СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ КОНЦЕНТРАЦИИ РЫБ Российский патент 2001 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к рыбному хозяйству, в частности к способам оценки численности и запасов промысловых рыб.

Известна импульсная лазерно-телевизионная система, работающая по принципу пространственного стробирования (Грязин Н.Г. Оптико-электронные системы для обзора пространства: Системы телевидения. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1988, с. 141-146, рис. 8.5).

Метод пространственного стробирования заключается в запирании фотоприемника системы на все время, кроме времени непосредственного воздействия отраженного от заданного участка пространства отраженного от заданного участка светового импульса на фоточувствительный элемент. Стробирование обеспечивает пропускание к приемнику света только от объектов, находящихся на расстоянии от камеры, которое определяется временем задержки, в то время как свет от других объектов, в том числе и рассеянный водой, к приемнику не проходит. При этом уменьшается по времени воздействия влияние рассеивающей дымки на накопитель фотопреобразователя и повышается контраст входного изображения.

Системы подводного телевидения применяют для съемок прибрежного шельфа морского дна. Съемки осуществляют с помощью систем, которые устанавливают на подводных или надводных судах, в батискафах и батисферах.

Известные способы измерения плотности концентрации рыб осуществляемые с помощью подводного телевидения не всегда позволяют получить достоверные результаты из-за неполного учета рыб, находящихся на границе подводного видения, наиболее удаленных, но еще видимых.

Предлагаемый способ позволяет устранить указанный недостаток.

Для осуществления способа используют лазерную подводную телевизионную систему, которая содержит лазерный излучатель 1, приемник света (высокочувствительную ТВ-камеру) 2, кабельный или бескабельный канал связи 3, бортовую аппаратуру 4.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа определения плотности концентрации рыб; на фиг. 2 - диаграмма импульсов в системе лазерного стробирования; на фиг. 3 - пример снимка рыбного скопления лазерной ТВ-камерой; на фиг. 4 - схема к примеру расчета плотности концентраций рыб.

Способ определения плотности концентрации рыб осуществляется при помощи лазерной подводной телевизионной системы, которая работает следующим образом (фиг. 1 и 2).

Лазер 1 излучает короткие импульсы света 5, которые отражаются от объектов 6, 7, 8, отраженные импульсы 9, 10 и 11 возвращаются к приемнику света 2 через промежутки времени, соответствующие расстоянию до объектов. Приемник открывается на короткое время (строб) 12 с регулируемой задержкой по времени 13 относительно импульса лазера 5. В период строба в приемник попадает только свет, отраженный от объекта 7, находящегося в тонком сферическом слое 14, радиус которого R равен
R = C•t/2,
где C - скорость света в воде; t - время задержки.

Данная система позволяет увеличить дальность подводного видения за счет устранения рассеяния света между камерой и объектами, находящимися на расстоянии, определяемом временем задержки строба. Свет от объектов 8, находящихся дальше этого слоя, не воспринимается.

Как показали эксперименты с подводной лазерной системой, объекты 7, расположенные между камерой и указанным слоем, изображаются в виде темных силуэтов (фиг. 3). В данном случае возможность наблюдать все объекты, расположенные в пределах осматриваемого пространства, можно одновременно с сохранением положительных качеств лазерного телевидения в части устранения рассеянного света и увеличения дальности подводного видения.

Полученный видеосигнал по кабелю связи 3 передается на бортовую аппаратуру 4, содержащую монитор 15 и компьютер 16 для наблюдения и видеограмметрической обработки. Управление работой лазера 1 и приемника 2 производится с пульта управления 17, который может быть совмещен с компьютером 16, при использовании соответствующего программного обеспечения.

Определение плотности скопления рыб описываемым способом производится следующим образом.

После включения погруженного в воду подводного блока устройства с помощью имеющейся в аппаратуре линии задержки задается время задержки строба 13 относительно импульса лазерного излучателя (фиг. 2), определяющее дальнюю границу и величину осматриваемого объема воды. Визуально или автоматически с помощью компьютера производится подсчет рыб в осматриваемом объеме (наблюдаемых в кадре в момент съемки). Для удобства подсчета кадр может быть остановлен ("заморожен") на экране дисплея известными способами, а при необходимости и записан на диск. При подсчете видны не только рыбы, освещенные импульсом лазера, но и находящиеся в этот момент в зоне между ТВ-камерой и воспринимаемым слоем воды и наблюдающиеся в виде темных силуэтов (фиг. 3).

