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篇1

doi:10.11772/j.issn.10019081.2013.07.1973

摘 要:

為補償光學4f系統(tǒng)灰度誤差，提出基于直方圖匹配和徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡的灰度誤差補償方法。首先利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡擬合經(jīng)光學4f系統(tǒng)輸出圖像的直方圖與對應輸入圖像的直方圖之間的非線性變換，得到輸出圖像與輸入圖像的直方圖匹配變換曲線的最優(yōu)估計；再依據(jù)直方圖匹配曲線的最優(yōu)估計對經(jīng)光學4f系統(tǒng)的輸出圖像進行直方圖匹配，得到灰度誤差補償后的圖像。利用實際的光學4f系統(tǒng)進行光學實驗，灰度誤差補償后圖像的信噪比平均提高了2.96dB，視覺效果明顯改善。實驗結(jié)果表明，該方法能有效補償光學4f系統(tǒng)灰度誤差，提高基于光學4f系統(tǒng)的光學信息處理的精度。

關鍵詞:光學4f系統(tǒng)；灰度誤差；徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡；直方圖匹配

中圖分類號: TN911.74文獻標志碼:A

英文標題

Implementation of gray level error conpensation for optical 4f system

英文作者名

HAN Liang*, JIANG Ziqi, PU Xiujuan

英文地址(

College of Communication Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China英文摘要)

Abstract:

To compensate the gray level error in optical 4f system, a method for gray level error compensation based on histogram matching and Radial Basis Function (RBF) neural network was proposed. The nonlinear transformation of histogram between input and output images in optical 4fSystem was fitted by RBF neural network, then the optimal estimation of curve for histogram matching between input and output images was obtained. The gray level error compensation image was obtained by utilizing histogram matching according to the optimal estimation of curve for histogram matching. The average Peak SignaltoNoise Ratio (PSNR) gain achieved was 2.96dB and the visual effect of images processed was improved by utilizing the proposed method in actual optical 4f system. The experimental results show the gray level error in optical 4f system can be compensated effectively and the precision of optical information processing was improved by the proposed method.

To compensate the gray level error in optical 4f system, one method for gray level error compensation based on histogram matching and Radial Basis Function (RBF) neural network is proposed. The nonlinear transformation of histogram between input and output images in optical 4f System is fitted by RBF neural network, then the optimal estimation of curve for histogram matching between input and output images is obtained. The gray level error compensation image is obtained utilizing histogram matching according to the optimal estimation of curve for histogram matching. The averagely PSNR gain achieved is 2.96 dB and the visual effect of images processed is improved utilizing the proposed method in actual optical 4f system. The experimental results show the gray level error in optical 4f system can be compensated effectively and the precision on optical information processing is improved by the proposed method.

英文關鍵詞Key words: optical 4f system; gray level error; Radial Basis Function (RBF) neural network; histogram matching

0 引言

篇2

關鍵詞：高等農(nóng)業(yè)院校，光電類課程，教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）04-0221-02

一、引言

針對光電技術在農(nóng)業(yè)機械化工程及農(nóng)村信息化工程技術中的應用覆蓋范圍日益擴大，但新能源人才缺口越來越大的現(xiàn)狀，如何在高等農(nóng)業(yè)院校中開展和普及光電技術的應用課程已經(jīng)成為眾多農(nóng)業(yè)院校相關本科專業(yè)的新課程開設熱點。例如，中國農(nóng)業(yè)大學工學院的測控技術與儀器專業(yè)開設了光電技術原理、光電檢測技術等必修課；華南農(nóng)業(yè)大學工程學院電子科學與技術專業(yè)開設了光電類綜合課程，另外，農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)增設了光電子技術的必修課，其能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)開設了光伏科學技術的必選課；南京農(nóng)業(yè)大學工學院電子科學與技術專業(yè)開設了光學信息處理必修課。為了提高光電類課程的教學質(zhì)量，改進教學效果，提高學生分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學技術發(fā)展要求的高質(zhì)量專業(yè)人才，同時，針對這些專業(yè)的面向農(nóng)業(yè)特點以及課程組本科課堂教學實踐的效果，課程組就如何在農(nóng)業(yè)院校開展光電課程的課堂教學，提高課程教學質(zhì)量方面進行了改革實踐。

二、課程教學改革

針對面向農(nóng)業(yè)類的特點，相比普通高校的光電類課程，農(nóng)業(yè)院校光電類課程在教學內(nèi)容、課堂教學組織以及實踐教學方面都應有較大改動，充分體現(xiàn)課程在農(nóng)業(yè)方向上的相關性和實用性。

1.教學內(nèi)容的改革。現(xiàn)有的光電類課程包括《光電子技術》、《光電子器件》、《光電測試技術》、《光電顯示技術》、《光電圖像處理》、《光學信息處理》、《光伏科學技術》等。這些課程要求學生有一定的光學基礎和電學基礎，農(nóng)業(yè)工程專業(yè)的學生在光學基礎方面比較欠缺，課程架構中缺乏相應的前續(xù)課程。相比普通高校的光電類課程，農(nóng)業(yè)院校開設光電類課程在教學內(nèi)容中，首先一定要增大光學基礎部分的講授，同時，針對光學基礎較弱的特點，側(cè)重實用方向的重點和基礎理論，避開偏向推導的公式運算，重點講授公式的適用范圍，同時，增加農(nóng)業(yè)機械中光電設計的相關實例，幫助學生理解如何應用所學光學理論。其次，農(nóng)業(yè)院校開設光電類課程的教學內(nèi)容可以按照農(nóng)業(yè)應用范圍分為四大模塊進行講授，包括：光電檢測系統(tǒng)、光電圖像處理、光伏科學技術和光譜信息處理。光電檢測系統(tǒng)側(cè)重于光電直接測試系統(tǒng)的架構和設計；光電圖像處理面向CCD和CMOS檢測的信號的處理及分析；光伏太陽能發(fā)電則基于現(xiàn)有太陽能電池的選擇和系統(tǒng)設計；光譜信息處理針對紅外光譜在農(nóng)業(yè)上的廣泛應用，講授如何處理不同狀態(tài)下的紅外光譜。課程組的老師針對這四方面對課程教學內(nèi)容進行相應調(diào)整，確立基礎及重點理論，選擇適合的教材，挑選適當?shù)膶嵗O計合理的思考題和作業(yè)題，引入對口的設計軟件等，從而方便學生根據(jù)自己的興趣選擇部分模塊做深入學習。

