涉水光學(xué)(Water-related Optics)主要研究光與水的物質(zhì)相互作用機(jī)理及光的跨介質(zhì)傳播機(jī)理，解決與涉水光學(xué)數(shù)據(jù)智能獲取，信息傳輸及智能信號(hào)處理有關(guān)的各種問題，探索光學(xué)在涉水領(lǐng)域中應(yīng)用的科學(xué)，是臨地安防(Vicinagearth Security, VS)體系中水下安防的重要學(xué)科支撐。

1 引言

涉水即與水相關(guān)，泛指包括海洋，江河湖池，云雨霧雪冰等在內(nèi)的水體，如圖1所示。比水下光學(xué)，海洋光學(xué)考慮更為充分，涉水光學(xué)的研究對(duì)象涵蓋了作為光傳播路徑的局部或整體的一切水體，通過探究其在液態(tài)，氣態(tài)，固態(tài)的光學(xué)特性，及光在水體，跨介質(zhì)中的傳播機(jī)理，解決與涉水領(lǐng)域中的光學(xué)數(shù)據(jù)智能獲取，信息傳輸及智能信號(hào)處理有關(guān)的各種問題，是臨地安防(Vicinagearth Security， Vicinage源于古法語/拉丁語的visnage/vicinus('neighbor'), VS)體系中水下安防的重要支撐，對(duì)于我國領(lǐng)水的防衛(wèi)，保護(hù)，生產(chǎn)，安全，救援具有重要的意義。

“涉水光學(xué)”在“水下光學(xué)”和“海洋光學(xué)”單一場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展到跨域場(chǎng)景，通過測(cè)量水體及跨介質(zhì)中傳播光的相位，強(qiáng)度，頻率，偏振等物理量，獲取水體及跨介質(zhì)環(huán)境中的影像，溫度，振動(dòng)，壓力，磁場(chǎng)等參數(shù)信息，發(fā)展出光學(xué)在涉水領(lǐng)域的探測(cè)，傳感，測(cè)量，成像，通信及智能信號(hào)處理等技術(shù)。

圖1 涉水光學(xué)

目前涉水光學(xué)發(fā)展面臨著水體對(duì)光高吸收，強(qiáng)散射等瓶頸問題，其發(fā)展現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)際需求，因此涉水光學(xué)領(lǐng)域亟需更多的關(guān)注。

為了促進(jìn)我國涉水光學(xué)技術(shù)交流及產(chǎn)學(xué)研用，李學(xué)龍領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)前瞻布局新時(shí)代涉水光學(xué)戰(zhàn)略區(qū)域，首先提出“水下光學(xué)”，于2016年5月10日在西安倡導(dǎo)并舉辦了全國首屆“水下光學(xué)”高峰論壇。隨后于2018年6月22日在西安連續(xù)舉辦了第二屆，將“水下光學(xué)”發(fā)展為重新定義的“海洋光學(xué)”，論壇正式更名為“全國海洋光學(xué)高峰論壇”并發(fā)起成立了“中國光學(xué)工程學(xué)會(huì)海洋光學(xué)專委會(huì)”。

至撰稿時(shí)為止，論壇已經(jīng)成功舉辦了五屆，其中第五屆論壇(2022年)吸引了超過3萬人在線關(guān)注及參會(huì)，全國海洋光學(xué)高峰論壇已經(jīng)成為我國最重要，最受關(guān)注的光學(xué)會(huì)議之一。在促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用方面，李學(xué)龍于2016年分別建立了青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室(時(shí)籌)與本單位的海洋光學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。同年，提出并牽頭籌備創(chuàng)建了我國首個(gè)省部級(jí)涉水光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——陜西省海洋光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室于2018年獲批成立，李學(xué)龍擔(dān)任首任主任，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成的全海深高清光學(xué)成像及影像處理系統(tǒng)，榮獲了中國光學(xué)工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

