利用显微成像直接测量雨、雾滴谱技术的研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangguoqiang123
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雾滴谱和雨滴谱是云降水微物理的重要特征量,准确测量雾滴谱和雨滴谱是进行云降水微物理研究的前提条件之一。综观云雾和降水滴谱参数(数密度和粒径)的智能化测量方法多数是通过测量雨雾滴产生的阴影、光强或者散射能量进而间接反演估算。近二三十年来,我国云降水物理科学仪器主要依靠进口。自主研发具有我国自主产权的雨雾滴谱仪的研制工作急需开展,初步研发工作已经启动,尚处于实验室研制阶段。本文应用显微摄影原理和嵌入式技术,研制了一套嵌入式显微成像自动测量仪样机。该样机主要有控制模块、显微成像模块、自动采样平台和电源电路模块组成。主要工作有:将普通生物光学显微镜的目镜改为CMOS数字图像传感器,设计了由三台步进电机构造的三维自动采样平台替代显微镜载物台,应用嵌入式ARM作为核心,控制整个系统自动运行,完成整个样机的构建;用几何尺度定标方法对样机进行了校准,测算出了系统的放大倍数和视场范围;详述了样机捕获雨、雾滴的方法,并推导出了适用于样机的滴谱参数估测方法;经几何尺度定标后,在南京信息工程大学气象楼顶,利用样机分别对2011年11月1日、4日和10月28日的雾和毛毛雨天气中的小水滴的影像进行外场采集和测量;详细的分析了样机测量滴谱方法的误差,主要有系统误差、定标误差和捕获误差。初步实测结果表明,该套样机可直接实时获取粒径在5μm~300μm范围内的毛毛雨和雾滴的二维图像。经图像识别处理,得到了该范围内的毛毛雨和雾滴谱参数,并绘制了其数密度散点图。该样机体积小、重量轻,采用蓄电池电源供电,便于外场应用;样机搭载的触摸屏可供多人同时观察样品并进行讨论;实时拍摄的图像以文件形式储存,便于分类管理、检索和编辑等后期处理。
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