Способ определения биопродуктивности планктона Советский патент 1991 года по МПК G01N21/25 

Изобретение относится к оптическим способам изучения природных ресурсов Земли дистанционными методами и.может быть использовано для обнаружения биопродуктивных зон, являющихся малоконтрастными объектами, а также их классификации по величине концентрации планктона.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров для определе- ния биопродуктивности по величине концентрации планктона.

На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа при визуальной регистрации; на фиг. 2 - спектральные яркости четырех типов биопродуктивных вод.

Устройство содержит объектив 1 и систему 2 светоделения из полупрозрачного и

отражающего зеркал, с помощью которой формируются два оптических канала, один из которых содержит последовательно расположенные регулируемую диафрагму 3, нейтральный светофильтр 4 и интерференционный светофильтр 5 с диапазоном спектрального пропускания 550-580 нм, а другой - интерференционный светофильтр 6 с диапазоном спектрального пропускания 650-680 нм, на выходе которых размещена система 7 совмещения оптических изображений из полупрозрачного и отражающего зеркал, за которой размещены объектив 8 и призма 9 совмещения , на одной из граней которой с помощью объектива 10 формируется изображение цветовой шкалы 11, освещенной стандартным источником 12 света, а также регистратор сформированных изоО

ы

со VJ о

бражений. Оценка последних может производиться визуально с помощью окуляра 13 или с помощью других приемников оптического излучения.

Устройство работает следующим обра- зом.

Световой поток о г объекта формируется объективом 1 и с помощью системы 3 свето- деления расщепляется на две части, одна из которых, ослабляясь нейтральным свето- фильтром 4 соответственно до уровня порядка 50% ( г 0,5) при визуальной регистрации и до уровня порядка 10% ( т 0,1) при регистрации другими приемниками оптического излучения и диафрагмой 3, осуществляющей дополнительную регулировку ослабления для конкретных условий наблюдения, попадает на интерференционный светофильтр 5 с полосой пропускания от 1 до 12 нм в диапазоне 550-580 нм, формирующий одно из зональных изображений, а другая проходит через интерференционный светофильтр 6 с полосой пропускания от 1 до 12 нм в диапазоне 650-680 нм, формирующий второе из зо- нальных изображений. При этом оба зональных изображения попадают в систему 7 совмещения, которая формирует синтезированное изображение, фокусирующееся объективом 8 на одну из граней призмы 9 совмещения. На другой грани последней с помощью объектива 10 формируется изображение цветовой шкалы 11, освещаемой стандартным источником 12 света. Причем оба изображения наблюдаются оператором через окуляр 13.

Цветовая шкала представляет собой набор цветовых накрасок, имитирующих цвет синтезированного изображения объекта при различных значениях концентрации планктона, а также оцифровку этих значений в единицах концентрации планктона во взвеси морской воды (мг/м ). Для учета влияния конкретных условий наблюдения и субъективныхсвойствзрительногоанализа- тора оператора предусмотрена калибровка цветовой шкалы по участкам с чистой водой, как правило, являющимся фоном, и по специальной цветовой мире, воспроизводящей используемую цветовую шкалу. Например, могут использоваться цветные шкалы, моделирующие различные типы помех (атмосферная дымка,загрязненность и соленость воды и т.п.).

Ширина спектральной зоны от 1 нм до . 12 нм-определяется из следующих сообра- . жений: 1 нм - минимальная величина рабочего канала (разрешение) современной спектральной аппаратуры, используемой

при спектрометрировании природных объектов (например, разрешение косг/ического спектрометра НРБ Спектр-256 от 1 нм до 2,5 нм)(а 12 нм определяется формой реальных спектральных кривых изучаемых объектов (фиг. 2), где ширина пиков и впадин 12 нм.

Граничные значения спектральных диапазонов определяются специфическим ходом экспериментально полученных спектральных кривых. Причем значение 550 нм является минимальной длиной волны, на которой перестает сказываться сильное влияние атмосферы, а значение 680 нм определяет верхнюю границу длин волн в видимом диапазоне, где проявляется различие спектральных кривых разных видов планктона. В результате экспериментальных спектральных исследований планктона по видимому составу и в различных районах Мирового океана выявлено, что их характерные зоны могут варьироваться в пределах, не превышающих 30 нм, в связи с чем и определяются величины спектральных диапазонов 550-580 и 650-680 нм.

Способ определения биопродуктивности планктона основывается на следующем.

