极地冰芯内记录着丰富的历史分层信息,是研究古气候的主要途径之一。由于冰芯钻取难度大、周期长,从极地钻取完整冰芯样品弥足珍贵,而现有冰芯分析仪主要以化学和物理方式,对冰芯造成了不可逆的损坏,无法重复利用。因此研究一种既不破坏冰芯结构又能达到分析目的的仪器很有必要。冰芯内含有不同的空气浓度、微粒浓度以及尺寸的差异,在光源照射下,其散射光的强度信息不同,因此对冰芯进行图像采集和光学分析可以获取到有价值的分层信息。本文设计并实现了一种可以记录冰芯剖面的光学扫描设备。通过研究冰芯剖面光学线性扫描技术,对比不同设计方案,确定了系统的整体架构。该系统由机械结构、照明系统、嵌入式软硬件、上位机、图像处理组成。其中嵌入式系统是以STM32F103系列微控制器为核心,外围电路包括系统电源电路、主控电路、串口通信电路、步进电机驱动电路及温度采集控制电路。上位机对轨道进给系统、智能温控系统、照明系统和线性扫描相机进行同步控制。经过反复对相机扫描速度、曝光时长、运动速度、触发延时和照明系统等匹配调试,实现了对冰芯清晰、连续、完整的数据采集。最后将获取到的冰芯图像做进一步的图像处理,提取了冰芯图像的有效区域,并对其光学特征进行提取,记录了冰芯样品灰度二维分布。该系统已在实验室进行了完整的功能测试,验证了其功能性、稳定性。该系统即将跟随中国第36航次南极科考队在南极进行实验,未来将会应用于我国深冰芯钻探工程项目。