基于数字全息显微的海洋浮游生物三维形貌快速重建方法研究

针对海洋浮游生物实时探测中,三维形貌特征难以快速获取的问题,本文提出了一种海洋浮游生物三维形貌快速重建的方法。基于离轴菲涅尔数字全息显微系统,通过改进相位恢复方法预消除相位畸变,直接得到正确的相位信息,进而对浮游生物三维形貌重建。该方法不需要进行后期复杂的相位补偿计算,就可以对浮游生物三维形貌进行快速重建,有利于对动态、微小尺寸的浮游生物进行实时探测及分析。论文对青岛近海岸浮游生物桡足类和夜光虫进行了三维形貌重建,分辨率可达到3.5μm。实验结果为离轴菲涅尔数字全息显微系统用于海洋浮游生物原位、实时探测的可行性提供了依据。

海洋原位数字全息浮游生物探测系统的小型化研究与试验

海洋浮游生物是一个复杂而庞大的生物群落,种类繁多、数量庞大,对海洋环境、生态、渔业及海洋基础科学研究具有重要的科研价值与现实意义。为实现对海洋浮游生物和颗粒物的实时原位,高分辨率,非侵入式成像,研发了OUC-HoloCam200水下原位同轴数字全息浮游生物探测系统。OUC-HoloCam200基于同轴数字全息技术,具有高精度、大景深的优点,仪器结构紧凑、集成度高,易于安装在各种水下观测平台上。该仪器可在海洋生物学、海洋光学、海洋环境监测等领域发挥一定的作用。OUC-HoloCam200已在南海近岸地区进行了浅海测试,并已连续工作超过48 h,在海试期间,已记录超过5.4万张高质量的原位全息图。

基于海洋浮游生物数字全息图的自适应性多焦点复原的研究

针对如何快速自动地从全息图中自动扫描提取浮游生物有效目标的清晰图像的问题,本文提出了一种基于浮游生物数字全息图像的自适应性多焦点复原方法。首先,对水下浮游生物进行数字全息原位拍摄,得到原位图像,利用卷积再现算法,对全息图进行再现重建;然后对得到的多张再现像进行预处理操作,得到每张所述再现像中浮游生物的有效目标区域ROI,并依照有效目标区域ROI在对应的再现像上进行剪切得到浮游生物有效目标切片;最后利用清晰度指标对多张浮游生物有效目标切片进行测评,得到最清晰的有效目标切片以及其所对应的衍射深度,并进行数字全息图像的自适应性多焦点复原。研究表明,此方法可快速自动地从海洋浮游生物数字全息图中自动扫描提取浮游生物有效目标的清晰图像并返回其衍射深度。

双目视觉用于鱼苗尺寸测量

为了有效地提高鱼苗尺寸测量的效率及精度,搭建了平行式双目立体视觉系统。根据双目视觉原理,首先基于改进后的由多组同心圆构成的标定板对双目视觉测量系统进行定标;然后利用Harris角点提取算法获取鱼苗图像的关键特征点,并基于归一化互相关(Normalized Cross Correlation,NCC)立体匹配算法对关键特征点进行匹配,提取坐标数据;最后根据坐标数据进行计算,得到鱼苗的空间坐标,实现对鱼苗尺寸的精确测量。结果表明,由所搭建的平行式双目立体视觉系统测量的相对误差在8%以内,为双目视觉应用于鱼类养殖业的可行性提供了依据。

LED同轴数字全息显微浮游生物原位探测系统

海洋浮游生物原位探测系统对海洋生态研究具有重要意义。研究了一种适合长期在水下观察浮游生物的原位探测系统。系统基于同轴数字全息光路设计,加入显微放大模块,使用中心波长525nm的LED光源,有效降低了激光散斑噪声的同时,使显微成像的景深达到厘米量级。通过测试得到CCD位置与系统景深的变化关系直方图,选择合适的光阑直径和CCD位置对标准分辨率板usaf1951和水槽中的浮游生物进行了全息记录和再现;对系统分辨率进行评估,充分论证LED同轴数字全息显微在海洋浮游生物原位探测中的可行性。