光电识别技术篇1

【关键词】太赫兹辐射；太赫兹时域光谱；太赫兹成像技术；；检测

太赫兹“Terahertz”一词是1974年由弗莱明（Fleming）首次提出来的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱频率范围。太赫兹（THz，1THz=10Hz）辐射在电磁波谱上位于微波和红外之间，属于远红外波段。通常所研究的THz辐射指的是频率在0.1～10THz，波长在30μm～3mm，波数在3.3～330cm-1之间的电磁波。在电磁频谱上，THz波在电磁波谱中的位置特殊，处于电子学向光子学的过渡区域，长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生方法和检测途径，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个还未被全面研究的频率窗口――电磁波谱中的“太赫兹空隙（THzGap）”。近几十年来，超快光电子技术迅速发展，为THz脉冲的产生提供了可靠、稳定的激发光源，促进了对THz辐射机理研究、检测技术和应用技术的蓬勃发展。例如在医学成像、无标记检测、军事安全、材料的无损探测等方面，特别是对炸药、等相关材料的检测研究成为热点。本文前半部分介绍了THz辐射的产生、探测方法、性质以及THz时域光谱技术和THz成像技术，后半部分主要介绍了THz技术在检验方面的研究进展。

1.应用THz技术进行检测的研究进展

1.1概述

不仅危害人们的身心健康，而且会引发一系列的社会问题，例如犯罪率上升，性病和艾滋病蔓延等等，严重威胁着许多国家和地区的社会稳定和经济发展。跨国、跨区域乃致国际化的犯罪愈发频繁，国际社会所面临的问题日益严峻。由于缺乏准确无损的探测技术，使得藏匿在邮件等包裹中的仍然能够在国内乃至国际间传递。

在检测和分析方面，国内外学者都尝试研究了很多方法，其中应用比较广泛的有色谱、质谱、紫外光谱、毛细管电泳、红外光谱、X射线、拉曼光谱、生化及生物检测法、离子迁移谱技术及其他物理方法等。但是这些方法自身都有一定的局限性，例如化学分析、紫外光谱、红外光谱及X射线对样品都有一定程度的破坏，属于有损检测；X射线及紫外光谱对人体会有辐射危害，红外光谱和拉曼光谱都存在着较强的吸收和散射问题。在成像方面，X射线穿透力太强，只能分辨出包装材料下样品的形状，但是不能确定它们的具体类别；警犬识别和痕迹识别要求包装材料外面有的痕迹残留；红外波段对包装材料具有高吸收和高散射，使得测量结果不精确甚至是不可靠的。

THz技术的兴起，为缉毒检查工作提供了一种全新的探测和检验手段。国内外大量学者的研究结果都表明分子在THz波段存在特征吸收，因此应用THz技术对进行检测成为热点。我们首先针对已知标准样品进行THz辐射扫描，建立一个在THz波段的特征吸收光谱库――“指纹谱库”，然后对被探测样品进行THz辐射扫描，通过对特征吸收光谱的识别比对，就可以快速准确的确定隐藏物的形状及种类。相对于X射线来说，THz波的能量低，可以真正实现无损探测。目前，THz技术在检测方面的研究已经取得了许多乐观的成果，国内外学者对其在检测领域的应用前景表示出极高的关注。目前，THz光谱技术和THz成像技术就构成了THz波应用的两个主要关键技术。

1.2THz-TDS技术应用于检测

从微观上看，大多数都属于结构有所不同的生物有机大分子，而THz辐射对于结构的微小差异是非常敏感的，许多生物大分子的振动和转动能级建的间距，分子之间的弱相互作用及大分子的骨架振动、偶极子的转动和振动跃迁以及晶体中晶格的低频振动所对应的吸收频率均位于THz波段。这就成为利用THz辐射进行检测的前提。不同种类的在THz波段存在指纹光谱即特征光谱，通过识别各自的特征光谱我们就可以快速有效的对进行检测定性。文献报道中的实验和理论计算结果都表明：应用THz光谱进行的探测是可行的。

图1三种样品的特征光谱

1：MDMA；2：MA；3：MDA

2003年10月，KodoKawase等人[1，2]利用THz参量振荡器对甲基苯丙胺（MA）和3，4-亚甲二氧基安非他命（MDA）进行了成像研究，他们在1.0-2.0THz频率范围内利用可调频率THz源选用了7个频率，以阿司匹林（Aspirin，1.4，2.24THz）作为参照进行成像研究；2005年，BFischer等人[3]研究了吗啡、可卡因、乳糖、阿司匹林、蔗糖5种样品的THz吸收光谱，并应用特征峰成像的方法对乳糖、蔗糖、阿司匹林、酒石酸进行识别。Sun等[4]测得MA、MDA、MDMA在0.2-2.5THz范围内的反射式THz-TDS的特征光谱，如图1所示。这些指纹谱图的建立为利用THz-TDS对进行无损检测打下了基础。2005年，Li等[5]利用THz-TDS对MA进行了详细的研究，测得了MA在0.2-2.6THz的THz特征吸收谱（1.23，1.67，1.84，2.43THz）并运用DFT计算了该物质的振动频率，其结果与实验值基本相符，进一步证实了THz-TDS实验结果的可靠性。

