一种浮游生物成像检测装置的制作方法

本发明涉及水体中的浮游生物的成像检测领域，特别是涉及一种浮游生物成像检测装置。

背景技术：

当前，对浮游生物的检测方法一般是利用采样网收集浮游生物，带回实验室进行检测，但这样对浮游生物会产生一些不可避免的损伤。也有利用水样采集器将含有浮游生物的水样一起带回实验室进行检测，但采样工作量特别大。目前，一般的水下摄像机由于没有显微成像功能，所以，只能用于大型的水生生物进行成像。对于体形大小在1mm以下的浮游生物，一般需要显微放大才能对其进行成像检测，但显微镜的景深很小，不适合用于对在水体3维空间游动的浮游生物进行成像检测。

目前现有的技术是分别使用同轴数字全息或离轴数字全息对浮游生物进行成像检测。但由于同轴数字全息只适合于透明背景上的稀疏物体的成像，在水质比较浑浊的时候不能适用。离轴数字全息可以将物体的再现像与共轭像分离，但要求待测物体与图像传感器之间的距离较大，在不加光学放大透镜的情况下，系统的数值孔径较小，导致成像分辨率较低，若加入光学放大透镜，则会导致成像视场较小。可见，现有技术还不能解决对水质较浑浊条件下的浮游生物进行高分辨率的原位成像的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种浮游生物成像检测装置，能够实现对水质较浑浊条件下的浮游生物的高分辨率的原位成像检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种浮游生物成像检测装置，所述装置包括：第一激光器、第二激光器、彩色相机，所述第一激光器发出的光被分光棱镜分为参考光和物光，所述参考光进入所述彩色相机中，所述物光经过浮游生物成像检测区域后，进入所述彩色相机中，所述参考光与所述物光在所述彩色相机中的相互干涉；所述第二激光器发出的光经过所述浮游生物成像检测区域后，进入所述彩色相机中；所述第一激光器所发出的光与所述第二激光器所发出的光的颜色不同，所述彩色相机在一次曝光中，能够同时采集到照射到所述彩色相机的所述参考光、所述物光和所述第二激光器所发出的经过所述浮游生物成像检测区域的光。

可选的，所述浮游生物成像检测装置外部包裹有密封壳，所述密封壳上设置有第一光学窗口和第二光学窗口。

可选的，所述浮游生物成像检测装置还包括：第一光纤、第二光纤、第一准直透镜、第二准直透镜、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜；所述第一激光器发出的光经过第一光纤输出后，经所述第一准直透镜后变成平行光，再由所述第一分光棱镜分成两束，其中，一束为所述参考光，另一束为所述物光，所述参考光经所述第一反射镜反射，再经所述第二分光棱镜反射到所述彩色相机的图像传感器上，所述物光经过所述第三分光棱镜反射后透过所述第一光学窗口进入所述密封壳外部的所述浮游生物成像检测区，再经所述第二光学窗口进入所述密封壳内，再透过所述第二分光棱镜照射到所述彩色相机的图像传感器上，与所述参考光相互干涉；所述第二激光器发出的光经过所述第二光纤输出后，经所述第二准直透镜后变成平行光，经所述第二反射镜反射后透过所述第三分光棱镜，再透过所述第一光学窗口进入所述密封壳外部的所述浮游生物成像检测区，再经所述第二光学窗口进入所述密封壳内，最后透过所述第二分光棱镜照射到所述彩色相机的图像传感器上，所述彩色相机在一次曝光中，能够同时采集到照射到所述彩色相机的所述参考光、所述物光和所述第二激光器所发出的经过所述浮游生物成像检测区域的光。

可选的，所述浮游生物成像检测装置还包括控制器，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机的动作。

可选的，所述浮游生物成像检测装置还包括电池电源，所述电池电源用于向所述第一激光器、所述第二激光器和所述彩色相机供电。

可选的，所述浮游生物成像检测装置还包括控制监视器，所述控制监视器通过电缆分别与所述控制器、所述彩色相机相连接。

可选的，所述控制监视器包括监视器和中央处理器，所述监视器用于显示所述彩色相机获取的图像以及所述彩色相机、第一激光器、第二激光器的参数；所述中央处理器用于设置所述第一激光器、第二激光器的参数以及通过所述控制器控制所述彩色相机拍摄全息图片或视频，并根据所述全息图片或视频完成所述浮游生物成像检测区域内浮游生物的成像。

