浮游生物的水下遥测方法【开题报告】

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1、毕业设计开题报告海洋技术浮游生物的水下遥测方法一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义海洋浮游生物研究是一门以观测为基础的学科，其研究水平和学术思想的提高离不开连续、系统、高时空分辨率的观测数据与资料积累，因此，开展浮游生物现场探测和实验室观测的新技术、新方法的研究，是开拓浮游生物研究新领域、获取源头信息、取得原创性成果的重要一环。1水下浮游生物图像实时监测系统的国外研究现状国巴黎法第六人学的Gorsky等人于1992年研制的UVP系统(UnderwaterVideoProfiler)，该系统由Hi-8摄像机(最人分辨率为512像素x512像素)、打‘制和

2、数据存储单兀、电池和照明单兀等构成。照明单兀采用的是宽度为1.5cm的条形光源，形成了0.28L的成像体积范围，该系统校准实验中最小可以监测的物体尺寸可以达到100um。局限于当时的成像芯片技术，该系统采用的相机分辨率较低。美国伍兹霍尔海洋研究所的CabellDavis等人十1992年研制了水下浮游生物视频记录系统VPR(VideoPlanktonRecorder)。该系统运用氛灯光源进行成像照明，利用前向散射光来对几乎透明的浮游生物成像。该系统同时装备了可以对不同尺寸浮游动物进行成像的相机，能够监测尺寸在0.2mm}-20mm之间的浮游动物(如水熄虫、水母等)。该

3、系统配置了高分辨率相机，工作距离为50cm，视场为7mm}-20mm，系统景深一般可以达到3cm}-8cm，可以对1m1--31m1体积范围内的浮游生物进行成像。系统照明采用的是20W的闪光灯，通过闪光脉冲来进行暗视场照明成像，通过对采集浮游动物图像分析可以对其数量和种类进行运算和识别。在美国GLOBECGeorgesBankRegionalProgram项目中，该系统于佐治业湾地区采集了人量有价值的中型浮游动物影像资料，但是由于该系统照明系统采用的是氛灯照明，功率消耗较大。由Strickle:和Hwang于2000年设计的3DZooplanktonObservat

4、ary可以采集浮游动物的二维信息。该系统采用了多部相机来对1L体积范围内的从浮游植物到负类人小的生物进行图像采集。美国路易斯安娜州立人学于2001年研制了浮游动物图像采集系统ZOOV工S。该系统能够在分辨率高达50um的情况下，获得12cm的视场范围。光照系统为12cm宽，3cm高的条形光源，仅对系统景深范围内目标物进行成像照明。2水下浮游生物图像实时监测系统的国内研究现状由于各种原因，国内在海洋生态环境现场监测技术以及浮游生物图像自动识别方面的研究起步较晚，基础比较薄弱。国家海洋技术中心的徐雷和于连生(2003)报道了一种在实验室条件下使用的，利用计算机图像分析技

5、术对显微镜影像中的夜光藻和杂质进行简单分辨并计数的方法，根据轮廓面积和直径两种特征进行夜光藻和杂质颗粒的简单区分。在“十五”国家“863”计划资助下，天津大学课题组依据圆度、矩形度、扁度和不变矩等形状特征采用树状判别方法对以近十圆形和椭圆性的夜光藻、扁藻和圆筛藻二种藻类进行识别。在国家自然科学基金资助下，厦门大学高业辉课题小组借助十显微镜扫描系统采集海洋硅藻显微图像，开展了对采集的图像进行自动分析和识别研究。这些研究都是在实验室内利用显微镜成像技术对浮游生物进行的识别研究，需要首先进行浮游生物样本的采集，不能实现浮游生物的现场监测。厦门大学焦念志课题小组建立了一种赤

6、潮生物图像实时采集系统，该系统主要由流式系统和高速CCD图像采集系统构成，通过蠕动泵来控制海水样品流速，采用微控制器控制成像曝光时间，达到对高速赤潮生物图像的清晰实时采集。该系统需要使用蠕动泵，进行海水取样，该过程有可能对浮游生物带来一定损坏，该系统所采集的图像仅赤潮藻类等浮游植物的图像，未能对浮游动物进行成像。国家海洋技术中心的于连生等人报道了一种水下全自动数字显微成像仪器，可以对水中浮游生物进行图像拍摄。该仪器一天可以自动拍摄8次，每次采集两幅图像，采集图像速率和数量有限，仅可以对高浓度的浮游生物进行现场拍摄，不能进行水下浮游生物图像的现场实时监测。国内所报道的

7、工作局限于实验室内的数码显微镜系统或图像采集系统进行分析，在水下浮游生物的可视化监测技术方面研究工作较少，国外所研究和设计的海洋浮游生物图像采集系统的照明系统大多采用大功率照明器件(如氮灯)，系统功耗较大传统的浮游生物测量方法采用简单的浮游生物拖网或采集现场水样进行浮游生物丰度或浮游生物量(湿重或干重)检测，这些方法存在许多问题，难以满足当今的浮游生物研究需要，具体体现在:①拖网反映的是长距离的水平或垂直方向所采集的浮游生物总和，其空间分辨率在几米甚至几十米，无法体现浮游生物的空间种群分布结构和丰度变化细②拖网很容易损坏一些形体脆弱的浮游生物，譬如水母幼体等，造