搭载“深海勇士”号采样篮的拍摄系统
在1500米的深海，黑暗、高压与寒冷交织成天然的禁区。近日，西安电子科技大学电子工程学院吕宁团队自研的“多相机双景拼接系统”搭载“深海勇士”号完成海试，带回珍贵深海影像资料。这枚西电打造的“深海之眼”可重构水下三维形态、精准提取海底关键信息，本次获取的高精度原始勘测图像，实现该区域首次全覆盖海底测绘影像采集，为深海测绘研究提供重要支撑。
迎难而上自主攻关
“我们是插空争取到这次宝贵下潜机会。”吕宁表示。作为深海装备研发领域的“新兵”，西电团队在交流中发现，深海视觉探测设备仍存在不少短板。依托团队在影像处理与嵌入式工程领域的技术积累，科研人员决定自主攻关。从2022年项目预研立项，到2026年设备搭载“深海勇士”号顺利下潜，西电科研团队正式向着深蓝进发。
据介绍，传统深海摄影测量受限于单相机视野狭窄，若要获取完整海底影像，潜水器需多次巡航补拍，不仅耗时费力，还容易产生数据冗余、拼接缝隙等问题。
针对这一痛点，吕宁团队研发出“多相机双景拼接系统”：三台高清相机搭载于特制支架，单次扫描便可实现三倍于单相机的观测视野，作业效率显著提升。“潜航员无需耗费大量时间开展摄影测量工作，可同步推进其他科考任务。”吕宁介绍道。
今年7月，吕宁带领团队完成自研设备在“深海勇士”号上的装配调试，迎来期待已久的海上实测环节。
深海“拼图”步步攻坚
要让相机在深海里拍到尽可能清晰的图像，并完成“拼图”，远比陆地上复杂得多。
深海装备，耐压是生命线。吕宁介绍，设备研制过程中，项目要求耐压指标从4500米提升至6000米。因此透明球罩既要保证极高透光率，又要承受数百个大气压。筛选材料过程中发现，光学性能最佳的石英玻璃在加压测试中接连碎裂，蓝宝石玻璃造价贵且光学性能差一些……团队花了近三个月才找到合适的材料。
“解决了耐压问题，数据如何传回潜器内同样棘手。三台高清相机同时工作，原始高清图片数据量惊人，我们选择在潜器外独立解决：设计一个耐压罐体，内置自主研发的嵌入式处理板，在潜器外完成多路图像的实时拼接与初步校正，只将处理后的‘宽幅全景图’传回舱内。”团队相关负责人表示，这样既绕开了带宽瓶颈，也能更快看到广域图像，可以现场判断是否需要补拍，改变了过去“先采集、后处理”的离线模式。
数据处理的问题解决了，但拼接精度的问题又浮出水面。陆地上做图像拼接，通常依赖GPS和惯性导航提供的位姿信息完成几何校正，深海环境则完全不一样。潜水器在海底一旦启动或转向，姿态就会发生微小变化，而潜器传感器传回的位姿数据存在更新延迟和精度不足的问题。“实际水下测试之后才发现，潜器的传感器数据与预期的有偏差，我们只能从图像内容本身重新估计姿态和轨迹。”吕宁说。这意味着团队必须在算法层面补充基于图像特征点的实时校正环节，用图像内容弥补传感器信息的不足——这是纯实验室环境难以预见的挑战，也是系统从“能用”到“好用”的关键一步。
从实验室走向1500米海底
算法之外，系统还要在真实作业中完成工程化的最后一道跨越。在作业现场，三台相机的安装、调试、与潜器其他设备的协同，每一项都是细致活。吕宁带的4位研究生在船上的主要工作就是设备的组装联调、功能性测试、防水密封、绝缘检测、图像拼接及算法优化等，“我主要负责算法优化，我们的拼接算法如果出现拼图局部伪影或者偏差，就要尽快对算法及标定参数进行修正，以确保后续使用时有更好的结果。”团队成员、2023级博士研究生韩振介绍道。
正是从硬件耐压到数据传输、从算法校正到现场工程的全链条打通，这套“深海广角眼”才真正从实验室走向了1500米的海底。
从2022年项目预研立项到落地应用，吕宁团队历经数年攻关，将实验室算法打磨为经受1500米深海严苛环境考验的“深海之眼”，走出了一条电子信息服务国家深海战略的新路，这套自研系统可为海底资源勘探、冷泉生态系统研究提供关键技术支撑，在惊涛骇浪间书写下西电人向海图强的生动篇章。
文/记者任娜 通讯员王格 图/受访单位提供