2.課堂教學的組織。課題組老師目前的課堂教學主要包含課堂理論教學以及課堂討論教學兩種形式，前者以實用性為教學目標，后者則以啟發(fā)性為教學目標。①把握基礎和重點內(nèi)容做好課堂理論教學。首先，在四大模塊中必有的基礎光學內(nèi)容，這部分內(nèi)容從輻射度學和光度學的物理量的相互關系展開，教學中增加農(nóng)業(yè)中常用光源的光學量的計算，教會學生如何閱讀光學器件的性能參數(shù)圖表，并根據(jù)這些光學參數(shù)，選擇合適的光源。另外，講授農(nóng)業(yè)中常用光源，如LED和LD的發(fā)光特點以及如何選用合適的光源。最后，講授光電檢測器件的檢測原理，并根據(jù)相應的光電轉(zhuǎn)換公式選擇合適的后續(xù)處理電路得到相應的電學物理量（電流或電壓）。其次，根據(jù)農(nóng)業(yè)院校光電類課程的四大模塊的不同特點，確立每個模塊的相應核心并圍繞核心做好理論講授，避開偏向推導的公式運算，重點講授公式的表達意義及適用范圍。光電直接測試系統(tǒng)設計適用于農(nóng)業(yè)機械設計和小型農(nóng)業(yè)傳感器設計，其核心在于根據(jù)適用環(huán)境確定測試的對象的物理量，研究對象的農(nóng)業(yè)特性對應的光學特性，找出兩者的基本對應關系，選擇適合的光電器件，加上相應的工作條件（主要包括電學條件和外界條件），設計出相應電路。光電圖像處理面向農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的無損檢測以及農(nóng)業(yè)的實時檢測，其核心原理在于數(shù)字圖像處理中取樣（量化）、編碼、灰度化和二值化、調(diào)整對比度、圖像平滑度處理、圖像增強和圖像濾波的算法講解。光伏太陽能發(fā)電可應用在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)以及智能化大棚和溫室的能源系統(tǒng)，其核心知識在于根據(jù)現(xiàn)有太陽能陣列，根據(jù)產(chǎn)生的電能要求，計算出太陽能電池的數(shù)量及排列方式，從而選擇或設計相應的充放電控制裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能從而為蓄電池充電。光譜信息處理適用于農(nóng)學信息的獲取、作物長勢評估、農(nóng)業(yè)災害監(jiān)測和農(nóng)業(yè)管理等領域，學習如何分析確定研究所需數(shù)據(jù)及其類型，設計光譜采集方案，分析并提取目標特征光譜、選擇合適的算法對目標光譜進行預處理，建立定量化分析模型、最終對識別效果進行評價，確立模型適用條件和精度。四大模塊中的理論知識各有側(cè)重，相互之間沒有較大關聯(lián)，因此，在課堂教學組織中從各自的側(cè)重點和實用性出發(fā)，講解包括選用適合的硬件器件以及數(shù)據(jù)處理軟件的使用。②根據(jù)實例組織課堂分析和討論。首先，教師在實例選擇中，應選擇具有典型性和指導性的實例，每個實例都應有啟發(fā)遷移作用，不同實例之間應各有側(cè)重點。另外，教師要結(jié)合學生的知識結(jié)構，設計引導和啟發(fā)問題，針對難點問題設計出討論題目。其次，教師要組織好分析和討論的環(huán)節(jié)，獲取有效的信息反饋，發(fā)現(xiàn)學生學習中的難點問題。按照課前計劃，以專題的形式引入討論的題目，根據(jù)學生的課堂反應，給予適當?shù)囊龑Ш蛦l(fā)，最好展示學生需要討論的題目。較好的課堂討論形式是將學生分成大組，每一組設計不同的實例，同時討論交流。在給定討論時間結(jié)束后，隨即抽取學生代表其所在組回答題目，同時，給相應的點評和補充，并引導出此實例的適用條件和不適用條件。通過設計、引導和討論，理論知識得到進一步的補充，并能很好地提高學生的學習興趣，取得較好的教學效果。

3.實踐教學的補充。目前，光電類課程在農(nóng)業(yè)類學科課程中所占比例還較低，傳統(tǒng)的課程實踐時間分配較少，部分院校甚至沒有對應的實踐安排。解決理論學習遠超過實踐學習的現(xiàn)狀，筆者提出以下解決方法。①邀請在校學生做相關專題講座，這些學生都是參加過歷次光電競賽或電子設計大賽（光電類）項目的獲獎者或優(yōu)勝者。采用這種形式的實踐活動，極大地增強學生的設計自信心，并能從實踐中得到更多切實指導。②利用校內(nèi)開放式專業(yè)實驗室，開放式實驗室不僅為學生們提供更多的實踐機會，讓學生更好地掌握和鞏固專業(yè)知識，提高其動手能力和創(chuàng)新實踐能力；同時也可充分發(fā)揮廣大教師的能動作用，和學生一同探究課題，解決理論學習中的問題，增強教師的教學效能感。③參加高?；蚴?nèi)的面向本科生的實踐類項目。例如，筆者所在的華南農(nóng)業(yè)大學開展了面向優(yōu)秀大學本科生的“紅滿堂計劃”，大學生創(chuàng)新實驗計劃項目以及廣東省開展了廣東省高等學校大學生創(chuàng)新實驗項目。從實驗項目選題開始，學生將查找大量的相關文獻，自行設計構想出項目基本方案；方案確立的過程實際上也是自我學習和突破的過程，同時，這種形式需要有相應輔導老師作為指導老師，結(jié)合指導老師的研究課題，就有很強的實用性，并能為下一步科學研究奠定基礎，同時，為將來的科研工作儲備了人才。

三、結(jié)束語

經(jīng)過實踐和聽取學生的課下反映以及課堂評估成績表，本文認真總結(jié)出在農(nóng)業(yè)院校的農(nóng)業(yè)相關專業(yè)開展光電類課程的教學應該在確保光學理論基礎的情況下加強針對性的模塊教學，以相關性和實用性為教學目標，課堂講授結(jié)合理論講授和實例討論兩部分，鼓勵學生參與實踐類項目，可以使大多數(shù)同學克服專業(yè)跨度較大的難題，從而較大程度地提高學生的學習興趣并獲得良好的教學效果。

參考文獻：

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[3]趙懿琨，王衛(wèi)星，王建.“光電子技術”雙語教學課程的建設[J].教育理論與實踐，2007，（27）：169-170.

[4]王建，謝家興，趙懿琨.建立開放式專業(yè)實驗室，促進高校人才能力培養(yǎng)[J].電氣電子教學學報，2009，9（31）：135-136.

篇3

【關鍵詞】電流互感器;OCT;繼電保護

在電力系統(tǒng)中，對電力設備的運行情況進行監(jiān)視和測量是保證各種電氣設備的安全和有效運行的前提。電磁式電流互感器由于其簡單的構造，穩(wěn)定的運行，較低的成本，在電力系統(tǒng)中應用較廣泛。但是，傳統(tǒng)的電流互感器由于其工作原理的限制無法滿足電力系統(tǒng)大容量和高電壓的要求。

為了滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展提出的最新要求，新型的電流互感器的發(fā)展就變得格外重要，其中光學電流互感器（Optical Current Transducer，簡稱OCT）由于其獨特的工作原理和良好的通訊能力逐漸的在電力系統(tǒng)中嶄露頭角。

1.OCT的基本原理

光學電流傳感原理是基于法拉利磁光原理。由于電流在傳輸?shù)倪^程中會在導線周圍產(chǎn)生交變的磁場，通過對磁場強度的測量然后對其線積分就可得到電流的大小。根據(jù)法拉利磁光效應，線偏振光在與其傳播方向平行的外界磁場的作用下通過晶體或光學玻璃時，其偏振面將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角H為：

其中，L是磁光材料的磁導率;V為磁光材料的Verdet常數(shù);H磁光材料周圍的磁場強度;L為通過磁光材料的偏振光的光程長度。當偏振光圍繞i形成回路時，通過計算就可得出電流的大小。

其中，N為線偏振光圍繞i的環(huán)路數(shù)。

2.光學電流互感器的構成

OCT數(shù)字信號處理單元先將光學電流傳感器采樣的模擬信號經(jīng)光纖傳輸?shù)紻SP系統(tǒng)處理，最后傳到繼電保護單元，再判斷是否有保護動作。由于光纖傳輸可以絕緣高低壓系統(tǒng)和實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)由高壓向低壓的高速傳輸，所以節(jié)約了大量的絕緣設備并且讓高速數(shù)字信號處理器實現(xiàn)了信息處理的實時性，保護動作更加迅速和精確。

為了能與傳統(tǒng)的模擬接口兼容，光學電流互感器需要一個模擬量輸出接口。本文選用TMS320C32數(shù)字信號處理芯片。該芯片最高主頻為O.1MHz，可實現(xiàn)16為采集信號的輸入和輸出;具有雙路異步串行通訊功能和看門狗電路為未來硬件和軟件的升級提供有效的支持;有較高的穩(wěn)定性，能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

在低壓端安裝功率放大器就可得到額定的電流和功率。同時要保證輸出電流的相位、幅值等性質(zhì)與傳統(tǒng)電流互感器一樣。這樣，光學電流互感器系統(tǒng)可以實現(xiàn)與傳統(tǒng)的電流互感器和電壓互感器以及其他模擬儀表和裝置的無縫連接。使得現(xiàn)場總線技術可以經(jīng)由光學電流互感器實現(xiàn)點對點和多個點對點的高效通訊，大大的簡化了復雜的二次接線，實現(xiàn)了信息的共享。

