簡(jiǎn)介：

美國(guó)Coastal Ocean Vision公司生產(chǎn)的水下浮游生物連續(xù)彩色成像及分類系統(tǒng)（CPICS）是的水下顯微成像儀器，用于海水、淡水和實(shí)驗(yàn)室樣品中微小的浮游植物和浮游動(dòng)物及其他顆粒物的連續(xù)彩色成像及分類。CPICS采用*的暗場(chǎng)顯微成像技術(shù)（Darkfield Illumination），可以捕捉浮游生物特征小至40μm，大至1.2cm?？茖W(xué)界發(fā)現(xiàn)，彩色圖像是對(duì)生物進(jìn)行高準(zhǔn)確度分類的關(guān)鍵，同時(shí)也提供了重要的生理信息，比如因吃了某種浮游植物而留存在體內(nèi)的色素。CPICS具備開放的視野，在水下直接成像，水中生物處于自由游動(dòng)的狀態(tài)，所以能夠完整的捕捉到浮游動(dòng)物的細(xì)微的生體結(jié)構(gòu)及原始的生活狀態(tài)，比如捕食過(guò)程。

CPICS獲取的ROIs

CPICS應(yīng)用:

1. 掃描浮游動(dòng)物、浮游植物、微小顆粒物；

2. 連續(xù)彩色成像、自動(dòng)分類、計(jì)數(shù)、時(shí)間序列豐度分析；

3. 海洋、湖泊、河流、水庫(kù)、飲用水源；

4. 可安裝于：剖面儀、多瓶采水器、海底觀測(cè)網(wǎng)、浮標(biāo)、潛標(biāo)、變水層拖體、AUV、ROV、載人潛水器、深海Lander；

5. 科學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)。

CPICS工作原理：

CPICS采用的是暗場(chǎng)顯微成像技術(shù)，高輸出環(huán)形LED光源陣列在工作時(shí)，可產(chǎn)生交叉圓錐形光束，并在鏡頭聚焦處匯聚，CPICS工作時(shí)LED光源*照明聚焦拍攝區(qū)域，而且只照明該區(qū)域，此區(qū)域前方和后方的顆粒均不會(huì)被光束照到，只有折射光和反射光進(jìn)入相機(jī)鏡頭，由于沒(méi)有直射光進(jìn)入鏡頭，因此可生成高對(duì)比度、高分辨率彩色圖像，照片背景為黑色。這與明場(chǎng)成像不同，放大倍率較低時(shí)（<40x），CPICS的暗場(chǎng)照明方式明顯優(yōu)于明場(chǎng)。

此外，標(biāo)準(zhǔn)CPICS配備的是遠(yuǎn)心鏡頭（telecentric lens），來(lái)對(duì)聚焦區(qū)域的生物體進(jìn)行行拍照成像。該鏡頭可以對(duì)聚焦區(qū)域內(nèi)所有的生物體都保持恒定的放大倍率。遠(yuǎn)心鏡頭的是可以使不在同一平面上的物體都保持恒定的放大倍率，消除由于被測(cè)物體離鏡頭距離的進(jìn)近不一致，造成放大倍率不一樣。因此CPICS可以維持整個(gè)景深范圍（DOF）內(nèi)放大倍率不變的同時(shí)，對(duì)照射聚焦采樣體積（FOV視野）內(nèi)所有生物體進(jìn)行拍攝。

CPICS主要特點(diǎn)：

1、*的成像技術(shù)：CPICS采用*的暗場(chǎng)顯微成像技術(shù)（Darkfield Illumination），與傳統(tǒng)的明場(chǎng)成像和全息成像相比，可生成更高對(duì)比度、更高分辨率的彩色圖像；

2、高性能光源：CPICS配備高輸出、高壽命的LED環(huán)形陣列，對(duì)聚焦區(qū)域進(jìn)行*照明，不會(huì)產(chǎn)生任何陰影；

3、高性能鏡頭：CPICS配備的是遠(yuǎn)心鏡頭，可在全景深范圍（DOF）內(nèi)保持恒定的放大倍率，并對(duì)聚焦采樣體積（FOV視野）內(nèi)所有生物體進(jìn)行拍照；

4、CPICS具有高達(dá)1.5L的開放式流動(dòng)區(qū)域，在水下直接成像，無(wú)需像實(shí)驗(yàn)室儀器或流式細(xì)胞儀那樣將水樣抽到儀器內(nèi)部進(jìn)行拍照，不破壞水中生物的自由游動(dòng)狀態(tài)，所以能夠完整的捕捉到浮游動(dòng)物的細(xì)微的生體結(jié)構(gòu)及原始的生活狀態(tài)；

