水下機器人"三維眼"設備的初期模型。
董軍宇
水下機器人廣泛應用於海洋石油、漁業 、海上救助等各個海洋領域，給水下機器人裝上能高精度三維實時監測分析的「眼睛」，讓水下世界三維呈現。這是海大一位42歲教授所帶領團隊研發出的科技項目，如何給水下機器人安上會探測的「三維眼」？技術又是怎樣讓水下世界高清晰三維成像的？3月17日，記者採訪了這位痴迷海洋有著偉大海洋夢想的教授。為市民揭開技術的神秘面紗。
它眼神好，能看清艦船上毫米級裂縫海底世界一片漆黑，卻充滿未知的奇妙。豐富的海洋資源也成為了各國爭先開發的焦點。不管海洋資源多麼豐富，不管海底世界多麼奇妙，都要有「眼睛」去探索發現它。水下機器人代替人類潛入水下，一探海底究竟。島城的科研團隊研發出的項目，可以讓水下機器人變身「火眼金睛」，讓水下世界三維成像，清晰度達到毫米級。
「高精度水下三維重建是最重要的水下探測技術。」17日，中國海洋大學信息科學與工程學院計算機系主任、教授董軍宇告訴記者，他所負責的科研團隊研發出的「水下高精度三維實時檢測分析系統」能夠實現對水下世界的三維成像和分析，能廣泛應用於軍事、海洋工程、海水養殖等方面。
董軍宇告訴記者，他們的技術的先進性在於兩個地方，一是達到毫米級的高精度，二是三維成像。「海洋石油領域上，深入海底的樁柱、管線等很容易腐蝕，用上我們的技術可以看清毫米級的裂縫。」他告訴記者，通過給水下機器人安裝他們研發的系統設備，水下機器人經過一系列的操作和分析，能看清毫米級的裂縫等，對樁柱、管線等水下結構物的表面缺陷、腐蝕狀況檢測分析，以確保安全生產及降低成本。「軍艦上有個裂縫的話是很可怕的事情，用上這個『三維眼』，能清晰呈現出潛在危險。還可廣泛用於港口碼頭、艦船外殼等表面的水下高精度視覺檢查、以排除炸彈及其他潛在威脅，在軍事及反恐領域具有重要的作用。」
它本領多，能觀察海參鮑魚生活情況用上這個技術是怎樣讓海底世界呈現三維立體圖像的？董軍宇向記者詳細解釋了工作原理和流程。「我以海水養殖的項目為例，給你解釋一下工作流程。」他說，通過技術探測，能夠為海參、鮑魚等高附加值海水養殖提供生存環境等詳細信息。
先為水下機器人裝上董軍宇團隊所研發的技術設備，然後讓水下機器人下水探測。先通過聲吶技術遠距離探測出海參等的生存環境，熟悉海底環境的大致狀況。隨著距離的不斷靠近，在合適的距離時機器人會打開燈光，設備的攝像頭會拍攝到環境的大體情況，再次形成一個狀況的分析。隨著再次靠近，到達一定距離後，設備的高解析度系統會自動啟動，通過檢測和分析，能「看清」毫米級的海參生存環境。
「海底表面的粗糙度情況能清晰地得知，甚至表面石頭的光滑與粗糙程度也能分析出來。」董軍宇說，通過分析形成的三維圖像是彩色的，水上養殖人員能很輕鬆觀測養殖環境，做出分析。「海洋生物學的研究表明，海底地表的幾何及三維紋理特徵與生物的棲息、生長具有直接的關係。」
董軍宇表示，拿水下三維表面缺陷檢測而言，就能體現出技術應用市場的廣泛性。「可用於水下工程中的樁柱表面損壞狀態評估；水下金屬結構物表面的腐蝕的檢測、鏽蝕檢測、焊縫的檢測；結構物表面的撞擊痕跡、扭曲、彎曲、凹凸變形等檢測；底棲生物養殖的海底表面粗糙度評價等。」
它很聰明，接到任務後會自動去工作「通過技術主要輸出三維表面高度及彩色反照率圖，檢測精度達到毫米級。」董軍宇解釋說，從專業角度來講，該技術研發的內容主要涉及五個方面。
這五個方面分別是：1、基於水下結構光和光度立體學的光學成像系統及同步控制系統設計；2、高精度結構光特徵點提取，以及對結構光特徵點進行高精度空間幾何重建；3、基於光度立體學的水下吸收、散射係數及三維物體表面梯度、反照率最優化求解；4、基於水下光度立體理論及結構光獲取的表面特徵點，對水下目標進行三維表面高精度高度重建；5、水下高精度三維光學虛擬展示及檢測分析。
「這一系列內容都是設備自我完成的，給設備一個特定任務，設備就會下潛到一定海底位置，進行定量分析，自動工作，建構出三維立體的圖形。」董軍宇說，該技術填補了高精度三維立體探測海底世界的空缺，在水下目標表面高精度三維實時檢測技術及應用上達到國際領先地位。這就象徵著通過該技術能把海底世界高清晰「繪製」出三維圖像，了解海底的環境。
記者了解到，該技術已經處在中試階段，而據董軍宇預測，技術的應用會帶來巨大經濟效益和社會效益。「預計投放初期市場，規模可達到每年150～200套，加上對外出租設備收入，產值在4500～6000萬元，預計年利潤可達1500～2000萬。」董軍宇表示，除此之外，系統的研製成功，能帶動水下三維成像、水下機器人視覺等相關行業領域的發展，使我國在軍事國防、科學研究、海洋經濟等領域掌握技術主動權。本版文/本報記者 魏海洋 圖/董軍宇提供（署名除外）