拟测量结果与电导率单点测量的波高数据对比示意图；
图7为本发明实施例的电导率、水平纹影塌陷高度与内波波高的对比示意图；
图8为本发明实施例的一种海洋内波三维纹影模拟测量装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合图1~图8对本发明实施例的一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置进行详细的说明。参考图1所示，本发明实施例的一种海洋内波三维纹影模拟测量方法包括如下步骤：
步骤101：采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块。
本发明实施例采用如图2所示的三维纹影测量系统（3D-SS），三维纹影测量系统针对海洋内波研究领域，可在三维实验水槽或水池中测量高精度内波三维波场数据。如图2所示，三维纹影测量系统由工业相机（CCD）、大尺寸纹影屏幕、三维内波实验水槽、纹影分析模块构成。三维纹影测量系统中CCD分辨率为500万像素，最大帧率50帧；纹影屏幕尺寸为1.5m×0.8m；水槽尺寸为5.5m×1.5m×0.5m。纹影屏幕放置于内波水槽下部，提供纹影背景。CCD放置于实验区域正上方，距水面高度2m。实验设置电导率仪进行层结及实验波高的单点测量。实验设置电导率仪的层结设置如图3所示，实验总水深为0.25m；上层厚度为0.05m，密度为1.00kg/m3；下层的厚度/>为0.20m，密度为1.04kg/m3。造波区域采用重力塌陷方式造波，宽1.5m，长10cm，塌陷高度分别为5cm、7.5cm及10cm。具体的，如图4所示，塌陷高度（a）5cm，（b）7.5cm，（c）10cm生成内孤立波三维界面。
步骤102：通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移。
三维纹影测量系统的分析模块利用数字图像算法（DIC）计算获得图像中纹影格点的位移。其中，将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，通过图像灰度信息识别两幅图像中对应纹影格点，其中，假定第一幅图像、第二幅图像中的二维信号分别为A(i,j)，B(i,j)，其中i、j分别代表查询区间坐标，据图像中粒子在采样时间内的位移采用公式计算流速数据，其中C(m,n)表示A(i,j)和B(i,j)的相关性；当C(m,n)取得最大值时，二维信号A(i,j)，B(i,j)表示同一纹影格点；m、n表示B(i,j)相对于A(i,j)的相对的像素位移，其中，i、j分别代表查询区间坐标，m、n代表粒子在i、j方向的像素位移。
步骤103：利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息。
三维纹影测量系统的分析模块通过光路斯涅尔原理及费马积分，最终获得三维波面的位移信息。在波面梯度分析过程中采用如下近似：
1）分析区域最大宽度L与相机高度H满足如下条件：，即分析区域最大近轴角远小于1；
2）波动界面法向量与垂直轴法向量/>夹角γ为小量，且内波波面坡度/>为小量；
3）内波波高相对于水深为小量，界面高度为波动振幅远小于水深/>。
根据以上进行一阶近似，利用光路斯涅尔原理及费马积分，对波面进行光路分析。具体的，利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在y方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在y方向梯度，/>为下层的厚度；基于费马积分，对/>及/>数据进行积分处理，得到内波波高数据和内波界面的三维波面的位移信息。
本发明实施例提供一种海洋内波三维纹影模拟测量方法和装置，采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息，相对于传统电导率等单点测量方法，可以获得高时空分辨率的波长信息；通过DIC算法计算图像中纹影格点的位移，并利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波场信息，可以通过非接触方式获得大范围、高时间空间分辨率的波场数据，实现了海洋内波的实验室三维纹影模拟测量。
利用三维纹影测量系统进行内孤立波波高（IWH）进行测量，可重构内孤立波传播的三维波面，其空间分辨率为0.5cm×0.5cm，如图4所示。内孤立波在没有和地形相互作用的情况下，会以稳定的形态携带能量向远处传播，因此在图4中内孤立波呈现良好的二维特征。通过对比分析可以发现，如图5所示，本发明实施例的海洋内波三维纹影模拟测量的实验模拟测量结果与理论值有较好的一致性。
实验利用电导率单点测量的波高数据进行对比，验证本发明实施例的海洋内波三维纹影模拟测量方法的准确性与可靠性，图6为电导率测量的内孤立波单点波高数据，实验未设置边壁消波，第二个波为反射波，且随着传播波高有所衰减。根据图7所示，内孤立波波高与塌陷高度成线性关系，说明本发明实施例的海洋内波三维纹影模拟测量方法测量的内波波要素可靠准确。
参考图8所示，基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种海洋内波三维纹影模拟测量装置，本申请实施例提供的一种海洋内波三维纹影模拟测量装置可以执行一种海洋内波三维纹影模拟测量方法实施例提供的处理流程。本发明实施例还提供一种海洋内波三维纹影模拟测量装置20包括：
采集模块201，用于采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；
计算模块202，用于通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；
处理模块203，用于利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息。
可选的，计算模块202具体用于：
将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，通过图像灰度信息识别两幅图像中对应纹影格点，其中，假定第一幅图像、第二幅图像中的二维信号分别为A(i,j)，B(i,j)，其中i、j分别代表查询区间坐标，据图像中粒子在采样时间内的位移采用公式计算流速数据，其中C(m,n)表示A(i,j)和B(i,j)的相关性；当C(m,n)取得最大值时，二维信号A(i,j)，B(i,j)表示同一纹影格点；m、n表示B(i,j)相对于A(i,j)的相对的像素位移，其中，i、j分别代表查询区间坐标，m、n代表粒子在i、j方向的像素位移。
可选的，处理模块203具体用于：
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在y方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率,/>为屏幕距水槽底高度，/>为波高在y方向梯度，/>为下层的厚度；
基于费马积分，对及/>数据进行积分处理，得到内波波高数据和内波界面的三维波面的位移信息。
可选的，处理模块203还用于：
分析区域最大宽度L与相机高度H满足如下条件：；
波动界面法向量与垂直轴法向量/>夹角γ为小量，且内波波面坡度/>为小量；
内波波高相对于水深为小量，界面高度为，波动振幅/>远小于水深/>。
可选的，采集模块201具体用于：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，造波区域采用重力塌陷方式造波，宽1.5m，长10cm，塌陷高度分别为5cm、7.5cm及10cm。
本发明实施例还提供一种终端包括：处理器，以及与处理器通信连接的存储器；