隨著海洋科技研發(fā)持續(xù)深入，人類對(duì)海洋的認(rèn)知能力和技術(shù)裝備水平也不斷提高，“海洋光學(xué)”已經(jīng)從傳統(tǒng)研究海洋光學(xué)性質(zhì)，光在海洋中傳播規(guī)律和運(yùn)用光學(xué)技術(shù)探測(cè)海洋的科學(xué)，進(jìn)一步發(fā)展為以研究深?？茖W(xué)技術(shù)與裝備為核心，建設(shè)深?；?，探測(cè)深?？臻g，開發(fā)深海資源的綜合科學(xué)。

面對(duì)深?？臻g廣闊、水文特征復(fù)雜和信息難以感知等問題，李學(xué)龍于2020年在西北工業(yè)大學(xué)創(chuàng)建了智能交互與應(yīng)用工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，充分考慮水體與空氣等介質(zhì)之間，光學(xué)設(shè)備與算法之間的緊密聯(lián)系，將“海洋光學(xué)”進(jìn)一步發(fā)展為“涉水光學(xué)”，將研究對(duì)象從單一領(lǐng)域拓展至海洋，江河湖池，云雨霧雪冰等多水體領(lǐng)域，以及與水體相關(guān)的其它領(lǐng)域，圍繞“光與水的物質(zhì)相互作用機(jī)理及光的跨介質(zhì)傳播機(jī)理”，“復(fù)雜環(huán)境的動(dòng)態(tài)目標(biāo)探測(cè)”，“冗余異質(zhì)下高信容數(shù)據(jù)解算”等一系列科學(xué)問題，領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)攻克了退化機(jī)理難建模，觀測(cè)裝備體系不健全，場(chǎng)景目標(biāo)數(shù)據(jù)難解析等難題，完成了系列化國產(chǎn)海洋觀測(cè)技術(shù)的研發(fā)和裝備研制。2022年創(chuàng)建涉水光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)獲得“水下XX導(dǎo)引”國家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目支持，涉水光學(xué)的發(fā)展又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

圖2 涉水光學(xué)框架

2 光與水的物質(zhì)相互作用機(jī)理

水體的光學(xué)特性是光與水的物質(zhì)相互作用的宏觀表現(xiàn)，是研究涉水光學(xué)的重要依據(jù)。水體固有光學(xué)特性是自然水體本身的光學(xué)參數(shù)，獨(dú)立于環(huán)境光場(chǎng)。常用的水體固有光學(xué)參量包括光譜吸收系數(shù)，光譜散射系數(shù)，光譜衰減系數(shù)，體散射函數(shù)，后向散射系數(shù)，前向散射系數(shù)，光束衰減系數(shù)等。水體表觀光學(xué)特性是水體由于光場(chǎng)的作用而表現(xiàn)出的特性，由水中光場(chǎng)的時(shí)間，空間分布及水體固有光學(xué)性質(zhì)所決定，可隨光場(chǎng)的變化而變化。

圖3 不同水質(zhì)下可見光譜中不同波長(zhǎng)的衰減

水體對(duì)光的線性作用是指光在涉水領(lǐng)域傳輸過程中受到的吸收，散射和折射作用。“一道殘陽鋪水中，半江瑟瑟半江紅”，生動(dòng)闡述了光入射到水體中會(huì)發(fā)生散射，折射，并體現(xiàn)了光的色散特性。

水體對(duì)光的非線性作用是指光與水的物質(zhì)相互作用過程中，當(dāng)光強(qiáng)小于水體中的擊穿閾值時(shí)，光與水的相互作用會(huì)產(chǎn)生受激拉曼散射，振動(dòng)散射和布里淵散射等非線性過程。當(dāng)光強(qiáng)大于水體的擊穿閾值后，多光子激發(fā)，逆軔致吸收及電子碰撞雪崩電離將會(huì)使水體擊穿，產(chǎn)生等離子體輻射。研究激光與水的物質(zhì)相互作用機(jī)理中的非線性過程，在水下激光切割，焊接，熔覆等激光工業(yè)領(lǐng)域和激光臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有十分重要的意義。