3.光學電流互感器與繼電保護裝置的連接

光傳感頭將檢測的電流信號經(jīng)過光纖傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧?，再由信息合并單元將信息合并后，由主從中央處理器處理后送到各個終端。

傳統(tǒng)的電磁互感器只能輸出5A或1A的模擬量電流，由于現(xiàn)代的電力系統(tǒng)的微機保護系統(tǒng)需要數(shù)字信號的輸入，傳統(tǒng)的電磁互感器需要經(jīng)過復雜的電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能提供有效的信號給保護裝置。這種復雜的二次接線不但降低了信號的精度而且使得微機保護的可靠性降低。

而擁有數(shù)字信號處理單元的光學電流互感器可以提供多種數(shù)字信號給控制單元，簡化了電路，提高了檢測、計量和控制系統(tǒng)的精確度和可靠性，減少了系統(tǒng)故障的誤報警。與此同時，使得二次設備集成化，將改變電力保護設備的整體構造和保護方式。

（1）光接收模塊

光接收模塊實現(xiàn)光電信號的轉(zhuǎn)換，將由光信號傳感器傳輸來的信號轉(zhuǎn)換為電信號，該模塊可以處理6通道的信號，最后將信號傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧９饨邮漳K的技術要求主要是信號幅值的變化時間和時鐘精度以及脈沖寬度失真的大小。

（2）中央處理單元

中央處理單元對傳輸來的信號進行處理和判斷并發(fā)出控制信號，在整個繼電保護系統(tǒng)中起到核心作用。為了保障處理信號的高效和穩(wěn)定，該單元采用雙中央處理器，其中主處理器采用具有以太網(wǎng)接口的MCF5272處理器。由于擁有以太網(wǎng)接口和較高容量的緩沖區(qū)，處理器可以接受完整的采樣信號不會出現(xiàn)信號丟失的情況，從而實現(xiàn)高速的信號運算和控制信號傳輸?shù)膶崟r性，大大提高了繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

從CPU采用型號為80C196KC的處理器，實現(xiàn)人機接口和通訊的任務和其他輔助的功能為未來模塊的升級留有空間。雙口RAM模塊實現(xiàn)兩個CPU之間數(shù)據(jù)的交換。

4.總結(jié)

由于光學電流互感器不存在飽和問題，杜絕了傳統(tǒng)電磁式電流互感器經(jīng)常出現(xiàn)的誤動作。另外，光學電流互感器采用的高速的數(shù)字信號處理器和光學傳感器提高了信息處理的精度。可以預見，光學電流互感器將在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]李煒.基于自適應技術的組合式光學電流互感器的研究：（碩士學位論文）.北京：華北電力大學，2002.

篇4

中圖分類號:TN919-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)18-0106-04

Design of Astronomical Image Acquisition and Processing System Based on USB

QI Rui, HAN Jian-tao, CHEN Zeng-ping

(ATR Key Lab, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Abstract: Aiming at the real-time processing requirement of one detecting system for space targets, a high resolution astronomical image acquisition and real-time processing system based on USB 2.0 is designed combining with the interface form of CCD camera. Firstly it thoroughly analyzes the USB 2.0 protocol and realizes the data interface. Then a project of reconfigurable real-time processor based on DSP+FPGA is put forward combining with the flow of dim small target algorithm. The testing results show that the design can realize effective detection of dim small target with low SNR. Furthermore the real-time requirement is satisfied.Keywords: USB 2.0; high-resolution; astronomical image; data acquisition; real-time processing

0 引 言

電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)分為3個等級:商業(yè)級、工程級和科學級。3個級別的要求┮患丟比一級高?？茖W級CCD以其高光子轉(zhuǎn)換效率、寬頻譜響應、良好的線性度和寬動態(tài)范圍等優(yōu)點被廣泛用于天文觀測[1]。短短十幾年來,各大天文臺的主要望遠鏡均將CCD系統(tǒng)作為主探測器,CCD通常已成為天文觀測必不可少的后端設備。而針對于空間目標監(jiān)視的天文探測系統(tǒng)中,由于目標運動角速度快,要求盡可能快的檢測到復雜背景中的弱小運動目標,這對高分辨天文圖像的實時獲取與實時處理提出了更高的要求。隨著接口技術的發(fā)展,目前科學級CCD相機接口有Camlink、Ethernet、USB、1394等數(shù)據(jù)接口。而USB[2]接口是近幾年來發(fā)展較快的接口技術之一。

由于利用通用計算機進行USB數(shù)據(jù)傳輸占用計算機的CPU資源,所以隨著CCD像素數(shù)及相機幀頻的增加,使用通用計算機進行數(shù)據(jù)獲取并利用其進行數(shù)據(jù)處理已經(jīng)無法滿足探測系統(tǒng)的實時性能要求。本文結(jié)合實際光電探測系統(tǒng)的實時性要求及其所采用的USB接口高分辨CCD相機,在深入剖析USB 2.0協(xié)議的基礎上,依據(jù)復雜背景下弱小目標的檢測流程,設計并實現(xiàn)了基于USB 2.0的高分辨天文圖像實時獲取與處理系統(tǒng)。下面分別介紹該實時獲取與處理系統(tǒng)的總體結(jié)構、硬件設計、DSP算法實現(xiàn)及系統(tǒng)性能測試。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構與功能

系統(tǒng)由大視場光學系統(tǒng)、科學級CCD相機、實時信息處理分系統(tǒng)、主控計算機、望遠鏡電機控制分系統(tǒng)、時統(tǒng)幾大部分組成。其中,實時信息處理分系統(tǒng)通過USB 2.0接口與CCD相機連接,通過該接口實現(xiàn)相機的控制,如初始化、制冷、曝光等操作,同時通過該接口實現(xiàn)相機圖像數(shù)據(jù)的獲取,獲取的圖像數(shù)據(jù)在實時信息處理分系統(tǒng)中進行處理,把圖像處理結(jié)果(弱小目標的檢測結(jié)果)通過CPCI接口發(fā)送至主控計算機進行后續(xù)的處理。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

系統(tǒng)整個工作流程規(guī)劃為3個階段:

(1) 系統(tǒng)準備階段:各個分系統(tǒng)加電,初始化,故障自檢。

(2) 目標檢測階段:本文所基于的觀測系統(tǒng)沒有伺服系統(tǒng),根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)來對空域進行掃描。由于光學視場大,一般來說目標從進入視場到出視場需要10～20 s,實時信息采集與處理系統(tǒng)連續(xù)獲取圖像并進行實時處理,檢測到復雜背景中的弱小運動目標及恒星目標,把檢測結(jié)果傳入主控計算機。

(3) 目標后續(xù)處理階段:在系統(tǒng)檢測到目標后,根據(jù)獲取的時間信息、光學望遠鏡指向信息、測站地理位置、目標檢測結(jié)果及星表數(shù)據(jù)來計算目標的天球坐標,進而進行定軌和編目等處理。

系統(tǒng)選用CPCI工業(yè)控制計算機為主機,實時信息處理分系統(tǒng)與主機之間通過高速CPCI總線進行通信,而實時信息處理分系統(tǒng)通過高速USB 2.0接口實現(xiàn)與CCD相機之間的通信與數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構

2 實時信息處理分系統(tǒng)硬件設計

實時信息處理機硬件平臺是本系統(tǒng)的關鍵部分,它實現(xiàn)對高分辨天文圖像數(shù)據(jù)的獲取,并對圖像中的目標進行實時檢測,并將目標質(zhì)心檢測結(jié)果信息等傳遞給主機以進行后續(xù)的目標天文定位。由于實時信息采集與處理分系統(tǒng)的設計是針對該系統(tǒng)的,在設計之初必須研究系統(tǒng)所采用算法的流程及結(jié)構,分析其需要的運算量,在此基礎上才能設計出高效、穩(wěn)定且具有針對性的實時處理硬件平臺。首先介紹該系統(tǒng)所采用的算法流程。

