本实用新型专利技术涉及一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，该二维雨滴谱仪包括光源系统、遮光罩、光场采样区和光场接收系统，所述光场采样区两侧分别通过第一、第二遮光罩与光源系统和光场接收系统连接；所述光场接收及处理系统包括锥形镜管和光场相机，所述锥形镜管一端与第二遮光罩连接，另一端靠近光场相机，且管径自靠近遮光罩一端向另一端逐渐减小。该二维雨滴谱仪利用光场技术精确捕捉雨滴二维形态与运动轨迹，基于光场重聚焦算法、粒子边缘检测算法以及粒子追踪算法，对整个采样空间进行光场切片重聚焦，进而对每一层清晰图像内的降水粒子进行精确测量，最终获得雨滴谱分布。最终获得雨滴谱分布。最终获得雨滴谱分布。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪
[0001]本技术涉及一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，属于大气探测技术与装备领域。
技术介绍
[0002]雨滴谱仪是研究降水现象的重要科学仪器，它要求对降水过程中降水粒子的直径，下降速度甚至形状做出精确测量。雨滴谱研究的深入，对进一步了解自然降水的物理过程，探索云内成雨机制、提高雷达测量降水的精确度、评估人工增雨的云水条件、检验催化效果以及数值模拟等方面都有着重要意义，并且通过对雨滴谱的分析，可以得到实时降水天气现象信息，实现天气现象的自动化观测。
[0003]目前，激光雨滴谱仪主要利用光阻法测量由降水粒子引起光信号衰减的幅值和衰减持续时间，通过高速数字信号系统计算出降水粒子粒径大小和末速度，并对上述量值进行计算分析，得到雨滴谱关系图、降水强度、降水量以及降水天气现象类型等信息。
[0004]但是，传统的一维激光雨滴谱仪仍存在一些局限性。一维激光雨滴谱仪只在一个方向上发射并接收激光，其计算速度快，操作维护简单，价格经济，但当有2个甚至多个降水粒子同时到达采样面时，就会产生重叠误差，对于降水粒子的尺度测量和速度估算，都会产生很大的影响。
技术实现思路
[0005]本技术为了解决现有技术中存在的问题，提供一种。
[0006]为了达到上述目的，本技术提出的技术方案为：一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，包括光源系统、遮光罩、光场采样区和光场接收系统，所述光场采样区两侧分别通过第一、第二遮光罩与光源系统和光场接收系统连接；所述光场接收及处理系统包括锥形镜管和光场相机，所述锥形镜管一端与第二遮光罩连接，另一端靠近光场相机，且管径自靠近遮光罩一端向另一端逐渐减小。
[0007]对上述技术方案的进一步设计为：所述光源系统包括光源系统外壳以及设置于光源系统外壳内的光源和凸透镜，所述光源系统外壳一侧与第一遮光罩连接，所述凸透镜位于光源和第一遮光罩之间，且光源位于凸透镜的焦点处。
[0008]所述光源系统还包括玻璃透镜，所述玻璃透镜位于光源系统外壳与第一遮光罩的连接处。
[0009]所述光场采样区呈上下贯通的矩形筒状，且两侧面分别设有与第一、第二遮光罩连接的通孔。
[0010]所述光场接收系统还包括光场接收系统外壳，所述锥形镜管和光场相机均设置于光场接收系统外壳内。
[0011]所述光场接收系统还包括半导体制冷装置，所述半导体制冷装置设置于光场接收系统外壳与光场相机相对应的侧壁上。
[0012]所述光场相机包括主镜头、微透镜阵列和成像探测器阵列，所述微透镜阵列由若干并排放置的圆柱状透镜构成，且设置于主镜头的焦点处，所述成像探测器阵列设置于微透镜阵列的焦点处，且与微透镜阵列相互平行放置。
[0013]本技术的有益效果在于：
[0014]本技术的二维雨滴谱仪，利用光场技术精确捕捉雨滴二维形态与运动轨迹，基于光场重聚焦算法、粒子边缘检测算法以及粒子追踪算法，对整个采样空间进行光场切片重聚焦，进而对每一层清晰图像内的降水粒子进行精确测量，最终获得雨滴谱分布。
[0015]本技术的二维雨滴谱仪，利用光场相机先拍照，后聚焦的特点，对每一层图像进行重聚焦得到每一层的清晰图像，充分计算采样空间内降水粒子的粒径，数目，垂直速度等相关参数；该二维雨滴谱仪一次拍摄可记录采样空间所有降水粒子的光场信息，光场采样速度快，为图像的重聚焦与分析处理提供节约时间，测量结果时效性与代表性强。
[0016]本技术的二维雨滴谱仪，相较于传统的一维雨滴谱仪在探测空间上拓展了一个维度，可在平面内观测降水粒子，测量结果更为精确。
[0017]本技术的二维雨滴谱仪，具有结构简单，易于安装的优点，同时还具有能耗低、操作简便，体积小、便携性强的特点，有利于观测人员使用。