3 涉水光學(xué)信息獲取

信息能夠反應(yīng)出自然界的事物特征和本質(zhì)，人類可通過獲得并識(shí)別自然界的不同信息來認(rèn)識(shí)和改造世界。涉水光學(xué)數(shù)據(jù)獲取主要對(duì)涉水環(huán)境的物質(zhì)及其物理參數(shù)進(jìn)行精密測(cè)定和描述，是掌握涉水環(huán)境的有效方式。目前涉水光學(xué)數(shù)據(jù)獲取的主要途徑包括光學(xué)傳感技術(shù)，光譜測(cè)量技術(shù)以及光學(xué)成像探測(cè)技術(shù)。

3.1光學(xué)傳感技術(shù)

光學(xué)傳感技術(shù)是依據(jù)光學(xué)原理，通過光學(xué)技術(shù)感知環(huán)境信息，然后通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化采集和調(diào)節(jié)，主要包括光學(xué)遙感技術(shù)和光學(xué)原位傳感技術(shù)。

3.2光譜測(cè)量技術(shù)

光譜能夠用來研究辨識(shí)水體及水中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，組成及狀態(tài)，光譜測(cè)量技術(shù)極大改善了涉水測(cè)量的靈敏度和分辨率。

1）激光誘導(dǎo)光譜擊穿技術(shù)

激光誘導(dǎo)光譜擊穿技術(shù)是基于激光作用于物質(zhì)，產(chǎn)生瞬態(tài)等離子體，根據(jù)等離子體中原子和離子的特征發(fā)射譜，對(duì)樣品進(jìn)行分析的一種光譜技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的原位，實(shí)時(shí)，連續(xù)，無接觸檢測(cè)。

2）激光拉曼光譜技術(shù)

激光拉曼光譜技術(shù)作為一種原位，實(shí)時(shí)，無損，多物質(zhì)同時(shí)探測(cè)的光學(xué)傳感器技術(shù)，具備對(duì)涉水環(huán)境下目標(biāo)物的成分定量檢測(cè)能力，可實(shí)現(xiàn)海水中酸根離子濃度的長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)，對(duì)于了解海底熱液活動(dòng)區(qū)，地震源區(qū)以及海底沉積物將具有重要意義。

3.3 光學(xué)成像探測(cè)技術(shù)

涉水光學(xué)成像探測(cè)技術(shù)是涉水光學(xué)數(shù)據(jù)獲取中反映水體環(huán)境最直觀的探測(cè)技術(shù)。水下聲學(xué)成像分辨率低、采集處理速度慢、無法實(shí)時(shí)高分辨成像制約了其在水下成像方向的進(jìn)展。水下光學(xué)成像技術(shù)可利用視覺成像設(shè)備直接獲取圖像或視頻信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的采集與分析。

1.距離選通成像技術(shù)

涉水距離選通成像技術(shù)的工作原理是通過時(shí)間控制去除不包含目標(biāo)信號(hào)的散射光引入的背景噪聲，而確保目標(biāo)反射后的信號(hào)光剛好在選通工作時(shí)間內(nèi)到達(dá)。李學(xué)龍團(tuán)隊(duì)基于該原理研制了距離選通成像樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了6倍衰減距離的成像。

2.偏振成像技術(shù)

涉水偏振成像技術(shù)通過比較散射光場(chǎng)偏振信息的差異性和唯一性，分析圖像中目標(biāo)與背景偏振特性的變化趨勢(shì)，反演目標(biāo)信息光和背景散射光的強(qiáng)度變化，可以有效抑制后向散射光，實(shí)現(xiàn)涉水光學(xué)清晰成像。

3.載波調(diào)制成像技術(shù)

