海洋浮游生物在整个海洋生态结构组成中起着重要的作用,其生物多样性和生物量对整个海洋生态系统的结构和功能产生重大影响。浮游生物种群结构变化对整个海洋食物链中的生态结构以及传递到深海的有机物质通量都产生重要作用。浮游生物在时空分布的退化,是导致其他海洋生物种群数量下降的一个重要因素。因此,对于浮游生物的生物量、种群结构、群落多样性、地理分布及生理变化的研究,在生态环境保护与海洋资源可持续利用中是非常重要的一环。浮游生物生活在三维立体海水中,对它们的繁殖、生长周期和消亡过程变化的观测需要高空间分辨率和大时间尺度的水下监测技术。传统的浮游动物生物量调查方法采用人工生物拖网采集,然后依靠手工分析、统计,需要花费大量的时间,并且所考察的空间分辨率达几米或几十米,难以满足当今的浮游生物研究需要。水下光学成像监测技术可以提供高分辨率的浮游生物水平和垂直范围内的分布和丰度信息,这无疑提高了水下观测的效率和准确性。本文根据我国水下浮游生物在现场实时可视化监测技术方面存在较大差距的现状,设计了一种海洋浮游生物图像采集系统样机。利用普通变焦镜头和2倍增倍镜加50mm近摄接圈的组合镜头,设计了一个放大倍率为0.759,成像距离为502mm,视场范围为12.5mm×9.5mm,景深为5.7cm的水下成像系统。本文针对海洋水下观测仪器的应用需求,对系统的软硬件模块进行了选型与集成,构建了基于PC/104-Plus总线结构、图像分辨率为1390像素×1037像素、采集速率为15帧/秒、最大功耗为24.96W的嵌入式图像实时采集系统,并对数字图像采集系统性能进行了评估。针对海水的光学特性对水下成像的影响,本文还进行了不同角度的发光二极管光源照明试验,为获取高对比度的浮游生物图像提供了依据。利用所构建的浮游生物图像采集系统,对所研制的样机进行了实验室水槽模拟试验,通过试验验证了系统在水下应用的可行性。本文所设计的水下浮游生物图像采集系统样机,为后续的数字图像分析与浮游生物种类识别与研究建立了基础。