книги из ГПНТБ / Соколов, О. А. Видимость под водой
.pdfО.А. Соколов ВИДИМОСТЬ
под водой
О. Л. Соколов видимость
под водой
П о д р е д а к ц и е й Ю. Е. ОЧАКОВСКОГО
Г И Д Р О М Е Т Е О И З Д А Т • ЛЕНИНГРАД • 1974
УДК 551.46
В монографии на основе имеющихся литературных сведений и соб ственного опыта работы автора в области подводных исследовании по следовательно рассмотрены физические основы подводных оптических на блюдений и вопросы подводной видимости объектов. Значительное вни мание уделено расчетам дальности видимости под водой для визуальных, фотографических и телевизионных наблюдательных систем. Специальная глава знакомит читателя с подводной видимостью цветных объектов и расчетами цветопередачи в водной среде. Отдельные разделы посвящены измерению прозрачности воды с помощью дисков, передаче изображения через слой водной среды, видимости при искусственном освещении и спо собам увеличения дальности видимости под водой.
Монография рассчитана на широкий круг научных и инженерно-тех нических работников различного профиля, использующих подводные на блюдения в своей практической деятельности, конструкторов, занимаю щихся проектированием средств подводных наблюдений, студентов и слу шателей учебных заведений морских специальностей и т. д.
The book deals with the physical principles of underwater optical obser vations and aspects of underwater visibility of objects. Particular attention is attached to calculations of distant visibility under water for visual, photo graphic and TV observational systems. A special chapter is devoted to underwater visibility of coloured objects and contains calculations of colour transmission in water environment. Separate sections are concerned with measurement of water transparency with the aid of discs, image transmis sion through water layer, visibility in case of artificial light source and techniques used for increasing distant visibility under water.
The monograph is intended for scientists and those working in applied fields of underwater optical observations.
20405-053 _ © Гндрометеоиздат, 197<l r.
C 069(02)-74
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................................... |
|
5 |
|
|
Глава 1. СВЕТОВОЕ ПОЛЕ В ТОЛЩЕ МОРЯ |
|
|
|
|
1.1. Первичные гидрооптические характеристики ......................................... |
|
7 |
ѵ |
|
1.2. Распределение яркости в толще моря. Вторичные гидрооптические |
17 |
|
||
характеристики ................................................................... |
26 |
. |
||
1.3. Характеристики светового поля в водной с р е д е .......................... |
36 |
|||
1.4. Спектральный состав излучения в м о р е .................................................... |
■ |
|
||
1.5. Поляризация излучения в м о р е ........................................................ |
40 |
|
|
|
Глава 2. ВИДИМОСТЬ ОБЪЕКТОВ ПОД ВОДОЙ |
|
|
|
|
2.1. Основные понятия общей теории видимости и различия между усло |
48 |
|
||
виями наблюдений в воздушной и водной среде..................................... |
|
|
||
2.2. Световое уравнение для глубинного режима плоскопараллельной мут |
|
|
||
ной с р е д ы ............................................................................................. |
53 |
57 |
|
|
2.3. Ослабление контраста в море в условиях глубинногорежима |
. . . . |
|
||
2.4. Независимость истинного контраста от гл у б и н ы ...................... |
58 |
60 |
|
|
2.5. Критическая мутность среды и различаемость контрастов под |
водой |
|
||
2.6. Дальность видимости объектов под в о д о й ................................. |
62 |
|
|
|
Глава 3. ВИДИМОСТЬ ОБЪЕКТОВ ПОД ВОДОЙ КАК МЕТОД |
|
|
||
ОЦЕНКИ ПРОЗРАЧНОСТИ ВОДНОЙ т олщ и |
|
|
|
|
3.1. Отражательная способность погруженных объектов............................. |
|
65 |
|
|
3.2. Экспериментальное определение коэффициента отражения погружен |
68 |
|
||
ных объектов .................................................................................................. |
|
|
||
3.3. Яркость |
погруженных объектов ................................................................ |
черных |
71 |
|
3.4. Оценка |
оптических параметров водной среды по видимости |
'73 |
|
|
