水下高光谱成像揭示了海洋的秘密

三观道人 · 发表于海洋技术发展 2022-12-19 00:56:10

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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。

水下高光谱成像揭示了海洋的秘密

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高光谱成像(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式扫描器，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上时，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

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