光电信息处理技术精选(九篇)

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第1篇：光电信息处理技术范文

关键词：光电信息科学与工程；人才培养；教学改革

一、研究背景

光电信息产业是21世纪最具发展潜力的产业，随着合芜蚌自主创新产业示范区的建设和发展，安徽光电产业迅速发展，从而使光电专业技术人才需求快速增加。特别是生产加工类企业，对具有光电专业背景、熟悉光电原理和行业发展的技术管理人才需求旺盛。随着地方高校向应用型转型发展，对比企业对光电人才需求的状况，以前的培养方案存在与就业市场脱节，重视理论及系统性，实践教学环节薄弱，对学生的实践能力、应用能力和创新思维培养不足。为了解决以上问题，近年来，在广泛调研的基础上，借鉴兄弟高校的成功经验、认真吸取企业的建议、接受光电教指分委指导，逐步明确专业培养目标及建设思路，初步形成有特色、能满足地方光电企业人才需求的人才培养方案。根据市场需求，确定了“光电子技术”、“光通信与信息处理”两个专业方向，构建分层次、模块化的“平台”+“模块”式课程体系。建设了基础实验、专业实验、综合课程设计及企业实习等实践教学体系。

二、应用型人才培养模式改革的实践

（一）合理定位，优化课程体系

地方高校光电信息科学与工程专业主要培养适应光电信息类企业需要的应用型技术人才，以适应光电信息产业的快速发展。以培养企业需要的应用技术人才为培养目标，校企合作修订了2015级人才培养方案和教学大纲。课程体系分为公共基础课、专业基础课、专业课、专业方向课和专业选修课5个层次。在新的培养方案中，保证数理基础的前提下，适当合并调整压缩了物理理论课程，增加了应用型课程的比例，加强了实践教学环节。主要开设了，光电信息物理基础、物理光学、应用光学、信息光学、模拟电子技术、数字电子技术、激光原理与技术、光电子技术，光学系统设计、光纤通信原理、传感器原理与应用、数字信号处理，单片机原理等。

（二）加大实验室建设投入，强化实践教学

学生的实践能力、应用能力需要有良好的实验教学条件的保障，用好现有中央财政支持地方高校建设项目、安徽省高等学校振兴计划项目支持实验室建设。2013年光电信息科学与工程实验平台建设获批中央财政、支持地方高校建设项目，同年获批该专业获批安徽省振兴计划新专业建设项目。在大学物理实验中心的基础上，独立设立了光电信息科学与工程实验中心。从2012年至今，依托项目资金等共计投入760多万元用于购置各类光电仪器设备，组建了基础光学、激光原理与技术、光电子技术与检测、光通信与信息处理技术4个实验分室，建设了光学系统设计与制作、光电创新设计2个实训室。经过4年的实验课程建设，逐步形成了较为系统的、先进的、开放的实验教学环境。1.有机整合、独立开课，构建模块化实验教学体系。打破基础实验、专业基础实验、专业实验独立分块，实验从属于理论的传统实验教学体系，将光电信息科学与工程专业教学计划中的实验组成一个有机整体、独立开课，构建模块化实践教学体系。[2]如独立开设了基础光学实验、光电子技术实验、光通信与信息处理技术实验、激光原理与技术实验及课程设计等。2.改革教学内容，优化基础实验，增加综合性、设计性实验。光电信息科学与工程专业的实验教学在整合基础实验、独立开设模块化实验课程的同时，开设足够的高质量的综合性、设计性的课程设计项目，课程设计的内容与工程、社会应用紧密联系，开设有光学系统设计、光通信原理课程设计、光电检测课程设计等，通过课程设计培养学生的实践能力和综合应用能力。通过暑期小学期实践教学，积极引进企业工程技术人员，结合企业生产项目，实施暑假实践教学，使实践教学真正贴近企业，贴近市场。

（三）设立大学生创新实践计划，鼓励学生参与各种竞赛活动

学校积极实施因材施教的探索，在人才培养方案中设立了大学生科技文化与创新创业学分，设立大学生创新创业计划项目，学生自愿报名组队，在指导教师的指导下，完成创新创业项目。学校积极支持学生参加课外科技实践及竞赛活动，学生在全国挑战杯大学生创新创业大赛、全国大学生数模竞赛、电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛、全省大学生物理实验竞赛、及学校组织的光电设计竞赛中都取得较好的成绩。学生通过竞赛，提高学生专业学习兴趣，明确学习目标和方向，促进了学习积极性和主动性，提高学生分析问题和解决问题的能力、实践能力和综合素质，[3]从而也提高了人才培养质量，提高毕业生就业竞争力。

三、思考与建议

光电信息科学与工程专业建设和人才培养是一个长期的过程。我们在4年的建设实践中，有教训也取得了一些经验，培养光电企业真正需要的应用型人才，创新应用型人才培养模式是我们必须思考和研究的重要课题。首先，科学合理地设计和更新教学内容，淘汰过时的内容，将企业生产的实际问题与理论结合，特别是体现在专业课程的教学内容、实验教学项目、课程设计及各类设计、光电设计竞赛的项目上。其次，建设具有特色的专业实验室，建设好校内实习实训基地；建立稳定企业实习基地，推进实验及实训的项目化教学，通过企业技能学习，有助于提高学生的实际操作水平，培养学生实际应用能力，有利于学生针对就业岗位针对性学习，提高就业竞争力。第三，存在的问题和不足。专业设计软件的熟练使用也是企业技术人员的重要方面，而我校利用课程教学、暑假实践等对学生进行了单片机类教学，Matlab仿真等软件课程教学，但还缺少光学系统仿真设计等训练。因此，我们进一步建设光电仿真设计实验室，将加强学生专业设计软件使用能力的培养。同时，我们在2013级人才培养方案中增加了科技创新学分部分，以强化实践与科技创新能力的培养。光电信息科学与工程专业建设和人才培养模式的探索是一项长期工作。校企合作，创建以能力为中心的人才培养模式，注重提高学生的综合素质，培养学生综合应用能力，必然会培养更多适应社会、企业需求的光电技术应用人才。

参考文献：

[1]张海明,尚可可,等.地方高校工程应用型光电信息科学与工程专业人才培养的探索与实践[J].物理与工程,2015,(2).

[2]谢嘉宁,陈国杰,等.地方高校光信息科学与技术专业的建设与思考[J].中国校外教育,2010,(08).

