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水下高光譜成像揭示了海洋的秘密

發(fā)布時(shí)間:2021-07-01 08:54:30 瀏覽量:5285 作者:Lucian

摘要

為了進(jìn)行有效的海洋管理榨呆,越來(lái)越迫切的需要改進(jìn)海洋環(huán)境和產(chǎn)業(yè)的繪圖工作罗标。傳統(tǒng)的海底測(cè)繪和檢查方法非常耗時(shí),因?yàn)樗鼈冃枰?/p>

看無(wú)數(shù)時(shí)長(zhǎng)的視頻积蜻,而且繪制結(jié)果還很有可能因人而異闯割。如何在合理的工時(shí)內(nèi)以系統(tǒng)、可靠的方式收集和分析這些信息呢竿拆?水下高光譜

成像技術(shù)帶來(lái)了新的方法纽谒。

正文



一種測(cè)繪海底的新技術(shù)

為了進(jìn)行有效的海洋管理,越來(lái)越迫切的需要改進(jìn)海洋環(huán)境和產(chǎn)業(yè)的繪圖工作如输。傳統(tǒng)的海底測(cè)繪和檢查方法非常耗時(shí)鼓黔,因?yàn)樗鼈冃枰?/p>

看無(wú)數(shù)時(shí)長(zhǎng)的視頻,而且結(jié)果還很有可能因人而異不见。如何在合理的工時(shí)內(nèi)以系統(tǒng)澳化、可靠的方式收集和分析這些信息呢?


挪威的Ecotone AS公司為海床特征和海洋設(shè)施的識(shí)別稳吮、監(jiān)測(cè)和測(cè)繪提供了現(xiàn)代化的解決方案缎谷。幾年前,Ecotone的創(chuàng)始人看到了將遙

感技術(shù)應(yīng)用于水下的巨大潛力灶似。他們對(duì)北極生物光學(xué)和光的先驗(yàn)知識(shí)為測(cè)試新的水下傳感器以改進(jìn)測(cè)繪和探測(cè)技術(shù)提供了基礎(chǔ)列林。早期的

原型一出現(xiàn)希望瑞你,Ecotone開始商業(yè)化并申請(qǐng)水下高光譜成像(UHI)技術(shù)的zuanli。


UHI提供了一個(gè)自動(dòng)測(cè)繪工具希痴,可以提供詳細(xì)者甲、準(zhǔn)確和無(wú)偏差的海底地圖。通過(guò)高光譜成像技術(shù)砌创,UHI揭示了水下領(lǐng)域從未實(shí)現(xiàn)過(guò)的細(xì)

節(jié)虏缸。不僅可以識(shí)別物體,而且可以監(jiān)測(cè)它們的健康狀況嫩实。


典型的UHI應(yīng)用案例包括環(huán)境測(cè)繪刽辙、管道檢查、巖屑測(cè)繪甲献、礦物測(cè)繪和海底結(jié)構(gòu)檢查宰缤。目前也在開發(fā)其他實(shí)驗(yàn)性用例,例如鮭魚虱子的

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器晃洒。


與specim合作進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)

UHI的設(shè)計(jì)是與specim緊密合作完成的撵溃,它使用的是specim的高光譜成像技術(shù)。

“specim是我們幾位創(chuàng)始人在科學(xué)界的同事首選的供應(yīng)商锥累,因此也是開發(fā)UHI的首選。對(duì)我們來(lái)說(shuō)集歇,與一位能夠跳出思維定勢(shì)桶略、將障

礙視為需要克服的挑戰(zhàn)而不是局限的供應(yīng)商合作是非常重要的。


我們共同克服的主要難題是我們需要一個(gè)非常敏感的成像單元來(lái)抵消水的影響诲宇。另外一個(gè)要求是际歼,成像儀適合安裝到我們的水下設(shè)備上

(無(wú)需大量工作/拆卸)。有好多次姑蓝,specim挺身而出鹅心,與我們一起找到了解決方案》挠”Ecotone首席技術(shù)官Jorgen Tegdan這么說(shuō)旭愧。


水下高光譜成像是如何工作的?

UHI是一個(gè)指向海底的水下推掃式掃描器,由一個(gè)安裝有外部照明設(shè)備的遙控水下潛水器牽引宙暇。當(dāng)光線從海底反射回來(lái)并打到掃描儀

時(shí)時(shí)输枯,反射數(shù)據(jù)記錄在垂直于ROV移動(dòng)方向的直線上。進(jìn)一步處理反射率數(shù)據(jù)占贫,以產(chǎn)生含有位置信息的高光譜影像桃熄。利用這些高光譜

影像,可以生成不同類型目標(biāo)對(duì)象的光譜庫(kù)型奥。當(dāng)用作分類算法的輸入時(shí)瞳收,大面積的海底區(qū)域可以被自動(dòng)分類且目標(biāo)對(duì)象也能被識(shí)別碉京。



