СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ ДРЕЙФА МОРСКИХ ЛЬДОВ Российский патент 2016 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения поля дрейфа морских льдов, а более конкретно - для определения дрейфа с использованием изображений, полученных с космических аппаратов на околоземной орбите.

Известны способы определения дрейфа морских льдов путем сопоставления характерных одинаковых деталей ледяного покрова на двух последовательных спутниковых изображениях [1]. Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленная обработкой фотографических изображений по визуальному выявлению характерных одинаковых деталей ледяного покрова.

Известен способ определения дрейфа льдов, основанный на слежении за характерными деталями ледяного покрова двух последовательных изображений, полученных с ИСЗ [2].

Известен также способ получение дрейфа льда по паре последовательных изображений, взятый авторами за прототип [3], в котором сопоставляются границы полей и разрывов, представленных в виде отрезков прямых линий на последовательных снимках.

Недостатком указанных способов является высокая трудоемкость, обусловленная обработкой фотографических изображений по визуальному выявлению характерных одинаковых деталей ледяного покрова, а в случае обработки цифровых изображений - большим объемом исходных данных.

Техническим результатом является уменьшение трудоемкости способа определения дрейфа морских льдов.

Технический результат достигается, а способ осуществляется путем предварительной обработки изображения морских льдов, заключающейся в совмещении негативного и позитивного изображений последовательных снимков одного и того же района, результатом которой является получение изображений смещений кромки ледяных образований. Для получения указанного изображения предлагается использовать известный способ сличения объектов, заключающийся в проектировании сличаемых объектов на экран и совмещении идентичных участков изображения, в котором изображения сличаемых материалов проектируются на экран во взаимоисключающих контрастах, например как негативное и позитивное изображение, или красное и синее [4].

Существо предлагаемого способа иллюстрируется рисунком (см. фиг. 1) с приведенным графиком интенсивности излучения или яркости изображения полыньи на фоне льда на первом снимке (А), графиком интенсивности излучения или яркости изображения полыньи на фоне льда на втором снимке с инвертированным изображением (Б), графиком (В) интенсивности излучения или яркости совмещенных изображений (А) и (Б), где обозначено:

1 - ЛП - лед позитив;

2 - ГШ - полынья позитив;

3 - ЛН - лед негатив;

4 - Δ - расстояние дрейфа кромки льдины за время, прошедшее между снимками;

5 - ПН - полынья негатив;

6 - Л(П+Н) - совмещение негатива и позитива изображения льда;

7 - ПП+ЛН - совмещение изображений позитива полыньи и негатива льда;

8 - П(Н+П) - совмещение негатива и позитива изображения полыньи;

9 - ЛП+ПН - совмещение изображений позитива льда и негатива полыньи.

При сдвиге негатива относительно позитива на величину Δ при совмещении позитива (ЛП) и негатива льда (ЛН) получается изображение средней яркости Umax/2 (или «серого») цвета Л(П+Н).

При совмещении позитива полыньи (ПП) и негатива льда (ЛН) получается изображение максимальной яркости Umax (или «черного») цвета (ПП+ЛН).

При совмещении позитива полыньи (ПП) и негатива полыньи (ПН) получается изображение средней яркости Umax/2 (или «серого») цвета П(П+Н).

При совмещении позитива льда (ЛП) и негатива полыньи (ПН) получается изображение максимальной яркости Umax (или «белого») цвета (ЛП+ПН).

При совмещении позитива льда (ПЛ) и негатива льда (ЛН) получается изображение средней яркости Umax/2 (или «серого») цвета Л(П+Н).

Пример осуществления способа иллюстрируется изображением, приведенным на фиг. 2, где обозначено:

Г) - позитивное изображение полыньи в льдах;

Д) - негативное изображение полыньи в льдах;

Е) - совмещенное (позитив+негатив) изображение.

