книги из ГПНТБ / Соколов, О. А. Видимость под водой

делах зональных телесных углов, примыкающих к вертикали, где яркость наибольшая, мала по сравнению с долей потока, распро­ страняющегося в зонах, где яркость значительно меньше, но вели­ чины зональных углов во много раз больше, а угловые коэффици­ енты еще не слишком малы. Для иллюстрации влияния вытянуто­ сти диаграммы распределения яркости на диаграмму относительной

отношения освещенностей двух сторон горизонтальной плоскости соответствует наиболее, вытянутой диаграмме относительного рас­ пределения яркости.

На рис. 5.7 приведены диаграммы дальности видимости раз­ лично ориентированного плоского объекта: а) с коэффициентом отражения р = 0,5 и б) с коэффициентом отражения р = 0,25 для среды с диаграммой распределения яркости типа I и показателем ослабления е =0,05 (а = 0,25е) при /Спор= const = 0,02.

На рис. 5.8 представлены аналогичные кривые для среды с диаг­ раммой распределения яркости типа II. Из рисунков прежде всего видно, что диаграммы дальности видимости состоят как бы из двух частей, разделенных некоторыми направлениями нулевой дально­ сти видимости, или, другими словами, направлениями нулевого контраста, соответствующими «полной» маскировке объекта на дан­ ном фоне. Выше направления нулевой видимости лежит область

117

Рис. 5.7. Диаграммы дальности видимости плоского объекта.

90°

0°5°

Рис. 5.8. Кривые дальности видимости плоского объекта.

Дело в том, что на глубинах, на которых приходится вести наблюде­ ния, диапазон изменения яркости фона в различных направлениях часто бывает слишком велик. Это заставляет считаться с измене­ нием величины /Спор, зависящей, в общем случае, от яркости фона, адаптации зрения н углового размера наблюдаемого объекта. В настоящее время имеются данные достаточно тщательных иссле­ дований зависимости порогового контраста яркости от яркости поля адаптации, размеров и формы объектов [77, 82—84, 99, 113—123]. На базе этих исследований были получены аналитические и эмпи­ рические уравнения, позволяющие рассчитать величину порогового контраста в том или ином случае. Хорошую точность для объектов круглой формы дает простое эмпирическое уравнение, полученное Мешковым [77] в результате обобщения исследований Блэкуэлла, Зиндентопфа, Вейгеля и Кнолля. Это уравнение имеет вид

где а и б — параметры, зависящие от угловых размеров объекта, яркости фона и знака контраста.

В табл. 5.5 приведены значения параметров уравнения (5.31) для темного объекта круглой формы, наблюдаемого на светлом фоне. Согласно некоторым данным [77, 99], пороговый контраст для светлого объекта на темном фоне следует принимать на 15% большим, чем для темного объекта на светлом фоне.

В водной среде яркость фона адаптации является функцией глубины и направления, следовательно, в этом случае и пороговый контраст также следует считать функцией глубины и направ­ ления.

Учитывая (5.31), общий вид уравнения для расчета дальности видимости под водой в среде с глубинным распределением ярко-

120

где Бсо(0 + я, 2ц )— распределение яркости излучения на глубине расположения наблюдателя.

Следовательно, в общем виде дальность видимости является функцией направления, глубины расположения наблюдателя и

распределение яркости было получено путем непосредственных из­ мерений В (0, ф, z) визуальным яркомером ГОИ в одном из районов океана из подводной лодки «Северянка». Рисунок 10 достаточно убедительно показывает, что в данных условиях для видимости объекта основным являлись его угловые размеры.

Значения яркости среды для этого случая и соответствующие нм значения порогового контраста для различных угловых разме­ ров объекта и направления визирования представлены в табл. 5.6. Отчетливо видно, как при уменьшении яркости фона и углового размера объекта растет пороговый контраст. При значениях поро­ гового контраста, близких к единице и превышающих эту

121

величину, наблюдение несамосветящихся объектов в реальных ус­ ловиях становится невозможным.

Как показывает рис. 5.10, диаграмма дальности видимости, по­ строенная с учетом изменения /Спор, значительно отличается от приведенных ранее для /Спор = const. Дальность видимости объек­ тов, находящихся в нижней полусфере, точнее в области отрица­ тельных контрастов, оказывается меньше дальности видимости объектов, находящихся в верхней полусфере.

