HydroColor: Water Quality App

Thomas Leeuw

Περιγραφή εφαρμογής

Το HydroColor είναι μια εφαρμογή ποιότητας νερού που χρησιμοποιεί την ψηφιακή κάμερα ενός smartphone για να προσδιορίσει την ανάκλαση των φυσικών υδάτινων σωμάτων. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες, το HydroColor μπορεί να εκτιμήσει τη θολότητα του νερού (0-80 NTU), τη συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων (SPM) (g/m^3) και τον συντελεστή οπισθοσκέδασης στο κόκκινο (1/m). ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: Το HydroColor απαιτεί τη χρήση γκρι κάρτας φωτογράφων 18% ως αναφορά. Οι γκρι κάρτες είναι ευρέως διαθέσιμες σε καταστήματα φωτογραφίας και στο διαδίκτυο. Επισκεφτείτε τον ιστότοπο υποστήριξης για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις γκρίζες κάρτες.


Το HydroColor έχει μια εύχρηστη διεπαφή που καθοδηγεί τους χρήστες στη συλλογή τριών εικόνων: μια εικόνα γκρι κάρτας, μια εικόνα ουρανού και μια εικόνα νερού. Για να εξασφαλίσει τα καλύτερα αποτελέσματα, το HydroColor αγγίζει το GPS, το γυροσκόπιο και την πυξίδα της συσκευής για να βοηθήσει τους χρήστες στη συλλογή αυτών των εικόνων. Αφού συλλεχθούν οι εικόνες, μπορούν να αναλυθούν αμέσως. Στην ανάλυση των εικόνων, το HydroColor υπολογίζει την ανάκλαση του υδάτινου σώματος στα έγχρωμα κανάλια RGB της κάμερας. Στη συνέχεια χρησιμοποιεί τις τιμές ανάκλασης για να προσδιορίσει τη θολότητα του νερού σε NTU (νεφελομετρικές μονάδες θολότητας).

Τα δεδομένα αποθηκεύονται αμέσως και μπορείτε να τα προσπελάσετε ξανά μέσω HydroColor ή να τα λάβετε σε υπολογιστή από το φάκελο δεδομένων του HydroColor. Το αρχείο κειμένου περιέχει πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τη μέτρηση, όπως: γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος, ημερομηνία, ώρα, ζενίθ του ήλιου, αζιμούθιο του ήλιου, επικεφαλίδα τηλεφώνου, ύψος τηλεφώνου, τιμές έκθεσης, ανάκλαση RGB και θολότητα.

Πως δουλεύει:

Το HydroColor χρησιμοποιεί την κάμερα ως απλό αισθητήρα φωτός (φωτόμετρο). Η σχετική ένταση φωτός μπορεί να μετρηθεί κανονικοποιώντας τις τιμές των pixel της κάμερας με βάση την έκθεση. Επομένως, τα τρία έγχρωμα κανάλια της κάμερας (RGB: Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε) παρέχουν ένα μέτρο της έντασης του φωτός σε τρεις περιοχές του ορατού φάσματος.

Η ένταση φωτός που μετράται στην εικόνα του νερού διορθώνεται για αντανάκλαση του ουρανού από την επιφάνεια (χρησιμοποιώντας την εικόνα του ουρανού). Η διορθωμένη εικόνα νερού παρέχει την ένταση και το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται από το νερό. Αυτό κανονικοποιείται από τον φωτισμό περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας την εικόνα της γκρι κάρτας. Το τελικό προϊόν είναι ένα μέτρο σχεδόν ανεξάρτητο από τον φωτισμό της ανάκλασης του νερού, γνωστό ως ανακλαστικότητα τηλεπισκόπησης. Στην ωκεανογραφία, οι δορυφόροι χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του ίδιου προϊόντος (ανακλαστικότητα τηλεπισκόπησης) από το διάστημα.

Η ανάκλαση σχετίζεται άμεσα με την ποσότητα και τον τύπο των αιωρούμενων σωματιδίων στο νερό. Μια αύξηση της θολότητας (δηλαδή των αιωρούμενων ιζημάτων) θα προκαλέσει μεγαλύτερη σκέδαση του φωτός και θα αυξήσει τη συνολική ανάκλαση του νερού. Τα σωματίδια που περιέχουν χρωστικές ουσίες, όπως το φυτοπλαγκτόν (φύκια), θα απορροφήσουν το φως σε συγκεκριμένες περιοχές του ορατού φάσματος. Έτσι, τα σωματίδια που περιέχουν χρωστική ουσία μπορούν να ανιχνευθούν συγκρίνοντας τη σχετική ανάκλαση στα κανάλια RGB.

Η μέθοδος που χρησιμοποιεί το HydroColor για τη μέτρηση της ανάκλασης έχει δημοσιευθεί στο επιστημονικό περιοδικό Sensors και διατίθεται δωρεάν στο διαδίκτυο (σημείωση: Το HydroColor έχει ενημερωθεί για να χρησιμοποιεί δεδομένα RAW από τον αισθητήρα της κάμερας από αυτήν τη δημοσίευση):

Leeuw, Τ.; Boss, E. The HydroColor App: Above Water Measurements of Remote Sensing Reflectance and Turbidity Using a Smartphone Camera. Sensors 2018, 18, 256. https://doi.org/10.3390/s18010256.

Τι νέο υπάρχει

Back-end updates to use the latest APIs and frameworks.