ISIIS浮游动物影像仪

仪器简介

     ISIIS浮游动物影像仪采用水下光学扫描技术，捕获高分辨率的浮游动物原位剪影图像，如鱼卵及其它小型胶状生物，这些生物构成了海洋食物链的基础。

     浮游动物影像仪搭载在水下拖体上，研究者通过调查船以5节的速度拖行设备，实时采集水下的图像数据，用以连续原位观测浮游动物，持续时间可以从几小时到几周。研究范围从小型、高丰度的浮游生物到比较大的幼鱼等种类，也可以选配高速模块（10节速度）。仪器不仅配置拖体及相机系统，实时获取浮游生物的水下原位图像数据，也可以根据研究需要配置多种传感器，如CTD、叶绿素、溶解氧等，实现图像数据与环境监测参数数据的协同测定，对于进行综合性的生态调查、环境风险评估等工作具有重要意义。

工作原理

    ISIIS浮游动物影像仪基于背光摄影技术，采用阴影拍摄获取浮游生物的原位剪影图像数据。光源通过反射发出平行光柱，使光线充满整个图像区域，实现被拍摄的生物的图像达到远心镜头效果：目标物的尺寸不会由于其在视野中的位置变化而改变其大小，图像没有放大及畸变，确保目标物以实际大小呈现。

    ISIIS浮游动物影像仪使用的是工业级的高精度远心镜头。为了拖曳采样需要，标准配备为线性扫描相机，可以获取监测水体的连续图像数据；如果用户需要进行水下站的固定位置监测或慢速垂向监测图像，也可以配备传统的区域扫描相机。

    图像分辨率取决于成像面积（光学镜头尺寸）及相机分辨率。例如，使用325px视野的镜头及2048分辨率相机获取的图像其像素分辨率约为63μm（325px / 2048 pixels）。大多数情况下，图像分辨率需要达到10～15像素才能有效分辨或识别出目标生物。因此，对于1毫米大小的水生生物，63μm的像素分辨率是辨识生物的合适选择。对于景深1250px\视野325px的镜头，在水中以5节的速度拖曳浮游生物原位图像系统，可以实现每秒167升水的滤水速度（2.57 m/sec x .13m x .50m = 167 liters/sec）。

    采用传统的区域扫描相机时，仍旧采用了相同的像素定义方式。不过，此时浮游生物原位图像系统获取的图像为以固定间隔拍摄的延时图像。

标准的ISIIS图像

   350px高（2048像素）的连续图像，1250px景深（更高的分辨率可选）

   35kHZ线性扫描率，记录为2kb x 2kb框图，约18帧/秒（70 kHZ线性扫描率可选）

剪影图像，像素分辨率＜70μm

   有效的过水面积(5kts): 160L/sec(可以选择10kts速度匹配的镜头)

技术优势

    原位，高分辨率的未扰动样品图像，显示生物种类及空间的分布关系

    线性扫描镜头技术，可以采集连续的图像信息，框图间无延时

    zl的光学结构提供出色的1250px景图像视野结合高船速，观察大体积水域

    BellaMare拖体提供可选配置用于配合浮游动物原位图像系统

    超大负载能力可以增加互补性探头，实现图像数据与环境参数数据的同时采集

    拖体动态可控，用于要求严苛的调查计划

    电机光纤拖缆摆脱了传统的数据及能源传输限制

    数据的实时显示及反馈控制可以实现自适应调查管理

ISIIS浮游动物影像仪

     ISIIS系统包括镜头舱，甲板数据管理子系统和连接线缆。两个ISIIS水下舱体包含有镜头、光学器件、控制器及照明系统，适用水深200米。舱体定位于光学校准，防止水动力扰动样品。甲板单元站提供能源、系统控制、数据存储（速度达到80mb/s）功能。图像数据存储区于可扩展的RAID硬盘内。

     电机光纤拖缆提供甲板单元与水下拖体间的连接。

双图像系统

    ISIIS浮游动物影像仪标配的相机为视野325px、景深1250px，适合于对大体积水域进行监测，通常拍摄体积大于1mm的稀有生物种群。很多情况下，体积较小的种群其丰度较高，为了获取此类种群生物的高分辨率图像数据，需要采用视野和景深更小的相机。此时，用户可选配微型相机系统（60 mm FOV×85 mm FOV，45μm像素），实现双相机采集数据。双相机系统采集不同大小的浮游生物图像数据，可以用于观察或评价不同生物种群间的相互关系（例如捕食关系）。