[0018]本技术的二维雨滴谱仪，成本低、自适应能力较高、维护简便、可靠稳定，能够更好地服务于气象观测。
附图说明
[0019]图1为本技术中的二维雨滴谱仪外部结构立体示意图；
[0020]图2为本技术中的二维雨滴谱仪内部结构及光路示意图；
[0021]图3为本技术中的光场相机成像光路示意图；
[0022]图4为本技术中的光场成像原理示意图；
[0023]图5为本技术中的二维雨滴谱仪检测光路示意图；
[0024]图6为本技术中的图像数据分析处理系统流程图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图以及具体实施例对本技术进行详细说明。
实施例
[0026]如图1所示，本实施例提供一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，包括光源系统10、遮光罩20、光场采样区30和光场接收系统50，所述的光场采样区30呈由光场采样区外壳40围成的上下贯通的矩形筒状，两遮光罩20分别安装在光场采样区外壳40的两侧，光场采样区外壳40通过该两遮光罩20分别与光源系统10和光场接收系统50连接。
[0027]遮光罩20用于防止外部杂光从光场采样区30进入光场接收系统50，并保证从所述光源系统10进入所述光场采样区30的光为平行光，光源系统10用于为光场图像的拍摄提供稳定的平行平面光场，光场接收系统50用于捕获和记录光场信号。
[0028]如图2所示，光源系统10包括光源系统外壳、设置于光源系统外壳内的光源101和凸透镜102以及设置于光源系统外壳侧壁上的玻璃透镜103，光源101安装在光源系统外壳
内部的最里侧，包括白光1011和激光1012两个光源，可选择性进行切换，凸透镜102安装在光源101的前方，间距为凸透镜102的焦距，凸透镜102用于将光源101出射的发散光汇聚为平行光，并放大所述光源101的照射范围，玻璃透镜103设置于凸透镜102的正前方，用于保护所述光源101和凸透镜102的防尘效果及不受损坏。
[0029]参照图2，光场接收系统50包括光场接收系统外壳和设置于光场接收系统外壳内的锥形镜管501、光场相机502和半导体制冷装置503，锥形镜管501安装在所述光场相机502与遮光罩20之间，且管径自靠近遮光罩20一端向另一端逐渐减小，锥形镜管501用于将经过光场采样区30后的平行光束进行光束缩放，便于被光场相机502捕获和记录。光场相机502安装在所述光场接收及处理系统50中的内部，用于捕获光场信号和拍摄光场图像，半导体制冷装置503安装在光场相机502的侧边，且位于光场接收系统外壳的侧壁，用于对长时间持续工作的光场相机进行降温，维持拍摄图像的高信噪比，同时保护所述光场相机502不会过热损坏。
[0030]如图3所示，光场相机502是由主镜头5021，微透镜阵列5022和成像探测器阵列5023组成，微透镜阵列5022由若干并排紧密放置的圆柱状透镜构成，安装在所述的主镜头5021的焦距处，成像探测器阵列5023安装在所述的微透镜阵列5022的焦距处，与微透镜阵列5022相互平行放置。如图4所示，微透镜阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，其特征在于：包括光源系统、遮光罩、光场采样区和光场接收系统，所述光场采样区两侧分别通过第一、第二遮光罩与光源系统和光场接收系统连接；所述光场接收及处理系统包括锥形镜管和光场相机，所述锥形镜管一端与第二遮光罩连接，另一端靠近光场相机，且管径自靠近遮光罩一端向另一端逐渐减小。2.根据权利要求1所述基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，其特征在于：所述光源系统包括光源系统外壳以及设置于光源系统外壳内的光源和凸透镜，所述光源系统外壳一侧与第一遮光罩连接，所述凸透镜位于光源和第一遮光罩之间，且光源位于凸透镜的焦点处。3.根据权利要求2所述基于光场摄像技术的二维雨滴谱仪，其特征在于：所述光源系统还包括玻璃透镜，所述玻璃透镜位于光源系统外壳与第一遮光罩的连接处。4.根据权利要求1所述基于光...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文川，郜海阳，寇蕾蕾，廖淑君，康佳慧，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：
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