本發(fā)明涉及水體中的浮游生物的成像檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種浮游生物成像檢測裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，對浮游生物的檢測方法一般是利用采樣網(wǎng)收集浮游生物，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，但這樣對浮游生物會產(chǎn)生一些不可避免的損傷。也有利用水樣采集器將含有浮游生物的水樣一起帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，但采樣工作量特別大。目前，一般的水下攝像機(jī)由于沒有顯微成像功能，所以，只能用于大型的水生生物進(jìn)行成像。對于體形大小在1mm以下的浮游生物，一般需要顯微放大才能對其進(jìn)行成像檢測，但顯微鏡的景深很小，不適合用于對在水體3維空間游動的浮游生物進(jìn)行成像檢測。

目前現(xiàn)有的技術(shù)是分別使用同軸數(shù)字全息或離軸數(shù)字全息對浮游生物進(jìn)行成像檢測。但由于同軸數(shù)字全息只適合于透明背景上的稀疏物體的成像，在水質(zhì)比較渾濁的時(shí)候不能適用。離軸數(shù)字全息可以將物體的再現(xiàn)像與共軛像分離，但要求待測物體與圖像傳感器之間的距離較大，在不加光學(xué)放大透鏡的情況下，系統(tǒng)的數(shù)值孔徑較小，導(dǎo)致成像分辨率較低，若加入光學(xué)放大透鏡，則會導(dǎo)致成像視場較小?？梢?，現(xiàn)有技術(shù)還不能解決對水質(zhì)較渾濁條件下的浮游生物進(jìn)行高分辨率的原位成像的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種浮游生物成像檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對水質(zhì)較渾濁條件下的浮游生物的高分辨率的原位成像檢測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種浮游生物成像檢測裝置，所述裝置包括：第一激光器、第二激光器、彩色相機(jī)，所述第一激光器發(fā)出的光被分光棱鏡分為參考光和物光，所述參考光進(jìn)入所述彩色相機(jī)中，所述物光經(jīng)過浮游生物成像檢測區(qū)域后，進(jìn)入所述彩色相機(jī)中，所述參考光與所述物光在所述彩色相機(jī)中的相互干涉；所述第二激光器發(fā)出的光經(jīng)過所述浮游生物成像檢測區(qū)域后，進(jìn)入所述彩色相機(jī)中；所述第一激光器所發(fā)出的光與所述第二激光器所發(fā)出的光的顏色不同，所述彩色相機(jī)在一次曝光中，能夠同時(shí)采集到照射到所述彩色相機(jī)的所述參考光、所述物光和所述第二激光器所發(fā)出的經(jīng)過所述浮游生物成像檢測區(qū)域的光。

可選的，所述浮游生物成像檢測裝置外部包裹有密封殼，所述密封殼上設(shè)置有第一光學(xué)窗口和第二光學(xué)窗口。

可選的，所述浮游生物成像檢測裝置還包括：第一光纖、第二光纖、第一準(zhǔn)直透鏡、第二準(zhǔn)直透鏡、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、第三分光棱鏡、第一反射鏡、第二反射鏡；所述第一激光器發(fā)出的光經(jīng)過第一光纖輸出后，經(jīng)所述第一準(zhǔn)直透鏡后變成平行光，再由所述第一分光棱鏡分成兩束，其中，一束為所述參考光，另一束為所述物光，所述參考光經(jīng)所述第一反射鏡反射，再經(jīng)所述第二分光棱鏡反射到所述彩色相機(jī)的圖像傳感器上，所述物光經(jīng)過所述第三分光棱鏡反射后透過所述第一光學(xué)窗口進(jìn)入所述密封殼外部的所述浮游生物成像檢測區(qū)，再經(jīng)所述第二光學(xué)窗口進(jìn)入所述密封殼內(nèi)，再透過所述第二分光棱鏡照射到所述彩色相機(jī)的圖像傳感器上，與所述參考光相互干涉；所述第二激光器發(fā)出的光經(jīng)過所述第二光纖輸出后，經(jīng)所述第二準(zhǔn)直透鏡后變成平行光，經(jīng)所述第二反射鏡反射后透過所述第三分光棱鏡，再透過所述第一光學(xué)窗口進(jìn)入所述密封殼外部的所述浮游生物成像檢測區(qū)，再經(jīng)所述第二光學(xué)窗口進(jìn)入所述密封殼內(nèi)，最后透過所述第二分光棱鏡照射到所述彩色相機(jī)的圖像傳感器上，所述彩色相機(jī)在一次曝光中，能夠同時(shí)采集到照射到所述彩色相機(jī)的所述參考光、所述物光和所述第二激光器所發(fā)出的經(jīng)過所述浮游生物成像檢測區(qū)域的光。

