4K水下成像的未来合作

亚伦斯坦纳,
总经理-海洋产品
深海电力与照明

2018年，蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的科学家和工程师开始研究升级1800米水下机器人上的高清摄像系统温塔娜以及4000米长的水下机器人道格特．这项研究的灵感来自于4K成像的快速采用和MBARI在图像分辨率上的飞跃，提高了科学观察的质量，推动了新的见解和物种发现的速度。

来自MBARI的ROV系统的图像几乎被研究所所有的研究小组使用，并分发给全球的科学家和教育工作者。图像和视频形成了深海环境的独特数据记录，并被用于各种研究应用，从识别新生物到记录液体二氧化碳在深海的行为。通常，视觉记录是从感兴趣的现象中收集到的最重要的数据，MBARI提供的水下图像和视频用于蒙特雷湾水族馆的展览和BBC自然部门的视频制作。

MBARI视频成像的最后一次重大进步是在20多年前，当时MBARI过渡到高清录制，导致MBARI对视频的使用取得了划时代的进步。随着世界范围内的视频图像正在向4K格式的获取和传播过渡，MBARI看到了开发一个充分利用这种格式提供的更高分辨率、颜色呈现、动态范围和帧率的摄像系统的令人兴奋的机会。

MBARI的使命是推动海洋研究和技术的先进水平，并向整个社区传播这方面的知识。与能够服务更广泛社区的成熟商业供应商合作有助于实现这一目标，因此，2019年10月，MBARI与DeepSea Power & Light合作开发新相机。DeepSea还引进了Fathom Imaging来参与光学设计，这对实现4K格式的全部功能至关重要。

设计

为了达到相机的性能目标，需要一个大的、精确的光学圆顶接口——比当时任何可用于这些深度的商用外壳都要大。考虑到相机的预期使用寿命为10年，这种新的外壳也将要求无与伦比的可靠性。由于两台水下4K摄像机已经投入生产，DeepSea不仅了解系统层面的挑战，而且具备成功生产外壳所需的模拟、制造、静压穹顶端口的专业知识和验证能力。

该相机在广角变焦镜头和高压圆顶端口之间需要一个定制的光学适配器。考虑到宽视场和长焦范围的规格，该光学适配器需要平衡许多竞争优化，以实现跨系统长焦范围和焦距的高分辨率和低失真图像目标。这个挑战很早就被确定为项目最大的技术障碍。Fathom Imaging拥有数十年的设计和生产一流水下光学设备的经验，这些光学设备用于Amphibico、Gates和Light & Motion外壳，Fathom Imaging的任务是设计光学适配器，使变焦镜头与圆顶端口外壳相适应。

从MBARI对商用4K摄像机的调查中得到的一个关键见解是，缺乏专业级别的视频摄像机操作员和绘画控制，以充分发挥成像系统的作用。经过几十年的实地考察和来自科学家和摄像师的观点，MBARI在了解摄像机操作员需要什么方面处于独特的位置，并具有设计和制造底盘、摄像机控制和遥测系统的工程能力。底盘的主要挑战是修改库存相机模块，以实现最小的外壳，热设计，适应精密光学对准要求，集成平滑和响应的镜头控制。

建筑

团队组建起来，在2020-2021年期间，这款相机雄心勃勃的设计成型了。这次合作的成果是MxD SeaCam，这是一种前所未有的“蓝芯片”4K水下成像系统。在完成了超过10000次到7000米的压力循环、热冲击性能评估和用于优化机械设计的有限元模型的现场验证之后，DeepSea于2021年3月完成了外壳的设计。

光学设计过程是一个反复的练习，在团队选择最终方案之前，要对十多个设计进行评估。Fathom于2021年4月完成了适配器单元，此前对单个元素和间隔层进行了广泛的验证。最后对组装单元进行验证，根据设计公式对剪切干涉图的结果进行仿真验证。

光学元件的最终组装和校准工作落在了MBARI的团队身上。光学设计灵敏度分析允许团队专注于最严格的公差参数，并提出了一个过程，以确保光路的所有元素完美对齐。MBARI团队使用了多种技术，包括通过激光产生的同心反射校准光学表面，以校准光路的每个部分。

部署

第一个部署在ROV上的摄像机温塔娜在2021年秋天，现在在水下机器人上的科学行动中积极使用道格特在他。

完整的MxD SeaCam系统由摄像机、顶部单元和搭接控制器组成。更多详细信息请访问www.pgiwine.com/mxd。DeepSea公司正在生产商业版本的系统，可用于4000米和7000米的工作深度，将于2022年推出，并在发布之时接受感兴趣方的咨询。

MxD SeaCam相机提供了一个令人兴奋的深海能见度的新水平，通过更详细的观察推进研究和教育。视觉图像是一种强有力的方式来传达深海的美丽和重要性，并与公众分享那里的科学知识和发现。MxD SeaCam产生了一个最高质量的“Tier 1”4K录音的图像库，适合于主要的媒体分发渠道，如BBC自然，Netflix和Discovery。

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