第2篇：光电信息处理技术范文

【关键词】 频谱监测 光电自适应 通信技术

频谱监测系统能够对背景噪声实施动态测试，随时检测电磁环境，保证了通信的可靠性。以光纤作为主要介质，电缆作为备用介质，设计出体积小、重量小，能够实现链路自动切换的系统就显得十分必要。

一、光电自适应通信技术的特性

光电自适应通信系统中同时连接电缆和光纤，通过物理层来调整首选通信介质。通常情况下以光纤作为主选通信介质，电缆为备用。如果光纤链路出现问题，物理层的接口设备能够根据检测到的信号情况识别出故障，进而自动将通信链路转接到电缆上。同样，可以将电缆作为主选通信介质，其自动切换的原理相同。这样，光电自适应拥有两套链路，而且实现自动切换，保证了通信的可靠性。

二、光电自适应通信系统硬件设计

1、光以太网物理接口设计。光以太网接口的功能是由光收发器实现的，完成光信号与电信号的相互转换，这种传输是透明性质的。光收发器在发送信号时，首先将电信号进行转换，变成光信号之后发送出去。光信号传回到光接收端口后，同样会被转变为电信号，此时光收发器会显示信号有效，表明接受到的光信号是有效的。光收发器在接受以及发送信号时采用的是独立的光纤，标准的1X9封装，激光波长根据系统的需要采用了1310nm，数据串行速率设计为1.25Gb/s，采用FC螺纹接口对机械进行连接，能够保证连接的可靠度。光收发器使用的是LVPECL电平的对外接口，与使用CML电平的电接口控制器芯片88E1112相连，要针对两种不同的电平进行信号匹配设计。芯片与光收发器之间的电路如图1所示。在该电路当中，采用的是交流耦合电容，输入信号的电平由上下拉电阻根据LVPECL电平的标准进行调整的。当信号从收发器传递到芯片时，LVPECL的信号负载则由发送端的下拉电阻提供，信号线上的电容采用的是交流耦合形式。

2、电以太网物接口设计和控制器选择。在电以太网接口设计中使用的是10/100/1000M以太网模型，借助通电连接器，实现4对以太网收发信号与网络隔离变压器之间的连接，信号通过网络隔离变压器传输给电接口控制器，进而实现协议以及物理层信号之间的转换。在选择电接口物理层接口控制器时，考虑到频谱检测系统的工作要求，并且实现硬件和软件设计简化的目的，采用了88E1112，它具有比较特殊的光电介质自适应检测功能，其内部电路能够对电接口以及光接口的两种信号能量进行监控。在工作中，如果检测到电接口有信号能量，则会通过电网络进行数据传输，当检测到有光信号能量时，又能够通过光纤进行信号的发送和接收。

三、光电自适应软件设计分析

1、电接口物理层接口控制器初始化分析。该控制器的初始化软件操作过程中，内部有两组独立的寄存器分别对光接口以及电接口实施控制，通过设置进而得出应该使用的寄存器。通过在高温以及低温下的测试和实际的运用情况，调整对PHY传输到MAC的差分电平范围。

2、频谱检测系统工作过程。频谱检测设备对命令信息的控制主要通过以太网接受上位机，进而得到设备的信号频率信息、带宽信息等有关参数，对中频率模拟信号数字化处理，经过变化的中频信号传入到信息处理设备中断后，系统会依据信号带宽进而选择是否进行下变频。当下变频后，频谱分析该数字信号，并且处理数字信号，借助光电自适应以太网得将出的结果传递给上位机，进而实现上位机对信号的分析和处理。借助频谱检测设备，根据得到的信号结果，上位机会对电子环境的实时使用状况进行判断，进而通过引导，帮助无线电定位系统有效识别和定位特点频率信号。

四、结语

在机载环境下，频谱检测系统对通信安全、通信设备的体积以及重要有一定要求，将光电自适应通信技术运用到频谱检测系统当中，不仅大大简化了系统电路设计，而且有效地提高了信息传输的可靠性，设备的重量和体积也减小。

参 考 文 献

第3篇：光电信息处理技术范文

【关键词】视频图像 火灾报警 感烟探测器

中图分类号：U260.4+23文献标识码： A 文章编号：

一、纺织生产厂房的生产工序及环境特点

纺织厂的工序分为：清花梳棉并条粗纱细沙络筒包装等工序；

车间消防特点：

人员相对密集：纺织行业是典型的人员密集型产业。

原料易燃：棉纺企业生产中大部分原料的燃点都很低，极易引起火警。如棉花的燃点为210℃，处于松散状态的棉纤维为150℃。

尘絮大量集聚：纺织企业在清花、梳棉过程中，会产生大量的花絮、棉尘等，随着车间气流四处飘散，积聚在横梁上、夹层内，甚至是墙面上。而积聚的纤维、花絮、棉尘导热性较差，热量难以散发，一旦遇到火星、火苗，就会迅速燃烧。

火灾时会产生大量烟雾：大量棉、纱及包装用的塑料包装物等物品燃烧时，会产生大量烟雾和有毒有害气体，主要为NO、NO2、CO、SO2等，灭火难度大。

附图1：某纺织厂房布置平面图

二、火灾报警系统的选型

1、点型光电感烟探测器

点型光电感烟探测器一般适用于饭店、旅馆、教学楼、电子计算机房、通讯机房、办公楼的厅堂、卧室、办公室书库、档案库等相对比较洁净的场所，如果有大量水汽滞留、可能产生腐蚀性气体、气流速度大于5m/s、相对湿度经常大于95%、在正常情况下有烟滞留的场所不宜选用感烟探测器。

纺织生产厂房不适宜用光电感烟探测器，原因如下：1）纺织厂内有大量的粉尘和飞絮，点型光电感烟探测器容易被棉尘堵塞, 造成探测器失灵或误报, 大部分同类厂都有此现象发生, 所以需定期取清洗、 维护。2）大部分棉纺企业采用“中央空调”对车间的温度和湿度进行控制，厂房内基本上都用石膏板吊顶，吊顶上是技术夹层，因厂房内的温度底下高顶上低，导致在吊顶上产生冷凝水，特别是在冬天最容易出现，这就使感烟探测器内进水，使设备损坏以及信号线绝缘阻值得不到技术要求，导致系统瘫痪。

2、线型光束感烟探测器

线型光束感烟探测器，利用红外线组成探测源，利用烟雾的扩散性可以探测红外线周围固定范围之内的火灾，线型光束感烟探测器通常是由分开安装的、经调准的红外发光器和收光器配对组成的；其工作原理是利用烟减少红外发光器发射到红外收光器的光束光量来判定火灾，这种火灾探测方法通常被称做烟减光法，红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。

该探测器的主要优点有两点：一是成本低，调试时间少；二是布线费比前二种型式减少一半，主要是因为其探测单元和反光板之间没有电气连接线。所以，特别适合保护古建筑，不仅育利于古建筑的美观，而且还安装简单，其需对收发光器探测单元进行谓准，这一点对于极高而又不易进入的安装现场来说，是个极大的优点。它还具有误报少的优点，因为反光板有个极宽的光束接收角(士10%)。它还具有自动补偿功能，即使在到达信号探测单元的信号量发生变化时，探测器仍能正确工作。

线型光束感烟探测器适用场所：1）无遮挡的大空间或有特殊要求的房间，宜选择红外光束感烟探测器。2）符合下列之一的场所，不宜选择红外光束感烟探测器： 有大量粉尘、水雾滞留； 可能产生蒸气和油雾； 在正常情况下有烟滞留；3） 探测器固定的建筑结构由于振动等会产生较大位移的场所。

线型光束感烟探测器在纺织厂房使用的局限性：

1） 由于纺织生产厂房内有大量棉尘，容易造成误报。2）厂房内机器运转震动很大，容易造成发射器因长期震动使方向发生偏移，导致故障，维护比较困难。

3、空气采样系统

空气采样系统包括探测器和采样网管。探测器由吸气泵、过滤器、激光探测腔、控制电路、显示电路等组成。吸气泵通过PVC管或钢管所组成的采样管网，从被保护区内连续采集空气样品放入探测器。空气样品经过过滤器组件滤去灰尘颗粒后进入探测腔，探测腔有一个稳定的激光光源。烟雾粒子使激光发生散射，散射光使高灵敏的光接收器产生信号。经过系统分析，完成光电转换。烟雾浓度值及其报警等级由显示器显示出来。主机通过继电器或通讯接口将电信号传送给火灾报警控制中心和集中显示装置。