о б ъ екто в ............................................................................................................. |
|
• |
||
3.5. Оценка прозрачности по видимости белого д и с к а .................................. |
|
75 |
||
3.6. Оценка прозрачности по видимости двух дисков с разными коэффици |
80 |
|
||
ентами |
отр аж ен и я .......................................................................................... |
|
|
|
3.7. Оценка |
прозрачности по видимости трех д и с к о в .................................. |
|
81 |
|
3.8. Оценка прозрачности с помощью измерителя видимости...................... |
|
82 |
|
|
3.9. Точность дисковой гидрофотометрни........................................................ |
|
83 |
|
|
Глава 4. ВИДИМОСТЬ ЦВЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ ПОД ВОДОЙ |
|
|
|
|
4.1. Факторы, определяющие цветность погруженныхобъектов..................... |
|
87 |
|
|
4.2. Цвет подводного излучения в системе X Y Z ............................................. |
|
89 |
|
|
4.3. Изменение цветности окрашенных объектов при их погружении в вод |
94 |
|
||
ную с р е д у ......................................................................................................... |
|
|
||
4.4. Изменение цветности погруженных объектов при изменении расстоя |
98 |
|
||
ния наблюдения. Дальность видимости цветныхобъектов под |
водой |
|
||
1* |
|
|
3 |
|
Глава 5. РАСЧЕТ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ ОБЪЕКТОВ
под водой
5.1. |
Расчет функций § отн (Оп) и |
( 0 ) ............................................................ |
|
|
|
105 |
5.2. |
Расчет визуальной дальности |
видимости объектов под водой в среде |
115 |
|||
|
с глубинным распределением яр ко сти ........................................................ |
|
|
|||
5.3. Расчет дальности видимости |
подводных объектов фотографической |
124 |
||||
|
системой ......................................................................................................... |
|
|
|
|
|
5.4. Расчет дальности видимости подводных объектов телевизионной систе |
130 |
|||||
|
мой .................................................................................................................... |
|
|
неуста- |
||
5.5. Расчет дальности видимости подводных объектов в условиях |
137 |
|||||
|
новившегося светового р еж и м а ................................................................... |
|
|
|
||
Глава 6. ПЕРЕДАЧА ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПОДВОДНЫХ |
|
|
|
|||
|
НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ |
|
|
|
||
6.1. Оценка качества изображения |
в системах, применяемых для |
подвод |
146 |
|||
|
ного наблюдения.............................................................................................. |
|
|
|
|
|
6.2. Функция рассеяния и частотно-контрастная характеристика............... |
|
|
151 |
|||
6.3. Частотно-контрастные характеристики |
водной с р е д ы .......................... |
|
|
159 |
||
Глава 7. ПОДВОДНАЯ ВИДИМОСТЬ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ |
|
|
|
|||
|
ОСВЕЩЕНИИ |
|
|
|
|
|
7.1. Подводное освещение .................................................................................. |
|
|
|
|
167 |
|
7.2. Световое поле точечного источника света под в о д о й .............................. |
|
|
169 |
|||
7.3. Световое поле коллимированного источника света под водой |
водной. . . . |
172 |
||||
7.4. |
Яркость излучения от коллимированного источника света в |
|
177 |
|||
|
среде ................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
7.5. Освещенность от коллимированного источника света под водой |
водной. . . . |
179 |
||||
7.6. |
Яркость дымки рассеянного |
излучения при наблюдении в |
|
189 |
||
|
среде, освещаемой узким пучком светового излучения.......................... |
|
|
|||
7.7. Общие вопросы видимости под водой при искусственном освещении |
192 |
|||||
7.8. Видимость отражающих объектов. Свойства различных вариантов на |
195 |
|||||
|
блюдательных систем .................................................................................. |
|
с в е т е |
|
|
|
7.9. Видимость объектов в проходящем |
|
|
203 |
|||
7.10. Методы подавления влияния |
