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20190822【陕西日报】“海瞳”来了 万米深海不再神秘

時間:2019-08-23  來源:文本大小:【 |  | 】  【打印

  

8月13日,在西安光機所海洋光學技術研究室的實驗室內,吳國俊(左一)正在指導科研人員進行相關設備測試。

  本报记者 霍强文/图

  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。彩票九宫图(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。

  “這個獎是光學領域的資深院士、專家投票評選的,能夠獲得一等獎,是對我們研發成果的肯定。”研究室主任吳國俊說。基于這套“全海深高清光學成像及影像處理系統”,吳國俊和團隊同事研制出了我國首套全海深高清相機——“海瞳”相機,能夠在1萬多米的深海拍攝高清圖片和視頻,適用水深、視場角、分辨率等技術指標均達到了國際先進水平。

  向海洋進軍。近年來,許多國家對海洋的探索和開發正在提速。“深海作爲海洋整體系統的關鍵環節,在海洋生態循環、全球氣候變化、海洋資源勘探等領域具有重要位置,同時因其環境特殊,也是海洋探索中的難點和發展方向。”吳國俊說。

  2016年6月,吳國俊和團隊同事接到了一項科研重任——自主研發全海深高清相機,該相機將在2017年初中科院“探索一號”科考船進行深海科考時使用。

  時間緊迫,難題卻不少。全海深相機,要求在任何深度都能進行拍攝。擺在吳國俊面前的第一道難題,就是相機在深海環境中的抗壓能力。“水下每增加10米,相當于1個大氣壓的壓力,按照1.1萬米的設計深度,相當于在每1平方厘米的面積上産生1.1噸的壓力,就像成年人的指甲蓋上要承受一頭大象的重量。”吳國俊說。

  通常情況下,解決物品水下抗壓問題有兩種方式,內部充油和幹艙密封。“內部充油相對容易,但是會影響相機的光學成像系統,因此只能用幹艙密封的辦法,就是研制一個帶窗口的密封艙,把‘海瞳’裝進去,由密封艙來承受深海的巨大壓力,保證相機正常工作。”吳國俊說。

  方案確定以後,吳國俊和他的團隊開始了緊張的研制工作,設計、仿真、加工、裝配等各項工作,全部精益求精。經過5個多月的努力,2016年底,裝進密封艙的“海瞳”終于要進行打壓測試了。“測試進行了5個多小時,完成全部程序後打撈上來一看,密封艙的艙體和窗口連接處出現了嚴重破裂,試驗失敗了。”吳國俊說,“當時壓力真的很大,離深海科考就剩1個月時間了,我們都不想錯過這次機會。”

  爲了攻克這一難題,西安光機所請來了中科院相關領域的專家進行研討、攻關,整個團隊的吃、住都搬進了實驗室。艙體和窗口連接處是薄弱環節,設計要進行優化;加工工藝要改進,科研人員就自己動手進行裝配。“改進的過程中,每一個細節我們都不敢怠慢。像連接處的一組螺絲,我們按對稱關系循環固定、逐步加力,使用扭力扳手,確保每一個螺絲的力度數值保持精確,事後證明連擰一個小小的螺絲釘的力度和速度對密封艙的抗壓能力都會産生影響。”吳國俊說。

  功夫不負有心人。經過1個月夜以繼日地工作,“海瞳”終于通過了打壓測試,可以承受1.27萬米的深海高壓,完全滿足在1.1萬米深度工作的要求。

  與抗壓試驗同時進行的還有水下光學像差校正、色彩複原、水下圖像增強等關鍵技術的攻關。由于深海折射率、水下散射等原因,會出現成像模糊、圖像偏藍綠色等問題。“我們開展了深海物鏡系統、圖像增強算法、色彩校正算法等研究工作,有針對性地解決了這些難題。”吳國俊說。

  2017年初,各項技術指標均已達標的“海瞳”相機終于迎來了“首秀”,跟隨中科院“探索一號”科考船開展了馬裏亞納海溝科考任務。“作爲主相機,‘海瞳’曾4次下潛至7000米深度,3次下潛至萬米深度,最大潛深達10909米,采集了12小時的高清視頻數據。”吳國俊說,“在位于8152米的大海深處,‘海瞳’還首次拍攝到了獅子魚的生活畫面,這是當時國際上觀測到魚類生存的最大深度。”

  “海瞳”首秀,堪稱完美,其記錄的大量珍貴海洋影像資料爲馬裏亞納海溝的海洋生物、物理海洋等多學科研究提供了重要的原始數據。去年9月,經過改進的第二代“海瞳”相機再次跟隨“探索一號”進行了深海科考任務,共完成了10次下潛,其中4次下潛至萬米深度,采集到了140小時的有效高清視頻。

  目前,吳國俊和團隊正在致力于全海深3D成像、在線生態傳感等研發工作。“像光學在線生態傳感器,可以實現海洋生態參量的采集、分析、結果回傳等功能,我們希望踏踏實實搞好科研,爲國家的海洋戰略作出自己的貢獻。”吳國俊如是說。

 

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