[發明專利]一種浮游生物偏振成像儀

在審

• 申請號: 201710635661.5
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107271371A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李曉龍;陳永華;于非;姜靜波;劉慶奎;徐永平;倪佐濤;涂登志
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 何麗英

技術領域

本發明屬于光學成像技術領域，具體地說是一種浮游生物體成像設備。

背景技術

浮游生物是水體生物系統生產過程的核心之一，是生態系統中重要的類群，是水體食物網的基礎和關鍵組成部分。由于浮游生物的復雜特點，當前浮游生物觀測研究面臨的技術難題，是難以在大范圍的時空尺度上快速測量其種類組成和數量的變化。

目前，利用圖像處理和模式識別技術進行浮游生物的自動分類與計數已成為長時間序列海洋浮游生物研究的熱點。水中原位成像系統迅速發展，應用較為廣泛的有水下視頻剖面儀(Underwater Video Profiler，UVP)和浮游生物視頻記錄器(Video Plankton Recorder，VPR)。這兩種系統均采用光學成像手段，對浮游生物體的大小、形狀和紋理進行分析，可實現形態不同的類群鑒別。由于某些浮游生物門類在個體發育過程中會出現顯著的形態變化，并且存在幾種不同的浮游生物疊加在一張圖像的現象，尤其對于共生生物的圖像處理技術尚未得到有效解決，浮游生物體的鑒別精度有待于提高。相對于普通光源的成像技術，偏振光成像可以獲得生物體的細胞生理方面信息。鑒別浮游生物的類群，不僅需要判別其大小、形狀以及其他形態，其生物體的內部結構因素也應考慮。因此，對浮游生物開展偏振成像探測，分析其光散射和吸收特性，解決浮游生物圖像信息不清晰造成門類鑒別錯誤的問題，有助于對海洋浮游生物甚至海洋生態環境的研究。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種基于偏振光散射和吸收機理的浮游生物體成像設備，用于水體中浮游生物體偏振成像信息的采集，解決浮游生物圖像信息不清晰造成門類鑒別錯誤的問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種浮游生物偏振成像儀，包括設備外殼及設置于所述設備外殼內的偏振檢測光路系統、供電控制器、進樣室、傳感器集成艙及圖像采集器，其中設備外殼內設有光路通道，所述偏振檢測光路系統設置于所述光路通道內，所述供電控制器、傳感器集成艙及圖像采集器設置于所述光路通道的外側，所述進樣室設置于所述傳感器集成艙內、并且底部嵌設于所述光路通道內，所述偏振檢測光路系統用于對所述進樣室內的浮游生物體偏振成像，所述圖像采集器用于將偏振檢測光路系統捕獲的圖像進行采集和存儲，所述供電控制器用于為偏振檢測光路系統和傳感器集成艙提供電源。

所述偏振檢測光路系統包括沿光路依次設置的單模激光二極管、針孔濾波器、透鏡、起偏器、水體測樣窗、顯微成像透鏡組、檢偏器及數碼攝像機，其中水體測樣窗設置于所述進樣室內，所述單模激光二極管和數碼攝像機與供電控制器連接。

所述水體測樣窗采用晶體材料制作。

所述單模激光二極管的發射光方向與水體測樣窗的進水方向垂直。

所述單模激光二極管提供偏振光源，其發射波長應在數碼攝像機的感光范圍內。

所述單模激光二極管的光束中心、針孔濾波器的中心及透鏡的中心光軸位于同一直線上。

所述數碼攝像機的感光面位于顯微成像透鏡組的焦面處。

所述設備外殼采用防腐蝕材料制作。

所述進樣室和傳感器集成艙采用開放式結構，所述傳感器集成艙內設有可供電的水密接插頭，用于安裝水體環境參數傳感器。

所述偏振檢測光路系統、供電控制器和圖像采集器均采用耐壓和水密結構，電路連接采用水密接頭。

本發明的優點和有益效果是：

1.本發明通過采用偏振成像技術，利用浮游生物體對偏振光的散射和吸收特性，提取其大小、形狀、紋理、以及細胞生理方面信息，有效保證所捕獲圖像中生物個體信息的區分。

2.本發明的偏振光源，是由單模激光二極管發出，經針孔濾波器和透鏡準直，并采用起偏器將發射光的偏振狀態進行限定，獲取具有高質量的偏振平行光束。

3.本發明通過設置顯微成像透鏡組和高分辨率的數碼攝像機，將浮游生物體的成像進行放大采集，獲得清晰的生物體結構和紋理信息。

4.本發明的傳感器集成艙位于進樣室兩側，并采用開放式結構，有利于傳感器的集成和水體環境參數的采集，方便輔助浮游生物生長環境的研究。

5.本發明中起偏器和檢偏器配合單模激光二極管的偏振特性使用，防止環境背景光偏振信號的影響。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中偏振檢測光路系統的結構示意圖。