船舶、舰艇等在水中航行的物体,航行时船尾会出现一段波浪,这个波浪是有层次的海水层,这种海水层被称之为船舶尾流。现实的现象表明,船在行驶的过程中会因为螺旋桨的转动、波浪间的撞击、空气卷吸等而在船尾位置形成气泡带,其中包含了数量众多的气泡,这些气泡的大小都不一样,直径较大的气泡会因为海水的压力和气泡中气体扩散而迅速漂浮,最终破裂,直径较小的气泡可以保留较长的时间。研究船舶尾流,依靠的就是对这些气泡大小、气泡的密度和船的速度等数据的研究,要推断出航行中舰船的吃水深度、航向、航速等相关信息必须掌握船舶尾流所具有的光学特性,必须掌握热学、电磁学、声学等相关学科的知识,通过研究船舶尾流的光学特性、声学特性、热力学特性和电磁特性,可以得到船舶的吃水、航向、航速等相关信息,这样才能在研究船舶尾流气泡幕时有所建树。本论文是基于大气传输特性的船舶尾流气泡幕成像特性研究。1)主要介绍了舰船尾流气泡幕的产生原理和气泡物理特征主要包括大小、形状与受力分析和对光的散射温度测量的基本方法和气泡的光学特性。对激光在大气或水中进行传播时呈现的特性进行阐释,并构建了相应的模型,并详细分析大气对激光的散射效应,和水中单气泡与气泡群对光的散射效应。2)针对宏观大视场尾流的扩散角信息,对有多个干扰区的宏观尾流图像,为了实现准确性较高地测量尾流区扩散角的变化,提出了一种基于形状因子滤波处理,利用基本的图像处理方法,滤波去噪、腐蚀膨胀等,并运用边缘分割、形态学处理法的尾流区提取法,对提取的尾流区采用图像区域分割的方法,加以对尾流轮廓进行直线拟合,该方法实现了宏观尾流区的高准确性的提取,该方法计算出了宏观尾流图像中的尾流扩散角,其测量值与目前国内外文献中对宏观尾流扩散角的记录基本吻合,并且通过对处理结果的分析,估算出了该船的航行方向。3)本文提出了一种尾流激光切片测量的方法,通过激光切片采集一组连续的尾流截面,从而获得尾流气泡的空间分布情况。利用MODTRAN软件对大气条件进行仿真,得到激光器输出功率,进行激光切片实验得到图像,然后基于运用特征向量进行识别的KNN近邻学习尾流气泡粒子识别方法,通过将多种成像状态的气泡粒子分类,构建不同类别的气泡粒子的特征向量,运用KNN近邻学习相关算法,形成对尾流切片序列的识别规则,利用识别规则对尾流切片图像进行识别、计数。该方法可以成功识别尾流序列图像中大多数的叠加、遮挡、残缺成像等多种成像状态的气泡粒子,在该识别方法的基础上,选取成像完好的气泡粒子计算尺寸信息,并统计出了实验所得切片尾流气泡幕的气泡粒子空间体密度。4)对于20μm级的气泡粒子,本文提出了一种基于K-mean均值聚类的识别方法,首先计算尾流截面图像的速度矢量场,然后基于K-mean均值聚类算法对速度矢量进行聚类。最终以聚类的质心作为识别依据。利用该方法能够识别出尾流切片中具有相似运动特征的小气泡粒子群,并计算出气泡粒子的平均运动速度。最后研究了尾流气泡幕对于航行体物理特征的影响,舰船尾流场几何特性,航速对尾流气泡深度的影响,舰船吨位对尾流气泡深度的影响,并对这些因素给舰船尾流气泡幕的影响进行了仿真并得到了相应结论。