УДК 621.753;551.463
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТА МОРСКОЙ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ RGB-КОЛОРИМЕТРОВ
THE METHOD FOR INCREASING THE ACCURACY OF DETERMINATION OF SEA WATER COLOUR USING RGB COLORIMETER
Алиева Гюнель Вагиф гызы
аспирант
E-mail: gunelcelilova@mail.ru
Азербайджанское Национальное аэрокосмическое агентство, г. Баку
Аннотация: Предложен метод повышения точности определения цвета морской воды с помощью RGB-колориметров. Показано, что неучет фактора различной степени взволнованности морской поверхности из-за изменчивости скорости ветра может привести к искажению измеренной цветности исследуемого объекта. Рассмотрен метод адаптивных измерений компонентов цветности, позволяющий устранить искажающее влияние непостоянства скорости ветра. Разработан алгоритм предлагаемого метода.
Ключевые слова: точность; морская вода; цвет; ветер; искажение, адаптивное измерение.
Aliyeva Gjunel' V.
Postgraduate
E-mail: gunelcelilova@mail.ru
Azerbaijan National Aerospace Agency, Baku
Abstract: The method for increasing the accuracy of determination of sea water colour using RGB colorimeter has been suggested. It is shown, that the accounting of different level of sea surface roughness due to changeability of wind's speed studied object. The method of adaptive measurements of colour components making it possible to remove the distortion effect of non-stability of wind speed is suggested. The operational algorithm of suggested method has been developed.
Keywords: accuracy; sea water; colour; wind; distortion; adaptive measurements.
ВВЕДЕНИЕ
Хорошо известно, что цвет морской воды прямо связан с концентрацией и оптическими свойствами растворенного и взвешенного вещества в водном столбе и их влиянием на восходящий поток радиации, принимаемого наблюдателем [1]. Наиболее значимыми из этих веществ являются фитопланктоны, мелкие частицы, отличные от водорослей, хромофорические органические растворенные вещества (СДОМ) и сама вода. В общем случае СДОМ повышает поглощение в области коротких видимых волн, уменьшает восходящую радиацию и увеличивает общее ослабление сигнала. Фитопланктоны также могут вызывать изменения в цвете воды, ослаблять или увеличивать рассеянную радиацию.
Как отмечается в работе [1], цвет воды, воспринимаемый человеческим глазом, может быть отображен с использованием функций цветового соответствия определенных CIE (Commission International l'Eclairage), которые переводят результаты радиометрических измерений в систему колориметрических координат. Согласно [1], далее вычисляются цветовые компоненты X, Y, Z системы CIE с использованием величины восходящей с поверхности воды радиации Lw, а также тристи-
мулус функций, интегрированных в полосе спектра 400...700 нм.
Первичные RGB-цветовые значения вычисляются путем матричного преобразования на базе хроматических координат и опорного белого цвета стандартного компьютерного монитора.
На рис. 1 приведены экспериментально определенные спектры отражения различных зон озера Тайху (Китай), характеризующихся высокой степенью эвтрофикации.
Как видно из спектральных кривых, представленных на рис. 1, спектры отражения в основном характеризуются относительно широким пиком в диапазоне 500...550 нм и сильным ослаблением в зоне 650...750 нм.
Вместе с тем, проведение измерений отраженной с поверхности воды радиации без осуществления ряда специфических коррекций не позволяет выявить истинный цвет морской воды. Например, согласно [1], неучет внешних условий относительно степени волнистости водной поверхности, облачности, угла высоты Солнца и т. д. приводит к тому, что кажущаяся сверху издалека черной по цвету вода на самом деле оказывается зеленого цвета.
а) б)
Рис. 1. Общий вид спектров отражения, полученных в пяти различных зонах озера Тайху с разной степенью загрязнения
Одним из таких факторов является ветер. В настоящей статье показано, что неучет фактора неравной степени взволнованности поверхности моря вследствие ветра приводит к искажению измеренной цветности морской воды. Предлагается метод адаптивного измерения цветовых компонентов для устранения цветоискажающего влияния ветра.
МЕТОД АДАПТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ КОМПОНЕНТОВ, УСТРАНЯЮЩИЙ ВЛИЯНИЕ ВЕТРА
Как указывается в работе [2], коэффициент отражения с морской поверхности рш определяется по формуле
р _ п(1) - ртку(1)
Рш - п-и-У-^
Е+ (1)
(1)
- 0,026 + 0,001 Ж + 0,0000 Ж2, где Ж — скорость ветра.
(2)
Очевидно, что изменение скорости ветра во времени приведет к разной степени взволнованности морской поверхности, что неминуемо приведет к искажению результирующего цвета морской воды на выходе используемой колориметрической системы.
Для устранения вышеуказанных искажений цветности, вызываемых временным изменением скорости ветра, в настоящей статье предлагается метод многоканального адаптивного измерения RGB-компонентов цветности, который заключается в следующем.
С учетом временных изменений параметров Ра*; Ж; Рш; Ь+и; Ь$ку; формулы (1) и (2) приобретают следующий вид:
р (?) = 1 + ( 0 + Р ( 1) -ку Ш Е+ (0 '
где Хи(1) — излучение с водной поверхности; Ь$ку(Х) — излучение неба; £¿(1) — нисходящее излучение; — коэффициент отражения граничной зоны "воздух—вода".