Таким образом при подсчете оказываются учтенными все рыбы, расположенные в пределах осматриваемого камерой пространства, имеющего форму сферического сектора, радиус которого равен половине пути, который свет проходит за время задержки строба открытия приемника лазерной подводной телевизионной системы, а углы соответствуют углам зрения приемника лазерной подводной телевизионной системы.

Расчет величины плотности скопления (числа рыб в единице объема воды) производится по величинам этого радиуса (времени задержки строба), углов зрения ТВ-камеры и числа рыб в осматриваемом пространстве.

Пример расчета плотности.

Предположим, ТВ-камера имеет углы зрения по горизонтали и вертикали соответственно 2α и 2β (фиг. 4). Во время съемки определяем величину времени задержки t (фиг. 2, поз. 3) так, чтобы радиус воспринимаемого ТВ-камерой слоя воды R не превышал дальности подводной видимости, т.е. чтобы в освещенном слое были видны объекты (рыбы). Если количество рыб на кадре в момент измерения равно N, то плотность равна

где C = 2,24 • 10 м/с - скорость света в воде.

Для удобства работы регулятор времени задержки может быть градуирован в единицах не времени, а расстояния в метрах.

Величина осматриваемого ТВ-камерой объема воды может быть определена с высокой точностью благодаря тому, что граница этого объема весьма четкая и определяется по величине задержки строба открытия затвора приемника относительно импульса лазера. Подсчет численности рыб также производится весьма точно, поскольку отсутствует неопределенность положения рыб относительно границы видения - все наблюдаемые рыбы принадлежат к осматриваемому камерой объему воды. Это является большим преимуществом предлагаемого способа.

Как показали морские испытания лазерной телевизионной системы, предлагаемый способ позволит получить наиболее достоверные данные о численности рыб в рассматриваемом объеме воды и, как следствие, в конечном результате, о величине ее запасов.

Дополнительное повышение достоверности оценок плотности рыбных скоплений имеет место в данном способе за счет того, что лазерная телевизионная система обладает значительно увеличенной дальностью подводного видения: по результатам последних экспериментов в 3,2 раза больше прозрачности воды по стандартному белому диску. Это значительно ослабляет или совсем устраняет влияние камеры на поведение рыб, что также положительно влияет на точность оценок плотности концентрации рыб в природных условиях.

Осуществление предлагаемого способа, ставшее возможным в результате применения лазерного телевидения, позволило получить наиболее достоверные данные о плотности концентрации рыб за счет более точного определения величины осматриваемого объема и учета всех находящихся в нем рыб.

Способ определения плотности концентрации рыб включает съемку с помощью лазерной подводной телевизионной системы со стробированием по дальности, производят подсчет визуально или с помощью компьютера числа рыб, наблюдаемых в кадре, при подсчете учитывают не только рыб, освещенных импульсом лазера, но и находящихся в этот момент в объеме между ТВ-камерой и освещенной зоной и наблюдающихся в виде силуэтов, расчет плотности концентрации рыб производят путем деления числа наблюдаемых рыб на величину объема сферического сектора, радиус которого равен произведению скорости света в воде на половину времени задержки строба открытия приемника лазерной подводной телевизионной системы относительно импульса лазерного излучателя, при этом углы соответствуют углам зрения приемника лазерной подводной телевизионной системы. Технический результат заключается в повышении достоверности результатов, учете рыб, находящихся на границе подводного видения, наиболее удаленных, но еще видимых. 4 ил.

Способ определения плотности концентрации рыб, включающий съемку с помощью лазерной подводной телевизионной системы со стробированием по дальности, отличающийся тем, что производят подсчет визуально или с помощью компьютера числа рыб, наблюдаемых в кадре, при подсчете учитывают не только рыб, освещенных импульсом лазера, но и находящихся в этот момент в объеме между ТВ-камерой и освещенной зоной и наблюдающихся в виде силуэтов, а расчет плотности концентрации рыб производят путем деления числа наблюдаемых рыб на величину объема сферического сектора, радиус которого равен произведению скорости света в воде на половину времени задержки строба открытия приемника лазерной подводной телевизионной системы относительно импульса лазерного излучателя, при этом углы соответствуют углам зрения приемника лазерной подводной телевизионной системы.