中小型浮游动物的数字全息成像探测与分析方法研究

目前制约海洋浮游生物研究发展的瓶颈问题之一是缺乏实时、连续、高分辨率的原位观测资料。数字全息成像技术具有区分不同的观测平面，能直接给出符合人眼视差的透视信息，并且在大景深内具有较高的图像分辨率和较宽动态记录范围的特点，为活体浮游动物在三维空间的位置、运动轨迹、速大小提供新的定量测量手段。本项目围绕着数字全息在海洋浮游动物立体观测与三维影像智能分析这一新研究领域中的若干关键问题，将光学全息理论、数字图像处理技术、模式识别和观测应用相结合，从理论和实验两方面开展数字全息技术在中、小型浮游动物的原位观测与三维影像建模和自动处理方法研究，研制出集数字全息成像、图像采集处理为一体的水下数字全息浮游动物观测系统集成原型；构建高维海量影像数据的快速、可靠分析平台。为我国海洋环境和生态学等科学研究中的源头信息获取、拓展新研究领域、获取原创性成果提供科学依据和技术支持，提高我国在海洋生态观测的国际地位。

本项目围绕着数字全息在海洋浮游动物立体观测与三维影像智能分析研究领域中的若干关键问题，开展了水下数字全息在中、小型浮游动物的原位观测与三维影像建模和分析方法研究，取得了如下进展（1）以同轴光学全息为基础，研制了适于水下实时观测数字全息监测系统样机，采用632nm激光作为干涉光源，评估了水下全息成像监测系统的检测分辨率与观测距离关系，针对高分辨率像素的海量信息，构建了基于嵌入式计算机系统的图像实时采集系统，研制出集数字全息成像、图像采集处理为一体的水下数字全息浮游动物观测系统集成原型；（2）完成数字全息图像快速再现仿真平台构建，实现了从两维全息图像再现三维空间结构的数字模拟；建立了浮游动物高维海量影像数据的重构、分割、识别、跟踪的算法框架；（3）利用所研制的数字全息观测系统开展了悬浮沉积物沉速及水体中原油油滴的原位观测应用，证明数字全息观测技术为水下原位监测提供了一种新的观测方法，拓展了水下数字全息原位观测系在水下的应用领域。