2.1 弱小目標檢測算法流程

包含空間目標的CCD圖像序列f(i, j, k)可以描述為:

f(i,j,k)=fT(i,j,k)+fS(i,j,k)+fB(i,j,k)+

n(i,j,k)(1)

式中:f(i, j, k)為像素點(i, j)的總灰度值;fT(i, j, k)為空間目標;fS(i, j, k)為恒星目標;fB(i, j, k)為背景圖像;n(i, j, k)為噪聲圖像;k為圖像序列中的幀序號。

空間目標fT(i, j, k)與恒星目標fS(i, j, k) 成像相似,在空域上均體現(xiàn)為單幀圖像上灰度的局部奇異性,為一孤立的亮斑,兩者的區(qū)別在于時域上恒星目標表現(xiàn)為相對靜止,而空間目標表現(xiàn)為明顯的運動特性。背景fB(i, j, k)具有時空域雙重平穩(wěn)性和時空域雙重強相關性[3],占據(jù)了場景圖像頻率中的低頻部分。噪聲n(i, j, k)是CCD傳感器及讀出電路等產(chǎn)生的各類噪聲的總和,噪聲與背景像素和目標像素都不相關,它在空間分布是隨機的,各幀之間的空間分布沒有相關性。

基于上述分析,該系統(tǒng)采用一種基于時空域聯(lián)合濾波的天文光電圖像序列弱小目標實時檢測算法,流程如圖2所示。圖像序列首先在空域背景抑制、噪聲平滑、拖尾去除、目標增強;然后在時域上,根據(jù)恒星目標多幀之間相對靜止的性質(zhì)通過兩幀相關對其進行檢測,而對于空間目標,根據(jù)多幀之間目標的運動特性通過改進的三幀差分方法檢測目標。最后再根據(jù)目標的統(tǒng)計信息,如位置、大小、亮度、信噪比等信息剔除虛假目標,空間目標還可以通過運動航跡的連續(xù)性和規(guī)則性,建立目標運動航跡,根據(jù)航跡預測來檢測目標。

圖2 天文光電圖像序列弱小目標實時檢測算法流程

2.2 實時信息處理分系統(tǒng)結(jié)構設計

CCD天文圖像大小為2 048×2 048,幀頻為1～5 f/s,其數(shù)據(jù)量大且圖像處理算法運算量大,而系統(tǒng)對實時性的要求高,以上這些特點對硬件平臺的設計提出了很高的要求。

國內(nèi)外一些同行在實時圖像處理機的設計中采用了DSP陣列結(jié)構[4-5],用多塊DSP協(xié)同工作來提高處理機的實時處理能力。鑒于本文所涉及的目標實時信息獲取與處理系統(tǒng)的目標檢測要求,在對各方面因素進行綜合考慮的基礎上,結(jié)合處理算法的動態(tài)可變和可重構特點,根據(jù)上文目標檢測算法的流程設計了基于2片DSP+FPGA的實時信息處理機硬件平臺,發(fā)揮DSP和FPGA各自的優(yōu)勢,合理劃分處理任務,使得效率和靈活性得到充分提高。

其結(jié)構框圖如圖3所示。

圖3 實時信息處理機結(jié)構圖

2.3 嵌入式USB 2.0主機控制器設計

在本系統(tǒng)中,USB 2.0接口是實時信息處理分系統(tǒng)與CCD相機的通信及數(shù)據(jù)接口,數(shù)據(jù)獲取的速度取決于USB傳輸?shù)乃俣?由于實時信息采集與處理分系統(tǒng)直接與CCD相機連接,不能使用相機廠商提供的相機驅(qū)動程序進行相機控制及數(shù)據(jù)獲取,必須在實時信息處理機上實現(xiàn)嵌入式USB 2.0主機控制器的設計,同時根據(jù)相機控制協(xié)議完成對相機的控制及數(shù)據(jù)傳輸。

Philips公司ISP1760/1是目前業(yè)界惟一一款支持增強型主機控制器接口(enhanced host controller interface,EHCI)標準的主控芯片,主要由CPU接口、中斷控制、USB SIE 、SRAM、從DMA控制器和根集線器等模塊組成,具體各項性能可參加該主控芯片資料,這里不再詳述。

本系統(tǒng)選擇ISP1760直接與FPGA連接,通過FPGA內(nèi)部PowPC[6]完成對USB 2.0主控制器內(nèi)部寄存器和內(nèi)部傳輸描述符PTD的配置,設置每次傳輸?shù)膫鬏旑愋?、令牌包類型、傳輸方向、?shù)據(jù)包大小、數(shù)據(jù)切換位、內(nèi)存緩沖區(qū)位置、完成狀態(tài)和傳輸描述符訪問的設備端點及地址。

ISP1760硬件通過內(nèi)部的EHCI操作寄存器和性能寄存器將要處理的傳輸鏈接到周期性數(shù)據(jù)幀列表和異步數(shù)據(jù)幀列表上,根據(jù)列表執(zhí)行相應的傳輸,傳輸完成后根據(jù)中斷控制寄存器的設置向FPGA遞交中斷,FPGA通過中斷來處理已經(jīng)完成的傳輸結(jié)果并設置新的傳輸。

2.4 CCD圖像數(shù)據(jù)獲取

本系統(tǒng)對CCD大批量數(shù)據(jù)讀取是采用從DMA傳輸模式,ISP1760內(nèi)置從DMA控制器使得FPGA可以直接搬移ISP1760內(nèi)部60 KB的數(shù)據(jù)區(qū)的大容量數(shù)據(jù)。FPGA可通過設置ISP1760內(nèi)部DMA控制寄存器讀寫類型、數(shù)據(jù)突發(fā)長度、傳輸數(shù)據(jù)長度和內(nèi)存數(shù)據(jù)緩沖地址控制從DMA控制器傳輸數(shù)據(jù),將ISP1760內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)域劃分為2個24 KB的空間,分別用于異步PTD1和異步PTD2數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇娣?從DMA控制器乒乓式切換傳輸?shù)刂穼⑾鄳獢?shù)據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)通過DMA傳輸?shù)紽PGA進行實時處理,如圖4所示。

圖4 從DMA傳輸設計

圖像數(shù)據(jù)獲取時傳輸速度高達42 MB/s,滿足系統(tǒng)對CCD相機數(shù)據(jù)獲取的要求。

2.5 DSP算法實現(xiàn)

DSP主要完成對圖像的預處理以及后續(xù)的目標檢測工作,由于圖像背景復雜,而弱小目標一般信噪比很低,為此必須對圖像進行有效的空域、時域背景抑制,并融合時空域背景抑制的結(jié)果來提高目標信噪比,從而提高目標的檢測概率。在本系統(tǒng)中空域背景濾波[7]根據(jù)目標不同可選用數(shù)學形態(tài)學濾波、基于M估計[8]的自適應背景抑制等濾波方法?；诠鈱W系統(tǒng)指向固定的特點,時域背景濾波[9]采用經(jīng)典的幀間差方法來有效的檢測弱小運動目標。其流程圖如上文中的圖2所示。DSP的軟件結(jié)合C語言和匯編語言進行編寫,使程序的效率和優(yōu)化結(jié)果達到最佳,在開發(fā)過程中根據(jù)算法和硬件資源的關系以及數(shù)據(jù)的相關性最大限度提高操作并行度。

3 測試結(jié)果

實際探測系統(tǒng)采用的相機分辨率為2K×2K,幀頻為1 Hz,所以系統(tǒng)的實時性要求為:信息采集與處理系統(tǒng)必須在1 s時間內(nèi)完成8 MB圖像數(shù)據(jù)的采集、自適應背景抑制及弱小目標檢測。根據(jù)上述指標、結(jié)合上文實時處理系統(tǒng)設計方案,本文實現(xiàn)了基于CPCI的實時信息處理機,其實物圖如圖5所示。

圖5 實時信息采集與處理機實物圖

該處理機上采用嵌入式USB主控接口實現(xiàn)了對相機的有效控制和數(shù)據(jù)獲取,數(shù)據(jù)速率可達42 MB/s,滿足了系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)獲取的實時性要求。一個工業(yè)控制計算機中可內(nèi)置4~6個該處理機,同時完成對4~6個相機的控制和數(shù)據(jù)獲取。

