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水下高光谱成像揭示了海洋的秘密

发布时间:2021-07-01 08:54:30 浏览量:3190 作者:Lucian

摘要

为了进行有效的海洋管理,越来越迫切的需要改进海洋环境和产业的绘图工作。传统的海底测绘和检查方法非常耗时,因为它们需要回

看无数时长的视频,而且绘制结果还很有可能因人而异。如何在合理的工时内以系统、可靠的方式收集和分析这些信息呢?水下高光谱

成像技术带来了新的方法。

正文



一种测绘海底的新技术

为了进行有效的海洋管理,越来越迫切的需要改进海洋环境和产业的绘图工作。传统的海底测绘和检查方法非常耗时,因为它们需要回

看无数时长的视频,而且结果还很有可能因人而异。如何在合理的工时内以系统、可靠的方式收集和分析这些信息呢?


挪威的Ecotone AS公司为海床特征和海洋设施的识别、监测和测绘提供了现代化的解决方案。几年前,Ecotone的创始人看到了将遥

感技术应用于水下的巨大潜力。他们对北极生物光学和光的先验知识为测试新的水下传感器以改进测绘和探测技术提供了基础。早期的

原型一出现希望,Ecotone开始商业化并申请水下光谱成像(UHI)技术的zuanli。


UHI提供了一个自动测绘工具,可以提供详细、准确和无偏差的海底地图。通过高光谱成像技术,UHI揭示了水下领域从未实现过的细

节。不仅可以识别物体,而且可以监测它们的健康状况。


典型的UHI应用案例包括环境测绘、管道检查、岩屑测绘、矿物测绘和海底结构检查。目前也在开发其他实验性用例,例如鲑鱼虱子的

现场检测器。


与specim合作进行技术开发和设计

UHI的设计是与specim紧密合作完成的,它使用的是specim的高光谱成像技术。

“specim是我们几位创始人在科学界的同事首选的供应商,因此也是开发UHI的首选。对我们来说,与一位能够跳出思维定势、将障

碍视为需要克服的挑战而不是局限的供应商合作是非常重要的。


我们共同克服的主要难题是我们需要一个非常敏感的成像单元来抵消水的影响。另外一个要求是,成像仪适合安装到我们的水下设备上

(无需大量工作/拆卸)。有好多次,specim挺身而出,与我们一起找到了解决方案。”Ecotone首席技术官Jorgen Tegdan这么说。


水下高光谱成像是如何工作的?

UHI是一个指向海底的水下推扫扫描器,由一个安装有外部照明设备的遥控水下潜水器牵引。当光线从海底反射回来并打到扫描仪

时时,反射数据记录在垂直于ROV移动方向的直线上。进一步处理反射率数据,以产生含有位置信息的高光谱影像。利用这些高光谱

影像,可以生成不同类型目标对象的光谱库。当用作分类算法的输入时,大面积的海底区域可以被自动分类且目标对象也能被识别。



UHI的原理图

UHI与任何其他映射工具协同工作,无论是直线还是精细的样带。基于来自初始样带的反馈,某些感兴趣的区域可以重新访问做更详细

地检查。


海床的二维重建需要带有准确时间信息的位置和高度数据



确定了在600米深的人造物体上附着有漂浮的藻类


物体本身覆盖着生物和碎屑,以及一些生物体(海绵动物)的混合物。

例如:鲑鱼虱子检测

鲑鱼虱子是一种寄生在鲑鱼身上的寄生虫。在鲑鱼养殖场中,许多鲑鱼一起生活在网箱中,鲑鱼虱子的数量会增长到非常大,以至于对

养殖和野生鲑鱼的数量都会造成严重威胁。用传统的、侵入性的方法来计数鲑鱼虱子,会对鲑鱼造成严重的伤害。此外,小的虱子通常

不会被发现。由工具自动侦测和计算鲑鱼虱子的数目,可以让鱼类养殖有可能采取预防措施,防止虱类造成的损害。


Ecotone发明了一种方法,可以检测死鱼和自由游动的鲑鱼身上的虱子。他们还发现,不同阶段的虱子具有不同的光谱特征,可以用

UHI进行识别。目前需要进一步的发展才能准确地知道自由游动的鲑鱼中虱子的确切数量,但现在UHI可以用来检测海虱子泛滥的趋

势。这种方法提供了一个重要的机会,可以更多地了解鲑鱼虱子数量和感染的趋势,并制定预防措施来保护鲑鱼种群。


下面的例子显示了正确检测到的四个虱子。


在一条死鲑鱼身上发现了四个虱子


无数的应用

“与Ecotone合作对specim来说是一个很好的机会,可以加深我们对水下高光谱成像的需求和潜能的认知。水下部署又是一个广博科

学知识与高光谱成像商业潜能相结合的一个完美的例子。我们很高兴能有这样的机会,并期待与Ecotone继续合作”,Timo 

Hyvärinen, specim创始人这么说。


Ecotone在自动化测绘方面取得了很大的进展,这将改善我们收集海底信息的方式。他们成功地利用海底数据中的光谱信息来区分和描

绘冷水珊瑚礁和海绵栖息地,以及一系列与其相关的生物,如龙虾、海葵和海参。Ecotone这样做既是作为行业标准的钻井现场视觉调

查的一部分,也是在更多的实验性场中,比如覆盖着藻类、珊瑚和海绵的垂直墙壁。


Ecotone在绘制钻井事件后岩屑沉积图方面也取得了长足的进步。通过使用来自表层沉积物的光谱信息,他们可以确定沉积的程度,并

得出钻井所产生影响的信息。


“我们带着某种独特的挑战来到了specim,我们觉得specim已经采取了每一步,为他们交付给我们的产品提供必要的工作,无论是怎

样的定制和挑战。除了提供成像单元,specim在该技术的开发阶段一直是一个有价值的接触者。我们觉得specim团队对我们的想法很

支持,并乐意帮助我们的开发。


我们正在探索高光谱数据的使用方法,以及我们现在看得见的,而以前用普通相机很难发现的水下物体。我们正在根据自己的经验调整

和发明新的图像处理方法。我们每天都在学习!Jorgen Tegdan说。


您可以通过我们的官方网站了解更多的产品信息,或直接来电咨询4006-888-532

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