水下浮游生物光学成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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，本发明专利技术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，本发明专利技术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。

Optical imaging device and method for underwater plankton

【技术实现步骤摘要】
水下浮游生物光学成像装置及方法
本专利技术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。
技术介绍
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(VideoPlanktonRecorder,VPR)、原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下浮游生物光学成像装置，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。

【技术特征摘要】
1.一种水下浮游生物光学成像装置，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。2.根据权利要求1所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述激光照明单元包括多个激光扇形照明模组，其同一平面上以等角度间隔圆周分布，照明中心方向指向圆心，各个激光扇形照明模组发射厚度一致的扇形光层，并构成相互重叠的多边形层状照明区域。3.根据权利要求2所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述多个激光扇形照明模组是多个波长相同的单色激光扇形照明模组，或者，所述多个激光扇形照明模组是多个波长同时包括红、绿、蓝三色的相同激光扇形照明模组，或者，所述多个激光扇形照明模组是多个波长分别包括红、绿、蓝三色的不同激光扇形照明模组，或者，其中，所述多个激光扇形照明模组包括发射可见光和近红外光的激光扇形照明模组。4.根据权利要求2或3所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述多边形层状照明区域与成像光轴垂直并位于景深范围内，扇形光层的厚度小于或等于景深，其对称中心与成像光轴相交。5.根据权利要求2所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述光学成像单元(1)位于密封舱(21)内部，所述激光照明单元(2)位于密封舱(21)外部，所述激光照明单元(2)与密封舱之间通过多个管状支撑连接结构(3)相连。6.根据权利要求5所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，构成所述激光照明单元(2)的每个激光照明模组被封装成L型的水密管状结构，所述激光照明模组包括沿光路方向依次布置的激光二极管(4)、光束直径调节透镜组(5)、直角棱镜(6)、鲍威尔棱镜(7)、激光照明模组光学窗口(9)、线型光阑(10)。7.根据权利要求2所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述光学成像单元(1)包括单点光探测器(20)，用于探测从浮游生物散射的可见光或近红外光，并由此产生照明触发信号和拍照触发信号，所述激光照明单元(2)可连续照明或根据所述照明触发信号进行闪光照明，所述光学成像单元(1)可自由运转拍照或根据拍照触发信号进行拍照。8.根据权利要求7所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述光学成像单元(1)包括沿光路方向依次布置的成像单元光学窗口(11)、远心镜头(12)、双色镜或分束器(13)、数字相机(15)、第一和第二带通滤光片(14、18)、以及所述单点光探测器(20)，其中，在所述光学成像单元(1)包括所述分束器(13)时，所述分束器(13)将所述远心镜头(12)收集的从浮游生物发出的光分为两束，其中一束经过所述第一带通滤光片(14)进入所述数字相机(15)成像，另一束经过所述第二带通滤光片(18)进入所述单点光探测器(20)产生触发信号，或者，其中，在所述光学成像单元(1)包括所述双色镜(13)时，所述双色镜(13)将浮游生物发出的光分为可见光和近红外光两束，所述可见光进入所述数字相机(15)成像，所述近红外光进入所述单点光探测器(20)产生触发信号。9.根据权利要求6所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述激光照明模组光学窗口(9)的光路前级还具有深紫外LED(8)，用于照射所述激光照明模组光学窗口(9)。10.根据权利要求8所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述成像单元光学窗口(11)的光路后级还具有深紫外LED(8)，用于照射所述成像单元光学窗口(11)。11.根据权利要求1所述的水下浮游生物光学成像装置，还连接有水样操控单元(33)，其中，所述水样操控单元(33)包括步进电机(28)、传动装置(29)、滚珠丝杆(31)、活塞(32)、管状套筒(30)，其中，所述步进电机(28)经过所述传动装置(29)连接滚珠丝杆(31)驱动活塞(32)在管状套筒(30)内往复运动。12.根据权利要求11所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述水样操控单元(33)的电子机械模块被封装在水密的管状结构中，整体构成有开口的柱塞结构，其开口指向所述光学成像单元(1)的光学窗口，开口端口所在平面与所述光学成像单元(1)的成像焦面紧邻。13.根据权利要求8所述的水下浮游生物光学成像装置，其中，所述成像单元光学窗口(11)由熔融石英或蓝宝石材料制成，表面镀有(二氧化钛)超疏水膜，所述数字相机(15)可以为单色或彩色CCD或CMOS相机，其中，所述成像单元(1)的视场大小略小于所述激光照明单元(2)生成的多边形层状照明区域的面积。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑平，陈涛，章逸舟，刘鹏，陈良培，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：广东,44