纺织生产厂房不宜采用空气采样系统：最主要的原因是厂房内有大量的纤维飞絮，由于空气采样系统是通过主动吸气完成对烟雾的分析，采样孔孔径很小，在2mm~5mm之间，所以空间中的飞絮极易堵塞采样孔，使系统失灵。

4、图像型火灾安全监控系统

图像型火灾安全监控系统是九十年代中期兴起的通过视频图像探测火焰和烟雾的一种新型的智能火灾探测系统，本人经十多年现场经验，认为该系统有效解决了纺织生产厂房的火灾探测。

三、图像型火灾安全监控系统的原理及特点

探测部分

线型光束图像感烟火灾探测器（又称光截面探测器）采用光截面图像感烟火灾探测技术，在探测方式上属于线型光束感烟火灾探测器。它可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，不需要准直光路，具有一个接收器对应多个发射器的特点，能分辨发射光源和干扰光源，具有保护面积大、响应时间短的特点；同时具有防尘、防潮、防腐蚀功能。线型光束图像感烟火灾探测器可以广泛应用于在发生火灾时产生烟雾的场所，如烟草企业的烟叶仓库、成品仓库，纺织企业的棉麻仓库、原料仓库等，也可使用于环境恶劣的场所。

因纺织生产厂房火灾时产生的是大量烟雾，所以图像型感火焰探测器就不做介绍。

控制中心部分

控制中心部分一般设置在消防控制室内，包括信息分析处理设备，视频处理设备（图像切换、显示、记录设备），以及火灾报警设备。该部分主要实现监控现场的信息分析、火灾信息提取、火灾报警等功能，在使用双波段图像火灾探测器的系统中，还可以同时实现图像监控功能。

火灾探测报警：

前端探测器所采集的现场信息通过视频同轴线缆（或其它图像传输设备）传回控制中心，经视频分配器，将每路信息分配成两路：一路送给视频切换器，一路送给防火并行处理器。

视频切换器把各路现场信息以循环切换的方式传送给信息处理主机，由主机进行巡检；防火并行处理器对每一路现场信息作并行实时处理，一旦检测到火灾信号便向信息处理主机发出预警信号；信息处理主机优先对预警信号进行确认。巡检与并行处理相结合为及时发现、准确报警提供了可靠保证。

可以根据实际被防护场所的火险等级不同，现场设置防火灵敏度。

对确认为真实火情的信息，由信息处理主机发出报警信号，自动声光报警；自动显示对应报警区域的现场图像，并自动启动录像机进行记录；值班员通过现场图像和对讲电话指挥扑救和疏散，并通过联动控制台启动消防联动设备；在无人状态下，主机按设定程序自动启动消防联动设备。

图像监控方面：

该部分功能与闭路电视监控系统基本相同。

在使用了双波段图像火灾探测器的系统中，由双波段图像火灾探测器采集的彩色（或红外）视频信号经视频同轴线缆（或其它图像传输设备）送回控制中心，经视频处理设备（画面分割器、矩阵切换器等）送至图像显示设备（监视器等）、图像记录设备（录像机或硬盘记录仪）及信息处理主机显示器上，实现图像监控功能。画面的选择、控制由信息处理主机实现，也可以由矩阵切换器实现。

第4篇：光电信息处理技术范文

本书将从物理、技术和设备操作方面对使用硅及相关合金制备的光子器件进行概述，包括以下内容：1硅光子学概述，从介绍VLSI的发展过程以及存在的问题出发引出本书将要讲述的内容；2硅的基本性能，介绍了硅能带结构、状态密度函数和杂质，并讲述了硅基异质结和异质结构的性质；3量子结构，对量子阱、量子线和点、超晶格、Si基量子结构进行了讲述；4光学过程，主要讲述了半导体中相关光学过程基本理论，包括光学常数、基本概念以及光吸收、发射等理论；5量子结构中的光学过程，主要讲述量子井、量子线和量子点这些纳米结构中的光学过程的基本原理；6硅光发射器，主要讲述了半导体发光基本原理，以及具体半导体光发射器，并对激发光发射进行展望；7硅光调制器，主要讲述了光调制相关的一些基本物理效应以及硅的电折射效应和热光效应，介绍了光调制器一些特性以及相关的光、电结构，最后讲述了高带宽光调制器；8硅光电检测器，介绍了光电检测器原理以及重要性质，讲述了一些具体的光电检测器；9拉曼激光，主要讲述了拉曼激光的概念、简化理论、硅的拉曼效应，并对拉曼系数进行了介绍，最后具体讲述了一种连续波拉曼激光；10导光波导言，介绍了光导的射线光理论以及反射系数，讲述了集中具体的波导：平面波导模型、光导波理论、3D光波导，最后讲述了波导损耗、波导与光器件的耦合；11平面波导器件原理，讲述了平面波导耦合模型、直接耦合器、分布式布拉格反射镜，并具体讲述了一些平面波导器件；12用于密集波分复用系统的波导，主要讲述了阵列波导光栅的结构、工作原理和特性，介绍了提高阵列波导光栅性能的方法，列举了具体应用；13制备工艺及材料系统，主要讲述了光电子器件制备的主要工艺及材料处理方法。

本书描绘了硅光子学器件的基本工作原理和结构，并深入讲述了硅光子学现在发展以及展望了硅光子学未来，可以作为高等院校高年级本科生和研究生的教材和参考书，也可作为半导体光子学、光电集成、光电子器件、信息网络系统、计算机光互连及相关技术领域的科研人员、工程技术人员的参考书。

作者M. Jamal Deen是加拿大McMaster大学的教授， IEEE Transactions on Electron Devices的编辑，Fluctuations and Noise Letters的执行编辑，加拿大皇家学会会士，加拿大工程院院士， IEEE院士， 美国物理学会会士。他目前的研究领域是：微米纳米电子学、光电子学及其在生命和环境科学中的应用。

第5篇：光电信息处理技术范文

关键词 高分辨率图像 CCD 处理流程 PACS

科学研究和统计表明，人们通过视觉系统所获得的信息量大约占所有信息量总和的75%，这足以让人们重视到图像对于信息的处理是多么的重要。随着计算机技术的发展，为了能对图像进行加工和处理，数字图像技术出现了许多有关的新理论、新方法、与新设备。其中，高分辨率图像处理技术就是较为引人注目的领域之一。

电荷耦合器件CCD是一种金属--氧化物--半导体结构的新型光电转换器件。它能储存由光产生的信号电荷，当对它施加特定的时序信号时，其储存的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。由于它具有几何精度高、稳定性好、噪音小、非接触性检测和光谱响应范围宽等优点，因而在图像传感和信息处理等方面应用广泛，发展非常迅速。本文主要讨论以CCD相机作为图像输入的高分辨率图像的处理流程。

一、图像的采集原理

对于一幅彩色图像，无论其光谱分布如何，都可以分解成红、绿、蓝三幅单色图像，然后利用光电变换和电子束扫描把每一幅单色图像分解成像素并顺序传送，从而得到与三幅单色图像各象素亮度成比例的红、绿、蓝三基色电信号，在接收端利用这三基颜色电信号分别控制三个电子枪的束电流，轰击三色荧光粉，得到彩色的重现。这就是彩色图像的采集原理。