       双系统图像数据也可简化图像数据的分析及分类工作。可以使用微型相机采集的高分辨率图像研究体积较小、丰度较大的种群，而不用再利用标准相机对相同种群获取的低分辨率图像。

BellaMare拖体

    拖体采用模块化设计，根据需要更改配置，满足不同的负载需要，既可以实现在预定深度范围内的完全动态的波动飞行控制，避免船体尾波影响，也可以仅是被动拖曳。

    ISIIS-2 ROTV型拖体，是最先进的主动型水下拖曳载体平台，良好的设计有效减少了环境因素对拍摄过程的干扰，尤为重要的是，此拖体具有预编程能力，可以实现按用户预定深度进行水下波动飞行，或按设定的海拔高度随着海底轮廓而运动。

    ISIIS-2 ROTV型拖体提供了不同深度水中生物分布的良好刻度辨识率，其流体动力学设计有效减少了影响图像分辨率的振动，提供了接近完全无扰动的浮游生物原位观察功能。

    ISIIS-1 ROTV型拖体是一个被动型水下载体平台，其释放深度及运行轨迹完全取决于系于其上的绞车电缆。其可搭载与ISIIS-2 ROTV型拖体完全相同的拍摄系统及环境探头。

BellaMare集成系统

    拖体可以根据需要装配许多环境参数探头，整合为一套环境参数综合监测系统，补充ISIIS浮游生物图像系统或其它调查设备的应用。目前可集成的探头包括CTD、叶绿素、溶解氧、Par、透射率等探头。

软件

    BellaMare拖体控制软件，采用便捷的图像控制界面，可以实现环境参数实时监测及拖体的飞行控制。所有的原始数据通过单模式光纤导缆及时地传输到甲板控制单元，系统软件可以实现数据采集、图像记录、拖体状态显示及控制功能。

技术参数

参数/型号             ISIIS-2 ROTV浮游动物影像仪         ISIIS-1 ROTV浮游动物影像仪

观察生物              1mm-130mm大小的浮游动物、鱼卵、幼鱼等生物

滤水量                162L水/秒

拖曳速度              5Knot（10Knot可选）

设计                  四舱体，流线型，减少扰动         双舱体，流线型，减少扰动

数据传输              实时数据传输，速率 80Mb/sec

数据存储能力          16TB（标配），可扩展为64TB

甲板控制台            用户友好型控制及显示界面

拖体控制              主动控制，手动或自动控制拖体波浪运行         被动拖曳

工作谁说呢            200米深度范围

主相机                线性扫描相机，分辨率2048像素，35kHZ

焦距及景深            125mm FOV ×400 mm FOV

照明                  逆光照明技术

图像                  记录为2kb x 2kb框图，约18帧/秒

图像分辨率            像素分辨率＜70μm

可选微型相机          60 mm FOV×85 mm FOV，45μm像素

内置传感器            CTD(盐度、温度、深度)、间距及滚动传感器间流量计

电导率：              范围0-9 s/m，精度± 0.0003，分辨率0.00005

温度：                范围-5——35°C，精度± 0.002，分辨率0.0001

深度：                范围0-600m，精度全量程± 0.1%，分辨率全量程0.002%

可选传感器    

荧光（Wetlab ECO）：ex/em: 470/695 nm，范围0--125ug Chl， 灵敏度0.02 μg/l

                     溶解氧（SBE43）：120% 饱和溶解氧，精度± 2% 饱和溶解氧，

                     PAR（QCP2300）：带宽400-700 nm

透射率（Wetlab C-Star）:波长470, 530 or 650 nm，带宽20nm, 线性99% R2

导航控制             多普勒雷达（速度、间距、滚动、海拔、方位）

电源：               350 伏特直流 DC 电，1.0 Amp /350 伏特直流 DC 电，0.6 Amp

线缆                 数据传输通过单模式光纤导缆

尺寸（cm）           228（W）×203(L)×152(H)  /116（W）×218(L)×97(H)

重量（空气中）       490Kgs     /   226 Kgs

系统组成             水下拖体及数据采集部分，甲板单元供电部分，甲板控制系统。