在国内方面，首都师范大学与公安部第一研究所合作，对38种纯度在90%以上的进行了THz-TDS探测，得到了各自的指纹谱图，建立并丰富了THz光谱数据库，并以此为基础将THz检测和识别研究在实际工作中进行尝试应用，取得了一系列有意义的成果。

首先，贾燕等[6]利用THz-TDS技术对苯丙胺类MA、MDA和3，4-亚甲二氧基甲基安非他命（MDMA）在0.2-2.6THz频率范围内的特征光谱进行研究，得到了3种在THz波段的吸收谱。如图2所示。从图2可以看出，3种样品都存在特征吸收峰，而且不同样品的吸收峰出现的位置不同，因此样品的THz频域谱也就是样品的指纹谱，通过样品的吸收峰位置，可以识别样品的种类。同时，样品的折射率曲线也可以作为鉴别中的附加参考信息，3种样品吸收峰的位置在折射率曲线上对应于反常色散。同时，他们采用Gaussion03软件包，应用密度泛函理论，对MA的远红外振动模式进行了探讨[7]，进一步证实了THz波段是大分子集体振动模式对应的波段。他们检测了粉末状MA和MDMA的THz吸收光谱，想要验证样品的不同形态对指纹谱的影响，发现粉末状和片状的吸收光谱基本一致，几个主要吸收峰位置没有发生变化，只有个别峰出现偏移，峰的强度有所减弱。因此在实际探测中，不论目标探测物是粉末状的还是片状的，都可以根据指纹谱库中已有的数据进行判断和鉴别。

图2MA，MDA和MDMA的吸收系数曲线

沈京玲等[7]探讨了用THz波是否可以检测出隐藏在邮件中的。他们将两种MA和MDMA样品分别置于两个厚度不同（分别为0.28mm和0.22mm）的常用信封中，用THz波进行扫描检测，发现信封对THz波的确有一定的吸收，但是两种的特征吸收峰并没有被淹没，通过与指纹谱库中已有的标准品数据进行对比，它们各自的特征吸收峰基本不变，结果表明，THz波可以检测和识别隐藏在信封中的。

蔡禾等[8]在初步研究了“自然”的光谱特征和对隐藏利用特征峰识别、成像识别等方法的基础上，研究利用人工神经网络、支持向量机（SVM），二次求导等方法实现计算机自动识别研究。他们通过自组织特征映射（SelfOrganizationFeatureMapping，SOM）神经网络对6中常见的60个光谱进行成功聚类，实现了对不同的分类。而且，他们以训练好的SOM对12个待识别的60个光谱进行分类，结果表明训练好的SOM网络可以对不同的THz光谱进行分类，即可以用神经网络来鉴定的种类。支持向量机（SVM）是V.Vapnik提出的一种机器学习方法相比于神经网络在参数设定和识别过程要节省很多时间。该研究小组用归一化预处理后的9种常见和面粉的THz吸收光谱训练libsvm模型，将通过THz-TDS技术得到的9种常见纯品和3种混合物的特征吸收光谱作为检测光谱，用SVM对纯品和混合物进行了识别分类，识别率达100%。识别结果表明，用SVM可以实现对不同种类的识别和鉴定，也就是说THz光谱技术的计算机自动识别同样是十分有效的方法。

在通常的缉毒工作中，缴获的大都是掺有其他物质或多种混合的混合物，而且含量的确定也是法律量刑的一个重要依据，所以的纯度或含量进行检验鉴定也是很重要的。逯美红等人[9]通过实验测定了VB1、VC和二者混合物的THz吸收光谱，采用线性回归技术进行分析，得到样品中各个混合成分的相对含量。结果表明，实际查获的混合物，其成分和含量都可以基于纯样品的吸收谱比对得到。这种方法的建立将进一步开拓THz技术的应用领域，对于实际工作中混合物的鉴定定性和定量量刑意义更为重大，具有良好的应用前景。

1.3THz成像技术应用于识别

电磁波最重要的应用之一是成像。太赫兹辐射对于大多数非透明的电介质材料都具有很好的穿透效果，因此太赫兹成像技术引起了国内外学者的广泛关注。太赫兹光源的光子能量极低，不具有电离性质，不会对材料（尤其是活性材料）造成破坏，可以对生物体或物品进行无损成像，极大地弥补了X射线检测及其他检测技术的缺陷。因此，各种THz成像技术也就成为THz波应用技术中最重要也最为活跃的研究方向[10]。

2003年，日本的KodoKawase等[2]将成像技术与指纹光谱相结合，对信封内包在聚乙烯袋里的三种样品进行研究，不仅准确检测出包装袋的形状和样品的位置，而且还得到了样品浓度等相关信息。研究表明：利用THz成像技术，在能够得到特征光谱数据的同时，还可以从多种物质的混合物中分离并获得各组分的空间分辨。因此，利用THz技术进行邮件检测，将会在极大程度上遏制了将藏匿在信封中以合法的途径进行运输。

