TPI浮游動物拖體影像儀采用水下光學掃描技術，捕獲高分辨率的浮游動物原位剪影圖像，如魚卵及其它小型膠狀生物，這些生物構成了海洋食物鏈的基礎。

浮游動物拖體影像儀搭載在水下拖體上，研究者通過調查船以5節的速度拖行設備，實時采集水下生物的圖像數據，用以連續原位觀測浮游動物，持續時間可以從幾小時到幾周。研究范圍從小型、高豐度的浮游生物到比較大的幼魚等種類，也可以選配高速模塊（10節速度）。儀器不僅配置拖體及相機系統，實時獲取浮游生物的水下原位圖像數據，也可以根據研究需要配置多種傳感器，如CTD、葉綠素、溶解氧等，實現圖像數據與環境監測參數數據的協同測定，對于進行綜合性的生態調查、環境風險評估等工作具有重要意義。

工作原理

TPI 浮游動物拖體影像儀基于背光攝影技術，采用陰影拍攝獲取浮游生物的原位剪影圖像數據。光源通過反射發出平行光柱，使光線充滿整個圖像區域，實現被拍攝生物的圖像達到遠心鏡頭效果：目標物的尺寸不會由于其在視野中的位置變化而改變其大小，圖像沒有放大及畸變，確保目標物以實際大小呈現。

TPI浮游動物拖體影像儀使用的是工業級的高精度遠心鏡頭。為了拖曳采樣需要，標準配備為線性掃描相機，可以獲取監測水體的連續圖像數據；如果用戶需要進行水下站的固定位置監測或慢速垂向監測圖像，也可以配備傳統的區域掃描相機。

圖像分辨率取決于成像面積（光學鏡頭尺寸）及相機分辨率。例如，使用13cm視野的鏡頭及2048分辨率相機獲取的圖像其像素分辨率約為63μm（13cm / 2048 pixels）。大多數情況下，圖像分辨率需要達到10～15像素才能有效分

辨或識別出目標生物。因此，對于1毫米大小的水生生物，63μm的像素分辨率是辨識生物的合適選擇。對于景深50cm視野13cm的鏡頭，在水中以5節的速度拖曳浮游動物原位圖像系統，可以實現每秒167升水的濾水速度（2.57 m/sec×0.13m×0.50m = 167 L/sec）。

采用傳統的區域掃描相機時，仍舊采用了相同的像素定義方式。不過，此時浮游動物拖體影像儀獲取的圖像為以固定間隔拍攝的延時圖像。

標準的 TPI 圖像：

• 14cm 高（2048 像素）的連續圖像，50cm 景深（更高的分辨率可選）

• 35kHZ 線性掃描率，記錄為 2kb×2kb 框圖，約 18 幀/秒（70 kHZ 線性掃描率可選）

• 剪影圖像，像素分辨率＜70μm

• 有效濾水面積(5kts): 160L/sec(可以選擇 10kts 速度匹配的鏡頭)

技術優勢：

• 原位，高分辨率的未擾動樣品圖像，顯示生物種類及空間的分布關系

• 線性掃描鏡頭技術，可以采集連續的圖像信息，框圖間無延時

• 專利的光學結構提供出色的50cm景深

• 大視野圖像結合高船速，快速觀察大體積水域

• BellaMare拖體提供可選配置用于配合浮游動物拖體影像儀

• 超大負載能力可以搭載多種環境參數探頭，實現圖像數據與環境參數數據的同時采集

• 拖體動態可控，用于要求嚴苛的調查計劃

• 電機光纖拖纜擺脫了傳統的數據及能源傳輸限制

• 數據的實時顯示及反饋控制可以實現自適應調查管理

TPI浮游動物拖體影像儀

TPI系統包括鏡頭艙，甲板數據管理子系統和連接線纜。兩個TPI水下艙體包含有鏡頭、光學器件、控制器及照明系統，適用水深200米。艙體定位于光學校準，防止水流擾動樣品，影響成像質量。

甲板單元站提供能源、系統控制、數據存儲（速度達到80mb/s）功能。圖像數據存儲區于可擴展的RAID硬盤內。電機光纖拖纜提供甲板單元與水下拖體間的連接。

雙圖像系統

TPI 浮游動物拖體影像儀標配的相機為視野 13cm、景深 50cm，適合于對大體積水域進行監測，通常拍攝體積大于1mm 的稀有生物種群。很多情況下，體積較小的種群其豐度較高，為了獲取此類種群生物的高分辨率圖像數據，需

要采用視野和景深更小的相機。此時，用戶可選配微型相機系統（60 mm FOV×85 mm FOV，45μm 像素），實現雙相甲板控制單元

機采集數據。雙相機系統采集不同大小的浮游生物圖像數據，可以用于觀察或評價不同生物種群間的相互關系（例如捕食關系）。

雙系統圖像數據也可簡化圖像數據的分析及分類工作。可以使用微型相機采集的高分辨率圖像研究體積較小、豐度較大的種群，而不用再利用標準相機對相同種群獲取的低分辨率圖像。

BellaMare 拖體

拖體采用模塊化設計，根據需要更改配置，滿足不同的負載需要，既可以實現在預定深度范圍內的完全動態的波動飛行控制，避免船體尾波影響，也可以僅是被動拖曳。

TPI-2 ROTV 型拖體，是*先進的主動型水下拖曳載體平臺，良好的設計有效減少了環境因素對拍攝過程的干擾，尤為重要的是，此拖體具有預編程能力，可以實現按用戶預定深度進行水下波動飛行，或按設定的海拔高度隨著海底輪廓而運動。

TPI-2 ROTV型拖體提供了不同深度水中生物分布的良好刻度辨識率，其流體動力學設計有效減少了影響圖像分辨率的振動，提供了接近完全無擾動的浮游生物原位觀察功能。

TPI-1 ROTV型拖體是一個被動型水下載體平臺，其釋放深度及運行軌跡完全取決于系于其上的絞車電纜。其可搭載與TPI-2 ROTV型拖體完全相同的拍攝系統及環境探頭。

Bella Mare 集成系統

拖體可以根據需要裝配許多環境參數探頭，整合為一套環境參數綜合監測系統，補充 TPI 浮游生物圖像系統或其它調查設備的應用。目前可集成的探頭包括 CTD、葉綠素、溶解氧、Par、透射率等探頭。

軟件

BellaMare 拖體控制軟件，采用便捷的圖像控制界面，可以實現環境參數實時監測及拖體的飛行控制。所有的原始數據通過單模式光纖導纜及時地傳輸到甲板控制單元，系統軟件可以實現數據采集、圖像記錄、拖體狀態顯示及控

制功能。