存储器存储计算机执行指令；
处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述任一方法实施例所提供的方案，具体功能和所能实现的技术效果此处不再赘述。该电子设备可以为上述提及的服务器。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现上述任一方法实施例所提供的方案，具体功能和所能实现的技术效果此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，程序产品包括：计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，电子设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得电子设备执行上述任一方法实施例所提供的方案，具体功能和所能实现的技术效果此处不再赘述。
本申请实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
在一些可能的实施方式中，根据本申请的电子设备可以包括至少一个处理器、以及至少一个存储器。其中，存储器存储有程序代码，当程序代码被处理器执行时，使得处理器执行本说明书上述描述的根据本申请各种示例性实施方式的运营数据管理方法。例如，处理器可以执行如运营数据管理方法中的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种海洋内波三维纹影模拟测量方法，其特征在于，所述海洋内波三维纹影模拟测量方法包括：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；
通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；
利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息。
2.根据权利要求1所述的海洋内波三维纹影模拟测量方法，其特征在于，所述通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移包括：
将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，通过图像灰度信息识别两幅图像中对应纹影格点，其中，假定第一幅图像、第二幅图像中的二维信号分别为A(i,j)，B(i,j)，其中i、j分别代表查询区间坐标，据图像中粒子在采样时间内的位移采用公式计算流速数据，其中C(m,n)表示A(i,j)和B(i,j)的相关性；当C(m,n)取得最大值时，二维信号A(i,j)，B(i,j)表示同一纹影格点；m、n表示B(i,j)相对于A(i,j)的相对的像素位移，其中，i、j分别代表查询区间坐标，m、n代表粒子在i、j方向的像素位移。
3.根据权利要求1所述的海洋内波三维纹影模拟测量方法，其特征在于，所述利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息包括：
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率, />为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在y方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率, />为屏幕距水槽底高度，/>为波高在y方向梯度，/>为下层的厚度；
基于费马积分，对及/>数据进行积分处理，得到内波波高数据和内波界面的三维波面的位移信息。
4.根据权利要求3所述的海洋内波三维纹影模拟测量方法，其特征在于，所述利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息还包括：
分析区域最大宽度L与相机高度H满足如下条件：；
波动界面法向量与垂直轴法向量/>夹角γ为小量，且内波波面坡度/>为小量；
内波波高相对于水深为小量，界面高度为波动振幅/>远小于水深/>。
5.根据权利要求3所述的海洋内波三维纹影模拟测量方法，其特征在于，所述采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集包括：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，造波区域采用重力塌陷方式造波，宽1.5m，长10cm，塌陷高度分别为5cm、7.5cm及10cm。
6.一种海洋内波三维纹影模拟测量装置，其特征在于，所述海洋内波三维纹影模拟测量装置包括：
采集模块，用于采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，所述三维纹影测量系统包括工业相机、大尺寸纹影屏幕、内波三维实验水槽和纹影分析模块；
计算模块，用于通过数字图像算法计算图像中纹影格点的位移；
处理模块，用于利用光路斯涅尔原理及费马积分获得内波界面的三维波面的位移信息。
7.根据权利要求6所述的海洋内波三维纹影模拟测量装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：
将连续的两幅实验图像划分为若干方形查询区域，通过图像灰度信息识别两幅图像中对应纹影格点，其中，假定第一幅图像、第二幅图像中的二维信号分别为A(i,j)，B(i,j)，其中i、j分别代表查询区间坐标，据图像中粒子在采样时间内的位移采用公式计算流速数据，其中C(m,n)表示A(i,j)和B(i,j)的相关性；当C(m,n)取得最大值时，二维信号A(i,j)，B(i,j)表示同一纹影格点；m、n表示B(i,j)相对于A(i,j)的相对的像素位移，其中，i、j分别代表查询区间坐标，m、n代表粒子在i、j方向的像素位移。
8.根据权利要求6所述的海洋内波三维纹影模拟测量装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在x方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率, />为屏幕距水槽底高度，/>为波高在x方向梯度，/>为下层的厚度；
利用光路斯涅尔原理，对波面进行光路分析，其中，根据公式计算波面在y方向的梯度/>，其中，/>为上层水折射率，/>为下层水折射率；/>为底层玻璃折射率，/>为水槽底玻璃厚度；/>为空气折射率, />为屏幕距水槽底高度，/>为波高在y方向梯度，/>为下层的厚度；
基于费马积分，对及/>数据进行积分处理，得到内波波高数据和内波界面的三维波面的位移信息。
9.根据权利要求8所述的海洋内波三维纹影模拟测量装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
分析区域最大宽度L与相机高度H满足如下条件：；
波动界面法向量与垂直轴法向量/>夹角γ为小量，且内波波面坡度/>为小量；
内波波高相对于水深为小量，界面高度为，波动振幅/>远小于水深/>。
10.根据权利要求6所述的海洋内波三维纹影模拟测量装置，其特征在于，所述采集模块具体用于：
采用三维纹影测量系统配合重力塌陷法进行内孤立波生成与传播实验数据采集，其中，造波区域采用重力塌陷方式造波，宽1.5m，长10cm，塌陷高度分别为5cm、7.5cm及10cm。
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2024
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