二、图像的传输与压缩

远程医疗系统的通信介质选择要兼顾到费用与宽带的成本效益关系，带宽越宽，传输速度越快，网络容量越大。决定网络通信的条件因素是，需要传送的信息量，文件的平均大小，必须返回的时间，以及高峰时间的信息流量。通信宽带与信息量之间的矛盾，可采用图像压缩技术予以解决。

在获取数字图像后，通过局域网或广域网将图像直接传到工作站进行阅读诊断，或传送到图像服务器进行存贮管理。

一幅数字图像保存在计算机中要占用一定的内存空间，这个空间的大小就是数字图像文件的数据量大小。图像中的像素数量越多、图像深度越大，则数字图像的数据量就越大。为了获得与有效远程医学服务相适应的传输速率和降低文件贮存空间，远程医疗在传输上需采用图像压缩技术。目前公认的图像压缩标准是JPEG和MPEG，分别适用于静止图像和动态图像的压缩编码。JPEG不仅可以压缩数字X线图像，而且适用于CT、MRI、DSA及超声等一切灰度图像或真彩图像的压缩，并能获得满意的放射学压缩图像。最新的静止图像压缩标准是基于小波变换的JPEG2000标准，已在高分辨率图像压缩方面的到了成功的应用。

三、图像的显示

由于图像信息是由人眼来获取和感应的，因此研究线性视觉感知，需要在图像显示处理中充分考虑人眼的视觉特性。人眼对亮度的敏感度是非线性的，人眼在对明处的对比敏感度比在暗处高，即人眼在亮处能分辩出相对更小的亮度变化。显示器是远程医学的一个重要组件，决定了对图像的显示能力，关系到远程医学的应用效果。从物理角度，选择显示器和显示卡要充分考虑空间分辨率亮度范围、刷新频率等物理特性。对显示的图像要注意保真度、信息性和吸引性。图像保真度，可以用空间分辨率、灰阶度、亮度/对比度、信噪比等参数表述。图像信息性，可以用诊断上的重要特征或特性的可视性，或一些特定异象的可探测性来表示。图像吸引性与显示图像的美学属性有关，如彩色图像的色彩逼真度等。

四、图像的质量控制

由于远程医疗包含了图像采集、处理、显示等多个步骤，其中每个环节都可能引入误差，导致画面质量退化，影响诊断的准确性。因此，必须有一套严格周密的质量控制制度定期对整个环节及单个组成设备进行质量控制，以确保系统始终保持在一定水平。鉴于远程医疗涉及诸多复杂的人机互动，操作者的细小误差都可能影像诊断结果，故有必要加强对操作人员的技术培训和考核，培养在显示工作站上读片的习惯与技巧，避免因主观因素造成误差，以保证远程医疗的运行质量。

五、图像的存贮与管理

远程医疗中图像的存贮与管理，主要依赖于PACS以现实无胶片化运作。PACS是一个对图像数字信号进行采集、存贮、传输、管理等综合信息处理的应用系统，通过DICOM的开放性与互联性作用，能使图像在PACS之间，PACS与数字成像设备之间，以及不同的数字成像设备之间进行交换。PACS是远程医疗不可缺少的一部分。PACS系统是应用在医院影像科室的系统，主要的任务就是把日常产生的各种医学影像（包括核磁，CT，超声，各种X光机，各种红外仪、显微仪等设备产生的图像）通过各种接口（模拟，DICOM，网络）以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用，同时增加一些辅助诊断管理功能。它在各种影像设备间传输数据和组织存储数据具有重要作用。

六、总结

目前，远程医疗技术已经发展到利用高速网络进行数字、图像、语音的综合传输，并且实现了实时的语音和高清晰图像的交流。如何有效的处理高分辨率图像，为现代医学技术应用提供更好的保障，是医疗信息处理工作的重点。而高分辨率图像严谨的处理流程则是重中之重。

第6篇：光电信息处理技术范文

5G信道编码技术

静止和移动场景、短包和长包场景的外场测试增益稳定性能优异，与高频毫米波频段上的组合测试实现了高达27Gbps的业务速率。5G要实现的10Gbps甚至20Gbps的峰值速率、千亿的连接、1毫秒的时延能力，必须以革命性的基础技术创新来提升网络性能。

高效信道编码技术以尽可能小的业务开销增加信息传输的可靠性，信道编码效率的提升将直接反映到频谱效率的改善。构造可达到信道容量或者可逼近信道容量（Shannon限）的信道编码方法，以及可实用的线牲复杂度的译码算法一直是信道编码技术研究的目标。

芯片光传输

频宽密度增加10至50倍研究

半导体技术的精进让芯片可执行更多运算，但却无法增加芯片间通讯的频宽。目前芯片传输所消耗的功率已超过芯片功耗预算的20%，这项新技术在低功耗的情况下改善一个数量级的芯片通信频宽，替目前面临瓶颈的电晶体技术立下新的里程碑。使用光学元件进行芯片到记忆体的传输将可降低功耗并增加时脉，未来还可能协助达到百万兆等级（Exascale）的运算。

光子神经形态芯片

利用光子解决了神经网络电路速度受限这一难题。神经网络电路已在计算领域掀起风暴，科学家希望制造出更强大的神经网络电路，其关键在于制造出能像神经元那样工作的电路或称神经形态芯片，但此类电路的主要问题是要提高速度。

光子计算是计算科学领域的“明日之星”，与电子相比，光子拥有更多带宽，能快速处理更多数据。但光子数据处理系统制造成本较高，因此一直未被广泛采用。

所以这将开启一个全新的光子计算产业，硅光子神经网络可能会成为更加庞大的、可以扩展信息处理的硅光子系统家族的“排头兵”。

利用城市现有光纤

实现远距离量子传输技术

这是首次在现有的城市光缆中实验量子传输。此前研究人员仅仅能够在实验室环境下实现这一距离的量子传送，通过量子传送的方式可以实现加密信息的绝对安全传输，其允许信息发送者将“无形信息”发送给接受者，而在量子网络上是无法实现信息拦截的。

在实验室外进行量子传输，涉及到一系列问题，是一个全新的挑战，该实验克服了这些问题，是未来量子互联网发展的一个重要里程碑。

光纤传输技术

可供全球48亿人通话

随着AR/VR、4K高清等技术不断涌现，在互联网+、物联网、大数据、云计算、智慧城市等多个产业领域都依赖海量数据的高速传输，这就需要底层的信息高速公路越宽越好。多芯单模技术，就好比在一根光纤中开辟了多条并行道路，让总运力大为提升。

芯片到芯片通信技术

该项目引入硅光电技术和WDM作为提升容量、降低功耗的路由机制，将分别在光引擎级和板级实现1.6Tb/s和25.6Tb/s的吞吐量。在服务器机架设计中采用芯片到芯片通信是目前高端服务器产业发展的热点，可以有效增加数据吞吐能力，并减少物理空间、网络复杂度、开关及线缆的用量和能耗。

最高密度光纤传输技术

这一研发打破了光纤芯线的传输容量界限，在全球范围内开展起来。但若考虑实际可利用的光纤直径的上限和芯线弯曲度分布控制性等问题，不仅芯线数量增加，如果模块数量增加的话，1根光纤超越50个隧道相对比较困难。

NTT等公司将通过这项研究，随着今后数据通信量的增加，多贝脱比特处，其1000倍的检测点方面也可满足信赖性较高的光纤，实现道路的开通。此次研l的光纤，将于2020年推向实用化，在持续增加的数据通信需求方面，有望持续满足光纤传输基础。

