深海“拼图”｜西安电子科技大学吕宁团队随“深海勇士”号完成海试

在1500米的深海，黑暗、高压与寒冷交织成天然的禁区，而来自西安电子科技大学的师生们正凭借自主研发的“深海之眼”，为潜航员与科学家点亮一双穿透黑暗的“慧眼”——不仅能重构水下目标的3D视觉形态，更能从混沌的海底背景中精准提取出被忽视的关键细节，让深渊之下的每一寸真相都清晰可辨。

2026年7月，西安电子科技大学电子工程学院的影像处理实验室吕宁老师团队随着“深海勇士”号载人潜水器从深海带回珍贵的影像数据，团队研发的“多相机双景拼接系统”圆满完成海试任务。两次下潜作业成功获取了多组高质量和高精度的深海原始勘测图像，是该区域首次全覆盖的海底测绘调查影像数据，为后续算法的迭代优化与技术体系完善夯实了坚实基础。

从2022年项目预研立项到如今成功应用，这支由专家学者和研究生组成的团队，在数年攻关中闯出了一条电子信息服务国家深海战略的新路。

从“插空”到“首潜”：西电人的深海入场券

“我们这次是插空进去的，相当于‘蹭’了一次宝贵的下潜机会”，吕宁这样形容这次海试机会的来之不易。与中国科学院深海所等深耕海洋领域数十年的“国家队”相比，西电团队在深海装备研发领域算是一支“新军”。转机，出现在一次交流中，大家提起了深海探测中视觉设备的痛点——随着国家深海战略的推进，科考任务、搜寻打捞、目标重建等对信息装备的要求越来越高，进口设备定制困难，而国产装备在信息化、智能化方面亟待提升。

“当时觉得或许我们可以试试，之前就做影像这个领域，也有嵌入式工程的经验”，吕宁回忆道。从2022年项目预研立项，到2026年搭载“深海勇士”号下潜，西电人开始向着深蓝进发。

传统深海摄影测量长期面临一个尴尬局面：单相机视野狭窄，科学家若想获取一片海底区域的完整图像，潜水器需反复巡航、大量补拍，既耗时又费力，数据还极易产生冗余或拼接缝隙。吕宁团队提出的解决方案是“多相机双景拼接系统”——将三台高清相机装于特制支架上，一次扫过即可覆盖三倍于单相机的视野，作业效率大幅提升。用吕宁的话说：“潜航员作业时不用把时间都花在摄影测量上，还能同时完成其他任务。”

7月，吕宁带领团队将项目自研设备装配到了“深海勇士”号，期盼已久的应用时刻终于来了。

全景拼接：为深海装上“广角眼”

要让相机拍到尽可能清晰的图像，并在深海里完成“拼图”，远比陆地上复杂得多。

深海装备，耐压是生命线。设备研制过程中，因项目要求耐压指标从4500米提升至6000米。因此透明球罩既要保证极高透光率，又要承受数百个大气压——光学性能最佳的石英玻璃在加压测试中接连碎裂，蓝宝石玻璃造价贵且光学性能差一些，团队花了近三个月才找到兼顾两者的合适材料。

解决了耐压问题，数据如何传回潜器内同样棘手。三台高清相机同时工作，原始高清图片数据量惊人，团队的选择是在潜器外独立解决——设计一个耐压罐体，内置自主研发的嵌入式处理板，在潜器外完成多路图像的实时拼接与初步校正，只将处理后的“宽幅全景图”传回舱内。这样既绕开了带宽瓶颈，也能更快看到广域图像，可以现场判断是否需要补拍，改变了过去“先采集、后处理”的离线模式。

数据处理的问题解决了，但拼接精度的问题又浮出水面。陆地上做图像拼接，通常依赖GPS和惯性导航提供的位姿信息完成几何校正。深海环境则完全不一样。潜水器在海底一旦启动或转向，姿态就会发生微小变化，而潜器传感器传回的位姿数据存在更新延迟和精度不足的问题。“实际水下测试之后才发现，潜器的传感器数据与预期的有偏差，我们只能从图像内容本身重新估计姿态和轨迹”，吕宁说。这意味着团队必须在算法层面补充基于图像特征点的实时校正环节，用图像内容弥补传感器信息的不足——这是纯实验室环境难以预见的挑战，也是系统从“能用”到“好用”的关键一步。