图3MDMA，海洛因，吗啡和乙酰可待因的吸收谱图

国内对于THz成像技术在识别方面的应用研究还处于初步阶段。逯美红等人在空气中进行了成像识别的研究。该小组选用安定和维他命样品作为参考，对六种常见的样品（氯胺酮、吗啡、海洛因、乙酰可待因、MDA、MDMA）进行测量。如图3与图4所示，第一组为四种不同样品之间的鉴定及识别，第二组是与其他化学药品之间的鉴定及识别。由于水蒸气的影响，两组样品在空气中的测量得到的吸收谱中有些特征峰被湮没或是不可信的。也就是说，THz成像技术在实际应用中还存在着一定的缺陷，它的特征指纹谱鉴定识别方法必须依赖于样品的特征峰及干燥的测量环境。同时，在对混合物进行成分分析时，发现结果只能定性的确定混合物中含有某一种成分以及所占比例的大小与已知一致，但对具体的百分含量的确定，结果很不理想，仍需进一步的深入研究。

图4氯胺酮，MDA，维他命和安定的吸收谱图

2.结论和展望

展望未来，THz技术的产生和发展为我们开创了一个丰富的光谱研究新层面，也给光谱学研究者提供了新的挑战和机遇。随着研究工作的进一步开展，在不久的将来，THz技术在化学基础研究、材料科学、生物学、医学疾病诊断以及军事等许多领域都会展现出其巨大的应用潜力，并且该技术与多种学科之间的交叉将会更深入更广泛。

近几年来，THz技术在实验室检验阶段取得了一定进展，但离实际操作应用尚存在一定的距离。总体来讲，目前利用THz技术对无损检测的研究仍旧处于探索阶段，仍然存在许多问题亟待解决。但是在过去的大量实验及理论研究中，THz波科学技术已经向世人展现了诱人的应用前景。相信随着研究水平的进一步深入和提高，THz光谱技术将会凭借它快速、有效的极大优势应用于的检查和探测，给安全检测领域带来新的突破，THz技术必将在更广泛的实际领域发挥重大作用。

参考文献

[1]KawaseK，OgawaY，WatamabeY，etal.Opt.Express，2003，11（20）：2549-2544.

[2]KawaseK.Opt.Photo.News，2004，15：34.

[3]BFischer，MHoffmann，HHelm，etal.，Semicond.Sci.Technol.，2005，20：246-253.

[4]SunJH，ShenJL，LiangLS，etal.Chin.Phys.Lett.，2005，13（18）：6750.

[5]LiN，ShenJL，SunJH，etal.Opt.Express，2005，13（18）：6750.

[6]贾燕，李宁，沈京玲，等.现代科学仪器，2006，2：41-44.

[7]沈京玲，李宁，等，光学技术，2006，32（5）：747-749.

[8]蔡禾，郭雪娇，沈京玲，等.中国光学与应用光学，2010，3（3）：209-222.

[9]逯美红.太赫兹技术在及玉米种子鉴定识别中的应用[D].北京：首都师范大学物理系，2006.

光电识别技术篇2

关键词：激光告警；脉宽测向；角度分辨力

引言

现代战争中，来自激光的威胁日趋严重。随着激光武器在实战中的利用，能够对激光测距、激光制导、激光高能辐射武器等激光武器的快速、正确的告警，特别是精确测定来袭激光的方位，是激光告警发展的需要。

目前，典型激光告警设备通常采用多窗口阵列型探测体制对激光威胁源方位进行识别。该类型设备主要由激光告警天线与告警处理机箱组成，运用告警天线上探测窗口的布局及窗口的视场设置识别激光威胁源方位。其优点是探测灵敏度高、结构简单、视场大、可靠性高、成本较低。但是，为了提高方位的分辨精度，必须使用足够多的光学窗口和探测单元，这就导致系统较复杂。

在对多窗口探测型体制研究基础上，利用相邻窗口入射激光的脉冲宽度信息进行识别，在不增加接收窗口的情况下能够提高系统的方位识别能力。

1多窗口探测阵列型方位识别原理

多窗口探测阵列型告警器天线的设计，主要是沿水平圆周均匀排列n个探测窗口，依靠视场光阑限制每个探测窗口的视场。目前常用的激光威胁源水平方位角识别方式，是通过视场光阑将底层探测窗口的视场设为540°/n，每个探测窗口分别与两边探测窗口有180°/n的视场重合，同时又有180°/n的独立探测视场，处理器根据探测窗口的告警状况计算出激光威胁信号的水平方位。

图1为探测窗口个数为9的水平视场区域分布。利用视场光阑将每个探测窗口的视场设为60°，每个探测窗口分别与两边探测窗口有20°的视场重合，又有20°的独立探测视场。该告警系统的水平角度分辨力为20°。

图1探测窗口个数为9的水平视场区域分布

2脉宽识别测向技术

脉宽识别测向技术主要利用的原理是，激光探测接收电路输出的TTL脉冲信号宽度与激光入射角度成一定比例关系。

当光功率密度一定时，光电探测单元输出的光电流与激光的入射角度成一定的比例关系。光电探测器对某一波长激光的响应度是一定的。如式（1）所示，其中探测器响应度为Ri，接收光敏面积为S，光功率为E，光电流为I。

