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揭開深海神秘面紗 史丹佛開發光聲成像系統

史丹佛大學研究團隊開發出一種新的空中成像方法,透過將光與聲結合的方式開發PASS系統,來突破傳統水底探測的限制。法新社

地球有70%的表面被海洋覆蓋,目前人類僅探索大海的一小部分,隨著科技日新月異,越來越多科學家藉由自主水下載具(AUV)與遙控水下探測器測繪深不可測的海洋世界。

根據The Robot Report報導,美國史丹佛大學(Stanford University)研究團隊開發出一種新的空中成像方法,透過將光與聲結合的方式,來突破傳統水底探測的限制。

由於觀測水下地形複雜度高,且具有危險性,研究團隊利用無人機、感測器和光聲空中聲納系統(PASS)對沉船與及沉入海底的飛機進行大規模空中探索,並以此繪製海底地圖。

電子工程副教授Amin Arbabian表示,研究人員在近幾年來開始運用光達(LiDar)無人機、太空雷達等新科技探勘地球不同樣貌,雷達訊號甚至能夠穿透大氣層和熱帶原始林的樹冠層。聲波是水中作為傳遞訊息的主要方法,然聲波在傳播過程中會因介質吸收、散射等原因導致傳輸損失。

除此之外,電磁波在海水中的傳播距離受限,造成能量衰減,光波會因為反射而導致衰減和傳輸損失,大部分的能量損失是被水吸收,這也是陽光無法穿透海洋深處的原因。

目前為止,大多數的海底測繪都是在特定船隻上安裝聲納系統來完成的,但是這種技術不僅緩慢且成本高,對於處理大面積區域效率低。史丹佛大學團隊的目標是開發更強大的光聲系統,即使在渾濁的水中也能成像。

利用聲光結合的PASS系統,能穿透空氣和水的界面。為完善傳遞過程,光聲系統首先從從空氣中發射一束雷射光,光被水吸收之後會產生超音波。超音波透過水柱向下傳播,並在海底物體反射後迅速返回水面。

研究人員使用軟體整合所有的聲波訊號,以此重建海洋物體的3D圖像,有助於未來水下監測作業及海底地形測量。

一般的聲納系統可以穿透數百至數千公尺的深度,研究人員預估PASS系統最終將能夠達到類似深度。據悉,目前PASS系統僅於大型水族箱測試,下一階段研究團隊將在更大的環境實驗,最終期望可以部署在浩瀚無垠的海洋中。

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