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水下无人机新突破
杜仲/文
有人说,海洋正在变得越来越“透明”,因为无以数计的水下无人机在工作着,让人类对海洋深处的细节了解得更多.这些自身带着电池和摄像头的“水下无人机”,你可以把它们理解成水下机器人,因为它们是全自动的机器；你也可以把它们理解成“水下飞机”,因为它们可以借助水力滑翔,速度可达每秒几米.
一般情况下,水下无人机工作时不涉及信号的传输：它把拍摄到的图像先存储起来,待到它浮出水面后,再让人读取.但如果地面工作人员需要通过它对海底的情况进行实时监视,问题就来了：如何把信号从水下传输到地面？
这个问题或许大出乎你的意料.在生活中,你只要鼠标轻轻一点,国外的网页就打开了,因为你的电脑通过光缆或电缆与全球的网络相连.退一步说,即使没接光缆、电缆,你也可以通过无线信号与远方的朋友联系.对于你来说,信号传输从来不是一个问题.
但水下的情况就大不一样了.首先,水下无人机要在海洋里大范围活动,倘若身上拽根电缆,未免太不方便.其次,它无法用无线电传输信号,因为电磁波很容易被水吸收,在水中不能传远.
大多数水下信号是用超声波来传送的,因为在水中超声波比电磁波能传播更长的距离.但即使这样,水对超声波的吸收也是不可忽视的,这意味着,超声波信号依然很容易失真,尤其是传输像图像那样动辄几百兆字节的大文件,不失真几乎不可能.
为了解决这个问题,一位日本科学家想出一个办法：首先,他在无人机的微型电脑上建立一套超声波图像数据库,数据库里的每个图像都对应一个固定的编码.然后,当无人机拍摄到一幅图片时,先把它分解成1万个独立的小块,再在数据库中为每一小块找出视觉上最相似的图像.前面说了,数据库里的每个图像都对应一个固定的编码,这样,一张原始图片就“数字化”成含有1万个编码的序列,原始图片的数据量被极大地压缩.最后,通过超声波把这些编码序列从水下发送到水面的接收机.接收机收到信号后,让每个编码与数据库中的图像相匹配,重新拼凑出一幅图像.虽然最后得到的图像做不到与原始图像百分之百相似,但对于粗略了解海床的情况也足够了.
举个例子.譬如说水下无人机拍摄到海底的一条鲨鱼,它先在自己的电脑上把图片分解成鱼头、鱼身、鱼尾三个部分.然后跟数据库中事先已储存的某条鲨鱼的鱼头、鱼身、鱼尾对照.譬如说,数据库中鲨鱼的鱼头、鱼身、鱼尾分别对应编码00、01、10.无人机用超声波把编码序列000110传送到接收机.接收机把这一编码序列还原回数据库中那条鲨鱼的鱼头、鱼身、鱼尾,重新拼凑出一条鲨鱼的图片.这样,工作人员就知道刚才水下摄到的是一条鲨鱼,而不是一艘潜艇或者别的什么,虽然他们看到的事实上是另一条鲨鱼.
这项技术将对人类研究海底状况提供巨大的帮助.
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