光子集成多光子纠缠量子态以及片上光频梳研究

此次研究在Si3N4微环内成功实现了可见光光频梳，得到跨越S-C-L三个通信波段的频率间隔为200GHz的纠缠光子对。这在大规模集成的片上纠缠光子源已成为量子应用技术发展的迫切需求。

该研究开创了片上产生和控制复杂量子态的时代，并提供了一个可规模化集成的光量子信息处理平台。该工作是继片上并行预报（Heraled）单光子源和片上交叉偏振纠缠光子对之后在光子集成片上量子光学研究上的又一重要进展。

光纤传输速率突破1Tb/s

2016年10月，诺基亚贝尔实验室、德意志电信T-Lab实验室以 及慕尼黑工业大学（TechnicalUniversityofMunich，TUM）在一次光纤通信现场试验中，通过一项新的调制技术，研究人员达到了前所未有的传输容量和光谱效率。当可调传输速率随着信道情况和通信量需求而进行动态适应的时候，光网络的灵活性和性能可以得到最大化。

作为安全保障的欧洲路由技术（SafeandSecureEuropeanRouting，SASER）项目的一部分，这个在德意志电信已经部署的光纤网络上进行的实验达到了1Tb/s的传输速率。PCS新调制方式的试验，在给定的信道上达到更高的传输容量，显著地改善了光通信的光谱效率。PCS聪明地以相比于小幅度的星座点更低的频率来使用那些具有大幅度的星座点来传输信号，这样平均来讲对于噪声和其他损伤具有更好的适应性，这使得能够对传输速率进行调整以完美地适应传输信道，从而得到30%的容量提升。德意志电信提供了一个独特的网络基础设施来评估和演示类似此类的高度创新的传输技术。将来它还将支持更高层级的测试场景和技术，并在已经铺设的光纤基础设施上增加容量、覆盖距离以及灵活性。

基于LED实现610Mbps单路实时传输

2016年1月，中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室主持的北京市科技计划课题“室内高速可见光通信系统收发器件与越区切换技术研发”宣布已按计划完成。

第7篇：光电信息处理技术范文

关键词：光信息处理；偏振复用；全光再生；波长变换；高非线性光纤

为了满足P比特级光交换网络的需求(包括高传输容量、可变传输比特率、不同调制方法、不同复用和解复用形式等)，同时保障数据的安全可靠、高速多维(包括多波长一信道、多偏振态)，光信息处理无疑是关键技术之一。目前的光信息处理方式分为电信息处理和光信息处理两种。电信息处理主要应用于基于数字信号处理(DsP)技术的均衡和补偿等方面。由于电子“瓶颈”和光电光(OEO)转换效率的限制，基于电子的信息处理方式在未来较长时间内还无法满足P比特级光网络的(超)高速需求；另一方面，由于光子技术具有超宽带和超高速响应(飞秒量级)的特点，全光信息处理在P比特级的交换光网络中占据重要的地位。一般来讲，_由于光子技术中不需要对每个比特进行特殊控制或者操作，因此光子元件或功能单元对信息的处理可以与速率和调制格式无关，这种在时域和频域的全透明特性随着人们对信号传输速度的要求越来越高而成为一个重要的研究方向。

目前许多光子材料都可以作为全光信号处理的非线性介质，包括高非线性光纤(HNLF)、周期极化反转铌酸锂(PPLN)波导、硅波导等。其中，基于光纤的解决方案可以方便地与现有光纤网络直接互联与融合，而且成本相对较低。尽管很多新型光纤如光子晶体光纤(PCF)、掺氧化铋高非线性光纤(Bi-HNLF)等在光信息处理中都显示出较大的潜力，但实际中最常用的还是基于硅结构的HNLF。在集成光子器件方面，集成波导器件在实验室中已经实现了1.28Tbit／s的信号处理速度。

在过去的10年中，人们利用这些非线性介质中的各种非线性效应，在越来越快的传输速度下，成功实现了波长转换、信号再生、多点传送、复用以及波长交换等网络功能。这些效应包括：PPLN中的级联二次谐波。级联倍频与差频(cSHG／DFG]，级联和频与差频(CSFG／DFG)；光纤、波导中的自相位调制(SPM)，交叉相位调制(XPM)，交叉增益调制(XGM)以及四波混频(FWM)等。

为了让大家更清楚了解光信息处理的重要性及挑战，本文首先介绍产生超高速信号的几种常用复用技术；然后总结近年来超高速光信息处理技术在实现各种网络功能中的应用，包括信号再生、波长转换、码型变换、逻辑门以及组播等；最后针对目前广泛采用但极具挑战性(对光信息处理而言)的偏振复用系统，本文介绍相关工作进展(以全光再生和波长转换为例)。

1、T比特级大容量信道传输技术

光纤最重要的一个特点是容量大，可以传输超高速率的数字信号。P比特级光网络作为下一代网络发展的趋势，要求网络中单信道传输速率达到T比特以上。但是随着单信道传输速率的提升，光纤本身的损耗、非线性、色散等因素，使光信号在传输过程中发生畸变，制约了系统性能，因此通过调制直接到达T比特非常困难。经过研究人员的不懈努力，直接调制的单信道传输速率从20世纪90年代的2.5 Gbit／s调到40 Gbit／s甚至更高。更为重要的是，通过不同的复用技术实现了单信道T比特级的传输容量。

所谓复用技术，是指在发送端将多路信号按照某一方式合成，然后送入信道中传输，接收端采用某些处理方法将接收到的混合信号还原成多路源信号，从而避免了网络的重复建设。复用方式包括频分复用(FDM)、波分复用(WDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)以及偏振复用(PDM)等。在光正交频分复用(0FDM)技术和传统的光时分复用(OTDM)技术的推动下，目前光纤中单信道的信息传输速率已经超过1 Tbit／s。

1.1　正交频分复用

正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，也可以看成是一种信号调制技术，特点是各个子载波正交，频谱可以相互重叠，这样不但减小了载波间干扰，还大大提高了频谱利用率，能够很好地对抗频率选择性衰落和窄带干扰，且可以有效地消除信号由于多径传输所带来的码间干扰(ISI)，是许多典型接人系统的物理层核心技术。

鉴于OFDM的技术优势，将其引入到光纤通信系统中是近年来的一个研究热点。实验表明在不采取任何补偿的情况下采用OFDM技术的单模光纤通信系统可以将10 Gbids信号传输1000 km以上。采用光OFDM直接调制的300m多模光纤的链路在高速通信中也表现出了良好工作性能。在光纤通信系统中引入OFDM技术可以很明显地改善系统性能，所以研究基于OFDM的多模(多芯)光纤通信系统对短距离高速大容量信息通信有着重要的现实意义。具体的内容可以见。

1.2　光时分复用

光时分复用(0TDM)技术克服了放大器级联产生的增益不平坦和光纤非线性的限制，被认为是一种影响较为长远的网络技术。未来网络如果采用全光交换和全光路由，则OTDM的一些特点使它作为全光网络关键技术之一更具吸引力，例如上下话路方便，可适用于本地网和主干网。目前基于OTDM的传输速率已经可以高达数太比特每秒。另一方面，由于OTDM必须采用归零码超短脉冲，占用带宽宽，而且色散和色散斜率影响较为显著。