UHI的原理圖

UHI與任何其他映射工具協(xié)同工作,無(wú)論是直線還是精細(xì)的樣帶螟深⌒持妫基于來(lái)自初始樣帶的反饋,某些感興趣的區(qū)域可以重新訪問做更詳細(xì)

地檢查血崭。


海床的二維重建需要帶有準(zhǔn)確時(shí)間信息的位置和高度數(shù)據(jù)



確定了在600米深的人造物體上附著有漂浮的藻類


物體本身覆蓋著生物和碎屑卧惜,以及一些生物體(海綿動(dòng)物)的混合物。

例如:鮭魚虱子檢測(cè)

鮭魚虱子是一種寄生在鮭魚身上的寄生蟲夹纫。在鮭魚養(yǎng)殖場(chǎng)中咽瓷,許多鮭魚一起生活在網(wǎng)箱中,鮭魚虱子的數(shù)量會(huì)增長(zhǎng)到非常大舰讹,以至于對(duì)

養(yǎng)殖和野生鮭魚的數(shù)量都會(huì)造成嚴(yán)重威脅茅姜。用傳統(tǒng)的、侵入性的方法來(lái)計(jì)數(shù)鮭魚虱子月匣,會(huì)對(duì)鮭魚造成嚴(yán)重的傷害钻洒。此外,小的虱子通常

不會(huì)被發(fā)現(xiàn)锄开。由工具自動(dòng)偵測(cè)和計(jì)算鮭魚虱子的數(shù)目素标,可以讓魚類養(yǎng)殖有可能采取預(yù)防措施,防止虱類造成的損害萍悴。


Ecotone發(fā)明了一種方法头遭,可以檢測(cè)死魚和自由游動(dòng)的鮭魚身上的虱子。他們還發(fā)現(xiàn)癣诱,不同階段的虱子具有不同的光譜特征计维,可以用

UHI進(jìn)行識(shí)別。目前需要進(jìn)一步的發(fā)展才能準(zhǔn)確地知道自由游動(dòng)的鮭魚中虱子的確切數(shù)量撕予,但現(xiàn)在UHI可以用來(lái)檢測(cè)海虱子泛濫的趨

勢(shì)鲫惶。這種方法提供了一個(gè)重要的機(jī)會(huì),可以更多地了解鮭魚虱子數(shù)量和感染的趨勢(shì)实抡,并制定預(yù)防措施來(lái)保護(hù)鮭魚種群欠母。


下面的例子顯示了正確檢測(cè)到的四個(gè)虱子。


在一條死鮭魚身上發(fā)現(xiàn)了四個(gè)虱子


無(wú)數(shù)的應(yīng)用

“與Ecotone合作對(duì)specim來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)吆寨,可以加深我們對(duì)水下高光譜成像的需求和潛能的認(rèn)知艺蝴。水下部署又是一個(gè)廣博科

學(xué)知識(shí)與高光譜成像商業(yè)潛能相結(jié)合的一個(gè)完美的例子。我們很高興能有這樣的機(jī)會(huì)鸟废,并期待與Ecotone繼續(xù)合作”猜敢,Timo 

Hyv?rinen, specim創(chuàng)始人這么說(shuō)。


Ecotone在自動(dòng)化測(cè)繪方面取得了很大的進(jìn)展,這將改善我們收集海底信息的方式缩擂。他們成功地利用海底數(shù)據(jù)中的光譜信息來(lái)區(qū)分和描

繪冷水珊瑚礁和海綿棲息地鼠冕,以及一系列與其相關(guān)的生物,如龍蝦胯盯、盒阜眩葵和海參。Ecotone這樣做既是作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鉆井現(xiàn)場(chǎng)視覺調(diào)

查的一部分博脑,也是在更多的實(shí)驗(yàn)性場(chǎng)中憎乙,比如覆蓋著藻類、珊瑚和海綿的垂直墻壁叉趣。


Ecotone在繪制鉆井事件后巖屑沉積圖方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步泞边。通過(guò)使用來(lái)自表層沉積物的光譜信息,他們可以確定沉積的程度疗杉,并

得出鉆井所產(chǎn)生影響的信息阵谚。


“我們帶著某種獨(dú)特的挑戰(zhàn)來(lái)到了specim,我們覺得specim已經(jīng)采取了每一步烟具,為他們交付給我們的產(chǎn)品提供必要的工作梢什,無(wú)論是怎

樣的定制和挑戰(zhàn)。除了提供成像單元朝聋,specim在該技術(shù)的開發(fā)階段一直是一個(gè)有價(jià)值的接觸者嗡午。我們覺得specim團(tuán)隊(duì)對(duì)我們的想法很

支持,并樂意幫助我們的開發(fā)冀痕。


我們正在探索高光譜數(shù)據(jù)的使用方法荔睹,以及我們現(xiàn)在看得見的,而以前用普通相機(jī)很難發(fā)現(xiàn)的水下物體金度。我們正在根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整

和發(fā)明新的圖像處理方法。我們每天都在學(xué)習(xí)!Jorgen Tegdan說(shuō)严沥。


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