HydroColor

HydroColor ist eine Wasserqualitätsanwendung, die mithilfe der Digitalkamera eines Smartphones das Reflexionsvermögen natürlicher Gewässer bestimmt. Anhand dieser Informationen kann HydroColor die Wassertrübung (0–80 NTU), die Konzentration an Schwebstaub (SPM) (g/m^3) und den Rückstreukoeffizienten im roten Bereich (1/m) abschätzen. WICHTIG: HydroColor erfordert die Verwendung einer 18 %igen Graukarte des Fotografen als Referenz. Graukarten sind in Fotogeschäften und online weit verbreitet. Weitere Informationen zu Graukarten finden Sie auf der unterstützenden Website.

HydroColor verfügt über eine benutzerfreundliche Oberfläche, die Benutzer durch die Sammlung von drei Bildern führt: einem Graukartenbild, einem Himmelsbild und einem Wasserbild. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, nutzt HydroColor das GPS, das Gyroskop und den Kompass des Geräts, um Benutzer bei der Erfassung dieser Bilder zu unterstützen. Nachdem die Bilder gesammelt wurden, können sie sofort analysiert werden. Bei der Analyse der Bilder berechnet HydroColor den Reflexionsgrad des Gewässers in den RGB-Farbkanälen der Kamera. Anschließend ermittelt es anhand der Reflexionswerte die Trübung des Wassers in NTU (nephelometrische Trübungseinheiten).

Die Daten werden sofort gespeichert und können über HydroColor erneut abgerufen oder aus dem Datenordner von HydroColor auf einen Computer heruntergeladen werden. Die Textdatei enthält zusätzliche Informationen zur Messung, darunter: Breitengrad, Längengrad, Datum, Uhrzeit, Sonnenzenit, Sonnenazimut, Telefonkurs, Telefonneigung, Belichtungswerte, RGB-Reflexionsgrad und Trübung.

Wie es funktioniert:

HydroColor nutzt die Kamera als einfachen Lichtsensor (Photometer). Die relative Lichtintensität kann gemessen werden, indem die Pixelwerte der Kamera anhand der Belichtung normalisiert werden. Daher liefern die drei Farbkanäle der Kamera (RGB: Rot, Grün, Blau) ein Maß für die Lichtintensität in drei Bereichen des sichtbaren Spektrums.

Die im Wasserbild gemessene Lichtintensität wird um die Himmelsreflexion an der Oberfläche korrigiert (unter Verwendung des Himmelsbilds). Das korrigierte Wasserbild liefert die Intensität und Farbe des vom Wasser ausgehenden Lichts. Dies wird durch die Umgebungsbeleuchtung mithilfe des Graukartenbildes normalisiert. Das Endprodukt ist ein nahezu beleuchtungsunabhängiges Maß für den Reflexionsgrad des Wassers, der als Fernerkundungsreflexionsgrad bezeichnet wird. In der Ozeanographie werden Satelliten verwendet, um dasselbe Produkt (Fernerkundungsreflexion) aus dem Weltraum zu berechnen.

Der Reflexionsgrad steht in direktem Zusammenhang mit der Menge und Art der Schwebeteilchen im Wasser. Eine Zunahme von Trübungen (d. h. suspendierten Sedimenten) führt zu einer stärkeren Lichtstreuung und erhöht das Gesamtreflexionsvermögen des Wassers. Pigmenthaltige Partikel wie Phytoplankton (Algen) absorbieren Licht in bestimmten Bereichen des sichtbaren Spektrums. Somit können pigmenthaltige Partikel durch Vergleich des relativen Reflexionsgrads in den RGB-Kanälen erkannt werden.

Die Methode, die HydroColor zur Messung des Reflexionsgrads verwendet, wurde in der Fachzeitschrift Sensors veröffentlicht und ist online frei verfügbar (Hinweis: HydroColor wurde seit dieser Veröffentlichung aktualisiert, um RAW-Daten vom Kamerasensor zu verwenden):

Leeuw, T.; Boss, E. Die HydroColor-App: Überwassermessungen von Fernerkundungsreflexion und Trübung mithilfe einer Smartphone-Kamera. Sensoren 2018, 18, 256. https://doi.org/10.3390/s18010256.