為測試該實時信息處理機的性能,本文采用實測的分辨率為2k×2k的天文圖像數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行了測試,同時利用相同的算法在配置為2 GB內(nèi)存,intel(R)Core(TM)2Quad CPU,2.50 GHz的計算機上進行測試,測試結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過優(yōu)化后的代碼在實時處理機上所耗費的時間遠小于PC機,且滿足了實際探測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)獲取與處理實時性的要求。

表1 圖像數(shù)據(jù)處理算法處理速度比較

PC機實時處理機

預處理725 ms

恒星檢測224 ms70 ms

單幀檢測方法>1 s210 ms

快速空間目標檢測246 ms85 ms

4 結(jié) 語

本文針對高分辨天文CCD圖像的實時獲取與處理需求,設計并實現(xiàn)了基于USB 2.0的高速相機接口及基于雙DSP+FPGA的實時處理機,該設計充分利用FPGA靈活、可編程特性和DSP在實現(xiàn)復雜運算方面的高速、程序動態(tài)可加載特性,使得該結(jié)構具有高速、靈活和可重構等優(yōu)點,測試結(jié)果表明,該處理機的數(shù)據(jù)獲取速度及處理速度滿足天文觀測系統(tǒng)要求,并優(yōu)于同時期的高性能計算機,滿足了實際探測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)獲取與處理的實時性要求。

參考文獻

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篇5

北京工業(yè)大學2015年碩士研究生擬招生學科目錄

院（所）、學科代碼、名稱 學科方向 招生人數(shù) 考試科目 備注 001 機械工程與應用電子技術學院 223     0801 力學 _ 01動力學與控制 _ 02固體力學 _ 03流體力學 _ 04工程力學 27 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④811理論力學或812材料力學I   080200 機械工程 _ 01數(shù)字化設計與制造技術 _ 02精密數(shù)控加工與自動化裝備 _ 03現(xiàn)代焊接技術與自動化裝備 _ 04機電系統(tǒng)控制及自動化 _ 05機構及機器人系統(tǒng)分析與控制 _ 06機械及微機電系統(tǒng)結(jié)構設計 78 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④811理論力學或812材料力學I或813電工學   0804 儀器科學與技術 _ 01精密測試技術與儀器 _ 02現(xiàn)代測控技術及方法 _ 03計算機測試與控制技術 _ 04智能儀器與虛擬儀器技術 23 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④803電子技術I或812材料力學I或813電工學   085201 機械工程（專業(yè)學位） _01數(shù)字化設計與制造及裝備 _02現(xiàn)代機械系統(tǒng)設計 _03機電液一體化設計與制造 _04現(xiàn)代測控技術與儀器 _05高端裝備強度與動態(tài)分析 95 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④809工程力學或813電工學   002 電子信息與控制工程學院 232     0809 電子科學與技術 _ 01信號處理與電路 _ 02數(shù)字多媒體信息技術 _ 03信息光電子學與光通信 _ 04超大規(guī)模集成電路設計與系統(tǒng)集成 _ 05電子器件、射頻和功率集成電路及可靠性 58 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④822信號與系統(tǒng)或823半導體物理 1、01-02方向選822； 2、03-05方向選823。 0810 信息與通信工程 _ 01語音與音頻信號處理 _ 02多媒體通信技術 _ 03信號處理理論與通信技術 _ 04圖像與視頻信號處理 30 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④822信號與系統(tǒng)   0811 控制科學與工程 _ 01自動控制理論及其應用 _ 02測控技術與自動化系統(tǒng) _ 03智能系統(tǒng)與智能信息處理 _ 04信息融合與自主導航 _ 05計算機控制技術及其應用 63 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④821自動控制原理   085208 電子與通信工程（專業(yè)學位） _ 01信號與信息處理及其應用技術 _ 02圖像處理與模式識別技術 _ 03多媒體通信技術 _ 04無線通信技術 _ 05嵌入式系統(tǒng)技術 35 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④822信號與系統(tǒng)   085210 控制工程（專業(yè)學位） _ 01工業(yè)過程的建模、控制與優(yōu)化 _ 02系統(tǒng)工程（系統(tǒng)優(yōu)化與決策） _ 03信息管理系統(tǒng) _04生產(chǎn)過程綜合自動化 _ 05智能控制與智能系統(tǒng) 30 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④821自動控制原理   085209 集成電路工程（專業(yè)學位） _ 01集成電路設計 _02集成電路制備工藝及相關技術研究 _03微電子器件檢測與可靠性評價技術 16 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④823半導體物理   004 建筑工程學院 246     0814 土木工程 _01工程抗震減震與城市綜合防災減災理論、方法和技術 _02結(jié)構新體系與高性能材料 _03結(jié)構全壽命設計、健康監(jiān)測與可持續(xù)發(fā)展 _04巖土與地下工程安全風險分析、評價方法和技術 _05工程施工技術與風險管理 _06水環(huán)境恢復工程及水質(zhì)處理保障技術 _07建筑環(huán)境控制及能源利用技術 119 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③301數(shù)學一 ④841結(jié)構力學 或833土力學與地基基礎 或843鋼筋混凝土結(jié)構 或 845水分析化學與水力學；或846傳熱學Ⅰ或867流體力學Ⅱ 1、土木工程（含工民建、道橋等）或相近專業(yè)考生報考方向可選01～05，考試科目可選841或833或843； 2、給排水或相近專業(yè)考生報考方向可選06，考試科目可選845； 3、暖通或相近專業(yè)考生報考方向可選07，考試科目應選846或867。 0823 交通運輸工程 _ 01道路與鐵道工程 _ 02交通運輸規(guī)劃與管理 _ 03交通信息工程及控制 4 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④848道路工程 或 849交通工程或832交通信息與控制 1、01方向選848； 2、02-03方向選849或832。 0815 水利工程 _ 01水文學及水資源 _ 02水力學及河流動力學 _ 03水工結(jié)構工程 _ 04水利水電工程 _ 05港口、海岸及近海工程 10 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③301數(shù)學一 ④841結(jié)構力學或844水力學Ⅱ   085213 建筑與土木工程（專業(yè)學位） _01工程抗震減震與城市綜合防災減災理論、方法和技術 _02結(jié)構新體系與高性能材料 _03結(jié)構全壽命設計、健康監(jiān)測與可持續(xù)發(fā)展 _04巖土與地下工程安全風險分析、評價方法和技術 _05工程施工技術與風險管理 _06工程項目管理及信息化 _07水環(huán)境恢復工程及水質(zhì)處理保障技術 _08建筑環(huán)境與能源利用技術 100 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數(shù)學二 ④841結(jié)構力學或833土力學與地基基礎或845水分析化學與水力學 或846傳熱學Ⅰ或867流體力學Ⅱ 1、土木工程（含工民建、道橋等）或相近專業(yè)考生報考方向可選01～06，考試科目可選841或833或843； 2、給排水或相近專業(yè)考生報考方向可選07，考試科目可選845； 3、暖通或相近專業(yè)考生報考方向可選08，考試科目應選846或867。 085222 交通運輸工程（專業(yè)學位） _01道路交通安全理論與道路工程技術 _02交通規(guī)劃與交通控制理論及方法 _03智能交通、仿真與可持續(xù)發(fā)展整合體系 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④848道路工程或849交通工程或832交通信息與控制 1、01方向選848； 2、02-03方向選849或832。 1256 工程管理（專業(yè)學位） _ 00不區(qū)分研究方向 8 ①199管理類聯(lián)考綜合能力 ②204英語二   005 環(huán)境與能源工程學院 152     070304 物理化學 _01能源材料物理化學 _02催化化學 _03納米材料物理化學 _04界面物理化學與分離技術 11 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③684物理化學I ④887無機化學II · 0807 動力工程及工程熱物理 _ 01可再生能源利用及先進環(huán)境能源理論與技術 _ 02強化傳熱傳質(zhì)理論與工程應用 _ 03制冷低溫系統(tǒng)及其環(huán)保節(jié)能理論與技術 _ 04車輛及動力系統(tǒng)節(jié)能、凈化與控制 23 · ①101思想政治理論 · ②201英語一 · ③301數(shù)學一 · ④851傳熱學Ⅱ或852工程熱力學   0817 化學工程與技術 _ 01綠色化學與精細有機化工 _ 02工業(yè)催化與納米科學 _ 03膜科學與化工分離技術 _ 04材料化學理論與應用 _ 05先進材料合成及催化應用 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③302數(shù)學二 ④814物理化學Ⅲ或820有機化學I或878化工原理   0830 環(huán)境科學與工程 _ 01環(huán)境規(guī)劃與污染防治 _ 02污染控制化學 _ 03環(huán)境分析與監(jiān)測 _ 04環(huán)境規(guī)劃與管理 _ 05水污染控制工程 _ 06大氣污染控制工程 28 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數(shù)學二 ④856環(huán)境影響評價或857微生物基礎I或858環(huán)境工程學 1、只有05方向招日語考生； 2、01-04方向，選856； 3、05方向選857； 4、06方向選858。 085206 動力工程（專業(yè)學位） _01可再生能源利用與先進環(huán)境能源技術 _02能源動力系統(tǒng)優(yōu)化及工程應用 _03制冷低溫系統(tǒng)及其節(jié)能環(huán)保技術 _04動力機械及車輛動力系統(tǒng)節(jié)能、凈化與控制 32 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④851傳熱學Ⅱ或852工程熱力學  