（1）

由上式可以看出，光电探测器输出的光电流信号幅值I与接收光敏面积S有一定的对应关系。

当激光垂直入射时，实际光敏面接收面积为S，激光以入射角α进行照射时，实际接收光敏面积为S1，由图2可知：

？琢=？茁（2）

S1=S×cos？琢（3）

则激光入射角度为α时，输出光电流可以由公式（3）得出：

I？琢=Ri×S×E×cos？琢（4）

光电流经过电路滤波、放大和比较后输出为相应的TTL脉冲信号。集成天线阵列上相邻两个光学窗口，同一束激光照射时入射角度会有所不同，如图3所示：

图3视场角度图

得到相邻两个窗口探测输出脉冲信号宽度比值为：

（5）

多窗口探测阵列型告警器，在视场重合区会同时接收到两个窗口的激光脉冲信息。通过识别最宽脉冲和次宽脉冲，并测量出脉冲宽度数据，通过比较相邻两个接收窗口输出的激光脉冲信号的脉宽信息计算得出相应的激光入射角度。

3脉宽识别测向技术的应用

为了利用脉宽识别测向技术提高告警系统的角度分辨力，对探测窗口个数为9的告警器进行改进，利用视场光阑将每个探测窗口的视场设为80°，相邻两个探测窗口的重合区视场均为40°，不再有独立视场，其水平视场区域分布如图4所示。

采用脉宽识别测向技术对重合视场区进行再次分割，首先通过识别最宽脉冲和次宽脉冲计算出重合视场区方位，然后再次计算最宽脉冲和次宽脉冲的比值，查找脉宽比值与方位角度对应关系，可以把重合视场区分割为（5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°）8个方位角度区，从而使该告警系统的角度分辨力提高到5°。

图4改进后探测窗口个数为9的水平视场区域分布

4测试试验及数据分析

4.1脉宽识别侧向理论计算

试验选用告警设备的相邻探测窗口视场分割如图5所示：

图5视场分割原理图

探测设备每个探测窗口的接收视场为80°，相邻两个窗口合成视场为40°。当激光入射角处于重合视场区，顺时针5°转动时，窗口1和窗口2相对入射角度对应关系如表1所示：

表1入射角度对应关系表

理论分析计算得出窗口1和窗口2在不同入射角下，激光脉冲宽度比值对应表如表2所示：

表2理论计算脉宽对比表

4.2脉宽识别侧向试验数据记录

在脉宽识别侧向测试试验中，同时对窗口1和窗口2接收到的激光脉冲信息进行测量。记录下每个入射角度时对应的脉冲宽度数据，每个入射角度提取12组试验数据，求其平均值。窗口1和窗口2对应的脉冲宽度的平均值随入射角度的变化见图6、图7所示：

整理窗口1和窗口2接收的脉冲宽度数据，并计算得出其脉冲宽度比值对应表如表3所示：

4.3试验数据对比分析

对脉宽测向技术理论计算与实际应用测试结果数据整理如图8所示：

数据分析：由试验数据对比可知，实际测试结果与理论计算结果基本一致；通过该计算方法可以通过计算脉宽比值查找得出对应方位角度范围；但也存在由接收电路不一致性带来的误差，这个误差可以在处理电路中通过采样处理等方式得到修正。

5结束语

采用脉宽测向技术可以在不增加窗口阵列型激光告警器探测窗口数量和硬件成本基础上，通过改进探测窗口视场布局和采用新的信号处理方法，能够大幅度提高系统的角度分辨力。为了使脉宽测向技术计算得出的角度方位信息更加精确、可靠，考虑进一步分析验证造成实际设计与理论计算之间误差的因素，找到进一步提高角度分辨力的方法。

参考文献

[1]王永仲.现代军用光学技术[M].北京：科学出版社，2003.

[2]王建军，张沛露，李岩，等.激光告警内场仿真试验系统的设计[J].光学精密工程，2010，18（9）.

[3]孙春生，李树山，雷选华.一种确定激光辐射方位的新技术[J].激光与红外，2003，33（2）：101-103.

[4]孙建国，丛俊奎.激光告警视场中误差分析[J].激光与红外，2001.

光电识别技术篇3

关键词：应用型人才；专业方向；地方院校；培养模式

作者简介：曹辉（1973-），男，湖南沅江人，佛山科学技术学院电子与信息工程学院副院长，副教授。（广东佛山528000）

基金项目：本文系2012年度广东省高等教育教学改革项目“光信息科学与技术专业应用型创新人才培养平台建设与实践”、佛山科学技术学院教学研究课题重大项目的研究成果。

中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）35-0066-02

随着社会经济的不断发展，我国高等教育已由精英教育转变为大众化教育。各地方高校竞争的焦点是能否培养出适应区域经济发展需要的应用型人才，为地方经济社会发展、产业结构调整、产业升级提供人才资源和智力支持。培养应用型人才既是地方院校的根本使命，也是未来发展中紧贴地方经济发展需要、提升服务水平和质量的根本途径。

