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水下攝像頭能連手機嗎

生活 更新时间:2024-12-05 04:04:16

麻省理工學院的工程師構建了一個無電池的無線水下相機,可以幫助科學家探索海洋的未知區域,跟蹤污染或監測氣候變化的影響

麻省理工學院的工程師已經制造了一種無線,無電池的水下相機,能夠自己收集能量,同時消耗很少的功率,根據發表在《自然通訊》雜志上的一篇新論文。

該系統可以拍攝遠程水下物體的彩色照片——即使在黑暗的環境中,并會以無線方式傳輸數據以實時監測水下環境,幫助發現新的稀有物種或監測洋流,污染或商業和軍事行動。

作者:JENNIFER OUELLETTE |

來源:Medium |

編譯:劉唐詩 |

水下攝像頭能連手機嗎(行業洞察不包括電池)1

無電池的無線水下相機

我們已經有各種水下圖像拍攝方法,但根據研究人員的說法,“大多數海洋和海洋生物尚未被觀察到。這是因為大多數現有的水下圖像拍攝方法都需要連接到船舶,水下無人機或發電廠上,用于電力和通信。"

那些不使用網絡共享的方法必須包含電池電量,這限制了它們的使用壽命。雖然原則上可以從海浪,水下洋流甚至陽光中收集能量,但添加必要的設備會導緻更笨重,更昂貴的水下相機。

因此,麻省理工學院的團隊着手開發一種無電池無線成像方法的解決方案。設計目标是盡可能減少所需的硬件。他們還希望将功耗保持在最低水平,因此他們使用了廉價的現成成像傳感器。

但是這種傳感器隻産生灰度圖像。該團隊還需要開發一種低功耗閃光燈,因為大多數水下環境都沒有太多的自然光。

水下攝像頭能連手機嗎(行業洞察不包括電池)2

概述水下反向散射成像系統的工作原理

事實證明,這兩個挑戰的解決方案都結合了紅色、綠色和藍色 LED。相機使用紅色LED進行原位照明,并用其傳感器捕獲該圖像,然後使用綠色和藍色LED重複該過程。

根據作者的說法,圖像可能看起來是黑白的,但來自LED的三種顔色的光會反射到每個圖像的白色部分。因此,可以在後期處理過程中重建全彩色圖像

“當我們在小時候上藝術課的時候,老師曾教導過我們可以使用三種基本顔色制作所有顔色,”合著者Fadel Adib說。“對于我們在計算機上看到的彩色圖像,遵循相同的規則:我們隻需要紅色、綠色和藍色這三個通道來構建彩色圖像。“

在圖像數據被編碼為位後,傳感器依靠壓電聲學反向散射進行超低功耗通信,而不是電池。這種方法不需要生成自己的聲學信号(例如聲納),而是依靠調制入射水下聲音的反射來一次傳輸一個數據。

該數據由能夠恢複調制模式的遠程接收器拾取,然後使用二進制信息來重建圖像。研究人員估計,他們的水下相機的能源效率比同類相機高出約10萬倍,并且可以連續運行數周

當然,該團隊構建了一個概念驗證原型,并進行了一些測試,以證明他們的方法有效。例如,他們在新罕布什爾州東南部的凱瑟池塘(Keser Pond)對污染(以塑料瓶的形式)進行了成像,并在“具有外部照明的受控環境”中對非洲海星(普羅托伊斯特·林克利)進行了成像。後一幅圖像的分辨率足以捕捉到海星五臂上的各種結節

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使用水下反向散射成像獲得的樣本圖像

該團隊還能夠使用他們的水下無線攝像頭來監測水生植物(Aponogeton ulvaceus)在幾天内的生長情況,并檢測和定位通常用于水下跟蹤和機器人操作的視覺标簽。該相機實現了高檢測率和高定位精度,距離約為3.5米(約11英尺半)。研究人員認為,使用更高分辨率的傳感器可以實現更長的檢測範圍。距離也是相機能量收集和通信能力的一個因素,根據在馬薩諸塞州東部查爾斯河進行的測試。正如預期的那樣,這兩個關鍵能力都随着距離的降低而降低,盡管攝像機成功地将數據傳輸到距離接收器40米(131英尺)的地方。

簡而言之,“我們的方法的無繩,廉價和完全集成的性質使其成為大規模海洋部署的理想方法,”作者寫道。擴大他們的方法需要更複雜和高效的換能器,以及更高功率的水下聲學傳輸。人們還可以利用海洋表面現有的浮标網狀網絡或Argo浮标等水下機器人網絡,為能量收集相機提供遠程電源。

“就我個人而言,這款相機最令人興奮的應用之一是在氣候監測的背景下,”Adib說。“我們正在建立氣候模型,但我們缺少來自95%以上海洋的數據。這項技術可以幫助我們建立更準确的氣候模型,并更好地了解氣候變化如何影響海底世界

本文提供的信息僅用于一般指導和信息目的,本文的内容在任何情況下均不應被視為投資、業務、法律或稅務建議。

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