这款水下相机无需电池即可无线工作

工程师麻省理工学院建造了一个无线、无电池水下相机,可以帮助科学家探索未知的海洋区域、追踪污染或监测气候变化的影响。”/>放大 / 麻省理工学院的工程师已经建造了一个无线、无电池的水下相机相机可以帮助科学家探索未知的海洋区域、追踪污染或监测气候变化的影响。
亚当·格兰兹曼
</figure><p>《自然通讯》杂志上的一篇新论文称,麻省理工学院的工程师已经制造了一种无线、无电池的水下相机,它可以自行获取能量,同时消耗很少的电量。该系统即使在黑暗环境中也可以拍摄远处水下物体的彩色照片,并将数据无线传输以实时监测水下环境,帮助发现新的稀有物种,或监测洋流、污染或商业和军事行动. </p>
<p>我们已经有了多种拍摄水下图像的方法,但根据作者的说法,“大多数海洋和海洋生物还有待观察。”这部分是因为大多数现有方法都需要连接到船舶、水下无人机或发电厂以进行供电和通信。不使用连接的方法必须包含电池电源,这限制了它们的使用寿命。虽然原则上可以从海浪、水下洋流甚至阳光中获取能量,但添加必要的设备会导致水下相机体积更大、成本更高。</p>
<p>因此,麻省理工学院团队着手开发一种无线和无电池成像方法的解决方案。设计目标是尽可能减少所需的硬件。他们还希望尽量减少能源消耗。因此,他们使用了廉价的现成成像传感器;权衡是这些传感器只产生灰度图像。该团队还需要开发一种低功率闪光灯,因为大多数水下环境都没有太多自然光。</p>
<figure class=水下后向散射成像系统工作原理概述。 放大/概述水下反向散射成像系统的工作原理。 SS Afzal 等人,2022

解决这两个挑战的方法是结合红色、绿色和蓝色 LED。相机使用红色 LED 进行原位照明,并使用其传感器捕获该图像,然后使用绿色和蓝色 LED 重复该过程。根据作者的说法,图像可能呈现黑白两色,但来自 LED 的所有三种颜色的光都会在每个图像的白色部分反射。因此,可以在后处理过程中重建彩色图像。

“当我们还是艺术课的孩子时,我们被告知可以使用三种基本颜色来创造任何颜色,”共同作者 Fadel Adib 说。 “同样的规则适用于我们在计算机上看到的彩色图像。我们只需要红色、绿色和蓝色这三个通道来构建彩色图像。”

在图像数据被编码成比特后,传感器依靠压电声学反向散射进行超低功耗通信,而不是电池。这种方法不需要生成自己的声学信号(例如声纳),而是依靠调制入射水下声音的反射来一次一位地传输数据。这些数据由能够恢复调制模式的远程接收器接收,然后使用二进制信息来重建图像。作者估计,他们的水下相机的能源效率是同类产品的大约 100,000 倍,并且可以运行数周。

当然,该团队构建了一个概念验证原型并运行测试以证明他们的方法有效。例如,他们想象污染(以塑料瓶的形式......

这款水下相机无需电池即可无线工作
工程师麻省理工学院建造了一个无线、无电池水下相机,可以帮助科学家探索未知的海洋区域、追踪污染或监测气候变化的影响。”/>放大 / 麻省理工学院的工程师已经建造了一个无线、无电池的水下相机相机可以帮助科学家探索未知的海洋区域、追踪污染或监测气候变化的影响。
亚当·格兰兹曼
</figure><p>《自然通讯》杂志上的一篇新论文称,麻省理工学院的工程师已经制造了一种无线、无电池的水下相机,它可以自行获取能量,同时消耗很少的电量。该系统即使在黑暗环境中也可以拍摄远处水下物体的彩色照片,并将数据无线传输以实时监测水下环境,帮助发现新的稀有物种,或监测洋流、污染或商业和军事行动. </p>
<p>我们已经有了多种拍摄水下图像的方法,但根据作者的说法,“大多数海洋和海洋生物还有待观察。”这部分是因为大多数现有方法都需要连接到船舶、水下无人机或发电厂以进行供电和通信。不使用连接的方法必须包含电池电源,这限制了它们的使用寿命。虽然原则上可以从海浪、水下洋流甚至阳光中获取能量,但添加必要的设备会导致水下相机体积更大、成本更高。</p>
<p>因此,麻省理工学院团队着手开发一种无线和无电池成像方法的解决方案。设计目标是尽可能减少所需的硬件。他们还希望尽量减少能源消耗。因此,他们使用了廉价的现成成像传感器;权衡是这些传感器只产生灰度图像。该团队还需要开发一种低功率闪光灯,因为大多数水下环境都没有太多自然光。</p>
<figure class=水下后向散射成像系统工作原理概述。 放大/概述水下反向散射成像系统的工作原理。 SS Afzal 等人,2022

解决这两个挑战的方法是结合红色、绿色和蓝色 LED。相机使用红色 LED 进行原位照明,并使用其传感器捕获该图像,然后使用绿色和蓝色 LED 重复该过程。根据作者的说法,图像可能呈现黑白两色,但来自 LED 的所有三种颜色的光都会在每个图像的白色部分反射。因此,可以在后处理过程中重建彩色图像。

“当我们还是艺术课的孩子时,我们被告知可以使用三种基本颜色来创造任何颜色,”共同作者 Fadel Adib 说。 “同样的规则适用于我们在计算机上看到的彩色图像。我们只需要红色、绿色和蓝色这三个通道来构建彩色图像。”

在图像数据被编码成比特后,传感器依靠压电声学反向散射进行超低功耗通信,而不是电池。这种方法不需要生成自己的声学信号(例如声纳),而是依靠调制入射水下声音的反射来一次一位地传输数据。这些数据由能够恢复调制模式的远程接收器接收,然后使用二进制信息来重建图像。作者估计,他们的水下相机的能源效率是同类产品的大约 100,000 倍,并且可以运行数周。

当然,该团队构建了一个概念验证原型并运行测试以证明他们的方法有效。例如,他们想象污染(以塑料瓶的形式......

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