光信息科学与技术专业应用型人才是指熟练掌握光电类社会生产或社会活动一线的基础知识和基本技能，能将光信息科学与技术专业知识和专业技能应用于所从事的专业社会实践，为社会创造财富的一类专门人才。光信息科学与技术专业的培养目标是：培养在光电信息科学与工程领域具有宽厚的理论基础、扎实的专业基础知识、熟练的实验技能，具有综合运用光电信息科学理论和技术分析、解决工程问题的基本能力，能从事光电显示、光源与照明、光学设计、光通信等领域的科学研究，以及相关领域的产品设计与制造、科技开发与应用、运行管理等工作，具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文、参与学术交流的能力，能够适应当代信息化社会高速发展需要的应用型人才。对于实践性、应用性要求较高的理工科专业，根据地方经济发展需要调整专业方向、建设与之相应的应用型人才培养平台显得尤为迫切和重要。

佛山科学技术学院光信息科学与技术专业主动适应珠三角特别是佛山市地方经济发展及其产业结构调整的需求，更好地与佛山“3+9”特色产业基地建设任务相衔接，积极调整专业方向，建设三层次应用型人才培养平台。

一、专业方向的调整与优化

佛山“3+9”特色产业中“白色家电”、“新型显示器件”、“光机电一体化”等产业基地建设与本专业建设关系密切，其建设需要光信息科学与技术专业能前瞻性地培养适应未来发展需要、引领行业发展的高素质人才，积累人力资源的先行优势。为此，在“平台+模块”（即：公共课平台、学科专业平台和专业方向模块）人才培养模式中，设置了“太阳能”、“电光源”、“光电显示”、“LED照明”四个专业方向，以体现人才培养模式的地方特色、应用特色。

以往的人才培养计划比较侧重于电光源、光电器件和光电检测三个专业方向，从2010年开始，人才培养计划按照新规划的“太阳能”、“电光源”、“光电显示”、“LED照明”这四个专业方向分别制定，在保留“电光源”专业方向课程模块的基础上，按照佛山市优势产业发展情况，将光电器件和光电检测两个专业方向课程模块进一步调整为“太阳能”、“光电显示”、“LED照明”三个专业方向的课程模块，并以广东省高等学校实验教学示范中心——《大学物理实验中心》建设为契机，完成专业实验室建设。利用地域优势顺利完成专业方向调整。

1.发挥人力资源优势，以省实验教学示范中心建设带动具有地方特色的优势学科发展

当今世界已经跨入一个知识经济的时代，其最重要的经济因素就是智力资源的占有配置，以科学技术为主的知识生产、分配和使用的核心就是技术创新，这是社会经济发展的原动力。与企业相比，佛山科学技术学院拥有的最大优势就是人力资源优势。本专业教师团队通过自己培养和引进相结合，建立了一支年龄结构合理、研究方向明确的高素质教师队伍，26人的团队拥有教授4人，副教授10人，具有高级职称的教师人数占教师总数的53.8%；具有博士学位的有10人（含博士后3人），具有硕士学位的有12人。近三年时间里，教师先后承担了国家自然科学基金项目4项，广东省自然科学基金项目4项，佛山市产学研及科技发展基金项目5项，横向课题4项及20多项校级课题。由于学校扩招规模小，本专业生师比（12∶1）远小于省内众多高校的生师比（平均20∶1），因此该团队与佛山优势产业企业优势互补，以省物理实验教学示范中心建设和示范专业建设为契机，着力促进光信息科学与技术专业应用型人才培养，形成了具有地方特色的朝阳型专业和优势学科。

2.以“服务中小企业”为突破，将光信息实验室建设成中小企业的技术创新中心

在佛山及周边地区的太阳能、光源、光电显示、LED照明等产业围绕着一些大型企业，以及成百上千家的中小企业，这些企业因为规模较小，很多企业的技术力量和检测设备严重缺乏，企业发展急需“外脑”的介入。在光信息科学与技术专业实验室建设中，选择“服务中小企业”为另一个突破点，为中小企业培训人才、提供技术支持，将光信息实验室建设成为服务于太阳能、电光源和LED照明产业的“中小企业的技术创新中心”和人才培养基地。因此，光信息科学与技术专业发展策略是通过为地方优势产业中规模较小的企业提供技术和人才，促进佛山地区光电子产业群的发展，为培养的应用型人才提供宽松的就业环境和良好的就业机会，确保本专业的长期稳定发展。