Иллюстрация работоспособности предлагаемого способа осуществляется на примере его реализации на компьютере со стандартной комплектацией, для чего на фиг. 3 изображены

10-13 - порты ввода-вывода компьютера,

14-17 - соответствующие сигналы на входе (выходе),

18 - компьютер,

19 - печатающее устройство,

20 - кабель, соединяющий печатающее устройство и порт компьютера 10,

21 - монитор,

22 - кабель, соединяющий монитор и порт компьютера 11,

23 - манипулятор (трекбол или «мышь»),

24 - кабель, соединяющий манипулятор и порт компьютера 12,

25 - устройство ввода изображения в компьютер (например, сканер или фотоаппарат),

26 - кабель, соединяющий устройство ввода изображения в компьютер и порт компьютера 13.

С устройства ввода изображения 25 по кабелю 26 через порт 13 компьютера 18 поступает сигнал изображения 17. Манипулятор 23 соединен с компьютером 18 кабелем 24, по которому на входной разъем 12 поступает сигнал 16. Компьютер 18 соединен с монитором 21 кабелем 22, подключенным к порту 11, и с печатающим устройством 19 кабелем 20 через порт 10.

С помощью устройства ввода 25 производится загрузка 2-х последовательных снимков с изображением одной и той же акватории морской поверхности, покрытой льдом, полученных через некоторый интервал времени Δе. Соответствующие сигналы 17 по кабелю 26 поступают на вход компьютера 18 - порт 13.

С помощью манипулятора 23 по изображениям на экране монитора 21 неподвижные объекты изображения, такие как острова, мысы или другие характерные участки изображения, совмещаются и затем изображение второго снимка инвертируется (делается негативом - далее в качестве примера рассматривается этот вариант или первое окрашивается в основной цвет, а второе - в дополнительный). При сложении полностью совпадающих изображений получится изображение равномерного тона или цвета по всему снимку.

Если в промежуток времени между последовательными снимками наблюдался дрейф льда на расстояние Δ, то равномерность тона или цвета нарушается, и распределение неоднородностей происходит способом, описанным выше.

Направление дрейфа 4 определяется по ориентации перпендикуляра к контурам минимальной и максимальной интенсивности, а пройденное дрейфующим ледяным образованием расстояние - по максимальному размеру одного из участков минимальной или максимальной яркости в направлении дрейфа одного и того же ледяного образования.

Поле 4 является полем векторов дрейфа льда, которое отображается на экране монитора 21 или печатающем устройстве 19.

Источники информации

1. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение / Иоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др. СПб. Наука, 2007, с. 235-238.

2. Cjllins M.J., Emery W.J. Computational method for estimating sea motion in sequential Seasat synthetic aperture radar imagery by matched filtering // j. Geophys. Res. 1988. №93(C8), p. 9241-9251.

3. Vesecky J.F., Samadani R., Smith M.P., Daica J.M. et. al. Observation of sea-ice dynamics using synthetic aperture radar images: automated analysis // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 1988. №26(1), p. 38-48.

4. Киселев В.А., Радченко Г.H., Свердлов Э.Н., Стародынов В.С. и Красиков В.И. Способ сличения объектов. АС № 359512 // Бюллетень Изобретения в СССР №35 1972 г.

Изобретение относится к морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения поля дрейфа морских льдов. Способ заключается в совмещении пары последовательных спутниковых изображений одного и того же участка ледовой поверхности, совмещении неподвижных деталей изображений, придании изображениям взаимно-исключающих световых или цветовых контрастов. Направление дрейфа определяется по ориентации перпендикуляра к контурам минимальной и максимальной интенсивности вокруг дрейфующего объекта, а пройденное им расстояние - по максимальному размеру одного из участков минимальной или максимальной яркости в направлении дрейфа одного и того же ледяного образования. Технический результат - снижение трудоемкости процесса. 3 ил.

Способ определения поля дрейфа морских льдов, заключающийся в совмещении пары последовательных спутниковых изображений одного и того же участка ледовой поверхности, совмещении неподвижных деталей изображений, придании изображениям взаимно-исключающих световых или цветовых контрастов, отличающийся тем, что направление дрейфа определяется по ориентации перпендикуляра к контурам минимальной и максимальной интенсивности вокруг дрейфующего объекта, а пройденное им расстояние - по максимальному размеру одного из участков минимальной или максимальной яркости в направлении дрейфа одного и того же ледяного образования.