載波調(diào)制成像技術(shù)使用一個(gè)高頻微波副載波信號(hào)對(duì)激光器發(fā)射的光脈沖進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過水體產(chǎn)生后向散射后，在接收端通過以調(diào)制頻率為中心頻點(diǎn)的帶通濾波器對(duì)散射光進(jìn)行濾除，實(shí)現(xiàn)對(duì)散射低頻分量的抑制。李學(xué)龍團(tuán)隊(duì)研制了高能量微波頻率調(diào)制激光器，并合作開發(fā)了微波頻率調(diào)制的激光雷達(dá)系統(tǒng)，具有提高信噪比，增加水下探測(cè)距離的能力，能夠有效地解決了后向散射問題，并實(shí)現(xiàn)了環(huán)境與設(shè)備的智能交互，提升了水下探測(cè)距離。

4.關(guān)聯(lián)成像技術(shù)

關(guān)聯(lián)成像是一種利用光場(chǎng)的二階相干性來實(shí)現(xiàn)成像的技術(shù)，作為一種非局域的成像技術(shù)，利用單像素強(qiáng)度探測(cè)器收集目標(biāo)光強(qiáng)信號(hào)，結(jié)合投影光場(chǎng)重建圖像，同時(shí)這種成像方式可以將環(huán)境模型及深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)納入成像算法中，可以在弱光條件下實(shí)現(xiàn)智能計(jì)算成像，解決傳統(tǒng)水下成像抗干擾能力弱的問題。李學(xué)龍團(tuán)隊(duì)研制了水下關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)，配合智能科學(xué)算法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不同濁度下的圖像高清重構(gòu)。

圖4涉水關(guān)聯(lián)成像示意圖

5.壓縮感知成像技術(shù)

壓縮感知理論是一種全新的信號(hào)采樣理論，如圖5所示，如果信號(hào)是可壓縮的，或者信號(hào)在某個(gè)變換基下是稀疏的，則壓縮過程和采樣過程可以同步完成，在采樣的過程中即可完成信息的提取。

圖5壓縮感知數(shù)學(xué)表達(dá)

李學(xué)龍團(tuán)隊(duì)研究了基于深度學(xué)習(xí)的快速計(jì)算顯微成像方法，深度學(xué)習(xí)用以減少光學(xué)顯微成像數(shù)據(jù)采集量，壓縮感知用以提高光學(xué)顯微成像分辨率和信噪比，繼而以計(jì)算重構(gòu)的模式，獲得傳統(tǒng)顯微技術(shù)無法或難以直接獲得的樣品多維高空時(shí)分辨信息。以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為代表的深度學(xué)習(xí)技術(shù)和以物理模型驅(qū)動(dòng)為代表的壓縮感知技術(shù)，改善了實(shí)際成像物理過程的不可預(yù)見性與高維病態(tài)逆問題求解的復(fù)雜性。

6.光譜成像技術(shù)

光譜成像技術(shù)是將光譜測(cè)量與成像技術(shù)相結(jié)合，在圖像上每一個(gè)像素點(diǎn)都能提取出多通道的光譜特征，從而實(shí)現(xiàn)多空間點(diǎn)，多通道的精密測(cè)量和多模態(tài)識(shí)別。李學(xué)龍團(tuán)隊(duì)基于寬譜，高分，快照等技術(shù)，提出寬譜差分連續(xù)精細(xì)譜，參比主動(dòng)校正，非線性預(yù)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，改變了以化學(xué)分析法為單一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，為復(fù)雜海水水質(zhì)分析提供新標(biāo)準(zhǔn)，是國際首創(chuàng)。

4 涉水光學(xué)信息傳輸

涉水光學(xué)設(shè)備完成信息采集后，需要將實(shí)時(shí)的信息傳輸至后端處理。整個(gè)過程包括水下無線光通信和涉水光學(xué)影像信息處理兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。水下無線光通信(Underwater Wireless Optical Communication, UWOC) 利用光束作為信息載體，在水下實(shí)現(xiàn)圖像、視頻等大數(shù)據(jù)量信息實(shí)時(shí)傳輸。相比水聲通信以及水下電磁波通信而言，UWOC系統(tǒng)具有更小的體積，更低的設(shè)計(jì)成本，以及更強(qiáng)的隱蔽性。借助UWOC技術(shù)，可以構(gòu)建空天地海一體化的全光通信網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示。