3.抓住产业升级机遇，与领军企业合作建立产学研基地

一方面，佛山及周边地区在光电子产业的若干领域，如电光源、光电显示、LED照明等已经形成产业积聚群，形成了庞大的产业规模，其中的领军企业佛山国星光电科技有限公司、雪莱特光电股份有限公司、奇美电子有限公司等都非常重视科技创新和产品的研究开发工作，分别建立了依托企业的省级工程技术中心，建立了高素质的研究开发队伍，拥有先进的研究开发和检测设备。另一方面，虽然佛山的光电子产业群已经初具规模，在国内处于领先地位，在国际上也具有相当大的影响，但是在世界范围来看，佛山（包括中国其他很多以制造业为主的企业）主要是在模仿外国产品的基础上进行若干改进，然后利用国内劳动力资源的优势，进行大规模生产。这些企业“大”而不“强”的主要原因在于缺乏原创性的设计，企业建立的研究开发队伍在工艺设计、改进等方面积累了大量、丰富的经验，但是当一个产业出现重大技术突破，产业面临重大技术升级和产业转型时，单纯依靠企业内部的技术人员很难把握住这一契机，此时，高等学校教师思维活跃、知识面广、理论基础雄厚的优势就显得尤为重要。佛山的光源、光电显示、LED照明等产业正处于这样的关键时刻，因此通过选择好正确的切入点和突破点，光信息科学与技术专业团队和领军企业合作建立了一系列产学研基地，实现了优势互补，在培养大批专业对口、实践动手能力强的应用型人才的同时促进了佛山地区优势产业的升级和换代，实现了专业、企业双赢。提出了一个宏观建设计划——应用型人才培养平台建设计划和8大具体的微观建设计划与措施。

二、应用型人才培养平台建设

根据广东省教育厅《关于实施广东省高等学校教学质量与教学改革工程的意见》，依据学校办学定位，结合学校建设广东省应用型创新人才培养模式改革示范院校的建设计划和措施，为了实现将光信息科学与技术专业建设为应用型创新人才培养专业的目标，着力推进了以三层结构为模型的应用型人才培养平台建设，具体措施如下：

1.建设光信息专业知识教育平台

（1）构建以“全国优秀教师/南粤优秀教师”为引领，优秀青年教师、青年博士、教授/副教授为中坚的专业教学团队。在平台建设过程中，两位副教授晋升为教授，三位博士晋升为副教授，新增“全国优秀教师”、“南粤优秀教师”各一名，同时选派骨干教师到台湾、美国、澳大利亚访学，参与国际学术合作，使光信息专业的教学团队具有宽厚的工程和学术背景，真正做到培养教师与培养学生并举，教师科研与教学并重。

（2）构建以省部级精品课程为核心的高水平课程体系和高质量的教材系列。将教师队伍建设、教材建设与课程建设紧密结合，以精品课程建设成果作为教材建设与课程建设的具体目标，以此推动教师队伍建设，并带动本专业所有课程的建设。

建成的光信息专业知识教育平台如图1所示，其培养培育功能集中体现在传授学生光信息专业知识、培养学生创新能力的同时培育高水平师资队伍。

2.建设新知识新技术教育平台

（1）搭建以高水平科研成果和专业最新动态为核心内容的新知识新技术教育平台，通过教师讲授、教材更新、省内外光电专家讲座（佛山市科协的院士讲座、佛山市政府开通的教授讲坛、学校邀请的专家报告）、参观深圳光电专业博览会等形式让学生学习和掌握最新的光电领域科学与技术的科研成果与知识。

（2）在已有的广泛合作及国内科研院所合作关系的基础上，继续通过举办省内外专家系列讲座、电信论坛等活动让学生了解专业前沿发展动态。

所建成的新知识新技术教育平台如图2所示，其催化激励功能突出表现在教师、省内外光电专家和各种社会资源通过新成果、新理论、新技术、新产品和新理念对学生的创新活动进行全方位的催发激励作用。

3.建设创新实践能力培养平台

（1）以1个省级实验教学示范中心（物理实验教学中心），2个学生科技制作室、3个产学研基地（国星光电产学研基地、威而信产学研基地、天创东宝产学研基地），5个科研实验室（光电子器件、光电检测技术、LED照明技术、量子光学、量子信息实验室），7个生产实习基地以及地方社会资源为依托，培养学生“奇思妙想”和“敢为天下先”的创新实践能力提供平台。

（2）在积极鼓励和引导学生参加“挑战杯”、“广东省大学生物理实验设计大赛”和“校学术科技作品竞赛”等的基础上，系统建立了具有专业特色的“物理实验设计大赛”和“挑战杯课外学术科技作品竞赛”等活动，为培养学生的创新意识和实践能力搭建了平台。

（3）为了保证创新实践能力培养平台能有计划、有目的、有组织地培养学生实践创新能力，实施了“集约式开放，互动式创新”学生课题研究和课外科技活动。学生组队、学生选题、学生选导师都采用集约式开放的形式，课题研究过程中包括师生互动、生生互动、组内外互动，这样既调动了学生研究创新的兴趣，提高了学生自身的创新能力，又能保证课题研究的顺利进行和获得高质量的研究结果。

（4）建立完善的鼓励、扶持与奖励机制。每年设立专门经费资助学生重大创新项目与竞赛。在竞赛中取得优异成绩的学生，除了给予直接的精神和物质奖励之外，还在班级测评中加分，特别优秀者毕业时可以直接推荐为优秀毕业生。

所建成的创新能力培养平台如图3所示，集中表现了各种硬件、软件为学生创新实践能力培养提供全面服务的功能。

三、总结

培养高素质的专业化应用型人才是地方院校的根本任务。光信息科学与技术专业主动适应珠三角特别是佛山市地方经济发展及其产业结构调整的需求，积极调整专业方向，建设三层次应用型人才培养平台，培养出适应区域经济发展需要的应用型人才，为地方经济社会发展、产业结构调整、光电类产业升级提供了人才资源和智力支持。

参考文献：

[1]易丽.着力人才培养模式创新提升服务区域经济发展能力——地方应用型本科院校改革发展高层论坛[J].中国高等教育，2011，（21）：58-59.

