【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气光学实验装置，涉及一种虹现象复现装置及其分析方法。
技术介绍
1、虹现象是人们最早研究的大气光学现象之一。早在公元前4世纪，亚里士多德就在《天象论》一书中记录了他对虹现象的观察与解释。公元17世纪，以笛卡尔为代表的物理学家们采用几何光学理论较为准确地描述了虹现象：光束进入球形介质发生折射，在球形介质内表面发生反射，再通过折射从球形介质出射时产生虹现象；光束进入球形介质发生折射，在球形介质内表面发生两次反射，再通过折射从球形介质出射时产生二级虹现象，也即霓。随着二十一世纪生产生活对气象预测的精度要求进一步提高，对虹现象的定量分析已成为当下大气光学研究的重点之一。国内外越来越多的学者致力于精确计算虹现象产生过程中的有关参量，分析各类自然环境对虹现象视觉特性的影响。
2、然而，目前学界设计的实验装置主要侧重于虹现象的原理展示，往往使用若干棱镜或单个大玻璃球作为折射介质，未能模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加。
技术实现思路
1、为了解决现有虹现象复现装置无法模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱叠加的问题，本专利技术提供了一种虹现象复现装置及其分析方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种虹现象复现装置，包括顺序设置在一条直线上的光源器件、折射器件及呈像器件；
4、所述光源器件用于向折射器件投射光源，所述折射器件用于折射所述投射光源；
5、所述呈像器件面对所述光源器件
6、进一步地，所述光源器件包括全光谱光源、用于固定所述全光谱光源的输出光纤的光纤夹持器以及使所述光纤夹持器在竖直方向上移动的第一升降装置。
7、进一步地，所述折射器件包括凸透镜及用于使所述凸透镜在竖直方向上移动的第二升降装置；所述凸透镜的一面面向所述全光谱光源，另一面面向所述呈像器件。
8、进一步地，所述呈像器件包括光屏及用于使所述光屏在竖直方向上移动的第三升降装置。
9、进一步地，所述光屏上覆盖有黑色植绒布，所述黑色植绒布上带有密集绒毛，所述密集绒毛用于使所述折射介质分布在黑色植绒布上且不掉落，所述折射介质为粒径在0.1mm至0.6mm的高透度球。
10、进一步地，还包括光具座，所述光具座上设置有滑轨，所述第一升降装置、第二升降装置和第三升降装置均设置在滑轨上。
11、进一步地，所述光具座表面设有刻度标尺，两端设有使光具座在竖直方向上移动的升降螺杆。
12、本专利技术还提供一种虹现象分析方法，包括以下步骤：
13、采集呈像器件上生成的带有彩虹条带的原始图像；
14、获取原始图像上任意一点的raw格式数据及rgb数据；
15、切割原始图像白色区域部分并保留无白图像，切割原始图像黑色区域及白色区域部分并保留彩虹条带图像；
16、根据所述无白图像上任意一点的rgb数据及cie 1931 xyz标准色度系统色度图计算得出色域面积；
17、由所述彩虹条带的黑色像素与白色像素比例计算得出噪点比例；
18、由彩虹条带图像垂直方向上色调数据的拟合优度表征色调变化特性；
19、由所述无白图像的raw格式数据，在hsv颜色模型中计算得到饱和度；
20、根据所述色域面积、噪点比例、色调变化特性及饱和度分析虹现象。
21、进一步地，还包括采集原始图像上任一点的位置坐标，根据所述位置坐标及对应的rgb数据进行如下成像判断：
22、判断条件1：原始图像文件中存在非黑色的近似圆形区域；
23、判断条件2：在所述近似圆形区域中rgb数据随位置坐标进行连续变化；
24、若判断条件1及判断条件2均成立，则判断为已成像；若判断条件1和/或判断条件2不成立，则判断为未成像，反馈有关设备的调整信息。
25、本专利技术提供的一种虹现象复现装置及其分析方法具有以下有益效果：
26、本专利技术设置了一种虹现象复现装置，将光源器件、折射器件及呈像器件按顺序设置，实验者通过调整各个器件的距离即可复现出明显的虹现象，本装置在呈像器件上还增加了若干折射介质，可模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加现象，使得虹现象的研究更加贴近现实，提高了装置的实用性。
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1.一种虹现象复现装置，其特征在于，包括顺序设置在一条直线上的光源器件、折射器件及呈像器件；
2.根据权利要求1所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述光源器件包括全光谱光源(1)、用于固定所述全光谱光源(1)的输出光纤的光纤夹持器(2)以及使所述光纤夹持器(2)在竖直方向上移动的第一升降装置。
3.根据权利要求2所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述折射器件包括凸透镜(4)及用于使所述凸透镜(4)在竖直方向上移动的第二升降装置；所述凸透镜(4)的一面面向所述全光谱光源(1)，另一面面向所述呈像器件。
4.根据权利要求3所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述呈像器件包括光屏(5)及用于使所述光屏(5)在竖直方向上移动的第三升降装置。
5.根据权利要求4所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述折射介质(6)为粒径在0.1mm至0.6mm的高透度球，所述光屏(5)上覆盖有黑色植绒布(8)，所述黑色植绒布(8)上带有若干绒毛(9)，若干所述折射介质(6)分部在若干绒毛(9)之间。
6.根据权利要求4所述的虹现象复现装置，其特征在于
7.根据权利要求6所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述光具座(3)表面设有刻度标尺，两端设有使光具座在竖直方向上移动的升降螺杆。
8.一种基于权利要求1的虹现象复现装置的虹现象分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的虹现象分析方法，其特征在于，还包括采集原始图像上任一点的位置坐标，根据所述位置坐标及对应的RGB数据进行如下成像判断：
...【技术特征摘要】
1.一种虹现象复现装置，其特征在于，包括顺序设置在一条直线上的光源器件、折射器件及呈像器件；
2.根据权利要求1所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述光源器件包括全光谱光源(1)、用于固定所述全光谱光源(1)的输出光纤的光纤夹持器(2)以及使所述光纤夹持器(2)在竖直方向上移动的第一升降装置。
3.根据权利要求2所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述折射器件包括凸透镜(4)及用于使所述凸透镜(4)在竖直方向上移动的第二升降装置；所述凸透镜(4)的一面面向所述全光谱光源(1)，另一面面向所述呈像器件。
4.根据权利要求3所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述呈像器件包括光屏(5)及用于使所述光屏(5)在竖直方向上移动的第三升降装置。
5.根据权利要求4所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述折射介质...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛胜春，常凯歌，许禹睿，韩邦正，邹博诚，党一桐，童童，曹子君，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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