OTDM传输系统的关键技术包括超短光脉冲发生技术、全光时分复用，解复用技术和超高速定时提取技术等。例如，对于超短光脉冲发生技术，从时域看，要求超短光脉冲的－20 dB脉宽小于单位比特时长；而从频域看，由于信号脉冲的谱宽是传输距离的限制因素，频谱越宽信号的色散损伤就越严重，因而希望信号谱宽要尽可能小。对于时分复用与解复用技术，使用电子电路的最高速率目前只能达到几十吉比特每秒，因而人们正在研制全光控制的各种超高速逻辑单元，包括速度在皮秒(ps)量级的超高速全光开关，尤其是基于非线性效应的全光开关，如光学克尔开关、四波混频(FWM)开关、交叉相位调制(XPM)开关及非线性光学环路镜(NOLM)等结构。

1.3　偏振复用

从近些年来国际光纤通信系统传输容量不断突破的技术途径来看，偏振复用(PDM)技术无疑是最为常用

的提高信道速率的复用技术。它利用光在单模光纤中传输的偏振特性，将传输波长的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别传输两路信号，成倍提高了系统容量和频谱利用率。该技术可在已铺设光纤网络的基础上极大地提升系统容量，实现快速、低成本的系统升级。

偏振复用技术所面临的关键挑战之一是在于如何进行信号的解复用，这是一直困扰和阻碍偏振复用技术进入实际应用的难题。由于两束光信号偏振复用合并后，经过长距离的光纤传输，受到光纤应力、偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)等因素的影响，偏振状态会发生变化并有可能形成相互之间的串扰，使得光信号在到达接收端的时候信号的偏振态(SOP)随时间可能快速变化。这就要求解复用端能够自动调整，使两个正交偏振通道实现分离。目前常用的解复用技术包括：基于电域数字信号处理(DsP)技术实现(尤其是与相干接收系统结合)解复用、基于光域信号特征监控(如功率均衡情况、偏振串扰大小等)与反馈进行自动偏振控制实现解复用。

2、网络功能实现

基于各种光信息处理技术可以实现不同的网络功能，下面介绍相关进展。

2.1　码型变换

P比特级网络传输系统中，由于链路状况的不同，并不是所有的光脉冲波型都适合在太比特每秒的大容量信道中传输，同时也存在不同的业务需求，因此我们需要进行全光码型变换来实现更高效的网络传输。目前主要的传输码型有归零码(RZ)、非归零码(NRZ)等。基于不同的调制方式如开关键控(OOK)、二进制相移键控(BPSK)、差分相移键控(DPSK)等来实现RZ与NRZ的码型之间以及不同调制信号的相互转换技术是非常重要的，其中对基于OOK调制方式的幅值码型变换的研究已经相当普遍。随着P比特级交换网络的发展，BPSK、DPSK、QAM、OFDM、POISK等新型调制方式的出现，为了进一步提高频谱利用率和传输性能，码型变换也由之前的单一的幅值码型变换发展为幅值、相位联合的码型变换，甚至是幅值、相位、偏振态混合的码型变换。相位敏感型码型变换技术、偏振不敏感型码型变换技术相继出现。同时由于密集波分复用(DWDM)和PDM等复用系统的发展，已提出了对多信道或多偏振态的全光码型变换的研究。

图1为几种常见的全光码型变换原理，图l(a]通过时钟信号和原NRZ信号发生XGM效应，根据“1”和“O”比特时对应的增益不同实现NRZ-RZ的码型变换，但产生变换后的信号与原信号的极性相反；图1(b)表示了XPM效应作用下NRZ-RZ的码型变换；图1(c)是XPM效应作用下RZ-NRZ的码型变换；图l(d)则是FWM作用下DQPSK-DPSK的码型变换。图l(d)是相位调制信号的码型转换(主要基于四波混频的原理)，若使用波形图(时域)表示则无法清楚表示四波混频的过程，为了便于理解我们采用频域表示方法。

2.2　光逻辑

光逻辑门是采用光控制的方式来实现布尔运算，如与、或、异或等。P比特级交换网络中采用OTDM、DWDM等系统，光逻辑不仅可应用在再生、波长转换、全光解，复用等功能实现中，而且可用在光数据包交换中，如包头识别、全光路由、标记交换、数据编码／解码、检错／纠错等。在光插分复用(0ADM)和光分插复用(OXC)中也需要光逻辑运算，如设计“与”逻辑门工作在1比特时可以用来实现包头的识别和数据的检错，纠错中。如图2中用“与”门实现时间到波长转换的网络功能(TDM到WDM)，将时分复用信号转换到4个其他波长上。

光逻辑门的实现主要利用各种非线性器件中的四波混频(FWM)效应以及半导体放大器(sOA)的组合干涉结构等，目前已经通过简并四波混频效应实现OOK信号多种逻辑门，通过非简并四波混频效应实现两路DPSK信号的逻辑门。随着P比特级交换光网络的发展，节能、高度集成的特性越来越突出，迫切需求多种逻辑门功能综合和适合多种调制方式的光子集成逻辑器件。

2.3　组播

组播是指一个信号输入后在输出端输出多路相同的信号。它在增大网络流量方面有着重要的作用，特别是高速视频信号流，因此也是光网络中必不可少的一种功能。在光网络中，根据泵浦光数量的不同，产生波长多点复制的原理也有所不同，如图3所示。

(1)最直接的方法如图3(a]所示。在简并四波混频中，输入信号作为泵浦光，信号光与探测光混合从而产生了一路闲频光，这样Ⅳ个探测光输入便有Ⅳ个信号光输出。

(2)利用低色散、高非线性材料作为非线性介质，信号光仍然作为泵浦，当泵浦功率足够大时，可以产生参量放大效应。这种放大效应使探测光受到调制，同时携带上要求的信息，这样只需要N／2个探测光即可得到N个通道的信号输出，如图3(b)。

(3)利用非简并四波混频效应，连续波作为泵浦，来产生多路闲频光。这种方法可以实现PSK信号的多点复制。如图3(c)所示，N／2个泵浦光可以实现N-1个信号光的复制。

(4)利用非线性介质中超连续谱的产生以及周期性滤波器来实现多点复制。这种方法在较低输入功率情况下，同样能够适用于PSK信号。

到目前为止，Bill P.P.Kuo等人在实验室中，利用双泵浦已经成功实现了1到60个波长信道的多点传输；我们则利用单泵浦实现了1到11的多点复制。图4描述了实验装置图以及主要的信道误码率(BER)。经过FWM后，得到了16个信道中的11个信道BER在10-9以下(图4b)，可以认为是无误码信道。图4(b)中l 540，79、1542.50等数字表示不同波长。

3、偏振复用系统中的高速光信息处理

如前所述，鉴于偏振复用系统的广泛采用，研究在偏振复用系统中的光信息处理技术就变得非常热门。可以通过偏振解复用后对每个信道单独进行处理，然后再复用后传输。然而，这样的方式既复杂，又不可靠，因此，在偏振复用系统中，基于单一信息处理单元技术实现两个偏振态信号的同时处理就变得非常重要，也极具挑战性。

3.1　全光波长再生

随着P比特级光通信网络的发展，在偏振复用系统中由于光纤及光器件的群速度色散(GVD)、偏振模色散(PMD)、放大器的自发辐射噪声、光纤非线性效应以及信道内和信道间串扰等各种因素影响，将导致光信号经传输后产生恶化，例如PMD效应对偏振复用系统的影响是单偏振态系统的5倍以上。目前已经提出多种提高信号质量的方法：