[2]邹宁.地方性本科院校应用型人才培养研究[J].中国电力教育，2013，（19）：34-36.

光电识别技术篇4

目前，许多文档是以纸质文档的形式存在，例如银行票据、税务报表、标准化考试中的机读卡、人口普查表、彩标单、选票、定货单等。而纸质文档不便于保存、检索、统计和修改。将这些信息录入计算机是一件非常繁琐的事情。长期以来人们通过键盘手工输入，不但费时费力且容易出错。在实时性要求较高的场合（如选举中的统计选票）自动、快速、准确地处理文档显得尤为重要。因此，对这些文档进行计算机自动录入具有重要的实现意义。

计算机自动录入是解决这个同瓶颈的关键所在。其中，光学字符识别OCR（OpticalCharacterRecognition）和光学标记识别OMR（OpticalMarkRecognition）是解决信号自动录入的有效方法。它们利用光学方法将信息录入到计算机并进行识别处理，能极大地提高数据信息的采集速度，便于计算机存储、管理与检索。

1OCR与OMR

（1）OCR的工作原理

OCR首先将要识别的文字和图像扫描进计算机，然后进行图像的预处理，再抽取字符特片进行识别，转变为计算机能够识别的字符信息。图像预处理包括去除噪声、歪斜校画龙点睛、图像分割、平滑及规范化等。其中图像分割是一个重要的步骤，它的作用是将要识别的单个字符的图像找到并分割出来。OCR技术主要应用于文字图像识别及处理，例如用于印刷体和限制手写体字符的识别。OCR技术已成为大规模数据录入的首选方案，它将随着计算机技术的发展而更加成熟。

（2）OMR的工作原理

OMR识别“涂点”上有无标记两种状态。“涂点”就是信息卡上可以涂写标记的地址。“涂点”所代表的含义可以事先定义，可以代表一个阿拉伯数字，也可以表示一个英文字母或符号。OMR技术快速简单，识别率高且成本低，广泛应用于标准化考虑自动阅卷、各类调查问卷的统计、选举结果的统计等，是自动识别领域中应用较多的一种方法。

2基于图像的OMR技术

目前OMR一般采用光电对管阅读技术。识别用的器件是半导体发光管及光敏管。发光管是光源器件，由它发出的光照射到“涂点”上。光敏管是接收器件，接收来自“涂点”位置的反射光。因为涂有标记的地方反光弱，未涂标记的地方反光强，所以光敏管接收到的光信号强度不同。不同强度的光信号可以代表有无标记两种状态。将“涂点”位置处的发光管和光敏这组成一只电眼，可识别一个涂点。若干个电眼排列起来组成光电头可完成对一排涂点的识别。

该方法实现应用中有如下限制：信息卡上的“涂点”要与电眼完全对齐，即信息卡在录入时不能倾斜；信息卡不能折皱；纸张质量、印刷技术要求高；填写标记要规范，否则就要影响识别结果。实际应用中，信息卡在录入时由于走纸机构机械误差而略有倾斜，会造成识别出错。

OCR由于采用了图像处理技术，信息卡在录入时的倾斜能自动校正，保证录入的高精度，也能处理略有折皱的信息卡。因此，OCR对所用纸张的质量、印刷技术要求不高，降低了运行成本。同时可以保留填写的原始图像备查，进行复核或重新识别。

在借鉴OCR优点的基础上，笔者在课题《彩标阅读及识别系统》中采用了基于图像的OMR技术。所谓基于图像的OMR技术，就是将信息卡经光电变换，形成二值化图像；再经歪斜校正、图像分割，对分割出的小块图像（含“涂点”）中的黑点数进行计数。若大于某个阈值，就认为有标记，否则就没有标记，从而完成了标记识别。相对OCR而言，它省去了最耗时的字符特征抽取步骤。

3硬件组成

本系统框图如图1所示。

（1）图像传感器

采用国产的CIS（ContactImageSensor）图像传感器，其光学分辨率比CCD略低，但是其驱动电路、光学系统和机械结构却比CCD简单。光学系统中采用特殊光源实现光学滤波，消除或减轻了信息卡背景信息对分割、识别的影响。工作时，由CPLD（ComplexProgramableLogicDevice）产生一个周期性的同步脉冲SYN引导每次扫描，时钟信号CLK在移动寄存器的作用下，对CIS内的像元依次进行扫描，像元上的光电信号串行输出。

（2）走纸控制

输入的信息卡通过光学系统成像在图像传感器的光敏面上，在CPLD器件产生的扫描信号的驱动下，图像传感器对信息卡进行横向自扫描；步进电机驱动输纸机构使信息卡纵向运行，从而实现了信息卡的二维扫描。