圖6空天地海一體化光通信網(wǎng)絡(luò)

目前，UWOC的主要研究方向包括水下信號(hào)收發(fā)器件設(shè)計(jì)、水下信道建模、以及水下信道的信號(hào)調(diào)制解調(diào)。然而，UWOC無法應(yīng)用在實(shí)際的長(zhǎng)距離，強(qiáng)湍流，高速率的無線通信過程中。未來， 智能科學(xué)賦能的信號(hào)調(diào)制解調(diào)，湍流補(bǔ)償，穩(wěn)定跟瞄等技術(shù)將會(huì)在水下光通信系統(tǒng)中發(fā)揮不可或缺的作用。此外，在未來水下光通信也可以和水聲通信，水下電磁波通信等方式進(jìn)行結(jié)合，克服現(xiàn)有技術(shù)通信距離短，穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，最終在復(fù)雜的水下光傳輸場(chǎng)景中提高通信鏈路的有效性以及可靠性。

5 涉水光學(xué)信息處理

涉水光學(xué)影像是涉水光學(xué)信息探測(cè)的重要信息載體，包含著大量的信息，如何對(duì)光學(xué)影像進(jìn)行智能處理，快速準(zhǔn)確的恢復(fù)、增強(qiáng)，提取影像中的有效信息，是涉水光學(xué)影像信息處理的關(guān)注點(diǎn)。涉水光學(xué)影像信息處理在涉水微弱暗小目標(biāo)探測(cè)識(shí)別、水下安防、涉水生態(tài)監(jiān)測(cè)、涉水設(shè)備檢測(cè)、涉水的軍事偵察等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。

5.1涉水影像復(fù)原及增強(qiáng)技術(shù)

涉水影像復(fù)原從涉水光學(xué)成像原理出發(fā)，首先建立涉水影像的退化模型，再通過先驗(yàn)信息和前提假設(shè)估計(jì)出影響影像清晰度的干擾因子，并利用反演退化過程，消除干擾因子影響，從而提高影像清晰度。

圖7涉水影像復(fù)原技術(shù)

涉水影像增強(qiáng)是一類通過改變影像的像素值來改善視覺質(zhì)量，提高對(duì)比度的非物理模型方法。

5.2涉水影像質(zhì)量評(píng)價(jià)

圖8涉水影像增強(qiáng)技術(shù)

涉水影像質(zhì)量評(píng)價(jià)是針對(duì)于水下影像退化機(jī)制的綜合影像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，水下影像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法通常計(jì)算若干度量角度的加權(quán)得分，而其中的權(quán)重往往靠經(jīng)驗(yàn)來確定。因此，水下影像質(zhì)量評(píng)價(jià)得分往往與人類的主觀感受距離較遠(yuǎn)，如何從視覺顯著性、認(rèn)知心理學(xué)以及信息量度量的角度出發(fā)，需構(gòu)建出更符合人類主觀感受的水下影像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法是未來值得探索的研究方向。

5.3涉水環(huán)境認(rèn)知計(jì)算

圖9多探測(cè)模態(tài)認(rèn)知計(jì)算

涉水環(huán)境的認(rèn)知計(jì)算為涉水資源開發(fā)利用提供了良好的基礎(chǔ)，是揭秘涉水生物多樣性和勘探水底地形地貌，礦產(chǎn)資源的關(guān)鍵技術(shù)之一。

