03 марта 2016г.
Экологический мониторинг окружающей среды является первостепенным направлением современной экологии. На сегодняшний день множество ученых направили свои силы с эту сферу. Методики, способные оценить влияние города на аэрозольное замутнение [3], определить ход аэрозольной оптической толщи атмосферы [2] или оценить изменение воздушной среды в течение нескольких лет [1] – это всего лишь малая часть огромного списка работа, обнаруженных в специализированных печатных изданиях. Однако все эти системы носят глобальный характер. Данные методы и средства не позволяют осуществить оценку загрязнения окружающей среды в локальной области, например, уличного перекрестка.
Цель работы заключается в создании экспериментальной установки для исследования изменения контраста в изображении двух ИК-светодиодов в зависимости от объема дыма.
Разработанная экспериментальная установка представлена в виде структурной схемы на рисунке 1 и включает в себя следующие элементы: 1 – видеокамера «Видеоскан 205-2001»; 2,3 – вентиляторы; 4 – активный источника излучения, состоящий из двух светодиодов с длиной волны λ = 940 нм (4а, 4в) и призмы АР-90 с зеркальными поверхностями (4б); 5 – генератор дыма, включающий в себя стеклянную банку (5а), насос (5б) и источник дыма (крупнодисперсный дым – сигара, мелкодисперсный – папироса); 6 – вентилятор; 7 – стеклянную камеру; 8 – персональный компьютер. Стеклянная банка плотно закрывается полиэтиленовой крышкой, в которой расположены отверстия для шланга насоса и источника дыма. Насос обеспечивает дозированный объем дыма. Вентиляторы (2,3,6) равномерно распределяют дым по стеклянной камере.
С помощью юстировочных элементов, встроенных в активный источник освещение, осуществляется процедура частичного перекрытия светодиодами друг друга. Разработанный генератор дыма позволяет единовременно закачать объем V = 30,41 ± 1,52 см3. Общий объем стеклянной камеры составляет 49,59·103 см3. Изображения светодиодов фиксировали через каждые 5 процедур закачивания дыма, то есть через каждые 152 ± 7,5 см3. Поскольку камера не является идеально герметичной, то при закачивании объема V = 152 см3 такое же количество воздуха выходит из камеры через резиновые прокладки, что составляет приблизительно 0,25% от объема всей камеры. Поэтому в общей погрешности учитывали и эту постоянную составляющую. Увеличение объема дыма внутри камеры приводило к уменьшению контраста в изображении светодиодов. Изображения светодиодов при различном объеме дыма представлены на Рисунке 2.
Для расчета
контраста
были
выбраны
сечения,
показанные на Рисунке 2 двумя светлыми
линиями.
Изменения оптического сигнала
по светлым линиям
представлены на Рисунке 3.
Расчет контраста осуществляли с помощью параметров максимума оптического сигнала Smax и минимума оптического
сигнала Smin по следующей формуле:
На Рисунке
4 представлены результаты расчета
контраста в зависимости от объема дыма.
Заключение.
Полученный результат хорошо согласуется с известными результатами изменения контраста в случае использования пассивного источника
света в виде двух светлых полос в видимой
области спектра [5] и изменения контраста между объектом и фоном вдоль оптического пути [4,6]. Полученный
график позволяет предположить, что результаты, полученные с помощью разработанной экспериментальной установки, могу являться
эталонными и применяться на некотором
этапе экологического мониторинга атмосферного воздуха.
При мониторинге атмосферного воздуха
решается обратная задача
– задача определения объема дыма (аэрозольной плотности
атмосферного воздуха
[5]) по измеренному контрасту. Однако решение
обратной задачи требует улучшения функциональности как лабораторного стенда, так и методики
определения контраста, так как необходимо учитывать влияние
солнечного света на результаты эксперимента, влияние воздушных
масс на изменение
объема дыма в локальной области,
а также разделять дисперсность дыма.
Список литературы
1. Адмаев, О.В., Гавриленко, Т.В. Использование марковских процессор для оценки экологической безопасности
воздушного пространства города
// Оптика атмосферы и океана. – 2010. – №12. – c. 1087- 1090.
2. Кабанов, Д.М., Береснев,
С.А., Горда, С.Ю., Корниенко, Г.И., Николашкин, С.В., Сакерин,
С.М., Тащилин, М.А. Дневной ход аэрозольной оптической толщи атмосферы
в нескольких регионах азиатской
части России // Оптика атмосферы и океана. –
2013. – №4. – c. 291-296.
3. Поддубный, В.А., Лужецкая А.П., Маркелов, Ю.И., Кабанов,
Д.М. Оценка влияния города на аэрозольное замутнение атмосферы по данным двухточечных измерений «фон-промышленный город» // Оптика атмосферы и океана. – 2012. – №4. – c. 319-326.
4. Полупроводниковые
формирователи сигналов изображения. Перевод с англ. // Под ред. П. Йесперса, Ф. Ван де Виле, М. Уайта. – М.: Мир. 1979. – С. 539-541.
5. Пронин, С.П., Кононова, Е. С., Кальной,
Д. Г. Методическое и техническое обеспечение локальной системы экологического мониторинга атмосферы // Ползуновский вестник. – 2010.
– №2. – c. 189-193.
6.
Johnson J., Image Intensifier Symposium, Fort Belvoir, Va.,Oct.
6 – 7, 1958, AD22016D.
