簡介：

美國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、淡水和實驗室樣品中微小的浮游植物和浮游動物及其他顆粒物的連續(xù)彩色成像及分類。CPICS采用的暗場顯微成像技術（Darkfield Illumination），可以捕捉浮游生物特征小至40μm，大至1.2cm?？茖W界發(fā)現(xiàn)，彩色圖像是對生物進行高準確度分類的關鍵，同時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的狀態(tài)，所以能夠完整的捕捉到浮游動物的細微的生體結(jié)構及原始的生活狀態(tài)，比如捕食過程。

CPICS獲取的ROIs

CPICS應用:

1. 掃描浮游動物、浮游植物、微小顆粒物；

2. 連續(xù)彩色成像、自動分類、計數(shù)、時間序列豐度分析；

3. 海洋、湖泊、河流、水庫、飲用水源；

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

5. 科學研究、環(huán)境監(jiān)測。

CPICS工作原理：

CPICS采用的是暗場顯微成像技術，高輸出環(huán)形LED光源陣列在工作時，可產(chǎn)生交叉圓錐形光束，并在鏡頭聚焦處匯聚，CPICS工作時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被光束照到，只有折射光和反射光進入相機鏡頭，由于沒有直射光進入鏡頭，因此可生成高對比度、高分辨率彩色圖像，照片背景為黑色。這與明場成像不同，放大倍率較低時（<40x），CPICS的暗場照明方式明顯優(yōu)于明場。

此外，標準CPICS配備的是遠心鏡頭（telecentric lens），來對聚焦區(qū)域的生物體進行行拍照成像。該鏡頭可以對聚焦區(qū)域內(nèi)所有的生物體都保持恒定的放大倍率。遠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，消除由于被測物體離鏡頭距離的進近不一致，造成放大倍率不一樣。因此CPICS可以維持整個景深范圍（DOF）內(nèi)放大倍率不變的同時，對照射聚焦采樣體積（FOV視野）內(nèi)所有生物體進行拍攝。

CPICS主要特點：

1、的成像技術：CPICS采用的暗場顯微成像技術（Darkfield Illumination），與傳統(tǒng)的明場成像和全息成像相比，可生成更高對比度、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，對聚焦區(qū)域進行照明，不會產(chǎn)生任何陰影；

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

4、CPICS具有高達1.5L的開放式流動區(qū)域，在水下直接成像，無需像實驗室儀器或流式細胞儀那樣將水樣抽到儀器內(nèi)部進行拍照，不破壞水中生物的自由游動狀態(tài)，所以能夠完整的捕捉到浮游動物的細微的生體結(jié)構及原始的生活狀態(tài)；

5、自動化程度高： CPICS內(nèi)置高性能圖像處理器及大容量存儲器，可現(xiàn)場對ROI進行自動提取、處理并保存。此外，CPICS帶有WiFi功能，無需打開儀器外殼，即可以通過電腦直接連接WiFi，對CPICS進行各種參數(shù)的設置；

6、靈活性高：多種配置及放大倍率的鏡頭可供用戶選擇，以便對感興趣尺寸大小的浮游生物進行高質(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網(wǎng)進行定點長期觀測，還可用于CTD，拖體，錨系，剖面測量或者搭載到無人潛水器（ROV,AUV,Glider等）；

9、基于瀏覽器的分類軟件：ROI-Manage手動和ROI-Class自動分類軟件運行在美國COV廠家的服務器上，特征提取和分類解碼程序可以自動更新，免除了用戶大量的維護工作。

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

10、CPICS的另一個優(yōu)勢是：對浮游生物和顆粒物進行自動分類，結(jié)合我們提供的OceanCube海底多傳感器平臺上的其他傳感器和ROI-CLASS分析軟件，CPICS能讓科學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，以及隨時間而變化。

CPICS的技術指標：

1、照明：

光照光源：高輸出LED環(huán)型陣列

曝光：10μs

2、耐壓等級：

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、水下目標獲取和存儲

相機控制參數(shù)：曝光、幀率

目標提?。航咕嗪统叽缗R界值

嵌入式處理器：NVIDIA TX2

5、圖像分析（需要訂購ROI-CLASS軟件）

生物分類：分類單元水平（例如：橈足

動物copepod）

硬件： 運行在廠家云端服務器上或桌面圖像處理和分類和存儲單元（帶2TB 存儲硬盤）

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

標準電池包壽命：約6小時（連續(xù)工作）

測試電纜：用戶可定制（包含1m長）

水密接頭：SubConn DBH13M

8、尺寸：長×直徑：74cm×12cm

9、重量：空氣中5.4kg，水中4.3kg

CPICS案列圖片

安裝在海底觀測網(wǎng)平臺上的CPICS（通過光纖遠程控制，圖像數(shù)據(jù)實時傳輸?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刺胞動物，其它浮游動物（i成年海星，j毛鱷類動物），k糖蝦，l魚類。尺寸條代表500μm，j、k和l代表1000μm。