Designing a Flow-Through Particle Imaging System for Autonomous Surface Vehicles
Abstract
Innsamling av vannprøver er ofte gjort for h˚and, og logistikken rundt innhenting og analyseav prøver kan være en tidkrevende prosess. In-situ partikkelavbilding ved hjelp av autonomeoverflatefartøy og billedtakingsystemer kan redusere tiden til analyse betydelig, ved ˚a utelateprøveinnhentingen. Mange slike billedtakingsystemer er derimot ikke designet for autonome bruksomr˚ader, og tillater lite rom for endring, implementasjon, eller har en høy pris.I denne oppgaven blir designet for et partikkelbilledtaking-system for autonome bruksomr˚aderpresentert. Designet baseres rundt et mikroskop, og en pumpe beveger en vannprøve under etforstørrende objektiv. Et kamera brukes til ˚a ta bilder av vannprøven, og en mørkefelt-kondensertilbyr økt kontrast sammenlignet med konvensjonelle lysfelt-kondensere. Billedmanipulasjonsmetoder benyttes for ˚a fjerne overflødig data, og til ˚a hente ut regioner av interesse i datasettene. Detendelige systemet kan prosessere vannprøver i en fart p˚a opp til 7.8mL/min, og tar bilder med enoppløsning p˚a 3.19µm/piksel. Testing viste at de beste resultatene ble oppn˚ad ved ˚a pumpe vannprøven i en hastighet p˚a 1.95mL/min, og benytte et lysbilde med 0.8mm dybde. Systemet kosterca 1900e. Sammenlignet med PlanktoScope som har en oppløsning p˚a 1.5µm/piksel, samplingshastighet p˚a 1.7mL/min og pris rundt ca 500$, koster systemet mer. Likevel, med rom for fleresensorer kombinert med en mørkefelt-kondenser, tilbyr systemet en mer tilpassbar platform forautonome oppdrag. Acquiring water samples is often done by hand, and the logistics surrounding the sample retrievaland analysis can be a time consuming process. In-situ particle imaging by the use of autonomoussurface vehicles and flow-through imaging systems can significantly reduce the time to analysis, byforgoing the sample retrieval process. Many imaging systems are however not built for autonomousapplications, and offer little room for customization, implementation, or come at high cost.In this thesis, the design of a flow-through particle imaging system built for autonomous applications is presented. The design is based around a microscope, using a pump to move a watersample underneath a magnifying objective lens. A camera is used to take pictures of the sample,and a darkfield condenser offers increased contrast over conventional brightfield lighting used inother systems. Image manipulation methods are applied to remove unwanted data, and extractregions of interest in the data sets. The resulting system can sample at speeds up to 7.8mL/minand capture pictures of suspended particles with a resolution of 3.19µm/pixel. Testing showedthat pumping at speed of 1.95mL/min using a channel slide of 0.8mm produced the best results.The system has a cost of approximately 1900e. Compared to the PlanktoScope with a resolutionof 1.5µm/pixel, sample rate of 1.7mL/min, and cost of 500$, the system comes at a greater cost.However, with room for additional sensors coupled with a darkfield condenser, the system providesa more customizable platform catered to autonomous missions.