读创/深圳商报记者 袁斯茹

“我们研发的浮游生物原位成像仪已完成3次近海海试，累计获得超过100类浮游生物近100万张照片，未来海洋生物学家和环境检测人员足不出户，就能用手机实时监测海洋微小生物。”8月18日，深圳先进院李剑平博士在“创新知行荟”活动上，首次展出了其团队自主研发的海洋浮游生物原位成像仪工程样机。据介绍，本活动由南山区科协与中科创客学院主办、深圳市中科钜弘文化有限公司承办。

△李剑平博士在现场

活动上，李剑平以《小小海洋精灵的摄影棚》为题进行演讲。他提到，海洋浮游生物主要包括浮游植物和浮游动物，虽然其个体只有一微米到几厘米，但它们却是海洋生态系统的基础，对全球气候变化、海洋生物多样性、海洋食物网、海洋中的物质与能量循环都起着巨大作用。“浮游生物与人类也关系密切，比如其提取物可作为营养品，微藻生物柴油可提供能源，甚至埃及金字塔所使用的建筑材料中，就包括较坚硬的浮游生物形成的沉积岩……”李剑平介绍道。

此外，浮游生物也会给人类带来威胁，比如引起赤潮、夜光海等自然现象，或导致核电站及核动力舰艇冷却系统堵塞。因此，对浮游生物进行观测十分重要。

据悉，以往科研人员需要通过海水采样，在实验室内操作显微镜，通过肉眼观察，从而对浮游生物进行研究和监测。这种方法不仅费时费力，还会因为采样、运输等环节，破坏其原始形态。

深圳先进院光电工程技术中心团队利用光学成像技术，把传统显微镜“搬到”水下，研发了一种可在水下拍照的浮游生物原位成像仪。相比传统方法，利用这种仪器获取浮游生物信息的时空分辨率更高，观测时间尺度更长，可以更准确实时地得到其生物丰度、种类、迁徙等信息。

△团队研发的浮游生物原位成像仪

李剑平告诉记者，要给浮游生物“拍照”并不容易：它们“个头小”，形状多变，监测中还有可能拍到海水气泡、海雪等类似生物，此外，仪器还要能经得住海水环境的考验、抵得过海洋生物的附着……

针对这些难点，深圳先进院首先设计开发了新型水下高分辨率、大视野彩色光学成像系统，并通过开发内嵌的预处理算法，实现浮游生物个体原始高清图像的获取和冗余信息去除。此外，团队还引入基于深度学习的机器算法，通过多任务学习和深层联合网络优化等技术，最终提高系统的自动化程度和准确性。该团队还将建立我国近海大规模多种类浮游生物图像数据库，实现浮游生物的高精度监测及灾害预警。

△活动现场，小朋友用显微镜观察深圳大鹏海域打捞的浮游生物

据悉，该项目除浮游生物成像仪之外，还将研发叶绿素a、化学需氧量COD、生化需氧量BOD、营养盐、二氧化碳等新型近海水质传感器，并将最终集成到浮标平台。“所有传感器的数据都将通过无线网络，发送到云端的数据中心，研究人员足不出户，就可通过手机等客户端实时了解浮标所处海区的水质情况，还可以查询追踪长期观测的历史数据。”李剑平介绍道。