. На практике получить кривые углового распределения яркости для различных глубин моря — задача весьма сложная. Гораздо легче измерить горизонтальную облученность на какой-либо глу­ бине и от нее переходить к яркости излучения в любом направле­ нии и на любой глубине. Для этого нужно знать коэффициент углового распределения нисходящего излучения (см. п. 1.3).

Согласно (2.27),

Ва (Ь, z )= A (z)b0TH(Ѳ),

где

MB)

Ь отн (9) 0

е + “ COS ’

Eo(z) — пространственная облученность на глубине z.

122

Для среды с глубинным распределением яркости относительноераспределение облученности плоскости также является асимпто­ тическим, и поэтому можно записать

ления нисходящего излучения [см. формулу (1.87)].

Величину g' можно рассчитать по кривой относительного рас-

Таким образом, если известны относительное распределение яркости, горизонтальная освещенность на какой-либо глубине z и коэффициент углового распределения нисходящего излучения, то можно рассчитать яркость излучения на любой глубине z' в лю­ бом направлении:

Из выражения (5.36) видно, что в общем случае для расчета дальности видимости в водной среде с установившимся световым режимом необходимо знать следующие оптические показатели среды и характеристики светового поля:

1)показатель ослабления е,

2)показатель вертикального ослабления а,

3)показатель рассеяния а,

4)кривую относительного распределения яркости по направ­ лениям Ьо т н ( Ѳ ) ,

5)горизонтальную освещенность сверху на какой-либо глубине. Остальные элементы, входящие в выражение (5.36), рассчи­

тываются или берутся из таблиц. Параметры а и 6 находятся

123

по табл. 5.5 после расчета яркости поля адаптации (выражения, ■стоящего в знаменателе в квадратных скобках). Для случая свет­ лого объекта на темном фоне величину параметра б, взятую из таблицы, нужно увеличить на 15%.

Уравнение (5.36) для расчета дальности видимости под водой является приближенным, так как в нем не учитывается влияние эффекта размытия краев изображения, наблюдающегося в мутных ■средах, на порог контрастной чувствительности зрения.

5.3. Расчет дальности видимости подводных объектов фотографической системой

Выше были рассмотрены вопросы расчета подводной видимости объектов человеческим глазом в натурных условиях в плоскопараллелы-юй среде с глубинным распределением яркости при естественном освещении. Рассмотрим теперь аналогичные во­ просы для фотографической системы.

Фотографическая система как инструмент для наблюдений является менее совершенной, чем глаз, по целому ряду причин. Она — несамоадаптирующаяся, обладает меньшей широтой вос­ приятия яркости, требует фокусировки и т. д. Однако фотографи­

Связь между видимой яркостью фотографируемого объекта и реакцией светочувствительного материала фотографической си­ стемы, которой является степень почернения участков, покрытых изображением, записывается следующим образом:

ствительность фотопленки (пластинки) по ГОСТу 2817-50, Т0— ко­ эффициент пропускания объектива, Оѵ — относительное отверстие объектива, ф — угол между оптической осью системы и лучем в данную точку изображения, t — экспозиция, р — постоянная Шварцильда.*

* Постоянная Шварцильда учитывает явление зависимости результата воз­ действия светового излучения на фотослои от времени воздействия. При одной и тон же величине освечивания фотослоя результат проявляется тем слабее, чем больше время экспозиции. Математически это явление (эффект Шварцильда) формируется следующим образом:

Е А = Ч Р2 = ЕА = ••• = ЕЛ

где р — постоянная величина для данного фотослоя [129].

124

В кинотехнике используется формула

125

Запишем теперь выражение контраста фотографического изоб­ ражения. Так как изображение негативное, то контраст необхо­ димо записывать следующим образом:

в естественных условиях соответствует увеличение видимого конт-

к видимому контрасту на натуре назовем коэффициентом измене­ ния контраста:

Коэффициент изменения контраста, как это видно из графиков на рис. 5.11, зависит не только от величины коэффициента конт­ растности у, но и от величины самого контраста. На рис. 5.11 схо­ дящиеся кривые соответствуют положительным контрастам, когда объект темнее фона, а расходящиеся — отрицательные контрастам, когда объект светлее фона.

Расчет дальности видимости для фотографической системы ведут так же, как и для визуальной дальности видимости, по фор­ мулам (2.54) и (2.57). Нужно только под знак логарифма подста­ вить соответствующее значение порогового контраста фотографи­ ческой системы . Согласно ГОСТу 2317-50, уверенное разли­

126