Способ определения мутности воды акватории Советский патент 1990 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к инженерной экологии и.может быть использовано для оценки состояния водной среды акватории в местах интенсивного антропогенного воздействия, преимущественно при производстве работ гидро- механизированным способом.

Цель изобретения - повышение достоверности определения мутности воды акватории.

На фиг. 1 изображено расположение отдельных элементов технической системы и водной среды - объекта контроля; на фиг. 2 - детали скжета на фотопленке; на фиг. 3 - характеристическая кривая.

Техническая система,. обеспечивающая определение мутности воды акватории данным способом, включает дистанционный носитель 1 с фотоаппаратурой 2 и фотопленкой 3, соединенный посредством гибкого и эластичного шну- ра 4 с искусственным черно-белым эталоном 5, расположенным над загряз- ненной водной, поверхностью 6 водоема (фиг. 1).

Дистанционный носитель 1 обеспечивает перемещение фотоаппаратуры 2 с фотопленкой 3 и черно-белым искусственным эталоном 5 над загрязненной водной поверхностью 6 водоема. В качестве дистанционного носителя 1 могут быть использованы различные плавсредства и аэрокосмические аппараты.

Фотоаппаратура 2 .представляет собой оптико-механическое устройство, предназначенное для фотографирования объекта съемки с дистанционного носителя 1, накопления и хранения полученной информации. Фотопленка 3 предсл

ел

со vj

назначена для регистрации объекта съемки с различной яркостью отдельных деталей сюжета - черно-белого эталона 5, загрязненной водной поверхности 6 водоема, сенситометрического клина 7. Для съемки могут быть использованы обычные фотопленки чувствительностью 32-250 ед. ГОСТ с фотографической широтой L не менее 1:32.

Гибкий и эластичный шнур 4, соединяющий дистанционный носитель 1 с корпусом черно-белого искусственного эталона 5, обеспечивает Фиксирование постоянного расстояния над загрязненной водной поверхностью в случае незначительного удаления дистанционного носителя 1 от объекта съемки, например, при определении мутности воды с плавсредств, и правильную ориентацию эталона по отношению к фотоаппаратуре 2. При определении мутности воды с аэрокосмических аппаратов, черно-белый искусственный эталон 5 устанавливают на плавсредствах непосредственно над водной поверхностью 6 водоема.

Черно-белый искусственный эталон 5, соединенный посредством гибкого и эластичного шнура 4 с дистанционным носителем 1, служит для оценки качественности объекта съемки на всей площади контролируемого участка водной поверхности. Этот эталон представляет собой легкую пластинку, с укрепленной на ней черной (сажа) и белой (баритовой) бумагой.

На эмульсионной поверхности фотопленки 3 за пределами основного изображения с черно-белым искусственным эталоном 5 и участком загрязненной, водной поверхности 6 водоема впечатан сенситометрический клин 7 (фиг. 2). Последний предназначен для контроля качественности фотопленки, правильности ее экспонирования и проявления. Он представляет собой узкую полоску на фотографическом эмульсионном слое фотопленки 3, разделенной на ступени со строго фиксированной экспозицией каждой ступени, изменяющейся в геометрической прогрессии.

Техническая система, обеспечивающая определение мутности воды акватории, включает также лабораторный денситометр (не показан), предназначенный для измерения оптической плот

ности эмульсионного слоя проявленной фотопленки 3.

Определение мутности воды аквато- рии, например, при использовании плавсредств, осуществляют следующим образом.

Сначала выбирают фотопленку с фотографической широтой L, превышающей интервал яркостей между черной и белой частями искусственного эталона, т.е. . В этом случае выдержка при съемке объекта контроля может изi г L меняться в п раз (где (п - , AV интервал яркостей между черной и белой частями искусственного эталона, интервал AV всегда превышает интервал яркостей между абсолютно чистой и

0 абсолютно мутной водой) без искаже ния яркостного контраста &v на

фотопленке, который определяет

диапазон оптических плотностей

ее эмульсионного слоя и является од-

5 ним из основных критериев при определении мутности воды акватории данным способом.

