[发明专利]一种浮游生物偏振成像仪

说明书

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体地说是一种浮游生物体成像设备。

背景技术

浮游生物是水体生物系统生产过程的核心之一，是生态系统中重要的类群，是水体食物网的基础和关键组成部分。由于浮游生物的复杂特点，当前浮游生物观测研究面临的技术难题，是难以在大范围的时空尺度上快速测量其种类组成和数量的变化。

目前，利用图像处理和模式识别技术进行浮游生物的自动分类与计数已成为长时间序列海洋浮游生物研究的热点。水中原位成像系统迅速发展，应用较为广泛的有水下视频剖面仪(Underwater Video Profiler，UVP)和浮游生物视频记录器(Video Plankton Recorder，VPR)。这两种系统均采用光学成像手段，对浮游生物体的大小、形状和纹理进行分析，可实现形态不同的类群鉴别。由于某些浮游生物门类在个体发育过程中会出现显著的形态变化，并且存在几种不同的浮游生物叠加在一张图像的现象，尤其对于共生生物的图像处理技术尚未得到有效解决，浮游生物体的鉴别精度有待于提高。相对于普通光源的成像技术，偏振光成像可以获得生物体的细胞生理方面信息。鉴别浮游生物的类群，不仅需要判别其大小、形状以及其他形态，其生物体的内部结构因素也应考虑。因此，对浮游生物开展偏振成像探测，分析其光散射和吸收特性，解决浮游生物图像信息不清晰造成门类鉴别错误的问题，有助于对海洋浮游生物甚至海洋生态环境的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于偏振光散射和吸收机理的浮游生物体成像设备，用于水体中浮游生物体偏振成像信息的采集，解决浮游生物图像信息不清晰造成门类鉴别错误的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种浮游生物偏振成像仪，包括设备外壳及设置于所述设备外壳内的偏振检测光路系统、供电控制器、进样室、传感器集成舱及图像采集器，其中设备外壳内设有光路通道，所述偏振检测光路系统设置于所述光路通道内，所述供电控制器、传感器集成舱及图像采集器设置于所述光路通道的外侧，所述进样室设置于所述传感器集成舱内、并且底部嵌设于所述光路通道内，所述偏振检测光路系统用于对所述进样室内的浮游生物体偏振成像，所述图像采集器用于将偏振检测光路系统捕获的图像进行采集和存储，所述供电控制器用于为偏振检测光路系统和传感器集成舱提供电源。

所述偏振检测光路系统包括沿光路依次设置的单模激光二极管、针孔滤波器、透镜、起偏器、水体测样窗、显微成像透镜组、检偏器及数码摄像机，其中水体测样窗设置于所述进样室内，所述单模激光二极管和数码摄像机与供电控制器连接。

所述水体测样窗采用晶体材料制作。

所述单模激光二极管的发射光方向与水体测样窗的进水方向垂直。

所述单模激光二极管提供偏振光源，其发射波长应在数码摄像机的感光范围内。

所述单模激光二极管的光束中心、针孔滤波器的中心及透镜的中心光轴位于同一直线上。

所述数码摄像机的感光面位于显微成像透镜组的焦面处。

所述设备外壳采用防腐蚀材料制作。

所述进样室和传感器集成舱采用开放式结构，所述传感器集成舱内设有可供电的水密接插头，用于安装水体环境参数传感器。

所述偏振检测光路系统、供电控制器和图像采集器均采用耐压和水密结构，电路连接采用水密接头。

本发明的优点和有益效果是：

1.本发明通过采用偏振成像技术，利用浮游生物体对偏振光的散射和吸收特性，提取其大小、形状、纹理、以及细胞生理方面信息，有效保证所捕获图像中生物个体信息的区分。

2.本发明的偏振光源，是由单模激光二极管发出，经针孔滤波器和透镜准直，并采用起偏器将发射光的偏振状态进行限定，获取具有高质量的偏振平行光束。

3.本发明通过设置显微成像透镜组和高分辨率的数码摄像机，将浮游生物体的成像进行放大采集，获得清晰的生物体结构和纹理信息。

4.本发明的传感器集成舱位于进样室两侧，并采用开放式结构，有利于传感器的集成和水体环境参数的采集，方便辅助浮游生物生长环境的研究。

5.本发明中起偏器和检偏器配合单模激光二极管的偏振特性使用，防止环境背景光偏振信号的影响。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中偏振检测光路系统的结构示意图。