Introduzione:

Il sistema continuo di imaging a colori e classificazione per plancton subacqueo (CPICS) prodotto da Coastal Ocean Vision negli Stati Uniti è lo strumento di imaging subacqueo più avanzato al mondo per microscopia, utilizzato per l'imaging continuo a colori e la classificazione di piccoli fitoplancton, zooplancton e altre particelle in acqua di mare, acqua dolce e campioni di laboratorio. CPICS adotta la tecnologia avanzata di imaging di microscopia di campo scuro (illuminazione di Darkfield), che può catturare le caratteristiche del plancton piccole come 40 μ m e grandi come 1,2 cm. La comunità scientifica ha scoperto che le immagini a colori sono cruciali per la classificazione ad alta precisione degli organismi, fornendo allo stesso tempo importanti informazioni fisiologiche, come i pigmenti lasciati nel corpo dopo aver consumato determinati fitoplancton. Il CPICS ha un campo visivo aperto e può immagini direttamente sott'acqua. Gli organismi acquatici sono in uno stato di libera circolazione, quindi possono catturare completamente la sottile struttura biologica e le condizioni di vita primitive degli animali planctonici, come i processi di predazione.

ROI ottenuti mediante CPICS

Applicazione CPICS:

1. Scansionare animali planctonici, fitoplancton e piccole particelle;

2. imaging continuo a colori, classificazione automatica, conteggio e analisi di abbondanza delle serie temporali;

3. Oceani, laghi, fiumi, bacini idrici e fonti d'acqua potabile;

4. può essere installato su: strumento di profilatura, campionatore d'acqua multi bottiglia, rete di osservazione subacquea, boa, marcatore sommergibile, rimorchio dello strato d'acqua variabile AUV、ROV、 sommergibile con equipaggio, sbarcatore d'altura;

5. Ricerca scientifica e monitoraggio ambientale.

Principio di funzionamento del CPICS:

CPICS utilizza la tecnologia di imaging di microscopia a campo scuro. L'array circolare di sorgenti luminose a LED ad alta uscita può generare fasci conici intersecanti durante il funzionamento, che convergono al punto focale dell'obiettivo. Durante l'operazione CPICS, la sorgente luminosa a LED illumina completamente l'area di ripresa messa a fuoco e illumina solo quell'area. Particelle davanti e dietro questa area non sono illuminate dal fascio, ma solo luce rifratta e riflessa entrano nell'obiettivo della fotocamera. Poiché non c'è luce diretta che entra nell'obiettivo, le immagini a colori ad alto contrasto e ad alta risoluzione possono essere generate con uno sfondo nero nella foto. Questo è diverso dall'imaging in campo luminoso, dove quando l'ingrandimento è basso (<40x), il metodo di illuminazione del campo scuro di CPICS è significativamente migliore di quello del campo luminoso.

Inoltre, i CPICS standard sono dotati di una lente telecentrica per la fotografia lineare degli organismi nella zona di messa a fuoco. L'obiettivo può mantenere un ingrandimento costante su tutti gli organismi all'interno dell'area di messa a fuoco. Il più grande vantaggio dell'obiettivo telecentrico è che gli oggetti che non sono sullo stesso piano possono mantenere un ingrandimento costante, eliminando l'ingrandimento diverso dovuto all'incoerenza dell'avvicinamento dell'oggetto misurato alla distanza dall'obiettivo. Così CPICS può mantenere l'ingrandimento invariato in tutta la gamma di profondità di campo (DOF) e fotografare tutti gli organismi all'interno del volume di campionamento focalizzato (FOV).

Caratteristiche principali di CPICS:

Tecnologia di imaging avanzata: CPICS utilizza la tecnologia avanzata di microimaging a campo scuro (illuminazione a campo scuro) per generare immagini a colori ad alto contrasto e ad alta risoluzione rispetto alle tradizionali immagini a campo aperto e olografiche;

Fonte di luce ad alte prestazioni: CPICS è dotato di alta potenza, alta durata di vita LED anello array, l'illuminazione completa dell'area di messa a fuoco, non produce alcuna ombra;

Obiettivo ad alte prestazioni: il CPICS è dotato di un obiettivo telecentrico che può mantenere un ingrandimento costante all'interno della gamma di profondità panoramica (DOF) e fotografare tutti gli organismi all'interno del volume di campionamento focalizzato (FOV).

