Способ определения биопродуктивности планктона

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s G 01 N 21/25

ГОСУДА P СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4663495/25 (22) .01.02.89 (46) 28.02.91. Бюл. М 8 (71) Государственный научно-исследовательский и производственный центр "Природа" и Главный научно-исследовательский и методический центр космической информации рыбной промышленности (72) С.И.Потайчук, Л.А.Ронжин и Е,И,Чары кова (53) 629,78(088.8) (56) Мешков В.В. Основы светотехники, ч. 2, М вЂ” Л.: Госэнергоиздат, 1961, с. 335 — 349.

Патент ФPГ % 1289092, кл.21 N7,5/33, 1969. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОПРОДУКТИВНОСТИ ПЛАНКТОНА

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 определения 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 обьектив 1 и систему 2 светоделения из полупрозрачного и

„„!Ж ÄÄ 1631370 Al (57) Изобретение относится к оптическим способам изучения природных ресурсов

Земли дистанционными методами. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметр" а. Способ позволяет осуществлять обнаружение малоконтрастных биопродуктивных объектов и производить оценку величины концентрации планктона по цветовому тону изображения, синтезированного из двух зональных иэображений, сформированных в спектральных зонах ши .иной.от 1 до 12 нм в пределах диапазонов 550-580 и 650680 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. отражающего зеркал, с помощью которой ! а формируются два оптических канала, один О из которых содержит последовательно рас-, CA) положенные регулируемую диафрагму 3, нейтральный светофильтр 4 и интерферен-, (д) ционный светофильтр 5 с диапазоном спектрального пропускания 550 — 580 нм, а, С1 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 изо1631370

50 бражений. Оценка последних может производиться визуально с помощью окуляра 13 или с помощью других приемников оптического излучения, Устройство работает следующим образом.

Световой поток от объекта формируется объективом 1 и с помощью системы 3 светоделения расщепляется на две части, одна из которых, ослабляясь нейтральным светофильтром 4 соответственно до уровня порядка 50% (t = 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 зональных изображений. При этом оба зональных иэображения попадают в систему 7 совмещения, которая формирует синтезированное изображение, фокусирующееся обьективом 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 обьекта 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 субъективных свойств зрительного анализатора 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

35 при спектрометрировании природных объектов (например, разрешение космического 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. B результате экспериментальных спектральных исследований планктона по видимому составу и в различных районах Мирового океана выявлено, что их характерные зоны могут варьироваться s 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

0,2 до 1,0 кг/м — кривая 16, менее 0,5 мг/м— з з кривая 17.можно определить, что при непосредственном наблюдении их диапазон цветоразличения 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 диапазонов лишь 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 нм. Для расширения диапазона цветоразличения необходимо

1631370 ослабить световой поток в пределах 550—

580 нм. Оценить величину ослабления можно, применяя зависимость диапазона изменения доминирующих длин волн синтезированного изображения для четырех ти- 5 пов вод от степени подавления светового потока в пределах 550 †5 нм. Оптимальным является подавление до уровня порядка 10 .

Исходя иэ специфики визуального вос- 10 приятия оптических излучений, рассчитывается оптимальное цветоразличение, которое получается при подавлении светового потока в диапазоне 550-680 нм до уровня порядка 50 . Определяется зависи- 15 мость величины концентрации планктона во взвеси морской воды от доминирующей длины волны синтезированного иэображения или, с учетом особенностей визуальногг восприятия, от числа порогов цветоразличе- 20 ния. Величина полученного диапазона цветоразличения позволяет с достаточной достоверностью распознавать биопродуктивные объекты по степени концентрации планктона. 25

Наличие внешних неблагоприятных условий наблюдения, таких, как повышенная плотность атмосферной дымки, загрязненность морской воды, наличие взвесей, ухудшает диапазон цветоразличения, но для 30 данных четырех типов биопродуктивных вод сохраняется возможность достоверного цветоразличения. Кроме того, может быть произведена подстройка под конкретные условия наблюдения путем изменения спек- 35 тральных 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 диапа- =. зона цветораэличения.

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 цветораэличения с 1 до 14 порогов. Это дает возможность не только выделить биопродуктивный объект 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 зональных 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 в пределах 550580 нм для перво;-о кан-..а и 650 — 680 нм для второго канала, при этом яркость зонального изображения в,первом канале уменьшают до уровня 50 при визуальной регистрации или до уровня 10 при ре"истрации физическими приемниками излучения и по цветовому тону полувоенного изображения устанавливают величину концентрации планктона.

1631370

1,5 б®

Составитель В.Варнавский

Техред М.Моргентал Корректор М.Пожо

Редактор И.Касарда

-Заказ 538 Тираж 404 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101