“水下摄影师”精准捕捉“海洋精灵” -水下摄影怎么做到的

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在南山书城举办的“创新知行荟”现场，市民体验显微镜观察。

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南方日报记者

朱洪波 摄

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南方日报讯 （记者/张秀娟）“我们研发的浮游生物原位成像仪已完成3次近海海试，累计获得超过100类浮游生物近100万张照片，未来海洋生物学家和环境监测人员足不出户就可以用手机实时监测海洋微生物！”8月18日，中国科学院深圳先进技术研究院（下称“深圳先进院”）的李剑平博士在南山书城举办的“创新知行荟”上，首次展出了海洋浮游生物原位成像仪工程样机，并介绍了未来基于生态浮标的海洋环境智能监测技术。

“我们将于今年11月在大亚湾开展为期三个月的海试应用示范研究”，李剑平透露。这标志着深圳市首个国家“十三五”科技部涉海领域重点研发专项的研发工作取得重要进展。

将实现对浮游生物高精度监测及灾害预警

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李剑平在题为《小小海洋精灵的摄影棚》的演讲中介绍，海洋浮游生物主要包括浮游植物和浮游动物，虽然它们的个体只有几厘米至一微米，但却是海洋生态系统的基础，对全球气候变化、海洋生物多样性、海洋食物网、海洋中物质与能量循环的影响起着巨大作用。“以往科研人员需要通过海水采样，在实验室内操作显微镜，通过肉眼观察浮游生物，不仅费时费力，还会因为采样、运输等环节破坏浮游生物的原始形态。”

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如何利用自动化技术实现对微小多样的海洋浮游生物的精准观测呢？深圳先进院光电工程技术中心团队利用光学成像技术，把传统显微镜“搬到”水下，研发了一种可在水下拍照的浮游生物原位成像仪。“相比于传统的观测方法，利用这种仪器获取海洋浮游生物信息的时空分辨率更高，观测时间尺度更长，因此可以更准确实时地得到浮游生物丰度、种类、迁徙等信息，从而对海洋环境实现更加透明的监测。”李剑平说。

针对海洋浮游生物个体微小、粒径跨度大等观测难点，先进院团队首先设计开发了新型水下高分辨率、大视野彩色光学成像系统，并通过开发内嵌的预处理算法，实现浮游生物个体原始高清图像的获取和冗余信息去除。针对浮游生物种类鉴别困难的挑战，研究团队还将引入基于深度学习的机器学习算法，开发面向多尺度复杂目标的新型深度检测与识别网络模型，通过多任务学习和深层联合网络优化等技术，实现对大规模浮游生物图像的高精度鉴定和快速计数，最终提高系统的自动化程度和准确性。该团队将建立我国近海大规模多种类浮游生物图像数据库，进而完成有害浮游生物的准确鉴别及海域优势物种的观测，实现浮游生物的高精度监测及灾害预警。

足不出户可观察海洋水质

据悉，该项目除浮游生物成像仪之外，还将研发叶绿素a、化学需氧量COD、生化需氧量BOD、营养盐、二氧化碳等新型近海水质传感器，并将最终集成到浮标平台。“所有传感器的数据都将通过无线网络发送到云端的数据中心，那里的服务器将对数据加以处理分析，以后我们的海洋科学家和海洋监测部门工作人员足不出户，不仅可通过手机等客户端实时了解浮标所处海区的水质情况，还可以查询追踪长期观测的历史数据。这简直是太方便了！”李剑平介绍。

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该项研究工作结合海洋环境分析监测传感技术，构建基于光学检测的近海海洋环境在线监测系统，将为我国海洋生态环境综合治理和健康风险评价提供有力保障，为自主知识产权的新型海洋传感器产业化奠定基础。

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