Используя экспериментальные спектрометрические данные по различным типам биопродуктивных морских вод, представленные на фиг. 2, где содержанию планктона от 2 до 10 мг/м и более соответствует кривая 14, от 0,5 до 5,0 мг/м - кривая 15, от 0,2до1,0кг/м - кривая 16, менее 0,5 мг/м - кривая 17.можно определить, что при непосредственном наблюдении их диапазон цве- торазличения составляет не более трех порогов цветоразличения для четырех типов биопродуктивных вод. Причем наличие в момент наблюдения атмосферной дымки уменьшает эту величину до одного порога цветоразличения. Исходя из формы указанных спектральных кривых, выделяют два информативных диапазона - 550-580; 650- 680 нм, характеризующих максимальные различия четырех типов биопродуктивных вод и свободных от влияния атмосферной дымки, которая уже слабо сказывается на длинах волн более 540-550 нм.

Выбор ширины спектральной зоны не более 12 нм определяется дискретным изменением хода спектральных кривых. Однако такой выбор спектральных зон и диапазоновлишь незначительно расширяет диапазон цветоразличения. Это связано с тем, что световой поток от биопродуктивных объектов в диапазоне 550-580 нм значительно превышает световой поток в диапазоне 650-680 н м Для расширения диапазона цветоразличения необходимо

ослабить световой поток в пределах 550- 580 нм. Оценить величину ослабления можно, применяя зависимость диапазона изменения доминирующих длин волн синтезированного изображения для четырех типов вод от степени подавления светового потока в пределах 550-580 нм. Оптимальным является подавление до уровня порядка 10%.

Исходя из специфики визуального восприятия оптических излучений, рассчитывается оптимальное цветоразличение, которое получается при подавлении светового потока в диапазоне 550-680 нм до уровня порядка 50%. Определяется зависимость величины концентрации планктона во взвеси морской воды от доминирующей длины волны синтезированного изображения или, с учетом особенностей визуального восприятия, от числа порогов цветоразличе- ния. Величина полученного диапазона цве- торазличения позволяет с достаточной достоверностью распознавать биопродуктивные объекты по степени концентрации планктона.

Наличие внешних неблагоприятных условий наблюдения, таких, как повышенная плотность атмосферной дымки, загрязненность морской воды, наличие взвесей, ухудшает диапазон цветоразличения, но для данных четырех типов биопродуктивных вод сохраняется возможность достоверного цветоразличения. Кроме того, может быть произведена подстройка под конкретные условия наблюдения путем изменения спектральных зон в рамках диапазонов 550-580 и 650-680 нм и изменения доли светового потока в диапазоне 550-580 нм в общем

световом потоке в целях увеличения диапазона цветоразличения.

Способ позволяет визуально или в автоматическом режиме оперативно обнаруживать биопродуктивные зоны в океанах и внутренних водоемах и определять концентрацию в них планктона. Способ является дистанционным, может быть использован при работе на любых носителях - морских,

авиационных и космических и позволяет при этом увеличить диапазон цветоразличения с 1 до 14 порогов. Это дает возможность не только выделить биопродуктивный объ- ект на фоне, но и классифицировать его по

содержанию планктона, что позволяет оценить его перспективность для промысловых целей. Кроме того, возможна оперативная оценка экологической ситуации регионов. Формула изобретения

Способ определения биопродуктивности планктона, заключающийся в формировании- зональнь.ч изображений в двух каналах, изменении яркостей полученных изображений, совмещении и регистрации

их, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, формирование зональных изображений производя спектральных зонах шириной от 1 до 12 нм е пределах 550580 нм для первого и 650-680 нм ДЛР второго канала, при этом яркость зонального изображения в первом канале уменьшают до уровня 50% при визуальной регистрации или до уровня 10% при регистрации физическими приемниками излучения и по цветовому тону полученного изображения устанавливают величину концентрации планктона.

f

П/I J 4 5

ш

I

П

Изобретение относится к оптическим способам изучения природных ресурсов Земли дистанционными методами Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров. Способ позволяет осуществлять обнаружение малоконтрастных биопродуктивных объектов и производить оценку величины концентрации планктона по цветовому тону изображения, синтезированного из двух зональных изображении сформированных в спектральных зонах шириной от 1 до 12 нм в пределах диапазонов 550-580 и 650- 680 нм, причем яркость зонального изображения в диапазоне 550-580 нм уменьшают до уровня порядка 50% при визуальной регистрации или до уровня порядка 10% при регистрации физическими приемниками излучения. 2 ил. v ё

-a

/

Фиг.1

Ш

500 550 580 600 650 680

- Фм.г

8

$ &-$-/

/iI /

я

/

,НМ