深海摄像系统及其在天然气水合物调查中的应用

　　我国海域辽阔,不仅蕴藏着丰富石油、天然气、气体水合物等海洋矿产资源[1],而且是全球构造和环境变化的重要研究区域。因此,调查研究海底具有重要的经济价值和科学意义。天然气水合物研究是当代地球科学和能源工业发展的一大热点[2]。作为未来潜在能源,具有分布广泛、资源量巨大、埋藏浅、规模大、能量密度高、洁净等特点,是地球上尚未开发的最大未知能库。我国对海洋天然气水合物的调查和研究工作刚刚起步,通过近年来的调查研究表明:南海陆坡和陆隆区应有丰富的天然气水合物矿藏,估算其总资源量达(643·5~772·2)×108t油当量,大约相当于我国陆上和近海石油天然气总资源量的1/2。海底摄像作为一种新型的调查手段,在天然气水合物的调查过程中发挥了重要作用,它能够更为直观的摄录到出露于海底表面的水合物标志物,提高对海底天然气水合物蕴藏区的识别效果。

　　1　海底摄像系统[3]基本原理

　　海底摄像系统主要由5个单元模块组成:水下单元模块、甲板控制单元模块、通讯单元模块、定位数据采集单元模块及后处理单元模块。

　　水下单元模块中有高清晰、可变焦、可耐压的海底摄像头、并匹配有耐压灯、高度计显示及供电系统(见图1)。通过水下高清晰摄像头将海底传输给数字视频和甲板并进行录像。拍摄高度一般控制在1~3 m左右,高度控制主要是通过绞车进行。

　　甲板控制单元模块通过通讯单元模块与水下单元模块进行通讯,向水下单元进行指令的发布,其中包括照明指令、水下录像机加电指令以及开始录像等指令,并将水下高清晰摄像头传输上来的视频图像解压后显示,用于监控和录像,其模拟图(见图2)获取原始资料进行后期视频合成。我们取其一个海底所采集的视频海底生物资料做合成过程(见图3)。

　　定位数据采集单元模块的主要功能是采集导航视频数据(见图4)。后处理单元模块是对采集到的海底视频资料进行后期的合成,即将海底所拍摄到的高清晰视频和采集到的定位数据进行最后的叠加合成(见图5、图6)。通过后期视频图像的叠加处理,海底水下记录视频图像能够实现动态、连续的显示。

　　2　摄像资料的处理与分析

　　站位拍摄结束后,需要对水下拍摄的磁带进行进一步处理和分析,包括图像叠加、拍摄路径坡度计算、拍摄距离计算等,而针对天然气水合物识别标志的分析主要是特征生物个体大小的计算[4,5]。

　　2·1　水下视频图像的叠加

　　图像的叠加处理是后期处理工作的主要组成部分,它对于了解所拍摄到的重要的海底资料,海底地貌现象有了更为重要的位置的概念,其叠加是通过后处理工作站将定位数据叠加到海底所拍摄的视频图像上。