“海瞳”来了 万米深海不再神秘

时间:2019-08-22 10:06:10  来源:陕西日报

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“海瞳”来了 万米深海不再神秘

吴国俊说


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8月13日,在西安光机所海洋光学技术研究室的实验室内,吴国俊(左一)正在指导科研人员进行相关设备测试。

8月5日,北京。第五届中国光学工程学会科技创新奖颁奖典礼隆重举行。中国科学院西安光学精密机械研究所(以下简称西安光机所)海洋光学技术研究室的科研项目——“全海深高清光学成像及影像处理系统”荣获科技进步奖一等奖。

“这个奖是光学领域的资深院士、专家投票评选的,能够获得一等奖,是对我们研发成果的肯定。”研究室主任吴国俊说。基于这套“全海深高清光学成像及影像处理系统”,吴国俊和团队同事研制出了我国首套全海深高清相机——“海瞳”相机,能够在1万多米的深海拍摄高清图片和视频,适用水深、视场角、分辨率等技术指标均达到了国际先进水平。

向海洋进军。近年来,许多国家对海洋的探索和开发正在提速。“深海作为海洋整体系统的关键环节,在海洋生态循环、全球气候变化、海洋资源勘探等领域具有重要位置,同时因其环境特殊,也是海洋探索中的难点和发展方向。”吴国俊说。

2016年6月,吴国俊和团队同事接到了一项科研重任——自主研发全海深高清相机,该相机将在2017年初中科院“探索一号”科考船进行深海科考时使用。

时间紧迫,难题却不少。全海深相机,要求在任何深度都能进行拍摄。摆在吴国俊面前的第一道难题,就是相机在深海环境中的抗压能力。“水下每增加10米,相当于1个大气压的压力,按照1.1万米的设计深度,相当于在每1平方厘米的面积上产生1.1吨的压力,就像成年人的指甲盖上要承受一头大象的重量。”吴国俊说。

通常情况下,解决物品水下抗压问题有两种方式,内部充油和干舱密封。“内部充油相对容易,但是会影响相机的光学成像系统,因此只能用干舱密封的办法,就是研制一个带窗口的密封舱,把‘海瞳’装进去,由密封舱来承受深海的巨大压力,保证相机正常工作。”吴国俊说。

方案确定以后,吴国俊和他的团队开始了紧张的研制工作,设计、仿真、加工、装配等各项工作,全部精益求精。经过5个多月的努力,2016年底,装进密封舱的“海瞳”终于要进行打压测试了。“测试进行了5个多小时,完成全部程序后打捞上来一看,密封舱的舱体和窗口连接处出现了严重破裂,试验失败了。”吴国俊说,“当时压力真的很大,离深海科考就剩1个月时间了,我们都不想错过这次机会。”

为了攻克这一难题,西安光机所请来了中科院相关领域的专家进行研讨、攻关,整个团队的吃、住都搬进了实验室。舱体和窗口连接处是薄弱环节,设计要进行优化;加工工艺要改进,科研人员就自己动手进行装配。“改进的过程中,每一个细节我们都不敢怠慢。像连接处的一组螺丝,我们按对称关系循环固定、逐步加力,使用扭力扳手,确保每一个螺丝的力度数值保持精确,事后证明连拧一个小小的螺丝钉的力度和速度对密封舱的抗压能力都会产生影响。”吴国俊说。

功夫不负有心人。经过1个月夜以继日地工作,“海瞳”终于通过了打压测试,可以承受1.27万米的深海高压,完全满足在1.1万米深度工作的要求。

与抗压试验同时进行的还有水下光学像差校正、色彩复原、水下图像增强等关键技术的攻关。由于深海折射率、水下散射等原因,会出现成像模糊、图像偏蓝绿色等问题。“我们开展了深海物镜系统、图像增强算法、色彩校正算法等研究工作,有针对性地解决了这些难题。”吴国俊说。

2017年初,各项技术指标均已达标的“海瞳”相机终于迎来了“首秀”,跟随中科院“探索一号”科考船开展了马里亚纳海沟科考任务。“作为主相机,‘海瞳’曾4次下潜至7000米深度,3次下潜至万米深度,最大潜深达10909米,采集了12小时的高清视频数据。”吴国俊说,“在位于8152米的大海深处,‘海瞳’还首次拍摄到了狮子鱼的生活画面,这是当时国际上观测到鱼类生存的最大深度。”

“海瞳”首秀,堪称完美,其记录的大量珍贵海洋影像资料为马里亚纳海沟的海洋生物、物理海洋等多学科研究提供了重要的原始数据。去年9月,经过改进的第二代“海瞳”相机再次跟随“探索一号”进行了深海科考任务,共完成了10次下潜,其中4次下潜至万米深度,采集到了140小时的有效高清视频。

目前,吴国俊和团队正在致力于全海深3D成像、在线生态传感等研发工作。“像光学在线生态传感器,可以实现海洋生态参量的采集、分析、结果回传等功能,我们希望踏踏实实搞好科研,为国家的海洋战略作出自己的贡献。”吴国俊如是说。(记者 霍强)

编辑:丁婉


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