客户成功案例

使用激光片光源对深海动物进行成像

挑战

集完全黑暗、极限压力和低温于一身的深海是一种独特的环境。但令人惊讶的是,那里却拥有非常忙碌和复杂的生态系统。 在这片家园生活着神奇、多样的生命,科学家们想要更好地了解它们。 MBARI(蒙特雷湾水族馆研究所)的一个多学科研究团队 (Bioinspiration Lab) 专注于研究这些生物的形态和功能,包括生物力学以及与其流体环境的相互作用。 这项工作挑战重重,因为这些生物通常很脆弱,呈半透明,很容易因物理接触或被带到海面而遭到伤害。 尽管该团队也曾成功地轻轻采集样本,随后快速在实验室环境中进行研究,而且小有成就,但能够在原生深海家园中对这些生物进行成像和分析很有必要。

解决方案

团队研究工程师 Joost Daniels 表示,“我们在实验室开发出了一种用于捕获图像的面包板光学装置,其中包括了一种标准粒子成像测速仪 (PIV) 方法,用于查看由于粒子游动和其他运动引起的水流细节。 然后,我们着手在一个紧凑、坚固的仪器中复制该装置,而该仪器可以在高达 4 千米深的位置安装在遥控车 (ROV) 上。”此仪器名为 DeepPIV,可以照亮一块薄 (1 mm) 激光片范围内的样本,并使用数码相机捕获 2D 图像。 通过相对于目标动物移动整个操控车和仪器,然后使用图像重建,可以生成 3D 扫描。 考虑多个原因之后,该团队选择了连续激光器 (Coherent Genesis),它能够以 639 nm 提供 2 瓦低噪声输出。 Daniels 解释说:“能够触及深海生物体的光极少,只有蓝光或绿光,它们从未见过红光,而且它们中的大多数对红光完全不敏感。 因此,我们的技术不会以任何方式扰乱它们的自然行为。”他补充说,他们想要至少 2 瓦的功率,以便用每秒高达 60 帧的速度照亮 55 厘米 x 30 厘米的图像。 激光器还必须可靠耐用,不会出现意外停机。 他提到指向稳定性和 TEM00 光束轮廓是关键要素,关系到能否实现从保护性防水外壳到 ROV 关节臂末端的有效光纤耦合。

结果

深海里存在一些极其微妙的结构,其中就包括由幼形虫等动物分泌的粘液结构,用于捕获食物和躲避捕食者。 在 MBARI 团队使用 DeepPIV 系统成功开展的研究中,有一项得出了其中一些粘液形式的高分辨率 3D 图像,揭示了它们的结构和功能的细节(参考)。 该系统主要部署在蒙特利海底峡谷深处,额定深度为 4000 米。 在接近 6000 psi 的压力下,这绝对可以称为高压研究环境!

查看更多成功案例

“我们使用 2 瓦 639 nm 连续激光,在数千米深的海洋中操作我们的系统,对微妙生物的结构和运动进行成像。”

—Joost Daniels,加州莫斯兰丁蒙特雷湾水族馆研究所研究工程师

 
High-Resolution 3D Images Produced by DeepPIV Laser System

图 1: 一只巨大的幼形虫 Bathochordaeus stygius,在它的粘液屋里被 DeepPIV 激光片光源照亮。 版权所有 Kakani Katija/MBARI。

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

准备好迈向成功了吗?

我们的团队将随时为您效劳!