дымки |
обратного рассеян ия............... |
|
|
206 |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................... |
|
|
|
|
219 |
|
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.............................................................................. |
|
|
|
|
222 |
|
СПИСОК Л И ТЕ Р А ТУ Р Ы ..................................................................................... |
|
|
|
|
224 |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Возросший интерес к освоению ресурсов Мирового океана и использованию его вод в хозяйственных и оборонных целях вы звал бурное развитие технических средств подводных исследований. За годы после появления французского глубоководного батискафа и советской научно-исследовательской подводной лодки «Северян ка» создано и проектируется большое количество всевозможных обитаемых и необитаемых подводных аппаратов разного назначе ния, строятся подводные дома-лаборатории, широко применяются подводное телевидение и подводная киносъемка. Во всех этих сред ствах так или иначе используется оптическое наблюдение через вод ную среду, т. е. получение оптического изображения объекта на сет чатке глаза, фоточувствителы-юм слое фотографической системы или фотокатоде передающей телевизионной трубки. Водная среда в этом случае выступает как оптический компонент наблюдательной си стемы, причем, как правило, ее наихудший компонент. Именно она ухудшает качество наблюдений, затрудняет восприятие мелких де талей, ограничивает дальность видимости. Таким образом, с разви тием средств для подводных оптических наблюдений изучение во просов видимости объектов под водой приобретает большое зна чение.
В настоящее время существуют издания, посвященные видимо сти объектов в атмосфере, например, монографии В. В. Шаронова «Измерение и расчет видимости далеких предметов» (Гостехиздат, 1947), В. А. Гаврилова «Видимость в атмосфере» (Гидрометеоиздат, 1966) и др. В то же время совершенно отсутствуют какие-либо обобщающие специальные издания по видимости объектов под водой.
В известных книгах по гидрооптике Вс. А. Березкина, А. А. Гершуна и Ю. Д. Янишевского «Прозрачность и цвет моря», изданной в 1940 г. в Ленинграде Военно-морской академией, Н. Ерлова «Оп тическая океанография» (изд-во «Мир», М., 1970) и Ю. Е. Очаков ского, О. В. Копелевича и В. И. Войтова «Свет в море» (изд-во «Наука», М., 1970) вопросы подводной видимости в лучшем случае лишь затронуты. Небольшое количество статей по этой теме, опу бликованных в узко специализированных научных журналах, не всегда известны даже специалистам, работающим в области опти ческой океанографии, но не занимающимся непосредственно во просами видимости под водой.
5
Предлагаемая читателю монография является попыткой автора восполнить этот пробел, используя опубликованные материалы и личный опыт.
Вкниге изложены основы теории подводной видимости объектов
ирассмотрены практические приемы расчетов дальности видимости под водой для визуального, фотографического и телевизионного на
блюдения. Кроме того, приводятся также необходимые сведения по гидрооптике, теории светового поля в водной среде, рассматри ваются особенности передачи изображения через слой водной среды, видимость цветных объектов под водой, распространение пучков от искусственных источников света и другие вопросы, касающиеся ос новной темы.
Книга рассчитана на широкий круг научных и инженерно-техни ческих работников, интересующихся подводными наблюдениями, а также на студентов и слушателей учебных заведений, для кото рых подводные наблюдения могут явиться инструментом в их буду щей деятельности.
Автор приносит свою искреннюю благодарность сотрудникам от дела оптики Института океанологии АН СССР Ю. Е. Очаковскому
и Ю. А. Гольдину за оказанную помощь и замечания, |
сделанные |
в процессе рецензирования и редактирования рукописи, |
а также |
М. В. Козлянинову, давшему ценные советы по вопросам термино логии гидрооптнческих характеристик, их определений и обозна чений.
Особую признательность автор выражает инженеру А. В. Ско ковой, выполнившей расчеты по видимости и подготовившей весь иллюстрационный материал.
Автор заранее благодарит всех тех, кто пришлет ему свои кри тические замечания.