085229 環(huán)境工程（專業(yè)學位） _01水污染控制工程 _02大氣污染控制工程 _03環(huán)境規(guī)劃與管理 33 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④856環(huán)境影響評價或857微生物基礎I或858環(huán)境工程學 1、01方向選857； 2、02方向選858； 3、03方向選856。 006 應用數(shù)理學院 98     0701 數(shù)學 _ 01基礎數(shù)學 _ 02應用數(shù)學 _ 03運籌學與控制論 _ 04科學計算 35 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663數(shù)學分析 ④865高等代數(shù)   0714 統(tǒng)計學 _ 01非參數(shù)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析 _ 02應用統(tǒng)計 _ 03生物統(tǒng)計 _ 04金融工程與應用概率 _ 05經(jīng)濟統(tǒng)計 14 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663 數(shù)學分析 ④865 高等代數(shù)   0702 物理學 _ 01理論物理 _ 02凝聚態(tài)物理 _ 03光學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④861量子力學或863光學 1、01方向選861； 2、02方向選861或863； 3、03方向選863。 0803 光學工程 _ 01脈沖激光技術與應用 _ 02信息光學與應用 _ 03微納光學 _ 04光電傳感與檢測技術 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④828激光原理   0252 應用統(tǒng)計（專業(yè)學位） _01生物醫(yī)學統(tǒng)計 _02精算統(tǒng)計 _03數(shù)量金融 _04質(zhì)量管理統(tǒng)計 17 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③303數(shù)學三 ④432統(tǒng)計學   007 計算機學院 151     0812 計算機科學與技術 _ 01 計算機系統(tǒng)結(jié)構 _ 02 計算機軟件與理論 _ 03計算機應用技術 _ 04 信息安全 68 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④895 計算機學科專業(yè)基礎   085211 計算機技術（專業(yè)學位） _ 01計算機網(wǎng)絡技術 _ 02計算機軟件技術 _ 03計算機應用技術 _ 04信息安全技術 83 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④896數(shù)據(jù)結(jié)構   009材料科學與工程學院 140     0805 材料科學與工程 _ 01生態(tài)環(huán)境材料與資源循環(huán)技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結(jié)構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 80 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數(shù)學二 ④875材料科學基礎   085204 材料工程（專業(yè)學位） _ 01生態(tài)環(huán)境材料與資源循環(huán)技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結(jié)構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 60 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數(shù)學二 ④875材料科學基礎   011 經(jīng)濟與管理學院 182     1201 管理科學與工程 _ 01技術與項目管理 _ 02戰(zhàn)略管理與社會網(wǎng)絡 _ 03信息管理與信息系統(tǒng) _ 04城市管理 _ 05運作管理與質(zhì)量管理 _ 06金融工程 25 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數(shù)學三 ④801管理學或804經(jīng)濟學原理或805數(shù)據(jù)庫技術與應用   0202 應用經(jīng)濟學 _01金融學 _02國際貿(mào)易學 _03產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學 _04區(qū)域經(jīng)濟學 _05數(shù)量經(jīng)濟學 _06統(tǒng)計學 _07勞動經(jīng)濟學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數(shù)學三 ④804經(jīng)濟學原理   1202 工商管理 _ 01會計學 _ 02企業(yè)管理 _ 03旅游管理 _ 04技術經(jīng)濟及管理 13 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數(shù)學三 ④801管理學或804經(jīng)濟學原理   1251 工商管理碩士（專業(yè)學位） _ 00不區(qū)分研究方向 99 ①199管理類聯(lián)考綜合能力 ②204英語二   1252 公共管理碩士（專業(yè)學位） _ 00不區(qū)分研究方向 20 ①199管理類聯(lián)考綜合能力 ②204英語二   012 建筑與城市規(guī)劃學院 60     0833 城鄉(xiāng)規(guī)劃學 _ 01城鄉(xiāng)規(guī)劃理論與方法 _ 02居住區(qū)規(guī)劃與設計 _ 03城市設計與景觀規(guī)劃 _ 04歷史城市與街區(qū)保護規(guī)劃 _ 05城市防災減災規(guī)劃 15 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③633城市規(guī)劃原理 ④503城市規(guī)劃與設計 接收建筑學、城市規(guī)劃學(含園林景觀)專業(yè)的考生報考。 0851 建筑學（專業(yè)學位） _01都市建筑設計及理論 _02歷史建筑的保護與更新 _03建筑與城市綠色環(huán)境技術 _04城市設計方法及理論 40 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③355建筑學基礎 ④504建筑快速設計 接收建筑學、城市規(guī)劃學專業(yè)的考生報考。 085237 工業(yè)設計工程（專業(yè)學位） _ 00不區(qū)分研究方向 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業(yè)設計基礎 ④502產(chǎn)品設計 接收工業(yè)設計、產(chǎn)品設計、藝術設計專業(yè)等相關專業(yè)考生報考。