В других случаях, например, при или/iv L, возможно либо одно

0 значение выдержки, либо пропорциональная передача яркостного контраста вообще невозможна.

Затем фотографируют черно-белый эталон 5 на фоне участка загрязнен ной водной поверхности 6 водоема, а за пределами изображения черно-белого эталона 5 и загрязненной водной поверхности 6 впечатывают сенситометрический клин 7. Далее проявляют фо0 топленку 3 и получают негативы с дифференциальной оптической плотностью отдельных деталей сюжета. Денситометром определяют на фотопленке 3 оптические плотности эмульсионного слоя

5 с изображением отдельных ступеней сенситометрического клина; черного и белого частей искусственного эталона 5; отдельных участков загрязненной водной поверхности 6 водоема.

g Определение оптических плотностей эмульсионного слоя фотопленки 3 с изображением отдельных ступеней сенситометрического клина 7 позволяет построить характеристическую кривую для выбранной фотопленки 3 и определить ее фотографическую широту L (фиг. 3).

Фотографическую широту L, соответствующую прямолинейному участку харак51550379

теристической кривой, вычисляют как

разность десятичных логарифмов экспозиций, соответствующих началу и концу прямолинейного участка характеристической кривой,

Нкон-1 Ннач

или в арифметической форме для бытовых фотопленок

т HKOH 32

и 7 нац.i

Фотографическая широта L как проекция прямолинейного участка на ось lg H определяет интервал количества освещения, который может передаваться данным светочувствительным слоем без искажения пропорциональности в различиях яркостей объекта фотогра- фирования, в данном случае загрязненной водной поверхности 6 и черно- белого эталона 5.

Определение качественности объекта съемки заключается в установлении разности оптических плотностей UD эмульсионного слоя проявленной фотопленки 3 с изображением белой и черной частей искусственного эталона 5 из условия Д.D 1,08 nAD const. Это условие выполнимо при съемке в ясную погоду, когда полезный интервал экспозиций фотопленки (фотографическая широта L) превышает интервал плотностей AD, определяемый черно-белым эталоном 5; ДБ находится на прямолинейном участке характеристической крвой.

При ,7 и AD const объект съемки является некачественным. Причинами этого являются недостаточная освещенность объекта съемки; неправильное определение экспозиции; неправильный выбор режима проявления фотопленки 3; недостаточная фотогра- фическая широта L фотопленки 3.

На отобранных негативах с качественным объектом съемки находят разность оптических плотностей AD1 эмульсионного слоя проявленной фото- пленки 3 с изображением белой части искусственного эталона Dg- и участка загрязненной водной поверхности DJ-. По установленной разности ДВ Djf-Dif определяют мутность воды акватории С согласно зависимости

,1ADU5, где С - мутность воды акватории,мг/л.

Необходимо отметить следующее. На отобранных качественных«негативах воспроизведены дифференциальные яркости отдельных пунктов участков контроля с различной мутностью воды, в то время как с использованием фотометрической аппаратуры в соответствии с прототипом, можно получить лиш интегральную (осредненную) яркость всего объекта съемки без выделения отдельных пунктов контроля с различной мутностью воды в пределах участка контроля, что значительно снижает достоверность получаемых результатов

Пример. tСъемка мутности воды участка акватории выполнена при следующих исходных данных: Освещенность объекта съемки В, люкс 0,0-50000 Характеристика черно- белого эталона:

коэффициент отражениябелой части Рб

черной части

РР, ft,

0,8 0,15

Характеристика фотопленки: оптическая плотность вуали D00,2

оптическая плотность начального участка характеристической кривой с нормальной экспозицией Ънац 0,3 оптическая плотность конечного участка характеристической кривой с нормальной экспозицией ЪКоН 2,5 коэффициент контрастности ft 1,5

Требуется определить мутность во- . ды на четырех участках акватории. В соответствии с предлагаемым способом определения мутности воды выполняют следующие операции.