（3）模拟信号处理

模拟信号处理要考虑信息卡颜色的深浅、字迹的轻重和光强均匀度的变化等引起的脉冲幅度的变化。在光电变换中，对信号幅值影响较大的是：光束照射在光敏面上，光强的不均匀性及波动影响表现为白电平浮动对比度的变化也会引起信号幅值的较大起伏。处理的好坏直接影响到采集图像的质量。其过程为：CIS图像传感器摄取的原始图像信号，经放大、采样保持及滤波、对消、浮动阈值及二值化等一系列处理，消除或减轻了信息卡背景明暗变化、光源变化、开关噪声、高低频干扰等对系统的影响，获得高质量的二值化信号。

（4）数字信号处理

采用A、B两块大容量的SRAM轮流工作在读或写状态。合并二值化的信号，同时为了加快数据采集的速度，每次将16位的串行信号转换为2个字节的并行数据。在标志寄存器的控制下，将信号暂时写入A中，同时计算机通过16位ISA总线从B中取数据。在下一周期，二值化信号写入B中，计算机通过16位ISA总线从A中取数据。这样就保证数据传输的高效性。

（5）逻辑控制

整个系统的逻辑控制采用Lattice公司的CPLD——L1032，它负责控制轮纸机构、图像传感器、两块SRAM的轮换；并随时检测系统的工作状态，协调各部分的工作；并将检测到的状态即时送给计算机，便于计算机对整个系统的管理。

4软件处理

在大数据量的文档处理中，为了满足快速高效地处理，文档必须针对OCR技术或OMR技术进行专门设计。这样才适合光电阅读。在信息卡上设计定位标记块是一种有效手段。它分为水平定位标记块和垂直定位标记块，并且按照与填写的字符相同的颜色（黑色）来印刷。一个水平定位标记块表示一个字符行，垂直定位标记表示一个字符列。标记填写在以字符行列交叉点为中心的矩形区域。定位标记块

主要用于字符定位和信息卡图像的倾斜校正，如图2所示。另一种有效手段就是常常对信息卡学习，获得相应的先验知识，如信息卡的行数、列数、标记出现的主要区域、表格类型、每个黑色定位标记块的大致位置等。由于对同一批表格而言这些参数都是相同的，在对后续表格的处理中就可利用这些参数指导图像的分割和识别，从而提高了整批表格的处理效率。

硬件系统对信息卡进行扫描信号处理后，得到二值化的图像信号，但是二值化的图像信号中标记所代表的数字信息才是最终结果。为此，还要对二值化的图像信号在PC机上利用软件进行噪声处理、倾斜校正、分割及识别处理，得到感兴趣的识别结果。最后再将识别结果进行输出显示。在基于图像的OMR技术中，倾斜校正和图像分割是最关键的。

（1）倾斜校正

由于输纸机构有走纸不均匀的情况，信息卡图像不可避免地会产生一定的倾斜。因此必须对倾斜的图像进行旋转，旋转到正常位置，才便于图像分割。

对信息卡学习，获得正常图像的定位标记块的位置。将倾斜图像沿X，Y轴方向投影，所有的水平定位标记块和垂直定位标记块会分别在投影图上产生对应的峰，从而可以确定水平定位标记块和垂直定位标记块的位置。根据正常图像和倾斜图像的定位标记块的位置，就可以计算出旋转角δ。

将倾斜图像f(x,y)绕坐标原点O（0,0）旋转一个角度-δ，图像的原始坐标为（x,y），旋转后的坐标为（x',y'），按式（1）旋转变换，旋转后的图像为（x',y'）。

（2）图像分割

根据上述投影法，可以获得水平定位标记块和垂直定位标记块的位置，并得到交叉点的位置。由于标记填写在以字符行列交叉点为中心的矩形区域，并且设矩形区域长为X列，宽为Y行，以此交叉点向左向右各扩展（X+4）/2列，向上向下各扩展（Y+4）/2行形成一分割框，即矩形区域完全包含在该分割框内。逐行以分割框为单位对整个图像进行分割，并统计各分割框内的黑点数。若大于某个阈值，就认为有标记；否则就没有标记。再结合各标记事先定义的含义，得到识别结果。

基于图像的OMR技术采用图像传感器作为扫描部件，将信息卡的完整图像读入微机，并进行图像识别。它克服了采用光电对管阅读的OMR方式的缺点，同时它具有如下优点：

·识别精度高；

·纸张质量、印刷技术要求低，可以处理略有折皱的信息卡；

·调整表格灵活，可适应多种信息卡；

光电识别技术篇5

就业方向在相关企、事业单位从事光电仪器、精密仪器的设计、制造及经营等工作。在科研机构和高等院校中从事基础研究和教学工作

推荐院校清华大学、重庆大学、长春理工大学等

光电信息工程是以光电为主，光、机、电、信息技术与计算机应用相结合的宽口径的学科。主要围绕信息的获取、处理、传输、应用及相关的支撑技术。重点是光电传感、测量与控制、计算机视觉与图像处理、自动识别、光通信、光电制导等技术，培养相应的高级科学技术人才。

光电识别技术篇6

论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。

国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。