HydroColor

HydroColor — это приложение для определения качества воды, которое использует цифровую камеру смартфона для определения отражательной способности природных водоемов. Используя эту информацию, HydroColor может оценить мутность воды (0–80 NTU), концентрацию взвешенных частиц (SPM) (г/м^3) и коэффициент обратного рассеяния в красном диапазоне (1/м). ВАЖНО: HydroColor требует использования серой карты 18% фотографов в качестве эталона. Серые карты широко доступны в фотомагазинах и в Интернете. Посетите веб-сайт поддержки для получения дополнительной информации о серых картах.

HydroColor имеет простой в использовании интерфейс, который помогает пользователям собирать три изображения: изображение серой карты, изображение неба и изображение воды. Чтобы обеспечить наилучшие результаты, HydroColor подключается к GPS, гироскопу и компасу устройства, помогая пользователям собирать эти изображения. После того, как изображения собраны, их можно немедленно проанализировать. При анализе изображений HydroColor рассчитывает коэффициент отражения водного объекта в цветовых каналах RGB камеры. Затем он использует значения отражательной способности для определения мутности воды в NTU (нефелометрических единицах мутности).

Данные мгновенно сохраняются, и к ним можно снова получить доступ через HydroColor или загрузить на компьютер из папки данных HydroColor. Текстовый файл содержит дополнительную информацию об измерении, включая: широту, долготу, дату, время, зенит солнца, азимут солнца, направление телефона, шаг телефона, значения экспозиции, коэффициент отражения RGB и мутность.

Как это работает:

HydroColor использует камеру как простой датчик освещенности (фотометр). Относительную интенсивность света можно измерить путем нормализации значений пикселей камеры по экспозиции. Таким образом, три цветовых канала камеры (RGB: красный, зеленый, синий) обеспечивают измерение интенсивности света в трех областях видимого спектра.

Интенсивность света, измеренная на изображении воды, корректируется с учетом отражения неба от поверхности (с использованием изображения неба). Скорректированное изображение воды обеспечивает интенсивность и цвет света, исходящего из воды. Это нормализуется по окружающему освещению с использованием изображения серой карты. Конечный результат представляет собой почти независимую от освещения меру отражения воды, известную как коэффициент отражения дистанционного зондирования. В океанографии спутники используются для расчета того же продукта (отражательной способности дистанционного зондирования) из космоса.

Коэффициент отражения напрямую связан с количеством и типом взвешенных частиц в воде. Увеличение мутности (т.е. взвешенных отложений) приведет к большему рассеянию света и увеличению общего коэффициента отражения воды. Частицы, содержащие пигменты, такие как фитопланктон (водоросли), поглощают свет в определенных областях видимого спектра. Таким образом, частицы, содержащие пигмент, можно обнаружить путем сравнения относительной отражательной способности в каналах RGB.

Метод, который HydroColor использует для измерения отражательной способности, был опубликован в рецензируемом журнале Sensors и доступен в свободном доступе в Интернете (примечание: с момента этой публикации HydroColor был обновлен для использования данных RAW с датчика камеры):

Леу, Т.; Босс, Э. Приложение HydroColor: надводные измерения коэффициента отражения и мутности с помощью дистанционного зондирования с помощью камеры смартфона. Датчики 2018, 18, 256. https://doi.org/10.3390/s18010256.