一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法

本发明属于海洋环境检测，涉及一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法。

背景技术：

1、近年来，随着陆地石油资源日趋匮乏，海洋石油开采得以发展，海洋石油运输活动随之诞生，石油泄漏事故频发，使得海洋石油污染已成为海洋生态环境威胁的最主要的因素之一，海洋溢油事故会造成严重的水域污染和经济损失。尤其是由于一些油船吨位巨大，一旦泄露会造成巨大的影响。因此，为应对可能的溢油事故建立行之有效的快速反应机制很有必要。溢油事故发生后，浮油厚度的掌握对溢油量等的估算尤为重要。各种类型的遥感方法已被用于海洋浮油的探测，机载和星载光学遥感也是监测海面浮油的重要手段。然而，利用现有方法确定海洋浮油的厚度仍然是一个重大挑战，激光诱导荧光法等有其测量优势，但在浮油太薄时无法获得明显的荧光信号，因此，需要一种能快速准确估算浮油厚度的方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，包括以下步骤：

2、获取同一光源2个入射角度下的多张海面溢油偏振图像；

3、分别对同一光源2个入射角度下对多张海面溢油偏振图像进行预处理；

4、采用偏振度计算方法，基于预处理后海面溢油偏振图像，得到模拟海面油膜图像的2个偏振度；

5、根据snell折射定律得到该光源2组折射角和入射角的关系；

6、计算推导出s波和p波偏振光在空气层和浮油膜层两个介质面之间的2组菲涅尔反射率和透射率；

7、基于在空气层和浮油膜层两个介质面之间的2组菲涅尔反射率和透射率，得到2个该光源s波和p波的菲涅尔反射率；

8、根据snell折射定律得到2组折射角和入射角的关系，以及2个s波和p波的菲涅尔反射率与偏振度之间的关系，从而获得油膜厚度。

9、进一步地：所述油膜反射率通过改进的油膜反射率模型得到：

10、

11、其中：s是影响因子，r为油膜反射率，是s波在油膜上表面反射率，是s波在油膜上表面透射率，是s波在油膜层的上表面透射入空气时,其透射率；是p波在油膜上表面反射率;是p波在油膜上表面透射率,是p波在油膜层的上表面透射入空气时,其透射率。

12、进一步地：所述计算推导出s波和p波偏振光在空气层和浮油膜层两个介质面之间的菲涅尔反射率和透射率公式如下：

13、

14、

15、其中：是s波的反射系数，p波的反射系数，p波的透射系数。

16、进一步地：所述该光源s波和p波的菲涅尔反射率公式如下：

17、

18、

19、其中：是s波在油膜上表面反射率，是s波在油膜上表面透射率，是s波在油膜层的上表面透射入空气时,其透射率；是p波在油膜上表面反射率;是p波在油膜上表面透射率,是p波在油膜层的上表面透射入空气时,其透射率; i表示虚部，a是油膜的消光系数，s是影响因子，即电磁波散射系数，是光程差，rs是s波反射率，rp是p波反射率。

20、进一步地：所述s波和p波的菲涅尔反射率与偏振度p之间的关系如下：

21、

22、其中：rs是s波反射率,rp是p波反射率。

23、一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算装置，包括：

24、获取模块：用于获取同一光源2个入射角度下的多张海面溢油偏振图像；

25、预处理模块：用于分别对同一光源2个入射角度下对多张海面溢油偏振图像进行预处理；

26、计算模块i：用于采用偏振度计算方法，基于预处理后海面溢油偏振图像，得到模拟海面油膜图像的2个偏振度；

27、计算模块ii：用于根据snell折射定律得到该光源2组折射角和入射角的关系；

28、计算模块iii：用于计算推导出s波和p波偏振光在空气层和浮油膜层两个介质面之间的2组菲涅尔反射率和透射率；

29、计算模块iv：用于基于在空气层和浮油膜层两个介质面之间的2组菲涅尔反射率和透射率，得到2个该光源s波和p波的菲涅尔反射率；

30、计算模块v：用于根据snell折射定律得到2组折射角和入射角的关系，以及2个s波和p波的菲涅尔反射率与偏振度之间的关系，从而获得油膜厚度。

31、本发明提供的一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，本方法基于改进的双光束模型与偏振图像结合实现油厚解算，该方法具体是基于海水溢油试验，采集到海面油膜的偏振图像，并计算出相应偏振图像的偏振度，利用菲涅尔反射理论建立物理模型并结合溢油模拟试验数据来快速精确反演海面油膜厚度。

技术特征：

1. 一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，其特征在于： 包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，其特征在于：所述油膜反射率通过改进的油膜反射率模型得到：

3.根据权利要求1所述的一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，其特征在于：所述计算推导出s波和p波偏振光在空气层和浮油膜层两个介质面之间的菲涅尔反射率和透射率公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，其特征在于：所述该光源s波和p波的菲涅尔反射率公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，其特征在于：所述s波和p波的菲涅尔反射率与偏振度p之间的关系如下：

6.一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算装置，其特征在于： 包括：

技术总结
本发明一种基于改进双光束模型与偏振图像结合的油厚解算方法，包括以下步骤：分别对同一光源2个入射角度下对多张海面溢油偏振图像进行预处理；采用偏振度计算方法，基于预处理后海面溢油偏振图像，得到模拟海面油膜图像的2个偏振度；根据Snell折射定律得到该光源2组折射角和入射角的关系；计算推导出s波和p波偏振光在空气层和浮油膜层两个介质面之间的2组菲涅尔反射率和透射率；基于在空气层和浮油膜层两个介质面之间的2组菲涅尔反射率和透射率，得到2个该光源s波和p波的菲涅尔反射率；根据Snell折射定律得到2组折射角和入射角的关系，以及2个s波和p波的菲涅尔反射率与偏振度之间的关系，从而获得油膜厚度。

技术研发人员：李颖,冯小俊,李伟,谢铭,王慧杰,张硕霖,马瑞
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15