可選的，所述浮游生物成像檢測裝置還包括控制器，所述控制器用于控制所述第一激光器和所述第二激光器的亮度以及所述彩色相機(jī)的動作。

可選的，所述浮游生物成像檢測裝置還包括電池電源，所述電池電源用于向所述第一激光器、所述第二激光器和所述彩色相機(jī)供電。

可選的，所述浮游生物成像檢測裝置還包括控制監(jiān)視器，所述控制監(jiān)視器通過電纜分別與所述控制器、所述彩色相機(jī)相連接。

可選的，所述控制監(jiān)視器包括監(jiān)視器和中央處理器，所述監(jiān)視器用于顯示所述彩色相機(jī)獲取的圖像以及所述彩色相機(jī)、第一激光器、第二激光器的參數(shù)；所述中央處理器用于設(shè)置所述第一激光器、第二激光器的參數(shù)以及通過所述控制器控制所述彩色相機(jī)拍攝全息圖片或視頻，并根據(jù)所述全息圖片或視頻完成所述浮游生物成像檢測區(qū)域內(nèi)浮游生物的成像。

可選的，所述控制監(jiān)視器還設(shè)置有充電接口和圖像視頻導(dǎo)出接口，所述充電接口用于為電源電池進(jìn)行充電，所述圖像視頻導(dǎo)出接口用于導(dǎo)出所述彩色相機(jī)拍攝的圖片或視頻。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明提供的浮游生物成像檢測裝置采用基于雙波長同軸離軸復(fù)合數(shù)字全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對水體中的浮游生物進(jìn)行原位成像檢測，利用兩種不同波長的激光光源分別形成離軸數(shù)字全息圖和同軸數(shù)字全息圖，利用彩色相機(jī)單曝光(一次曝光)實(shí)現(xiàn)同時(shí)記錄離軸數(shù)字全息圖和同軸數(shù)字全息圖，根據(jù)同時(shí)記錄的離軸數(shù)字全息圖和同軸數(shù)字全息圖，完成水質(zhì)較渾濁條件下的浮游生物的高分辨率成像。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例水下浮游生物成像檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例控制監(jiān)視器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種浮游生物成像檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對水質(zhì)較渾濁條件下的浮游生物的高分辨率的原位成像檢測。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例水下浮游生物成像檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，浮游生物成像檢測裝置包括：第一激光器101、第二激光器112、彩色相機(jī)107，所述第一激光器101發(fā)出的光被分光棱鏡分為參考光和物光，所述參考光進(jìn)入所述彩色相機(jī)107中，所述物光經(jīng)過浮游生物成像檢測區(qū)域110后，進(jìn)入所述彩色相機(jī)107中，所述參考光與所述物光在所述彩色相機(jī)中的相互干涉；所述第二激光器112發(fā)出的光經(jīng)過所述浮游生物成像檢測區(qū)域110后，進(jìn)入所述彩色相機(jī)107中；所述第一激光器101所發(fā)出的光與所述第二激光器112所發(fā)出的光的顏色不同(紅、綠、藍(lán)三種顏色中的兩種)，所述彩色相機(jī)107在一次曝光中，能夠同時(shí)采集到照射到所述彩色相機(jī)的所述參考光、所述物光和所述第二激光器112所發(fā)出的經(jīng)過所述浮游生物成像檢測區(qū)域111后的光。所述浮游生物成像檢測裝置外部包裹有密封殼116，所述密封殼116上設(shè)置有第一光學(xué)窗口109和第二光學(xué)窗口112。

具體的，第一激光器101發(fā)出的光經(jīng)過第一光纖102輸出后，經(jīng)所述第一準(zhǔn)直透鏡103后變成平行光，再由所述第一分光棱鏡104分成兩束，其中，一束為所述參考光，另一束為所述物光，所述參考光經(jīng)所述第一反射鏡105反射，再經(jīng)所述第二分光棱鏡106反射到所述彩色相機(jī)107的圖像傳感器上，所述物光經(jīng)過所述第三分光棱鏡108反射后透過所述第一光學(xué)窗口109進(jìn)入所述密封殼外部的所述浮游生物成像檢測區(qū)110，再經(jīng)所述第二光學(xué)窗口111進(jìn)入所述密封殼內(nèi)，再透過所述第二分光棱鏡106照射到所述彩色相機(jī)107的圖像傳感器上，與所述參考光相互干涉形成離軸數(shù)字全息圖；所述第二激光器112發(fā)出的光經(jīng)過所述第二光纖113輸出后，經(jīng)所述第二準(zhǔn)直透鏡114后變成平行光，經(jīng)所述第二反射鏡115反射后透過所述第三分光棱鏡108，再透過所述第一光學(xué)窗口109進(jìn)入所述密封殼外部的所述浮游生物成像檢測區(qū)110，再經(jīng)所述第二光學(xué)窗口111進(jìn)入所述密封殼內(nèi)，最后透過所述第二分光棱鏡106照射到所述彩色相機(jī)107的圖像傳感器上，形成同軸數(shù)字全息圖；彩色相機(jī)107在一次曝光中，能夠同時(shí)采集到照射到所述彩色相機(jī)的所述參考光、所述物光和所述第二激光器112所發(fā)出的經(jīng)過所述浮游生物成像檢測區(qū)域110后的光。

