本文设计了一种水下机器人,其混合控制系统可以在手动遥控和自动控制模式之间切换。设计这种混合式水下机器人是为了让操作者能够远程遥控并操控其水下运动,从而去探寻用户感兴趣的对象。自动控制系统利用机器视觉来追踪静态目标并与之保持安全位置,可通过超声波传感器进行声学避障以实现安全可靠的水下导航。机器视觉能力是促成这种水下机器人能够自主执行各种任务的根本保障。这是一种智能水下机器人,可以准确识别、定位和完美响应由不同颜色代码和尺寸确定的目标物。在实验室实施了多次水下试验,包括目标物抓取、定位和追踪测试,以进一步说明这种混合式手动遥控和自动控制系统。此外,本文还研究了用于原位观测的水下显微镜。由于在海洋科学研究中存在对特定放大率观测手段的需求,这种系统能够以合适的空间分辨率监测珊瑚和沉积物的生理生态状况。为了达到这种要求,本文设计了一台具有电控可变焦物镜的水下显微镜电控可变焦物镜是本设计的独特之处。通过本文设计的水下显微镜拍摄的珊瑚和沉积物的图像可以揭示出它们的物理、生物和形态学特征。对图像的深入研究还揭示了珊瑚的生长、退化和白化过程的形态变化。对成像性能存在潜在影响的主要因素包括镜头与相机的选型以及照明布置方式。图像去模糊、全局饱和度掩模和直方图均衡算法被用于提取图像特征。初步试验获得了不同放大率的珊瑚和沉积物的显微图像并验证了性能。这台水下机器人和本文设计的水下显微镜可以分别用于探测水生生态系统中的目标物和为底栖生态系统的观测、检测和未来状况预测提供重要的新思路。