013 激光工程研究院 66     0803 光學工程 _ 01 激光先進制造技術 _ 02 非金屬材料的激光加工技術 _ 03 先進光纖激光技術 _ 04 超短脈沖激光技術 _ 05 高功率固體激光技術 _ 06 高功率半導體激光技術 _ 07 微納光學與微納制造 _ 08 生物光子學 30 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④828激光原理或812材料力學I或875材料科學基礎或886生物化學   0702 物理學 _ 01 激光與材料相互作用 _ 02 激光光電子學 _ 03 強場與超快光子學 6 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④828激光原理或864光電子學或861量子力學   085202 光學工程（專業(yè)學位） _ 01激光先進制造技術與工程 _ 02高功率激光技術與系統(tǒng) _ 03激光3D打印技術 30 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④828激光原理或875材料科學基礎或812材料力學I   014 人文社會科學學院 30     0303 社會學 _ 01社會學 _ 02人口學 _ 03社會工作 _ 04社會建設與社會管理 10 ①101思想政治理論 ②201英語一或202俄語或203日語 ③652社會學理論 ④877社會學方法   0352 社會工作（專業(yè)學位） _ 01社區(qū)工作與服務 _ 02社會服務管理 _ 03企業(yè)社會工作 20 ①101思想政治理論 ②201英語一或202俄語或203日語 ③331社會工作原理 ④437社會工作實務   015 生命科學與生物工程學院 74     0710 生物學 _ 01細胞生物學與基因工程 _ 02化學生物學與分子醫(yī)學 _ 03天然產(chǎn)物與生物有機化學 _ 04生物信息學與系統(tǒng)生物學 _ 05分子檢測與生物芯片 _ 06生物力學與生物電子學 30 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③621細胞生物學或683分析化學或662普通物理I ④854有機化學或886生物化學或806電子技術 1、01、05方向選621和886； 2、02-03方向選683和854或886； 3、04方向選662和854或886； 4、06方向選662和806。 0831 生物醫(yī)學工程 _ 01生物醫(yī)學電子與信息處理 _ 02生物力學及醫(yī)學應用 _ 03化學生物學與分子檢測 _ 04分子設計與生物信息學 _ 05藥物合成工藝與新技術 11 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④806電子技術或812材料力學1或886生物化學 1、01方向選806； 2、02方向選806或812； 3、03-05方向選886。 085230 生物醫(yī)學工程（專業(yè)學位） _ 01生物醫(yī)學電子與醫(yī)療儀器 _ 02生物力學及醫(yī)學應用 _ 03生物制藥工程 _ 04分子醫(yī)學工程 _ 05蛋白質(zhì)組學與基因組學 33 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④806電子技術或854有機化學或886生物化學 1、01-02方向選806； 2、03-05方向選854或886。 018 外國語學院 8     0502 外國語言文學 _ 01應用語言學 _ 02英美文學 _ 03商務外語 8 ①101思想政治理論 ②261二外日語或262二外法語 ③610基礎英語 ④816高級英語   025 軟件學院 107     0835 軟件工程 _ 01軟件工程理論、技術與應用 _ 02嵌入式計算與物聯(lián)網(wǎng) _ 03數(shù)字媒體技術 15 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④893軟件工程學科專業(yè)基礎   085212 軟件工程（專業(yè)學位） _ 01 物聯(lián)網(wǎng)軟件與系統(tǒng) _ 02 軟件工程技術與應用 _ 03 數(shù)字媒體技術與應用 _ 04 嵌入式軟件與系統(tǒng) _ 05 軟件工程服務與應用 92 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④892軟件專業(yè)基礎綜合   026 固體微結(jié)構與性能研究所 22     0702 物理學 _ 01研究及發(fā)展先進“顯微學”表征技術、裝置及設備 _ 02跨尺度先進材料顯微結(jié)構與性能關系研究 _ 03研究發(fā)展新材料、新器件及新應用 11 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④862固體物理   0805 材料科學與工程 _ 01研究及發(fā)展先進“顯微學”表征技術、裝置及設備 _ 02跨尺度先進材料顯微結(jié)構與性能關系研究 _ 03研究發(fā)展新材料、新器件及新應用 11 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③302數(shù)學二 ④875材料科學基礎   028 高等教育研究所 16     0401 教育學 _ 01高等教育與大學管理 _ 02高等工程教育 _ 03學生事務管理 _ 04大學教學論 _ 05現(xiàn)代教育技術 8 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③630教育學專業(yè)基礎綜合   0451 教育碩士（專業(yè)學位） _ 01教育管理 _ 02心理健康教育 _ 03現(xiàn)代教育技術 8 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③333教育綜合 ④教育管理與教學論 或 教育技術綜合 1、01-02方向選教育管理與教學論； 2、03方向選教育技術綜合。 029 循環(huán)經(jīng)濟研究院 12     020106 人口、資源與環(huán)境經(jīng)濟學 _ 01循環(huán)經(jīng)濟理論與模式 _ 02資源經(jīng)濟理論與應用 _ 03環(huán)境經(jīng)濟管理與評價 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數(shù)學三 ④810資源經(jīng)濟學   0202J1 資源環(huán)境與循環(huán)經(jīng)濟（交叉學科） _ 01循環(huán)經(jīng)濟理論與模式 _ 02資源經(jīng)濟理論與應用 _ 03“城市礦產(chǎn)”理論與應用 2 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數(shù)學三 ④815生態(tài)經(jīng)濟學   0805J2/0830J3 資源環(huán)境與循環(huán)經(jīng)濟（交叉學科） _ 01資源循環(huán)科學與技術 _ 02“城市礦產(chǎn)”開發(fā)與應用 _ 03環(huán)境污染防治與管理 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③302數(shù)學二 ④817環(huán)境材料基礎 歡迎資源循環(huán)、材料、環(huán)境、生態(tài)類等相關理工科考生報考

036 學院 10     010108 科學技術哲學 _ 01科學技術與社會研究 _ 02工程倫理學 _ 03生態(tài)哲學與可持續(xù)發(fā)展問題研究 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③620科學技術史 ④825哲學   0305 理論 _ 01基本原理 _ 02中國化研究 _ 03思想政治教育 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③651基本原理 ④883思想政治教育基本原理   035 藝術設計學院 22     1305 設計學 _ 01 產(chǎn)品設計 _ 02 環(huán)境設計 _ 03 服裝與服飾設計 _ 04 工藝美術 _ 05 數(shù)字媒體藝術 _ 06 視覺傳達設計 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③622設計史論 ④505快題設計 505考試為6小時。 1351 藝術（專業(yè)學位） _ 01 產(chǎn)品設計 _ 02 環(huán)境設計 _ 03 服裝與服飾設計 _ 04 工藝美術 _ 05 數(shù)字媒體藝術 _ 06 視覺傳達設計 _ 07 動畫 _ 08 繪畫 _ 09 雕塑 8 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③622設計史論 或 619美術史論 ④505快題設計 或 506專業(yè)創(chuàng)作 1、01-04方向選622和505。 2、05-09方向選619和506。 3、506和505考試時間為6小時。 085237 工業(yè)設計工程 _01 工業(yè)設計 _02 設計管理 _03 交互設計 7 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業(yè)設計基礎 ④502產(chǎn)品設計 報考02設計管理的考生須有兩年以上工作經(jīng)驗，專業(yè)不限。 039 城市交通學院 87     0823 交通運輸工程 _ 01交通規(guī)劃理論與方法 _ 02道路與交通工程設計方法 _ 03交通安全理論與技術 _ 04智能交通控制與信息處理 _ 05路基路面結(jié)構與材料 _ 06道路養(yǎng)護與運營管理 23 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④848道路工程 或 849交通工程或832交通信息與控制 1、01-04方向選849或832； 2、05-06方向選848。 085222 交通運輸工程（專業(yè)學位） _01交通規(guī)劃技術 _02交通管理與工程設計 _03交通信息與控制技術 _04道路設施設計與施工技術 _05道路養(yǎng)護與管理 23 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④848道路工程或849交通工程或832交通信息與控制 1、01-03方向選849或832； 2、04-05方向選848。 0812 計算機科學與技術 _ 01智能交通信息處理 _ 02虛擬現(xiàn)實與交通仿真 _ 03物聯(lián)網(wǎng)信息感知與智能處理 _ 04智能人機交互與多媒體技術 _ 05交通大數(shù)據(jù)智能處理技術 21 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④895 計算機學科專業(yè)基礎   085211 計算機技術（專業(yè)學位） _ 01智能交通信息處理 _ 02虛擬現(xiàn)實與交通仿真 _ 03物聯(lián)網(wǎng)信息感知與智能處理 _ 04智能人機交互與多媒體技術 _ 05交通大數(shù)據(jù)智能處理技術 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④896數(shù)據(jù)結(jié)構   0811 控制科學與工程 _ 01智能交通系統(tǒng)控制 _ 02自主車輛與車路協(xié)同 _ 03交通圖像與視頻信號處理與分析 _ 04交通信息智能化處理 8 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數(shù)學一 ④821自動控制原理   085210 控制工程（專業(yè)學位） _ 01智能交通系統(tǒng)管理與控制技術 _ 02智能車輛與車路協(xié)同控制技術 _ 03交通信息處理方法與應用 _ 04交通圖像與視頻信號處理技術 7 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數(shù)學二 ④821自動控制原理

篇6

關鍵詞：自動識別；技術；發(fā)展

中圖分類號：F4　文獻標識碼：A

收錄日期：2012年5月31日

自動識別技術由于能夠自動完成原始數(shù)據(jù)的采集工作，解決了人工數(shù)據(jù)輸入速度慢、誤碼率高、勞動強度大、工作簡單重復性高等問題，為計算機信息處理提供了快速、準確地進行數(shù)據(jù)采集輸入的有效手段。

