[發明專利]海洋觀測微顆粒測量儀

有效

• 申請號: 201410169100.7
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103994756A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 陳道毅;林雄偉;蔡加祥;李邵龍
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

技術領域

本發明涉及海洋探測技術，特別是涉及一種海洋觀測微顆粒測量儀。

背景技術

目前我國海洋洋流尤其是深海洋流探測技術尚不完善，可選用的海洋觀測儀器很少，且主要應用于淺海區域，使用腔體或水下機器人進行淺海的觀測，數據觀測的能力相當有限，且數據樣本采用現場采樣，返岸對樣本進行分析處理的方式，具有滯后性，無法得到實時數據，不能反映實時的海底動力學信息，難以滿足海洋研究人員對海洋尤其深海環境動力機理研究及探測的需求。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種海洋觀測微顆粒測量儀，具有良好的深海微顆粒觀測能力。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種海洋觀測微顆粒測量儀，包括密封的腔體，所述腔體上開設有透明的觀測窗口，所述觀測窗口外設置有光源，所述腔體中在所述觀測窗口的內側設置有拍攝裝置，所述拍攝裝置包括相機、設置在所述相機的前端的顯微物鏡以及連接在所述顯微物鏡上的物鏡變焦機構，所述相機的輸出端連接到所述腔體中的觀測數據處理裝置，所述光源以及所述物鏡變焦機構連接到所述腔體中的控制裝置，所述觀測數據處理裝置和所述控制裝置連接到所述腔體的外部線纜接口。

進一步地，所述腔體包括觀測倉和控制倉，所述拍攝裝置安裝在所述觀測倉內，所述觀測數據處理裝置和所述控制裝置安裝在所述控制倉內，所述觀測倉和所述控制倉之間以隔熱板隔離。

進一步地，所述腔體包括貫通的圓柱形外殼、密封覆蓋在所述外殼前端和后端的腔體前蓋及腔體后蓋，所述觀測窗口設置在所述腔體前蓋上。

進一步地，所述腔體內安裝有與所述腔體前蓋平行設置的支撐板，所述相機和所述顯微物鏡通過相機和物鏡支架固定，所述相機和物鏡支架一端安裝在所述腔體前蓋上，另一端安裝在所述支撐板上。

進一步地，所述隔板為隔熱板，所述隔熱板將所述腔體分隔為觀測倉和控制倉，所述拍攝裝置安裝在所述觀測倉內，所述觀測數據處理裝置和所述控制裝置安裝在所述控制倉內。

進一步地，所述光源包括LED燈和激光燈，其中所述LED燈的光照強度高于所述激光燈的光照強度。

進一步地，所述觀測窗口的外側設置有清潔刷，所述腔體的側邊設置有電機，所述清潔刷與所述電機的驅動端相耦合，所述電機的控制端連接到所述控制裝置，所述清潔刷的清潔范圍覆蓋所述觀測窗口和所述光源。

進一步地，所述觀測窗口為藍寶石玻璃窗口。

所述外殼為鈦合金外殼。

一種使用所述海洋觀測微顆粒測量儀的微顆粒追蹤測速方法，包括以下步驟：

通過所述海洋觀測微顆粒測量儀的拍攝裝置顯微放大并拍攝顆粒物圖像，并將所拍攝的圖像傳送到所述海洋觀測微顆粒測量儀的觀測數據處理裝置進行處理，處理過程包括：

連續兩幀圖像進行圖像處理增強，二值化顆粒物圖像；

掃描確定顆粒物的中心點，以中心點代表相應顆粒物；

采用匹配相關算法對連續兩幀的單個顆粒物分別進行相關性匹配，以實現顆粒物追蹤；

利用連續兩幀的顆粒物位移和時間信息計算出顆粒物的平均速度、最大速度和最小速度；

根據顆粒物的位移信息確定瞬時的流場圖。

本發明的有益效果：

本發明中，在密封腔體內的拍攝裝置在相機前端設置顯微物鏡以及連接在顯微物鏡上的物鏡變焦機構，相機采用高速高清相機，通過顯微物鏡的放大作用和物鏡變焦機構的變焦調節作用，使得觀測量級可以達到微米級別，且能夠適應海底環境和觀測微顆粒情況針對性地進行調節，相對于現有技術，本發明大大提高了觀測精度以及觀測系統對于深海環境的適應性。例如，通過本發明的拍攝裝置，可以攝取清晰的微細圖像以獲得泥沙和藻類等顆粒物大小、位置和形狀參數，同時也能實時地觀測得到深海沉積層與上覆水體間物質交換情況及海底顆粒物流動情況，從而能夠利用密封腔內的觀測數據處理裝置對攝取的圖像數據進行分析，以獲得瞬時湍流流速、物質通量等重要參數，實時有效地獲得深海海底微顆粒物質的狀態和運動等信息。這些信息可以通過腔體的外部線纜接口經線纜實時傳送到岸上。本發明能夠精確地、實時地得到這些數據信息，對于促進海洋物理、海洋生物和生態的研究有著重要的意義。

通過本發明的微顆粒追蹤測速方法，海洋觀測微顆粒測量儀對采集得到的圖像進行在線處理，提取顆粒物大小、位置等關鍵信息傳輸上岸，研究者可以在岸基獲得實時的深海環境觀測數據，從而為深海海底水動力學的研究和更深入的深海觀測提供了強有力的技術支持。

附圖說明