Autonomous holographic imaging system for long term in situ studies of marine particle dynamics.

用于海洋粒子动力学长期原位研究的自主全息成像系统。

基本信息

  • 批准号:
    1634053
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 89.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-15 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A myriad of particles with vastly varying shapes and sizes, ranging from suspended organic/inorganic material to single celled, colonial, and multi-cellular plankton, densely populate the world's oceans. They are major drivers in fields as diverse as sediment transport, remote sensing/ocean optics, ecological studies of marine food webs, and carbon sequestration. Thus, instruments that can directly quantify particle characteristics, distribution, and concentration are critical to numerous science disciplines. Digital holography is an ideal tool to study particles, providing 3-D information within free stream sampling volumes that vastly exceed the 2-D cross sections sampled by conventional imaging instruments. Holographic images of undisturbed particles and their related flow fields can provide data critical to science questions requiring an understanding of particle motions and interactions, particle size, shape, fine-scale distribution, and spatial-temporal dynamics. The instrument being developed through this project could encourage interdisciplinary studies at the intersection of ocean optics, marine biology, biogeochemical cycles, and small-scale fluid dynamics, and lead to significant advancements in each of these areas.The objective of this project is to design, fabricate and rigorously test/validate an autonomous digital holographic camera system capable of quantifying the characteristics of in situ particles within a size range of ~ 1 micron to 2 cm. The instrument will be designed to sample an undisturbed volume of water and quantify particle number, size and shape (e.g. cross-sectional area, surface area, aspect ratio, sphericity), the 3-D spatial structure of the particle field (e.g. nearest neighbor distances), and the local fluid flows at the scale of the particles (via holographic PIV of the imaged volume). Identification of particles with unique shape characteristics (e.g. bubbles, oil droplets, phytoplankton and zooplankton) and particle orientation will be achievable. The instrument will be compact, submersible, biofouling resistant, fully autonomous with self-contained data logging and power, with adjustable resolution and sampling volume, and will be adaptable for use on vertical profilers, AUVs, tow-bodies, and long-term deployment on moorings. The device will be designed with the goal of science versatility and future commercialization for routine use by the scientific community.
无数的颗粒具有巨大的形状和尺寸,从悬浮的有机/无机材料到单细胞,殖民地和多细胞浮游生物,遍布世界海洋。它们是诸如沉积物运输,遥感/海洋光学,海洋食品网的生态研究和碳固存的田野中的主要驱动因素。因此,可以直接量化粒子特征,分布和浓度的工具对于众多科学学科至关重要。数字全息图是研究颗粒的理想工具,在自由流采样量中提供了3D信息,这些信息大大超过了由常规成像仪器采样的2-D横截面。不受干扰的粒子及其相关流场的全息图像可以为科学问题提供至关重要的数据,以了解需要了解粒子运动和相互作用,粒径,形状,细尺度分布和时空动力学。通过该项目开发的仪器可以在海洋光学,海洋生物学,生物地球化学循环和小规模的流体动力学的交汇处鼓励跨学科的研究,并在每个领域的各个领域都取得了重大进步,该项目的目标是设计,制造和验证一个自动性摄像机的尺寸,以量化为单位的数字化型号,该型号具有差异性,该型号是量化的,该型号是量化的,该型号是量化的,该型号是量化的,以差异为差异〜划分〜划分〜 2厘米。该仪器的设计旨在采样不受干扰的水量并量化颗粒的数量,大小和形状(例如横截面面积,表面积,宽高比,球形性),粒子场的3-D空间结构(例如,最近的邻居距离)以及局部流体在粒子的尺度上以粒子的尺度(通过imimage Imigage Imagipaplic Piv)的规模流动。可以实现具有独特形状特性的颗粒(例如气泡,油滴,浮游植物和浮游动物)和粒子取向。该仪器将是紧凑的,潜水,耐生动物的,具有独立的数据记录和功率,具有可调节的分辨率和采样量的完全自动化,并且可以适应用于垂直的剖面,AUV,拖曳体和长期部署的垂直分离师。该设备将以科学多功能性和未来商业化为目标,以便于科学界的常规使用。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Enhanced Light Absorption by Horizontally Oriented Diatom Colonies
水平定向硅藻菌落增强光吸收
  • DOI:
    10.3389/fmars.2020.00494
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    McFarland, Malcolm;Nayak, Aditya R.;Stockley, Nicole;Twardowski, Michael;Sullivan, James
  • 通讯作者:
    Sullivan, James
A Review of Holography in the Aquatic Sciences: In situ Characterization of Particles, Plankton, and Small Scale Biophysical Interactions
  • DOI:
    10.3389/fmars.2020.572147
  • 发表时间:
    2021-01-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Nayak, Aditya R.;Malkiel, Ed;Sullivan, James M.
  • 通讯作者:
    Sullivan, James M.
High-Resolution Sampling of a Broad Marine Life Size Spectrum Reveals Differing Size- and Composition-Based Associations With Physical Oceanographic Structure
  • DOI:
    10.3389/fmars.2020.542701
  • 发表时间:
    2020-12-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Greer, Adam T.;Lehrter, John C.;Penta, Bradley
  • 通讯作者:
    Penta, Bradley
Vertical distributions of blooming cyanobacteria populations in a freshwater lake from LIDAR observations
  • DOI:
    10.1016/j.rse.2019.02.025
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.5
  • 作者:
    Moore, Timothy S.;Churnside, James H.;Ruberg, Steven A.
  • 通讯作者:
    Ruberg, Steven A.
Automated plankton classification from holographic imagery with deep convolutional neural networks
  • DOI:
    10.1002/lom3.10402
  • 发表时间:
    2020-12-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Guo, Buyu;Nyman, Lisa;Hong, Jiarong
  • 通讯作者:
    Hong, Jiarong
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The effect of powder recycling on the mechanical performance of laser powder bed fused stainless steel 316L
粉末回收对激光粉床熔融不锈钢316L力学性能的影响
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    11
  • 作者:
    R. Douglas;Nicholas Barnard;Nicholas Lavery;James Sullivan;Thomas Jones;R.J. Lancaster
  • 通讯作者:
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Plasticity of neuronal receptors
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  • DOI:
  • 发表时间:
    1989
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
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    2022
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    3.2
  • 作者:
    C. Woo;A. Allawzi;N. Clark;N. Kaushal;Tim C. Efthymiou;M. Thamsen;J. Ngyuen;R. Wooster;James Sullivan
  • 通讯作者:
    James Sullivan
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  • DOI:
    10.1016/s1530-891x(20)45079-7
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    2016-05-01
  • 期刊:
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    Victoria Loseva;Maleeha Ruhi;James Sullivan
  • 通讯作者:
    James Sullivan
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    2015-05-01
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  • 通讯作者:
    James Sullivan

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