[发明专利]水下浮游生物光学成像装置及方法

说明书

本发明涉及一种水下浮游生物光学成像装置及方法，包括：光学成像单元(1)，用于通过收集水下浮游生物被所述激光照明单元照射发出的散射光或荧光，对水下浮游生物成像；激光照明单元(2)，包括激光照明模组，用于对水下成像区域进行照明；其中，所述激光照明模组通过向照明中心发射扇形光层而进行成像照明。相比于已有装置和方法，本发明能够提升水下浮游生物成像的对比度和信噪比，有利于后续基于图像分析的浮游生物鉴定与定量；此外，本发明还可以拓展水下浮游生物光学成像的应用方式和应用场景，同时降低系统功耗，实现系统的紧凑化、小型化和智能化。

技术领域

本发明涉及水下光学仪器领域，更具体涉及一种水下浮游生物光学成像装置及方法。

背景技术

浮游生物是海洋生态系统中基础性的组成部分，在海洋食物链物质循环和能量传递中起到重要的作用。浮游生物的生理、生态、多样性和过程研究是理解海洋资源、生物多样性水平、气候变化对生态系统影响等必不可少的重要环节。

目前，海洋浮游生物的观测多依赖于网采结合显微镜检等传统人工手段，其自动化程度难以满足海洋微小生物观测对时间分辨率的高要求。作为公认的海洋观测发展趋势之一，原位观测技术是可以在水下对海洋浮游生物进行原位测量，避免了费时费力的样品采集和人工分析步骤。将原位观测技术及传感器整合到各种海洋观测平台对于拓展观测平台信息获取能力、增强观测实时性、以及深入理解海洋生物地球化学耦合过程等均具有十分重要的意义。

利用水下光学显微成像装置对浮游生物进行直接的粒级数字图像记录是进行海洋浮游生物观测最直观的方法。其中，针对中型以上粒级(大于100微米)的浮游动物，已经有多种成像装置成功地应用于面上调查或种类鉴定，如视频浮游生物记录仪(VideoPlankton Recorder,VPR)、原位鱼食浮游生物成像装置(In Situ IchthyoplanktonImaging System,ISIIS)、水下视频剖面仪(Underwater Video Profiler,UVP)、斯克里普斯浮游生物相机(Scripps Plankton Camera,SPC)、层状光照明典型种类调查系统(Lightframe On-sight Keyspecies Investigation System,LOKI)和连续颗粒物成像及分类系统(Continuous Particle Imaging and Classification System,CPICS)等。这些水下成像装置可以记录从十几微米到几厘米大小不同的浮游生物数字图像，通过图像识别处理可以对浮游生物进行种类鉴定与定量。

依据成像原理的不同，上述成像装置大体可分为剪影成像和暗场成像两类。其中VPR和ISIIS系统属于剪影成像，所获取的图像对比度来自于浮游生物对光的吸收；利用线阵CCD器件，剪影成像更适合于以拖曳的工作方式对浮游生物丰度较低的水体进行走航观测。UVP、SPC、LOKI和CPICS等系统均属于暗场成像，所获取的图像对比度取决于浮游生物对光的散射和衍射。相比于剪影成像，暗场成像可以获得更高的分辨率，更丰富的浮游生物形态、纹理和色彩信息，因此可以据其得到更好的浮游生物分类和鉴定结果。暗场成像装置采用面阵CCD和掠射式照明，其工作方式和成像特点更适合于对浮游生物丰度较高的水体进行定点观测。