4, CPICS ha un'area di flusso aperto fino a 1,5 litri, immagini direttamente sottoacquee, non è necessario pompare campioni d'acqua all'interno dello strumento come strumenti di laboratorio o citometri di flusso per scattare foto, non distruggere lo stato di libera circolazione degli organismi in acqua, quindi è in grado di catturare completamente la sottile struttura biologica del plancton e lo stato di vita originale;

Elevato grado di automazione: CPICS include un processore di immagini ad alte prestazioni e una memoria di grande capacità per l'estrazione, l'elaborazione e il salvataggio automatici del ROI in loco. Inoltre, il CPICS è dotato di funzione WiFi, senza aprire la custodia dello strumento, è possibile connettersi direttamente al WiFi tramite il computer per impostare vari parametri del CPICS;

Alta flessibilità: gli utenti possono scegliere tra diverse configurazioni e obiettivi ingranditi per scattare immagini di alta qualità del plancton di dimensioni interessanti. Ad esempio: ultra-microscopico, microscopico, piccolo, medio o grande planctono;

Ampia applicazione: non solo per le acque più pulite, ma anche per i corpi d'acqua ad alta turbidità (più di 100 NTU);

8. vasta gamma di applicazioni: non solo può essere utilizzato per l'osservazione a lungo termine a punto fisso nelle reti di osservazione subacquea, ma può anche essere utilizzato per CTD, rimorchio, ancoraggio, misurazione del profilo, o montato su veicoli subacquei senza equipaggio (ROV, AUV, Gliders, ecc.);

9. Software di classificazione basato sul browser: ROI Gestire il software di classificazione manuale e ROI Class automatico eseguito sui server dei produttori COV negli Stati Uniti. I programmi di decodifica di estrazione e classificazione delle funzionalità possono essere aggiornati automaticamente, eliminando un sacco di lavori di manutenzione per gli utenti.

Finché gli utenti possono accedere a Internet, possono accedere al software di classificazione tramite un browser per eseguire la classificazione e la visualizzazione dei dati;

10. Un altro vantaggio del CPICS è la classificazione automatica del plancton e del particolato. In combinazione con altri sensori della nostra piattaforma multisensore OceanCube e del software di analisi ROI-CLASS, CPICS consente agli scienziati di osservare e comprendere meglio l'ecologia e la fisiologia degli organismi acquatici, come la distribuzione spaziale di diverse specie di plancton sotto diversi parametri ambientali (temperatura dell'acqua, profondità, salinità, luce, ossigeno disciolto, ecc.), così come i loro cambiamenti nel tempo.

Indicatori tecnici del CPICS:

1. Illuminazione:

Sorgente luminosa: Array ad alto rendimento dell'anello LED

Esposizione: minimo 10 μs

2. Livello massimo di tensione di resistenza:

CPICS-1000-e: 1000m (guscio Derlin)

CPICS-6000-e: 6000m (lega di titanio)

3. Sistema fotografico

Risoluzione del colore: 24 bit

Risoluzione dell'immagine: 6M pixel (2736 × 2192)

Velocità fotogramma più veloce: 10 fps (10 fotogrammi al secondo)

4. Acquisizione e stoccaggio dell'obiettivo subacqueo

Parametri di controllo della fotocamera: esposizione, frame rate

Estrazione del bersaglio: lunghezza focale e dimensioni critiche

Processori incorporati: NVIDIA TX2

5. Analisi delle immagini (richiede l'acquisto di software ROI-CLASS)

Classificazione biologica: livello di unità tassonomica (ad esempio copepod)

Copepod animale

Hardware: in esecuzione sul server cloud del produttore o sull'unità di elaborazione e classificazione delle immagini desktop e archiviazione (con disco rigido di archiviazione da 2 TB)

6. Comunicazione dei dati

Porta: Ethernet, WiFi

Oppure RS232 (altri sensori)

7. Alimentazione elettrica:

Ingresso DC: 12VDC (alimentato da cavo o batteria)

Potenza corrente: 7W

Durata standard della batteria: circa 6 ore (funzionamento continuo)

Cavo di prova: personalizzabile dagli utenti (compreso 1m di lunghezza)

Giunto ermetico: SubConn DBH13M

8. Dimensioni: Lunghezza x Diametro: 74cm x 12cm

9. Peso: 5.4kg in aria, 4.3kg in acqua

Immagine case CPICS

CPICS installato sulla piattaforma di rete di osservazione sottomarina (trasmissione in tempo reale dei dati delle immagini a terra tramite telecomando in fibra ottica)

CPICS installato nel sistema di scansione stereo trascinabile subacqueo HabCam V5

Esempio di classificazione delle immagini ottenute dal CPICS

Immagini in 11 categorie di classificazione: a neve marina, b fascio di alghe, c silicone, d radiosporci, e ha porosporci, f crocodili, g e altri pedopidi, h aspirini, altri planctoni (i stella marina adulta, j crocodili), k gamberi zuccheri, l pesci. Le barre di dimensioni rappresentano 500 μm e j, k e l rappresentano 1000 μm.