Определяют фотографическую широту L фотопленки

- |с° СЈлз Ј

Ц:&3.Мб. 1

Определяют интервал яркостей, например, при ясной погоде и максималь- ной освещенности Е черно-белого эталона

i«-p.a,,

Й.Е

где v и v - яркость белой и черной

частей эталона

(приведенные зависимости справедливы при ясной погоде без учета состояния атмосферы - метеорологических условий) . Имеют

v . т} 27 сб VS 3,14 С°

Ч-- 2U577P Г ;Ј

-1,5 0,,08.

ляется возможным дифференциально определить мутность (по разности оптических плотностей негатива AD ) в

любой точке негатива, что значительно повышает достоверность конечного результата. Приведенные результаты показывают преимущества предлагаемого способа определения мутности воды

акватории, его более высокую достоверность при проведении технологического контроля за: состоянием водной среды.

Формула изобретения

Изобретение относится к инженерной экологии и может быть использовано для оценки состояния водной среды акватории в местах интенсивного антропогенного воздействия, преимущественно при производстве работ гидромеханизированным способом. Цель изобретения - повышение достоверности способа посредством определения качественности объекта по разности оптических плотностей белой и черной частей искусственного эталона. Использование способа позволяет получать достоверную информацию о состоянии водной среды. 3 ил.

Сопоставляют фотографическую широту L фотопленки с интервалом яркостей черно-белого эталона и устанавливают, что ЪДВ, т.е. 1,46 1,08 - объект съемки является качественным.

В этом случае при выполнении съемки мутности, выдержка может изменяться в 1,35 раза без нарушения пропорциональности при передаче различных яркостей соответствующим оптическим плотностям негатива.

Фотографируют черно-белый эталон на фоне участка загрязненной водной поверхности, а за пределами изображения (черно-белого эталона и загрязненной водной поверхности) впечатывают сенситометрический клин.

Проявляют негативы и определяют на денситометре качественность объекта съемки,из условия ADs 1,08 и &D «const для разности оптических плотностей эмульсионного слоя с изображением черной и белой частей искусственного эталона.

На некачественных негативах определяют причину выполнения неправильной съемки с использованием сенситометрического клина и построения характеристической кривой.

На отобранных качественных негативах находят разность оптических плотностей ДВ эмульсионного слоя проявленной фотопленки с изображением белой части искусственного эталона DJJ и отдельных пунктов участка загрязненной водной поверхности Dy, и по установленным разностям судят о мутности воды акватории С согласно зависимости

07,

В предлагаемом способе определения мутности воды акватории предствв0

5

0

5

0

5

0

5

Способ определения мутности воды акватории, заключающийся в том, что сканируют и фотометрируют водную поверхность объекта контроля, определяют относительный коэффициент яркости водной поверхности объекта контроля и искусственного белого эталона, по которому судят о мутности воды акватории, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения мутности воды акватории, фотографируют белый эталон, дополненный черной частью, на фоне участка загрязненной водной поверхности, при помощи предварительно выбранной фотопленки с фотографической шириной, превышающей интервал яркости между черной и белой частью искусственного эталона, впечатывают на фотопленку сенситометрический клин за пределами изображения черно-белого искусственного эталона и загрязненной водной поверхности, проявляют фотопленку, определяют качество негативов по разности оптических плотностей эмульсионного слоя проявленной ф9топленки с изображением белой и черной частей искусственного эталона из условия

ДБь 1,08 и &D con st,

где UD Djf-D,,;

Dt- и Dr - соответственно оптическая плотность эмульсионного слоя проявленной фотопленки с изображением белой и черной частей искусственного эталона,

,да отобранных качественных негативах )находят разность оптических плот- Тнбстей эмульсионного слоя проявленной фотопленки с изображением белой

части искусственного эталона и участка загрязненной водной поверхности D и по разности ДВ , судят о мутности воды акватории согласно зависимости

, 1 х ДО

М,5

Фиг.1

а а а/а а а ста

а а а о а о а а а

Фиг. 2

379Ю

где С - мутность воды акватории,

мг/л;

D- - оптическая плотность эмульсионного слоя проявленной фотопленки с изображением загрязненной водной поверхности.

ЬЪяЩ ЦП ФизЗ

Щ

кон.