При этом, согласно [3], имеет место следующее соотношение между коэффициентом ра* и скоростью ветра:
Рда(?) - 0,026 + 0,0001 Ж(?) + 0,00006 Ж(?)2. (3)
Величина коэффициента рш с учетом (3) определится как
рМ - [¿+(0 - ¿*ку(0-0,026 - -
- ¿*ку(0-0,00006 Ж2(?)]/£+.
Рассмотрим процесс раздельного измерения RGB-компонентов цветности. Так как принцип измерения всех этих компонентов одинаков, до-
20
вепвогв & Эувгетв • № 3.2015
статочно рассмотреть один из них. Очевидно, что условие временной стабильности цветности выбранной компоненты I имеет следующий вид:
бб^' [0,026 + 0,0001 W(t) +
Е+( г),
+ 0,00006 ж2(г)] = а. (4)
Из выражения (4) получаем следующее квадратичное уравнение, позволяющее аналитическим образом определить условие проведения измерения 1-й компоненты RGB-цветовой системы
W2(t) + l,66W(t) _
_ ( аЕ+6 ( 6) /£-ку( 6) 6) - 0 , 026 - 0 , 0 0 0 0 6 =0. (5)
Решение уравнения (5) дает W(t) =
= -0,83 + },832 + (аЕб(6>Ш»"б0^ . (6)
Таким образом, полученное выражение (6) позволяет выработать следующий алгоритм раздельного измерения цветовых компонентов R, G и В, при котором дестабилизирующее влияние ветра полностью компенсируется.
АЛГОРИТМ ИЗМЕРЕНИЯ RGB-КОМПОНЕНТОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ВЕТРА
1. Осуществляется непрерывное измерение скорости ветра W(t).
2. Для компонентов R, G и В раздельно измеряются параметры Е+ (г)^; Е+ (г)0; Е+(г)в, а также
т . /л т . /л т . /л _
Рис. 2. Алгоритм метода измерения цвета морской волны
няется, значения а изменяется до тех пор, пока не установится равенство W(t) = Е(г) для R, G и В.
5. С учетом вышеизложенного R-цветовая компонента должна быть измерена в момент G-цветовая компонента в момент tQ и В-цветовая компонента — в момент гв.
Схема предлагаемого метода измерения цвета морской воды показана на рис. 2.
Как видно из схемы алгоритма реализации предлагаемого метода при заданной величине а условие W(t) = Дг) должно быть выполнено для всех цветовых компонент раздельно. В противном случае значение постоянной а должно быть отрегулировано соответствующим образом.
Следует отметить, что практическая реализация предлагаемого метода по сути предполагает построение трехканального адаптивного измерителя, моменты проведения измерения в котором
ЯГЛ = _0 83 + /0 832 + Г(аЕ+(t)/Ь,ку(I),) - 0,026-1 = 0,83 + ^83 + [-00666-_ ,
где I = (R, G, В).
4. Определяются временные моменты ti, в которые при заданной величине а выполняется равенство W(t) = Е(1). Если это условие не выпол-
Рис. 3. Комплекс средств адаптивного измерения цвета морской воды
зависят от скорости ветра. Указанное обстоятельство диктует необходимость включения в общую схему комплекса измерений измерителя скорости ветра. Общая схема комплекса, реализующего метод адаптивного измерения цвета морской воды, показана на рис. 3.
ВЫВОДЫ
В заключение сформулируем основные выводы и положения проведенного исследования.
Показано, что неучет фактора различной степени взволнованности морской поверхности из-за изменчивости скорости ветра может привести к искажению измеренной цветности исследуемого объекта.
Предложен метод адаптивных измерений компонентов цветности, позволяющий устранить искажающее влияние непостоянства скорости ветра.
Разработан алгоритм предлагаемого метода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Duan H, Ma R., Loiselle S. A., et al. Optical characterization of black blooms in entropic waters // Science of the Total Environment. — 2014. — P. 174—183.
2. Cauwer V. D, Ruddick K, Park Y., et al. Optical remote sensing in support of eutrophication monitoring in the southern Nerth Sea // EARSel Proceedings 3. — 2004. — N 1. — P. 208—221.
3. Mobley C. D. Estimation of the remote-sensing reflectance from above-surface measurements // Applied Optics. — 1999. — Vol. 38. — P. 7442—7455.
УДК 531.768.654.922.3
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ПАРАМЕТРОВ УДАРА, НАКЛОНА И ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТРЕХОСЕВОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА
MULTIFUNCTIONAL SENSOR OF SHOCK, INCLINATION AND MOVEMENT PARAMETERS BASED ON TRIAXIAL ACCELEROMETER
Васюков Сергей Александрович
д-р техн. наук, доцент, профессор E-mail: sa_vasyukov@mail.ru
Остапенко Дмитрий Геннадиевич
студент
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва
Аннотация: Приведены результаты экспериментальных исследований ускорений, действующих при ударе по кузову, наклоне и движении автомобиля, с использованием тестовой платы STM32F3DISCOVERY с акселерометрическим чувствительным элементом на основе МЭМС-технологий LSM303DLHS. Проведен анализ уровня шумов и вибраций при креплении платы на пластиковой панели автомобиля и работе двигателя в диапазоне от 700 до 4000 об/мин. Показаны реализации ускорений при: слабых ударах в разных частях кузова; сильном ударе; медленном и быстром разгоне до скорости 20 км/ч с последующим торможением и проездом препятствий в виде "лежачих полицейских". Обоснован выбор д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.