О возможности оценки оптических свойств воды по подводному изображению небосвода в задаче спутникового мониторинга водоема

Измерение первичных гидрооптических характеристик (ПГХ) – классическая и до сих пор сложно выполнимая на практике задача оптики океана. При этом наименее изученными являются мутные воды внутренних водоемов, обладающие высокой пространственно-временной изменчивостью. Однако с выводом на орбиту космических сканеров цвета высокого разрешения открылись возможности для развития методов дистанционного контроля продуктивности таких вод. Эти методы заключаются в разработке региональных биооптических алгоритмов, требующих знания некоторых ПГХ: показателей поглощения и обратного рассеяния. Новый метод оценки одного из указанных ПГХ, а именно показателя поглощения, рассмотрен в настоящей работе. Идея метода заключается в регистрации с помощью оптического приемника изображения небосвода из-под воды с нескольких глубин под углом, равным углу полного внутреннего отражения света, т.е. вблизи границы круга Снеллиуса (КС) [1]. На основе теоретической модели последнего показано, что угловое распределение яркости изображения можно представить в виде произведения двух множителей, первый из которых учитывает влияние поглощения на изображение КС, а второй описывает его структуру в гипотетической водной среде без поглощения [2,3]. Методом численного моделирования с учетом реальной морской индикатрисы установлено, что рассеяние света в воде не оказывает влияния на видимую яркость границы КС и, следовательно, ее яркость ослабляется с глубиной только из-за поглощения, на основе чего и был построен простой алгоритм определения показателя поглощения. Результаты апробации предложенного алгоритма на данных натурного эксперимента также представлены в настоящей работе.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 15-45-02610 и № 16-05-01092 (разработка теоретической модели и алгоритмов определения ПГХ воды по подводному изображению поверхности) и проекта РНФ № 17-77-10120 (практическая реализация алгоритма определения ПГХ для получения полевых данных на Горьковском водохранилище с целью уточнения модели коэффициента яркости водной толщи).