算法之外，系统还要在真实作业中完成工程化的最后一道跨越。在作业现场，三台相机的安装、调试、与潜器其他设备的协同，每一项都是细致活。吕宁带的4位研究生在船上的主要工作就是设备的组装联调、功能性测试、防水密封、绝缘检测、图像拼接及算法优化等，“我主要负责算法优化，我们的拼接算法如果出现拼图局部伪影或者偏差，就要尽快对算法及标定参数进行修正，以确保后续使用时有更好的结果”，团队成员、2023级博士研究生韩振介绍道。

正是从硬件耐压到数据传输、从算法校正到现场工程的全链条打通，这套“深海广角眼”才真正从实验室走向了1500米的海底。

向海图强：科研育人两不误

这次海试不仅是技术验证，更是一堂生动的实践育人课。

对于2025级硕士研究生诸雍烨而言，第一次下潜的经历终生难忘。随着潜水器缓缓下沉，海水的颜色逐渐变化，到大约150米深度时可见光完全消失——“这是书本知识的真实呈现”。到达海底后，冷泉群落出现在眼前，偶有小生物游过，让他感到既神奇又震撼。“当穿上工作服，看到国旗贴在胸前，背上写着‘中国载人深潜’的时候，我的感受非常强烈，能有机会参与到服务国之重器的工作中来，是我的幸运，也让我更加坚定了自己的科研方向”。

在真实的科考现场，诸雍烨和他的师兄师姐们学到的不只是设备操作，科研人员、科学家对待工作的严谨、细致以及集体意识、团队协作，都给他们留下了深刻的印象。

海上科考最残酷的地方在于没有“下次再来”的选项。

设备第一次下水前夜，潜器回收较晚，工作人员检查充电完毕已到凌晨，设备未能提前安装测试。清晨6点多，吕宁和团队成员诸雍烨提前来到潜器旁做下潜准备测试，却发现一个相机连接不上。临近出发，时间紧迫，但现场所有人都沉着有序地排查——最终发现是防水壳上的电源插头导线断裂，他们马上替换上提前准备好的备用件，所有细活一次性成功，设备按时下水。“遇到问题不慌乱，才是一线工程师应该具备的能力和素养”，诸雍烨回忆道。

这次小“意外”让吕宁和同学们对深海作业的严谨性有了刻骨铭心的体会。在深海探测中，每一次下潜都是宝贵的机会，下潜前的检查工作必须要十分细致，所有上潜器的装备都必须有备份，电路、接头、密封圈等等，一样都不能少。

“很多我们以前觉得啰嗦的规矩，在海上都是必须的。哪一个环节你做不到位，都有可能出现问题”，吕宁说，“这就是细节决定成败”。

在科考船上，他们听到最多的是“只有岗位，没有单位”，所有人不分职务高低、不分来自哪个单位，只有岗位的不同，但都要承担辅助作业任务——搬运物资、布放信标、整理缆绳……同学们也参与其中，在真实的科考场景中切身感受了深海探索的艰辛与协作。

这次海试深刻影响了同学们的科研观念。“这次科考让我深刻理解了什么是‘工程约束’，在实验室做实验条件可控，但真实场景环境复杂，会遇到很多预想不到的问题，对心态和基本功都是考验”，团队成员、2023级硕士研究生黄兴贺在结束科考后对吕宁谈起自己的感受。诸雍烨也表示，后续做科研不会只盯着论文指标，会更加考虑实际应用的可行性，树立“面向实际需求做研究”的科研方向。

从一张白纸到成功应用于国家重大深海科考任务，从实验室算法到经受住1500米深海高压与复杂海况的考验，吕宁团队用自主研发的“深海之眼”不仅为海底资源勘探冷泉生态系统研究提供了关键技术支撑，更在惊涛骇浪中书写了西电人向海图强的生动篇章。（通讯员：王格）