5、自動(dòng)化程度高： CPICS內(nèi)置高性能圖像處理器及大容量存儲(chǔ)器，可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)ROI進(jìn)行自動(dòng)提取、處理并保存。此外，CPICS帶有WiFi功能，無(wú)需打開儀器外殼，即可以通過(guò)電腦直接連接WiFi，對(duì)CPICS進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置；

6、靈活性高：多種配置及放大倍率的鏡頭可供用戶選擇，以便對(duì)感興趣尺寸大小的浮游生物進(jìn)行高質(zhì)量的成像拍照。比如：超微型、微型、小型、中型或大型浮游生物；

7、適用海域廣：不但適用于水質(zhì)較清水域，還可以用于高濁度水體（大于100NTU）；

8、使用范圍廣：不但可用于海底觀測(cè)網(wǎng)進(jìn)行定點(diǎn)長(zhǎng)期觀測(cè)，還可用于CTD，拖體，錨系，剖面測(cè)量或者搭載到無(wú)人潛水器（ROV,AUV,Glider等）；

9、基于瀏覽器的分類軟件：ROI-Manage手動(dòng)和ROI-Class自動(dòng)分類軟件運(yùn)行在美國(guó)COV廠家的服務(wù)器上，特征提取和分類解碼程序可以自動(dòng)更新，免除了用戶大量的維護(hù)工作。

只要用戶能夠上網(wǎng)，就可以通過(guò)瀏覽器來(lái)登陸分類軟件進(jìn)行分類和數(shù)據(jù)顯示；

10、CPICS的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是：對(duì)浮游生物和顆粒物進(jìn)行自動(dòng)分類，結(jié)合我們提供的OceanCube海底多傳感器平臺(tái)上的其他傳感器和ROI-CLASS分析軟件，CPICS能讓科學(xué)家更好的觀察并了解水生生物的生態(tài)和生理，比如不同的浮游生物種類在不同的環(huán)境參數(shù)影響（水溫、深度、鹽度、光照、溶解氧等）下的空間分布，以及隨時(shí)間而變化。

CPICS的技術(shù)指標(biāo)：

1、照明：

光照光源：高輸出LED環(huán)型陣列

曝光：10μs

2、耐壓等級(jí)：

CPICS-1000-e：1000m（Derlin外殼）

CPICS-6000-e：6000m（鈦合金）

3、照相系統(tǒng)

色彩解析度：24-bits

圖像分辨率：6M像素（2736×2192）

幀率：10 fps（10幀每秒）

4、水下目標(biāo)獲取和存儲(chǔ)

相機(jī)控制參數(shù)：曝光、幀率

目標(biāo)提取：焦距和尺寸臨界值

嵌入式處理器：NVIDIA TX2

5、圖像分析（需要訂購(gòu)ROI-CLASS軟件）

生物分類：分類單元水平（例如：橈足

動(dòng)物copepod）

硬件： 運(yùn)行在廠家云端服務(wù)器上或桌面圖像處理和分類和存儲(chǔ)單元（帶2TB 存儲(chǔ)硬盤）

6、數(shù)據(jù)通訊

端口：以太網(wǎng)，WiFi

或RS232（其它傳感器）

7、電源：

直流輸入：12VDC（電纜或電池供電）

電流功率：7W

標(biāo)準(zhǔn)電池包壽命：約6小時(shí)（連續(xù)工作）

測(cè)試電纜：用戶可定制（包含1m長(zhǎng)）

水密接頭：SubConn DBH13M

8、尺寸：長(zhǎng)×直徑：74cm×12cm

9、重量：空氣中5.4kg，水中4.3kg

CPICS案列圖片

安裝在海底觀測(cè)網(wǎng)平臺(tái)上的CPICS（通過(guò)光纖遠(yuǎn)程控制，圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨渡希?/span>

CPICS安裝在HabCam V5水下拖曳式立體成像掃描系統(tǒng)中

CPICS獲得的圖像分類示例

圖像11個(gè)分類類別：a海雪，b束毛藻屬，c硅藻類，d放射蟲，e有孔蟲，f撓足類，g等足類，h刺胞動(dòng)物，其它浮游動(dòng)物（i成年海星，j毛鱷類動(dòng)物），k糖蝦，l魚類。尺寸條代表500μm，j、k和l代表1000μm。