6 涉水光學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景: 水下安防

在國際形勢(shì)及國家需求的驅(qū)使下，臨地安防(Vicinagearth Security, VS)應(yīng)運(yùn)而生。臨地安防是指面向臨地空間內(nèi)防衛(wèi)，防護(hù)，生產(chǎn)，安全，救援等需求的多元化，跨域化，立體化，協(xié)同化，智能化技術(shù)體系。具體應(yīng)用場(chǎng)景包括低空安防，水下安防以及跨域安防等。水下安防是臨地安防的核心之一，主要涵蓋水下空間內(nèi)的國家安全與防衛(wèi)，具體包括海底監(jiān)測(cè)，探測(cè)，通信，隱蔽，導(dǎo)引等方面，而且覆蓋了工業(yè)生產(chǎn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)，科研教育等方面的防護(hù)，生產(chǎn)，安全，救援，對(duì)國防安全，社會(huì)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)發(fā)展均具有重要意義。

圖10臨地安防空間范疇

6.1 涉水環(huán)境及資源監(jiān)測(cè)

(1) 海底觀測(cè)網(wǎng)

海底觀測(cè)系統(tǒng)是將觀測(cè)儀器放到海底，儀器完成原位檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)全天候，綜合性，長(zhǎng)期連續(xù)，實(shí)時(shí)觀測(cè)，觀測(cè)范圍包括海底地球深部，海底界面，海水水體以及海面。海底觀測(cè)系統(tǒng)可以利用涉水光學(xué)技術(shù)對(duì)海洋進(jìn)行全面的開發(fā)和研究，是繼地面與海面觀測(cè)和空中遙感遙測(cè)之后，人類在海底建立的第三類地球科學(xué)觀測(cè)平合，將全面加深人類對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)。

圖11海底觀測(cè)網(wǎng)

(2) 深海相機(jī)

為了獲得真實(shí)的海底環(huán)境，在水下安防的建設(shè)中，深海相機(jī)系統(tǒng)必不可少。深海探測(cè)的深度與廣度代表了國家的科技發(fā)展水平和國防實(shí)力。深海相機(jī)作為光學(xué)視覺數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，可廣泛搭載于載人潛水器，水下機(jī)器人，著陸器等深海運(yùn)載器，有效擴(kuò)大了探測(cè)范圍和信息量，避免了深海探索“盲人摸象”的尷尬，是深海資源勘測(cè)，深海礦產(chǎn)開發(fā)，海洋生態(tài)觀測(cè)及深海生物，化學(xué)活動(dòng)觀測(cè)的必須手段。

圖12深海相機(jī) (a)海瞳，(b)深海全景相機(jī)，(c)深海相機(jī)拍攝的水下8152米獅子魚進(jìn)食

李學(xué)龍團(tuán)隊(duì)研制了我國首套全海深高清相機(jī)“海瞳”，團(tuán)隊(duì)完成的“全海深高清光學(xué)成像及影像處理系統(tǒng)”榮獲2019年中國光學(xué)工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。解決了深海高壓環(huán)境下高清視覺數(shù)據(jù)獲取的難題，攻破了全海深干艙密封，水下光學(xué)像差校正，色彩復(fù)原和水下圖像增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)。

相機(jī)適用水深0至11000米，水下視場(chǎng)角達(dá)60°，分辨率1920×1080，水下重量為10kg，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2017年3月，“海瞳"全海深高清相機(jī)于跟隨“探索一號(hào)”完成了馬里亞納海溝科考任務(wù)，作為主相機(jī)曾4次下潛至七千米深度，3次下潛至萬米深度，最大潛深達(dá)10909米，共采集到長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)的高清視頻，在我國深海科考史上首次完成全海深的高清視頻獲取，并首次記錄了位于8152米深處的獅子魚，這是當(dāng)時(shí)國際上觀測(cè)到魚類生存的最大深度，為馬里亞納海溝深淵的海洋生物，物理海洋等多學(xué)科研究提供了重要的原始數(shù)據(jù)。