浮游生物成像檢測裝置還包括控制器116，所述控制器116用于控制所述第一激光器101和所述第二激光器112的亮度以及所述彩色相機(jī)107的動作，所述動作包括：如控制彩色相機(jī)107曝光、拍攝全息圖、視頻等。

所述浮游生物成像檢測裝置還包括電池電源117，所述電池電源117用于向所述第一激光器101、所述第二激光器112和所述彩色107相機(jī)供電。

所述浮游生物成像檢測裝置還包括控制監(jiān)視器119，所述控制監(jiān)視器119通過電纜120分別與所述控制器117、所述彩色相機(jī)107相連接。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例控制監(jiān)視器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，所述控制監(jiān)視器119包括監(jiān)視器201和中央處理器，所述監(jiān)視器201用于顯示所述彩色相機(jī)107獲取的圖像以及所述彩色相107、第一激光器101、第二激光器112的參數(shù)；所述中央處理器用于設(shè)置所述第一激光器101、第二激光器112的參數(shù)以及通過所述控制器117控制所述彩色相機(jī)107拍攝全息圖片或視頻，并根據(jù)所述全息圖片或視頻完成所述浮游生物成像檢測區(qū)域110內(nèi)浮游生物的成像。

控制監(jiān)視器119還設(shè)置有調(diào)節(jié)鍵盤203，可用于對彩色相機(jī)107和激光器的參數(shù)的設(shè)定。圖片記錄按鍵202和視頻記錄按鍵204用于操作拍攝全息圖片或全息圖視頻。所述控制監(jiān)視器119還設(shè)置有充電接口和圖像視頻導(dǎo)出接口，所述充電接口用于為電源電池118進(jìn)行充電，所述圖像視頻導(dǎo)出接口用于導(dǎo)出所述彩色相機(jī)107拍攝的圖片或視頻。

使用時(shí)，利用承重纜繩將水下浮游生物成像檢測裝置投放到水中，通過控制監(jiān)視器操作記錄數(shù)字全息圖或數(shù)字全息視頻，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后通過再現(xiàn)程序利用雙波長同軸離軸復(fù)合數(shù)字全息再現(xiàn)算法對全息圖或視頻進(jìn)行再現(xiàn)，在程序中再現(xiàn)距離可以從Z1自動變化到Z2(Z1為彩色相機(jī)圖像傳感器到光學(xué)窗口2之間的距離，Z2為彩色相機(jī)圖像傳感器到光學(xué)窗口1之間的距離)，即可實(shí)現(xiàn)對成像檢測區(qū)內(nèi)的浮游生物進(jìn)行成像檢測。

本發(fā)明基于雙波長同軸離軸復(fù)合數(shù)字全息技術(shù)，采用從離軸數(shù)字全息圖(Ioff)重建得到的圖像傳感器平面(Recordingplane)內(nèi)物光波的低精度相位分布φoff作為同軸數(shù)字全息圖(Iin)相位恢復(fù)迭代重建的初始相位分布，在待測物體(Object)平面內(nèi)加入了從離軸數(shù)字全息圖(Ioff)重建得到的物光波的低精度相位分布φ0-off作為同軸數(shù)字全息圖(Iin)相位恢復(fù)迭代重建的約束條件。因此，本發(fā)明適合于水質(zhì)比較渾濁或浮游生物(如藻類)濃度較高的情況下對水體中體型大小在10微米到1毫米范圍內(nèi)的浮游生物進(jìn)行成像檢測。而且，本發(fā)明具有較高的分辨率和較大的視場，具有檢測效率高的特點(diǎn)。其分辨率大小約等彩色相機(jī)圖像傳感器的像素大小，成像視場等于圖像傳感器的感光面積。每拍攝一張全息圖可檢測的水體體積為V＝S*d，其中，S為圖像傳感器的感光面積，d為光學(xué)窗口1到光學(xué)窗口2之間的距離。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。