潜水式原位数字全息成像系统

产品介绍

Autoholo潜水式全息成像系统是在非侵入式的情况下对水下浮游植物和其他微观颗粒进行原位3D成像测量的系统，数字在线全息配置允许其对大样品量（最大100 mL）内的所有粒子进行成像。Autoholo系统由两个密封的外壳组成，其中一个外壳包含一个脉冲激光光源，空间滤波器和扩束光学器件，另一个外壳包含一个高分辨率数码相机和单板计算机，它们之间通过支架固定在一起。

可增加物镜来获得更高分辨率图像和更小粒径值，成像后的体积大小与水体中颗粒物的浓度相适应。Autoholo潜水式全息成像系统可以剖面、定点或拖曳的方式部署，且深度可达800m，可手动或系统自动获取全息图像。使用Kirchoff-Fresnel卷积核和自动图像分析重建全息图，可有效地观察海洋或淡水环境中所有水生环境中的藻类、微生物和颗粒物等。

工作原理

Autoholo利用全息原理来对一定体积内的物体进行显微成像。使用532 nm 激光作为样品体积的背景参考光源，并由照相机记录所得全息图。激光束在经过空间滤波和准直后通过分束器，产生的光束通过采样窗口，照亮采样区域上的样品体积，光经过样品时，微粒的散射光会与背景参考光源干涉叠加，产生的干涉条纹包含了所测体积内的空间和相位信息。采集的图像通过光纤传输到甲板上的计算机，可以实时查看，同时存储在硬盘中。使用菲涅耳衍射公式对每个所得的滤波图像进行数值重建，随后在整个样本体积内使用不同平面/截面上的全息衍射图进行的数值重建可提供体积内所有颗粒的聚焦图像，从而提供有关颗粒和生物的形状，空间分布以及运动的3D信息。

产品特点

高分辨率全息成像

可对相对较大的样本体积进行采样

非侵入式，非破坏性探测，不干扰试验物体

水下原位测量

覆盖粒径更广

实时观察水下微生物、颗粒的形态、分布

快速捕捉运动生物，并对其成像

水下深度可达到800m

产品应用

表征颗粒/浮游生物的分布和相互作用

粒子流相互作用、浮游生物动力学研究

薄层和有害藻华研究

表征水生颗粒特性，颗粒粒径分布

海洋生物及其丰富度的观测

叶绿素浓度、颗粒物浓度剖面分层研究

海洋-水层检测、细菌、浮游生物及植物

泥沙输送，海洋生态学，气候变化，遥感和海洋光学

产品参数

激光：波长532 nm，脉冲功率2 μJ，脉冲宽度1.3 ns

相机：像素4920 x 3280 pixels

分辨率：低倍5.5 μm，高倍2.5 μm

体积：90 cm x 96 cm x 30cm

成像体积：1 ~ 20 mL

粒径范围：10 μm ~ 20 mm

深度：800 m

参考文献

1. S. Talapatra, J. Hong, M. McFarland, A.R. Nayak, C. Zhang, J. Katz, J. Sullivan, M. Twardowski, J. Rines, and P. Donaghay, “Characterization of biophysical interactions in the water column using in situ digital holography,” Mar. Ecol. Prog. Ser., 473, 29-51 (2013)

2. A.R. Nayak, M. McFarland, J. Sullivan and M. Twardowski, “Evidence for ubiquitous preferential particle orientation in representative oceanic shear flows,” Limnol. Oceanogr. 63(1), 122-143 (2018).

3. A.R. Nayak, M. McFarland, J. Sullivan and M. Twardowski, “On plankton distributions and biophysical interactions in diverse coastal and limnological environments,” in Proc. SPIE, Ocean Sensing and Monitoring X, 10631, 106310P (2018)