可选的，所述控制监视器还设置有充电接口和图像视频导出接口，所述充电接口用于为电源电池进行充电，所述图像视频导出接口用于导出所述彩色相机拍摄的图片或视频。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的浮游生物成像检测装置采用基于双波长同轴离轴复合数字全息技术实现对水体中的浮游生物进行原位成像检测，利用两种不同波长的激光光源分别形成离轴数字全息图和同轴数字全息图，利用彩色相机单曝光(一次曝光)实现同时记录离轴数字全息图和同轴数字全息图，根据同时记录的离轴数字全息图和同轴数字全息图，完成水质较浑浊条件下的浮游生物的高分辨率成像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例水下浮游生物成像检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例控制监视器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种浮游生物成像检测装置，能够实现对水质较浑浊条件下的浮游生物的高分辨率的原位成像检测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例水下浮游生物成像检测装置结构示意图，如图1所示，浮游生物成像检测装置包括：第一激光器101、第二激光器112、彩色相机107，所述第一激光器101发出的光被分光棱镜分为参考光和物光，所述参考光进入所述彩色相机107中，所述物光经过浮游生物成像检测区域110后，进入所述彩色相机107中，所述参考光与所述物光在所述彩色相机中的相互干涉；所述第二激光器112发出的光经过所述浮游生物成像检测区域110后，进入所述彩色相机107中；所述第一激光器101所发出的光与所述第二激光器112所发出的光的颜色不同(红、绿、蓝三种颜色中的两种)，所述彩色相机107在一次曝光中，能够同时采集到照射到所述彩色相机的所述参考光、所述物光和所述第二激光器112所发出的经过所述浮游生物成像检测区域111后的光。所述浮游生物成像检测装置外部包裹有密封壳116，所述密封壳116上设置有第一光学窗口109和第二光学窗口112。

具体的，第一激光器101发出的光经过第一光纤102输出后，经所述第一准直透镜103后变成平行光，再由所述第一分光棱镜104分成两束，其中，一束为所述参考光，另一束为所述物光，所述参考光经所述第一反射镜105反射，再经所述第二分光棱镜106反射到所述彩色相机107的图像传感器上，所述物光经过所述第三分光棱镜108反射后透过所述第一光学窗口109进入所述密封壳外部的所述浮游生物成像检测区110，再经所述第二光学窗口111进入所述密封壳内，再透过所述第二分光棱镜106照射到所述彩色相机107的图像传感器上，与所述参考光相互干涉形成离轴数字全息图；所述第二激光器112发出的光经过所述第二光纤113输出后，经所述第二准直透镜114后变成平行光，经所述第二反射镜115反射后透过所述第三分光棱镜108，再透过所述第一光学窗口109进入所述密封壳外部的所述浮游生物成像检测区110，再经所述第二光学窗口111进入所述密封壳内，最后透过所述第二分光棱镜106照射到所述彩色相机107的图像传感器上，形成同轴数字全息图；彩色相机107在一次曝光中，能够同时采集到照射到所述彩色相机的所述参考光、所述物光和所述第二激光器112所发出的经过所述浮游生物成像检测区域110后的光。

浮游生物成像检测装置还包括控制器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机107的动作，所述动作包括：如控制彩色相机107曝光、拍摄全息图、视频等。

所述浮游生物成像检测装置还包括电池电源117，所述电池电源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相机供电。

所述浮游生物成像检测装置还包括控制监视器119，所述控制监视器119通过电缆120分别与所述控制器117、所述彩色相机107相连接。

图2为本发明实施例控制监视器结构示意图，如图2所示，所述控制监视器119包括监视器201和中央处理器，所述监视器201用于显示所述彩色相机107获取的图像以及所述彩色相107、第一激光器101、第二激光器112的参数；所述中央处理器用于设置所述第一激光器101、第二激光器112的参数以及通过所述控制器117控制所述彩色相机107拍摄全息图片或视频，并根据所述全息图片或视频完成所述浮游生物成像检测区域110内浮游生物的成像。

控制监视器119还设置有调节键盘203，可用于对彩色相机107和激光器的参数的设定。图片记录按键202和视频记录按键204用于操作拍摄全息图片或全息图视频。所述控制监视器119还设置有充电接口和图像视频导出接口，所述充电接口用于为电源电池118进行充电，所述图像视频导出接口用于导出所述彩色相机107拍摄的图片或视频。

使用时，利用承重缆绳将水下浮游生物成像检测装置投放到水中，通过控制监视器操作记录数字全息图或数字全息视频，导入计算机后通过再现程序利用双波长同轴离轴复合数字全息再现算法对全息图或视频进行再现，在程序中再现距离可以从Z1自动变化到Z2(Z1为彩色相机图像传感器到光学窗口2之间的距离，Z2为彩色相机图像传感器到光学窗口1之间的距离)，即可实现对成像检测区内的浮游生物进行成像检测。

本发明基于双波长同轴离轴复合数字全息技术，采用从离轴数字全息图(Ioff)重建得到的图像传感器平面(Recordingplane)内物光波的低精度相位分布φoff作为同轴数字全息图(Iin)相位恢复迭代重建的初始相位分布，在待测物体(Object)平面内加入了从离轴数字全息图(Ioff)重建得到的物光波的低精度相位分布φ0-off作为同轴数字全息图(Iin)相位恢复迭代重建的约束条件。因此，本发明适合于水质比较浑浊或浮游生物(如藻类)浓度较高的情况下对水体中体型大小在10微米到1毫米范围内的浮游生物进行成像检测。而且，本发明具有较高的分辨率和较大的视场，具有检测效率高的特点。其分辨率大小约等彩色相机图像传感器的像素大小，成像视场等于图像传感器的感光面积。每拍摄一张全息图可检测的水体体积为V＝S*d，其中，S为图像传感器的感光面积，d为光学窗口1到光学窗口2之间的距离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。