HydroColor

HydroColor to aplikacja do pomiaru jakości wody, która wykorzystuje cyfrowy aparat smartfona do określenia współczynnika odbicia naturalnych zbiorników wodnych. Korzystając z tych informacji, HydroColor może oszacować zmętnienie wody (0-80 NTU), stężenie zawieszonych cząstek stałych (SPM) (g/m^3) i współczynnik rozproszenia wstecznego w kolorze czerwonym (1/m). WAŻNE: HydroColor wymaga użycia szarej karty fotograficznej o nawilżeniu 18% jako punktu odniesienia. Szare karty są powszechnie dostępne w sklepach fotograficznych oraz w Internecie. Odwiedź witrynę pomocy technicznej, aby uzyskać więcej informacji na temat szarych kart.

HydroColor posiada łatwy w użyciu interfejs, który prowadzi użytkowników przez kolekcję trzech obrazów: obrazu szarej karty, obrazu nieba i obrazu wody. Aby zapewnić najlepsze wyniki, HydroColor korzysta z GPS, żyroskopu i kompasu urządzenia, aby pomóc użytkownikom w gromadzeniu tych obrazów. Po zebraniu obrazów można je natychmiast przeanalizować. Analizując obrazy, HydroColor oblicza współczynnik odbicia zbiornika wodnego w kanałach kolorów RGB kamery. Następnie wykorzystuje wartości współczynnika odbicia do określenia zmętnienia wody w NTU (nefelometryczne jednostki mętności).

Dane są natychmiast zapisywane i można uzyskać do nich ponowny dostęp poprzez HydroColor lub pobrać na komputer z folderu danych HydroColor. Plik tekstowy zawiera dodatkowe informacje na temat pomiaru, w tym: szerokość i długość geograficzna, data, godzina, zenit słońca, azymut słońca, kierunek telefonu, wysokość telefonu, wartości ekspozycji, współczynnik odbicia RGB i zmętnienie.

Jak to działa:

HydroColor wykorzystuje kamerę jako prosty czujnik światła (fotometr). Względne natężenie światła można zmierzyć, normalizując wartości pikseli aparatu na podstawie ekspozycji. Dlatego trzy kanały kolorów kamery (RGB: czerwony, zielony, niebieski) stanowią miarę natężenia światła w trzech obszarach widma widzialnego.

Natężenie światła zmierzone na obrazie wody jest korygowane o odbicie nieba od powierzchni (za pomocą obrazu nieba). Skorygowany obraz wody zapewnia intensywność i kolor światła wydobywającego się z wody. Jest to normalizowane przez oświetlenie otoczenia za pomocą obrazu szarej karty. Produkt końcowy to niemal niezależny od oświetlenia pomiar współczynnika odbicia wody, znany jako współczynnik odbicia teledetekcyjnego. W oceanografii satelity służą do obliczania tego samego produktu (odbicia teledetekcyjnego) z kosmosu.

Współczynnik odbicia jest bezpośrednio powiązany z ilością i rodzajem cząstek zawieszonych w wodzie. Wzrost mętności (tj. osadów zawieszonych) spowoduje większe rozproszenie światła i zwiększy ogólny współczynnik odbicia wody. Cząsteczki zawierające pigmenty, takie jak fitoplankton (algi), będą absorbować światło w określonych obszarach widma widzialnego. Zatem cząstki zawierające pigment można wykryć poprzez porównanie względnego współczynnika odbicia w kanałach RGB.

Metoda stosowana przez HydroColor do pomiaru współczynnika odbicia została opublikowana w recenzowanym czasopiśmie Sensors i jest ogólnodostępna w Internecie (uwaga: od czasu tej publikacji HydroColor został zaktualizowany tak, aby wykorzystywał dane RAW z czujnika aparatu):

Leeuw, T.; Boss, E. Aplikacja HydroColor: Pomiary teledetekcyjne współczynnika odbicia i zmętnienia nad wodą za pomocą aparatu w smartfonie. Czujniki 2018, 18, 256. https://doi.org/10.3390/s18010256.