(1)简单的电信号处理(均衡)。

(2)DSP辅助相干探测。

(3)新的调制编码方式，如正交频分复用。

(4)全光再生技术。自相位调制

加偏移滤波实现全光再生的原理如图5(a)所示。

前4种是在电域中处理，不适合超高速光网络中的应用，后一种则是利用非线性效应的全光信号处理方式实现，成功克服了电域中速率“瓶颈”的限制。

全光信号再生实验装置如图5(1)所示。恶化的PDM信号首先经过掺铒光放大器(EDFA)，再由低通滤波器滤除放大产生的自发辐射噪声。通过偏振控制器、环形器到达偏振分束器(PBS)，从而分为两个不同偏振态的光：垂直偏振态和水平偏振态。不同偏振态的光以相对的方向一段高非线性光纤(HNLF)和一个偏振旋转器(ILF)。由于光纤中的SPM效应分别使得不同偏振态的光频谱展宽，并在PBS处重新合成偏振复用信号，最后经过一个偏移滤波器后可以得到再生后的PDM信号。相互垂直的偏振态的光在HNLF中传输的相互作用时间短，相互影响较小，且可以忽略XPM效应、FWM效应和后向散射的SBS噪声等。

图6(a)、图6(b)给出了再生系统的工作性能。PDM信号经过SPM后频谱展宽基本一致，这样我们只需要一个偏移滤波器就可以实现两个信号的再生。

3.2　全光波长转换

波长变换也是光网络中的关键技术之一，可以实现信号质量的优化(类似于再生)，也可以实现信号的交换。在PDM系统中，基于类似再生技术的原理，我们也实现了波长转换功能。

图7(a)为PDM信号的波长转换原理图，波长为λ1的PDM信号经过EDFA放大后与波长为λ2的连续泵浦光共同注入到双偏振环中，由于泵浦光的注入使得不同偏振态的光在HNLF中各自发生XPM效应，波长为λ1的PDM信号对波长为λ2的泵浦光进行相位调制，使得其频谱展宽。展宽后的两个不同偏振态的光在PBS处复用、滤波，然后再经过一个中心波长为λ1＋λ的低通滤波器可得到波长转换后的光信号。

图7(b)为不同转换波长信号的信噪比提高情况以及两个不同偏振态的信号眼图。实验中转换器实现了从1535 nm到1565 nm的PDM信号波长转换。

第8篇：光电信息处理技术范文

林医生的助理何女士称，林顺潮愿意免费为小斌斌实施植入“义眼”手术，并在之后使用人工视力系统（盲人导航仪）恢复他的部分视力。她告诉记者说，目前考虑为小斌斌安装的电子仪器并不是让小斌斌可以看到画面，而是能够感觉到外界。“如果眼前有物品，小斌斌就可以感觉到大概是什么物品。比如说如果小斌斌眼前是—辆自行车，他不会知道是—辆自行车，但能感觉到有东西存在。”

而林医生的建议也受到有些专家的反对，如山西眼科医院院长贾亚丁表示，由于“电子眼”等仪器仍处研究阶段，尚未进入临床，他不愿孩子“做实验品”。那么什么是“电子眼”？它能够在多大程度上恢复盲人的视觉？这些问题引起了人们的好奇。为此笔者查阅了相关资料，对这个问题作一些简单的介绍。

电子眼就是一套摄像系统

要了解电子眼的工作原理，我们首先要对人的视觉机理有一个清晰的了解。人的视觉过程可以分成三个环节：接收信息，外界的光线通过眼球的晶状体会聚在眼球后面的视网膜上成像；传递信息，视网膜把接收到的，通过与它连接的视神经把信息传递到大脑的侧膝体，再传递到大脑的视皮层；解读信息，大脑的视皮层将对接受到的各类信息加工整理、去伪存真，还要与原来储存的信息进行比较，最后得出结论。神经科学家告诉我们，人的视网膜上有1.3亿个光感受细胞，而视网膜的信息输出要靠大约120万根神经纤维；在信息输出的过程中还需要进行信息处理和变换。这是一个极其复杂而精致的过程。

“电子眼”的专业名字叫仿生眼（bionic eye）。据国外资料报道，仿生眼的研究始于20世纪70年代，其原理是把摄像器获取的图像信息变成电信号，传送到埋在盲人颅骨下的视皮层上的电极，使盲人获得光感、闪光感和字母认知能力。20多年来，仿生眼的研究已经取得了可喜的进步，英美科学家为几十名盲人安装了视网膜芯片仿生眼。通常由于黄斑退行性病变或者色素视网膜炎，而导致这些患者眼球内的光感受器受到损害。

仿生眼的具体构造是在一副太阳镜上置配微型摄像器和信号发射器。摄像器会将它检测到的有关的图像信息传送到微处理器（微处理器佩戴在盲人的腰带上），微处理器再把视频信号转换成电信号传送到眼镜架上的信号发射器上。发射器则把无线信号发送到已植入眼球的接收装置，并刺激神经细胞，通过视神经传入大脑。

仿生眼的两个关键装置

在仿生眼的整套电子系统里，有两个最关键的装置：一是摄像器。现在的电子摄像器通常用电荷耦合装置（CCD）或CMOS器件来获取图像，前者在技术上比较成熟，在市场上有优势，但是CCD器件的动态范围不佳；后者是光二极管，它可以用对数方式压缩光电流（变成电压）。二是植入视网膜里的芯片。在20世纪末国外已经制成了神经形态视觉芯片，芯片的一面是光感受器，接收光信号，再把这块芯片集成在一片小硅片上。硅片上安装了集成电路，可以进行大规模并行模拟计算，运算速度非常快，可以在一定程度上替代已经损坏的视网膜。

由于仿生眼只用数目很少的电极，科学家开始时只期望盲人装了它以后可以分辨明暗，但令人意外的是他们可以区分盘子、盆子，甚至可以看到运动的物体，能够避开障碍物。据英国一家媒体报道，一位患有遗传性色素视网膜炎的老太太已经失明了十多年，她在安装了仿生眼后，可以看到周围模模糊糊的黑白块状图像。她高兴地说：“我可以和我的孙子一起投篮，看到我的孙女在跳舞，这真是太棒了！”

为小斌斌安装仿生眼很困难

第9篇：光电信息处理技术范文

关键词：四网合一；物联网；PLC；电力复合光缆；FTTH

1 物联网相关技术

物联网技术涵盖多个领域，这些技术往往具有不同的行业标准与应用方向。对物联网相关的关键技术进行归纳和整理，可以将物联网技术概括为信息感知技术、信息传输技术、云运算与服务、管理和安全四大体系。

1.1 信息感知技术

感知识别技术位于物联网构架的最底层，是物联网产业化的基础，它实现对现实世界信息的感知、采集外界信息并转化为可以传输的数据流。主要包括RFID、传感器网络、二维码等。

传感器网络是由许多空间上的自动装置组成，利用传感器和多跳自组织网络协议协作实现对区域范围内信息的监控。但目前传感器在检测精度、稳定性、成本、功耗等方面达不到要求，是发展物联网产业的重要技术难题之一。

