国产“深海之眼”看清1500米海底
国产 “深海之眼” 看清 1500 米海底
1500米深海，黑暗笼罩，高压与低温构成严酷的自然禁区。西安电子科技大学吕宁团队自主研发的“深海之眼”，为潜航员与科学家打造出穿透幽暗海底的视觉能力。这套系统不仅可以重构水下目标三维形态，还能从复杂混沌的海底背景里捕捉容易被忽略的细节，让深渊海底的观测信息清晰可辨。
近期，西安电子科技大学电子工程学院影像处理实验室教师吕宁团队，随“深海勇士”号载人潜水器完成海试，其研发的多相机双景拼接系统两次下潜获取多组高质量、高精度深海原始勘测图像，也是该海域首次实现全覆盖海底测绘影像采集，为后续算法迭代、技术体系完善打下数据基础。
从2022年项目预研立项到完成海上应用，这支由专家学者与研究生组成的科研队伍，在数年攻关中走出一条电子信息技术服务国家深海战略的实践路径。
团队对搭载“深海勇士”号的设备进行上艇调试。西安电子科技大学供图
从“插空”到首潜
“我们这次是插空进去的，相当于‘蹭’了一次宝贵的下潜机会。”吕宁这样形容本次海试机会的来之不易。
原来，在一次学术交流中，业内专家谈及深海探测视觉装备的现实痛点：随着我国深海战略推进，科考调查、搜寻打捞、水下目标重建等任务对信息装备要求持续提升；进口设备定制周期长、适配难度大，国产装备在信息化、智能化层面仍有提升空间。
“当时觉得或许我们可以试试，之前就做影像这个领域，也有嵌入式工程的经验。”吕宁回忆。2022年项目预研正式立项，团队向着深蓝海洋发起技术攻关。
传统深海摄影测量存在明显短板：单台相机视野有限，想要获取一片海域完整影像，潜水器需要反复巡航补拍，耗费大量作业时间，还容易出现数据冗余、图像拼接缝隙等问题。
吕宁团队给出的解决方案是多相机双景拼接系统。三台高清相机搭载在特制支架上，单次扫测即可获得三倍于单相机的观测视野，作业效率显著提高。“潜航员作业时不用把时间都花在摄影测量上，还能同时完成其他任务。”吕宁介绍。
搭载“深海勇士”号采样篮的拍摄系统。西安电子科技大学供图
装上国产“广角眼”
想要让相机拍到尽可能清晰的图像，并在深海里完成“拼图”，远比陆地上复杂得多。
耐压性能是深海装备的第一关。项目推进过程中，设备耐压指标由4500米提升至6000米。设备的透明球罩既需要高透光光学性能，又要承受数百个大气压。光学表现优异的石英玻璃在压力测试中多次碎裂；蓝宝石玻璃耐压能力强，但光学性能存在短板。前后历时近三个月，团队才筛选出兼顾耐压与光学效果的适配材料。
耐压难题解决之后，海量图像数据回传又成为新的拦路虎。三台高清相机同步工作，原始图像数据体量巨大。团队选择将计算单元部署在潜器外部：设计耐压罐体，内置自研嵌入式处理板，在潜水器外部完成多路图像实时拼接与初步校正，只把处理完成的宽幅全景图传回舱内。这套方案避开水下通信带宽瓶颈，舱内可以实时查看广域海底图像，现场判断是否需要补拍，改变了以往“先采集、后处理”的离线作业模式。
传输问题化解，拼接精度的挑战接踵而至。陆地图像拼接一般依靠 GPS、惯性导航提供位姿信息完成几何校正。深海没有 GPS 信号，潜水器启停、转向都会带来姿态微小变动，潜器自带传感器位姿数据存在更新延迟、精度不足。
“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。团队必须在算法层面增加基于图像特征点的实时校正模块，依靠图像本身弥补传感器信息缺陷。这是实验室环境难以预判的现实难题，也是系统从“能用”走向“好用”的关键。
算法之外，还要完成工程化落地。海上现场，三台相机的安装标定、设备与潜器其他系统协同，每一步都要求精细操作。船上阶段，吕宁带领4名研究生主要承担设备组装联调、功能测试、防水密封、绝缘检测、图像拼接与算法调优工作。
“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。”西安电子科技大学2023级博士生韩振说。
历经硬件耐压、数据传输、算法校正、海上工程调试的全链条攻关，这套“深海广角眼”终于走出实验室，抵达1500米深海。
吕宁、诸雍烨与“深海勇士”号的合影。西安电子科技大学供图
细节决定成败
对西安电子科技大学2025级硕士生诸雍烨来说，海上下潜经历印象深刻。潜水器不断下潜，海水颜色逐步变化，大约150米深度可见光彻底消失，书本上的知识直观呈现在眼前。抵达海底，冷泉群落、游动的深海生物映入眼帘，既震撼又新奇。
“当穿上工作服，看到国旗贴在胸前的时候，我的感受非常强烈，也让我更加坚定了自己的科研方向。”诸雍烨感慨。
海上科考没有反复试错的机会。设备首次下水前夜，潜水器回收时间较晚，设备充电完成已是深夜，未能开展提前装调测试。次日清晨六点多，吕宁与诸雍烨提前赶赴潜器开展下潜前测试，一台相机出现连接故障。距离下潜时间越来越近，现场工作人员沉着排查，最终定位故障原因为防水壳电源插头导线断裂。团队迅速启用备用配件完成更换，全部调试到位，设备按时下水。
“遇到问题不慌乱，才是一线工程师应该具备的能力和素养。”诸雍烨回忆。这次突发小故障，让师生对深海作业的严苛有了切身体会。每一次下潜机会都弥足珍贵，上潜器设备必须完备备份，电路、接头、密封圈，任何细节都不能疏忽。
“哪一个环节你做不到位，都有可能出现问题，这就是细节决定成败。”吕宁说。
从最初的技术构想，到成功应用于国家重大深海科考；从实验室算法模型，到扛住1500米深海高压与复杂海况考验……吕宁团队自主打造的“深海之眼”，为海底资源勘查、冷泉生态系统研究提供关键技术支撑，也在波涛大海之间，写下向海图强的实践故事。
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