隨后研制的“海瞳Ⅱ”全海深高清相機(jī)，于2018年9月隨“探索一號(hào)”TS09航次再次進(jìn)行了馬里亞納海溝科考任務(wù)。期間完成了10次下潛，其中4次下潛至萬米深度，采集到140小時(shí)有效高清視頻，數(shù)據(jù)量共計(jì)233GB，獲得了諸多珍貴海洋觀測(cè)資料，填補(bǔ)了多項(xiàng)海洋科研領(lǐng)域空白。

此外，海洋牧場(chǎng)監(jiān)測(cè)，海洋油氣勘探，涉水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)，海洋光伏等也是重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

6.2涉水探測(cè)與通信

海洋是世界各國爭(zhēng)奪的重要戰(zhàn)略資源，全面掌握我國領(lǐng)水的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是維護(hù)國家海洋權(quán)益的基礎(chǔ)，全天候水域監(jiān)視是水下監(jiān)視與安全防衛(wèi)的手段。發(fā)展涉水探測(cè)與通信技術(shù)，將有助于我國提高應(yīng)對(duì)復(fù)雜局面的能力，提高海洋維權(quán)的能力。水下激光雷達(dá)探測(cè)，水下光學(xué)隱蔽，激光反潛反雷，水下光電對(duì)抗，激光對(duì)潛通信，水下光學(xué)導(dǎo)引，涉水安全救援是主要的應(yīng)用場(chǎng)景。

6.3涉水激光工業(yè)

水下安防中，尤其是江河，湖泊，海洋資源的開發(fā)和利用離不開各種水中工程的搭建，例如建設(shè)港口碼頭，維修艦船，搭建油井平臺(tái)，鋪設(shè)和維護(hù)管道等一系列的涉水工程。隨著各國對(duì)激光焊接設(shè)備研究與開發(fā)的深入，應(yīng)用于水下激光焊接的大功率激光器已經(jīng)普遍出現(xiàn)。

另外，為延長(zhǎng)海水環(huán)境中工業(yè)結(jié)構(gòu)部件的使用壽命，降低建造成本，通常使用水下原位修復(fù)技術(shù)對(duì)受損和老化的工業(yè)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)。水下激光熔覆技術(shù)有效解決辦法，具有熱輸入可控，效率高，穩(wěn)定性好，受水壓影響小，焊接材料廣泛，熱輸入量低，冷卻速度快，熱影響區(qū)小，殘余應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)。

7 結(jié)論及展望

隨著涉水光學(xué)學(xué)科體系的逐步完善，世界局勢(shì)將面臨巨大轉(zhuǎn)折，海洋已然成為各國爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略資源。涉水探測(cè)技術(shù)手段的提升將極大地釋放海洋資源，生產(chǎn)力得到進(jìn)一步提升，人類生產(chǎn)生活方式將步入新的發(fā)展階段，生產(chǎn)資料的獲取將產(chǎn)生變革性發(fā)展。

海洋生物是地球上極其重要的碳匯體和碳聚體，隨著海洋建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大和技術(shù)水平不斷提高，我國海域的生態(tài)容量將不斷提升，一方面可以獲取大量的生產(chǎn)資料和生活資料，對(duì)我國持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供重要保障。另一方面碳匯及移碳作用越來越強(qiáng)，對(duì)我國的“碳中和”以及“碳達(dá)峰”的貢獻(xiàn)將會(huì)越來越明顯。

隨著涉水光學(xué)相關(guān)技術(shù)的不斷提高，經(jīng)略海洋需要物聯(lián)網(wǎng)，多模態(tài)認(rèn)知計(jì)算等相關(guān)信息技術(shù)支撐，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為涉水光學(xué)數(shù)據(jù)獲取和傳輸提供了重要技術(shù)手段，多模態(tài)認(rèn)知計(jì)算為涉水光學(xué)信息的綜合高效智能處理提供了有力支撐，實(shí)現(xiàn)涉水光學(xué)大數(shù)據(jù)的挖掘，高效信息傳輸及智能信號(hào)處理，完善涉水領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的信息化和智能化，為海洋強(qiáng)國建設(shè)提供可靠技術(shù)保障。