1.2 信息传输技术

物联网的产业化需要运用各种有线和无线通信技术，短距离无线通信技术是物联网应用的重点。物联网终端一般采用2.4GHz ISM频段（ITU-R定义，主要开放给工业、科学、医疗三个主要机构使用）进行通信，工作在该频段上的有无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络。频谱空间的拥挤是制约物联网的大规模实际应用的重要原因之一，切实提升频谱保障能力是保证物联网规模化应用的前提。互联网是物联网信息传输和服务支持的基础设施，以IPv6为核心通信协议的下一代网络，为物联网的发展提供了良好的基础条件保障。

1.3 云运算与服务

海量数据的处理与运算是物联网大规模应用后所面临的重大挑战之一。云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，它由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成。虚拟化、信息存储与计算能力分布式共享是云计算的核心，是海量信息高效利用的重要保证。

物联网的发展最终是以应用为目的，物联网环境下的服务内涵有了革命性发展，如果采用以往的技术和思路必然约束物联网的发展。应该从引领未来的角度出发，结合各个行业的标准，针对不同的应用需求研究出相应的规范化、通用化服务体系结构。

1.4 管理与安全

物联网的产业化必然会导致承载业务的多元化、规模化，管理技术是实现物联网可控、可管理、可运行的先决保证。

物联网将人们生产生活、社会经济活动、基础性设施资源全面架构在全球互联互通的网络上，实现理论上的虚拟化，物联网的开放性、包容性、匿名性的特征必然会有严重的安全隐患。因此实现信息网络安全是物联网产业化的必要条件，也是物联网技术成熟的标志。

2 四网合一

2.1 四网合一基本概念

四网合一又称为三加一技术方案，三表示电话、电视和互联网三网，一表示电力网。三网合一在世界部分区域已经进入初步运行阶段，电力网络又是世界上最普及、最大、最稳定的有线网络，因此如果利用现有的电力线网络搭接电话、电视和物联网等网络，无疑会节约构建和运营成本。

2.2 四网合一技术方案

（1）电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）简介。电力线通信作为一种宽带接入技术利用电力线传输信号和数据的一种通信方式。在中高压电网（35kV+）上使用电力载波机利用低频率（9-490kHz）以低速率传输数据，在低压领域PLC应用于自动抄表、智能家居和负荷控制，其传输速率为1200bps甚至更低，故称为低速PLC。如今低压电力线通信技术的传输速率在1Mbps以上，由于该技术目前主要用于因特网访问，又称为电力线上网。

（2）电力线通信的设备和原理。在PLC系统中，通常在配电变压器低压输出端配装PLC主站，将宽带信号与电力载波高频信号进行相互转换。PLC主站的一边通过电感耦合联接电力线路，导入和导出高频PLC信号；另一边通过以往的通信方式，如ADSL、Cable Modem和光纤等连接至互联网。在用户端，用户的上网设备通过USB或以太网接口与PLC调制解调器连接，电话机通过RJ-11接口连接调制解调器，调制解调器可以安装在插座内，也可以在适当的地点安装中继器用来放大信号避免信号衰减或干扰过大带来的失真。

电力线上网采用的调制技术有多载波调制（DMT）、正交频分复用（OFDM）、扩频及常规的QPSK，FSK等。OFDM的信道利用率极高，窄带带宽也能传输大量数据，对抗频率选择性衰落和窄带干扰能力出色，所以OFDM技术成为电力线上网技术取得突破性进展的重要原因之一。

（3）电力线通信的优点和缺陷。终端配电网上存在着频谱范围很宽的噪声源，例如开关、电器，计算机，对电力线通信信号影响很大，可以安装滤波装置进行滤除。电力网复杂的网络拓扑结构会引起多径反射，导致信号的码间串扰和选择性衰弱，OFDM技术可以有效解决这一问题。电路的容性负载和阻抗会导致信号的衰减使接收端信号强度不能满足要求，可以在电路网络相应位置安装中继器放大信号。电力网线阻抗波动剧烈，往往开关一盏灯都将到期整个线路阻抗的变化，这就需要安装AGC（自动增益控制）电路加以改善。某些无线电设备和高速PLC共用同一频段，如果发送功率大，电力线就会等同于发射天线而产生电磁污染影响其他设备正常工作，因此需要制定出相应的技术要求进行避免。

（4）光纤到户简介。电力复合光缆是将电力线和光纤两者复合成一种既可以传输电能，又可以传输电视、电话和互联网信号的新型导线（Optical Fiber Overhead Wire，OFOW），电力复合光缆接入网也是FTTH的一种解决方案。光电复合公共传输系统的实施方案是通过对电力网络的光纤复合化，把光纤网依托在电力网上，在一定程度减少公共资源的浪费。

（5）光纤到户的设备与原理。光电复合系统由光路终端（OLT）、无源光纤分路器（POS）、光电网络节点（ONU）、电力复合光缆线路、光电复合转换器件、光电复合网络交换器、光电汇接盒合控制器组成。

光纤复合型架空地线（OPWG）工程是指把光纤架置在高压输电线中，用以建成输电线路的光纤通信网。把10Kv以上电网线路中的B相线路和380V低压线路的零线都改装为电力复合型光纤传输导线（OFOW），并分别作为公共传输网的上行端和中继线，对220V电力线改造，作为用户接入网的客户端。10kVOFOW上位端与110kV以上电压等级的OPGW或者ADSS、OPPC等系统连接，下位端通过OFOW方式与10kV配电变压器相连，传送至变压器的光纤信号通过光纤路由、交换器分离出来，然后与配电变压器输出端的380V光纤复合电力线路由接通，最后通过覆盖居民小区、事业单位、企业工厂的光电复合网络传送至用户端。在使用VLSI技术和DSP技术实现信息解调后，用户通过一种特殊的光电复合插头、光电复合插座获得电力、电视、、电信和互联网四种服务。

（6）光纤到户的缺陷与优点。OFOW导线光电传输在同一线缆内完成；光纤通信要能承受电力传送带来的负荷温升（光电传输互不干扰）；电缆的耐环境性能、弯曲性、敷设性、阻燃性均要达到相应的规范，以上技术要求决定了光电缆标准高、成本高、维护难等特点。如何降低改造成本成为FTTH推广首要解决的问题。

光纤到户方案也有着无可比拟的优点，光电缆具有很好的抗雷电、抗电磁干扰、抗环境腐蚀的特性，系统运行也十分稳定。OFOW的高宽带利用率，数据传输安全性高，传输过程中不会产生电磁辐射污染等等，这些优点是PLC无可比拟的。

3 四网合一加速物联网发展

物联网中数据传输依靠网络，物联网中的大多数的应用需要网络平台的支持，物联网中含有数目巨大的节点，因此物联网的应用依赖于网络的发展。四网合一成为未来发展的必然趋势，并且四网合一的最终目的是提高信息产业的总体水平，而物联网是以虚拟化信息服务为目标，因此四网合一为物联网的发展提供了切入点。四网合一为物联网提供一个标准化的平台，随着四网合一的不断推进，物联网的具体应用将会越来越多，它会逐渐的融入到人们的生产生活之中。物联网技术将会在信息传输、改善民生、降低成本、提高生产率等方面发挥重大作用，我们相信随着物联网的推广、应用和完善我们的生活会越来越美好，物联网的春天向着我们走来。

4 小结

在未来的十年甚至数十年，物联网技术必将引领科技浪潮和世界发展。当带有“智慧”的千百亿传感装置都能够接入互联网时，我们将能可以听到地球的脉搏。

[参考文献]

[1]郭创新，高振兴，张金江.基于物联网技术的输变电设备状态监测与资产管理[期刊论文].电力科学与技术学报，2010（4）.