“海马号”深海潜水器，是科技部通过863计划支持的重点项目，是中国迄今为止自主研发的下潜深度最大、国产化率最高的无人遥控潜水器系统，达到世界同类深海无人潜水器的技术水平。
“海马号”深海潜水器，是由中国地质调查局广州海洋地质调查局牵头实施，联合上海交通大学、浙江大学、海洋化工研究院、同济大学和哈尔滨工程大学等单位组成的精英团队，经过近6年的研发攻关，研制人员突破了本体结构、浮力材料、液压动力和推进、作业机械手和工具等关键技术，先后完成了总装联调、水池试验和海上摸底试验等工作。
2014年4月中旬，“海马号”无人遥控潜水器在南海中央海盆进行海试，最大下潜深度为4502米，并在下潜的作业试验中，完成水下布缆、沉积物取样、热流探针试验、海底地震仪海底布放、海底自拍摄、标志物布放等多个任务，与水下升降装置联合作业，通过了定向、定高、定深航行等90多项技术指标的现场考核。随后，中国科学技术部发布消息说，中国自主研制的首台4500米级深海遥控无人潜水器作业系统“海马号”在南海通过海上验收，这是中国深海高技术领域继“蛟龙号”之后又一标志性成果。
▲“海马号”深海无人遥控潜水器
在剖析4500米深海潜水器“海马号”的照明方案前，先来了解下深海的环境。
4500米的深海看起来是怎么样的呢？这里简单介绍一下。用阳光透过水体的光线强弱划分：
海洋上层是从表面到200米深的水层，这里的水比较明亮，水里能看清楚海洋生物，大多数的小型鱼类、浮游生物、植物生长在这里；
200米到1000米的水层叫海洋中层，这里的阳光比上层弱，海水呈现出蓝黑色，一些大型的鱼类会在这里生活；
往下到4000米的深度为半深海层，到这里就已经察觉不到一丁点阳光了，伸手不见五指，周围漆黑一片；
4000米以下就是深海层了，这里更加漆黑，在这里生活的鱼类几乎都有发光器官，所以它们能在没有一点光亮的环境中活动和觅食。
“海马号”的下潜深度4500米，根据分层，这个深度已到达了没有一点光的深海层，要在这样的情况下作业，优秀的照明设备显得无比重要。
安装在深海潜水器上的照明设备，首当其冲是要解决好灯具的抗压防水，这一块属于潜水器结构设计工作范畴，暂不列入本文叙述内容，本文重点对“海马号”深海无人潜水器照明设备的灯光方案予以剖析。
潜水器的灯光是在深海中使用，光是在水中传播，解决海水对光的影响，尽量达到光在空气中照射的效果，这就是“海马号”无人潜水器灯光方案的重点与难点。
“海马号”在照明灯具类型上，最初选择了传统的卤素灯，在反复对比后，最终确认采用LED灯具。再经过层层筛选与评审，TOYONIA（東洋）COB光源凭借极高的可靠性与出众的性能成功入围，成为“海马号”深海潜水器照明灯具唯一指定的LED光源产品。
笔者有幸请教TOYONIA（東洋）中国华南区负责人罗建华先生，回顾了当年“海马号”照明方案（部分）的制订历程。
如何应对海水对光造成的衰减
与光在空气中传播时被大气分子吸收及散射造成的损失相比，光在海水中传播时，会受到强烈的衰减。主要原因是水分子对光的吸收及水分子对光的散射远超过大气分子，其次与水的质量相关，海水中所含的其他物质也会对光产生吸收与散射。所以普通强度的光，在深海中，照射距离都很短。
1.确定光的波长与色温
光在水中的衰减系数还与光的波长相关，经过测试分析，发现大部分波段的光在水中的衰减都很大，紫外和红外波段的光在水下基本无法使用。在可见光波段，只有波长在480±30nm波段的蓝绿光在水中的吸收衰减系数最小，穿透能力最强，故常称该波段为“水下窗口”。
例如：490nm和694nm波长光波的衰减长度分别是11m和2m，说明蓝光比红光在水中的传输性能要好很多。
综合多方面的因素考量，经过多次测试论证，最终确认选择4500K色温的LED COB做为“海马号”无人潜水器照明灯具的光源。
2.确定灯光照射方式及灯具功率
根据“海马号”工作时对照明的需求，将照明灯光分为两组，一组是大面积照射，用于照亮潜水器前方5m范围内，满足遥控潜水口移动操作视线需求，为水下摄像提供基础照明。另一组是重点照明，用于照亮局部区域，满足分辨具体物体视线及高清摄像对光的需求。
基础照明的灯具安装在“海马号”前端顶部，左右各一盏，每盏灯具应用三个 TOYONIA Y6P COB 光源模组。单盏灯具功率200W，光束角60D，重点照明的两盏灯具安装在“海马号”前端中上部，每盏灯具应用了三个 TOYONIA Y5K COB 光源模组，单盏灯具功率在80W，光束角12D。
为了尽量降低海水对光的衰减，灯具采用了多点出光，分别控光，并加大单灯功率。
如何解决深海中海水对灯光照射效果的不良影响？
1.解决海水对光束形成的后向散射
光在与传播方向相反方向的散射称为后向散射。相对于空气，水下传输光束的后向散射更为强烈。灯具照射功率越大，后向散射越强，入射光束角越大，后向散射越强。
强烈的后向散射光不仅造成光的衰减，还在灯具照射反方向形成强烈眩光，严重影响摄像及检测等光感仪器的工作。“海马号”是无人潜水器，所有操作都靠仪器识辩，所以必须克服光的后向散射对机器的影响。
解决方法：
1）选择高密度 COB光源，加大灯具流明密度，减少光的散射
2）灯具加装滤片，适当控制灯光后向散射的整体偏向
3）将灯具与仪器分开放置，在不影响摄像仪器拍摄的前提下，将灯具入射角与仪器接收角错位。
4）在产生强烈后向反射时采用距离选角技术。
2.海水对光色品质的影响
基于海水的光学性质及海水中所含的悬浮物质，导致同样光色的灯具在海水中照射同件物体时，与在空气中呈现的效果会有差异，为了尽量真实反映深海中景象，延续人的视觉对物体色彩的感视习惯，“海马号”深海潜水器的照射灯光光色在测试过程中进行了反复修正。根据海水对光的偏振方向，调整光色中的能量分布及其他参数补偿海水对颜色造成的视觉误差，尽量接近人在空气中对物体色彩的判断习惯。这个修正过程工作艰巨且涉及未公开的技术，只做简单概述。
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“海马号”是我国首台4500米级的无人深海潜水器，它的应用技术、结构模块、控制系统都在与时俱进的优化，照明方案也不例外，在相关技术团队不断辛勤付出的努力下，相信我国深海潜水器的发展必将有更大突破，在此，向奋战在各个领域的科学研究人员致敬。
*注：本文谨代表作者独立观点，不代表云知光照明微课堂立场。返回搜狐，查看更多