一、自動識別技術的定義

自動識別技術是以計算機技術和通信技術的發(fā)展為基礎的綜合性科學技術，它將數(shù)據(jù)自動識別、自動采集并且自動輸入計算機進行處理。自動識別技術近年來的發(fā)展可以稱得上是日新月異，它已成為集計算機、光、機電、通信技術為一體的高新技術學科。

二、自動識別技術體系結(jié)構

自動識別技術就是一個以信息處理為主的技術系統(tǒng)，最主要的目的是提供一個快速、準確地獲得信息的有效手段，其處理的結(jié)果可作為管理的決策信息或自動化裝置等技術系統(tǒng)的控制信息。

自動識別技術的出現(xiàn)解決了計算機數(shù)據(jù)輸入速度慢、錯誤率高等瓶頸問題。計算機與傳感器等技術的不斷進步和自動識別技術自身的研究向著深度和廣度發(fā)展，推動自動識別技術裝備向多功能、小型化、軟硬件并舉、識別準確、傳遞快速、安全可靠且經(jīng)濟適用等方向發(fā)展。因此，自動識別技術極大地提高了數(shù)據(jù)輸入工作效率，同時使得數(shù)據(jù)輸入技術的自動化水平和智能化程度不斷提高。而自動識別系統(tǒng)輸出結(jié)果是意義十分明確的可用信息，此信息可以作為操作者正確決策的基礎。

自動識別系統(tǒng)是一個以信息處理為主的技術系統(tǒng)，它的輸入端是將被識別的信息，輸出端是已識別的信息。信息處理泛指為達到各種目的而對信息所進行的變換和加工，如為提高信息傳遞的抗干擾性而進行的檢錯和糾錯編碼處理，為提高信息傳遞的有效性而進行的信息壓縮編碼處理，為改善信息與信道的匹配而進行的調(diào)制與均衡處理，為改善信息的安全性而進行的信息加密處理，為發(fā)揮信息的最大效用而進行的信息分析計算、搜索與決策等。利用各種先進的識別技術對海量信息進行加工處理，從而促進信息化水平的提高，必須對信息進行編碼，并轉(zhuǎn)換為人或機器易于處理的形式，以利于信息的傳輸與保密。

三、自動識別技術和原理

根據(jù)自動識別工作原理，自動識別技術有條碼識別、射頻識別、語音識別、磁條識別技術、光學字符（0CR）識別技術和生物特征識別等技術。

條碼識別和射頻識別是其中應用最廣泛的兩種。條碼識別是將信息用條碼來表示，并把條碼所表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)據(jù)。條碼按其所能裝載的信息容量的不同，可分為一維條碼和二維條碼。條碼是一種由一組排列規(guī)則的條、空及對應字符組成的標記，用以表示一定的信息。射頻識別系統(tǒng)，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。通常由標簽、讀寫器、計算機通信網(wǎng)絡三部分組成。它的標簽安裝在被識別對象上，存儲被識別對象相關信息的電子裝置，標簽存儲器中的信息可由讀寫器進行非接觸讀/寫。射頻讀寫器是利用射頻技術讀取射頻識別標簽信息或?qū)⑿畔懭霕撕灥脑O備。讀寫器讀出的標簽的信息通過計算機及網(wǎng)絡系統(tǒng)進行管理和信息傳輸。

四、自動識別技術發(fā)展趨勢

自動識別技術是為各行業(yè)、各領域用戶提供以自動識別技術與數(shù)據(jù)采集為主的信息化產(chǎn)品與服務的現(xiàn)代高新技術，它作為網(wǎng)絡信息技術的一個重要分支，已成為推動國民經(jīng)濟信息化發(fā)展的重要基礎和手段之一。

1、自動識別技術應用于企業(yè)生產(chǎn)過程，可提高企業(yè)的自動化水平，提高工作效率，創(chuàng)造更多的價值。優(yōu)化企業(yè)的工作流程，降低運營成本。通過建立合理的識別加密方式，保護個人隱私和商業(yè)隱私，提高安全性。

2、自動識別技術將越來越多地應用于各種控制，智能化水平不斷提高自動識別技術需要與人工智能技術緊密結(jié)合，從而使機器不僅具備處理語法信息的能力，還具備處理語義信息和自學習、記憶的能力，模擬人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構和行為。因此，提高對自動識別系統(tǒng)信息的理解能力，是自動識別技術發(fā)展的一個重要趨勢。

3、自動識別與無線通信相結(jié)合是未來自動識別產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢。利用計算機互聯(lián)網(wǎng)、無線數(shù)據(jù)通訊等技術，實現(xiàn)物品中的自動識別與信息交換和共享，從而實現(xiàn)對物品的透明化管理和便利，對人們的日常生活和工作帶來巨大而深遠的影響。

4、高新的自動識別技術標準不斷涌現(xiàn)，標準體系日趨完善。隨著信息社會的高速發(fā)展，我國自動識別技術產(chǎn)業(yè)，將朝著集群化、規(guī)模化和國際化的方向快速發(fā)展，同時采用科學技術不斷地完善自動識別技術系統(tǒng)。全球已形成標準化組織與企業(yè)共同制定國際自動識別技術標準。

5、自動識別技術的應用領域?qū)⒗^續(xù)拓寬，將條碼識別技術和射頻識別技術相結(jié)合，改變效率低、落后的現(xiàn)狀，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，并且促進國際貿(mào)易流通，推進國民經(jīng)濟效益增長，改變?nèi)藗兩钇焚|(zhì)，提高人們工作效率，獲得舒適便利服務的有利工具和手段。

6、自動識別與嵌入式系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，將是未來的重要發(fā)展方向。隨著自動識別技術的日趨成熟，性能越來越穩(wěn)定，作用和效果已被社會所公認。目前，自動識別技術已廣泛應用于身份識別、零售、物流運輸、郵政通訊、電子政務、工業(yè)制造、軍事、畜牧管理等各個領域，在我國經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，給自動識別技術帶來新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。隨著進一步的推廣和應用，自動識別技術將在人們未來日常生活的各個方面都會得到具體的應用，將會發(fā)展成為未來信息社會建設的一項基礎技術，具有良好的發(fā)展前景。

主要參考文獻：

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【關鍵詞】AO；可視化；氣溶膠

【Abstract】Particulate matter has become the primary pollutant of the province’s major cities. As an aerosol substance， it has been a main target of ambient air quality monitoring. The technology of the satellite remote sensing can dynamic monitor the aerosol optical depth and other key index factors to further monitor the haze， dust and other air pollution phenomena. Complexed remote sensing technology and ground data， this paper gives the visualization of the process of air quality in the form of distribution and change of status API index， through the GIS secondary development tools， reaching the goal of macroscale reflect the regional distribution of the province’s air quality and pollution.

【Key words】Arc Object； Visualization； Aerosol

1 研究背景

近年來，尤其是秋冬季節(jié)我省絕大多數(shù)城市的首要污染物是顆粒物，其作為氣溶膠物質(zhì)的一種長期以來一直是空氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的主要對象，同時也是空氣污染指數(shù)評價的重要因子。利用衛(wèi)星遙感技術通過動態(tài)監(jiān)測氣溶膠光學厚度（Aerosol Optical Depth，簡稱AOD）等關鍵指標因子，能夠有效解決地面固定觀測站空間覆蓋度不夠等問題[1]，并可進一步輔助監(jiān)控灰霾、沙塵等空氣污染現(xiàn)象。

氣溶膠光學厚度（AOD）被定義為介質(zhì)的消光系數(shù)在垂直方向上的積分，是描述氣溶膠對光的衰減作用的主要因子。它是目前可以得到的氣溶膠數(shù)據(jù)中覆蓋范圍最廣、較準確的一種數(shù)據(jù)，也是推算氣溶膠含量、評估大氣污染程度、確定氣溶膠氣候效應的關鍵因子[2-3]。

GIS可視化技術（GIS Visualization）是目前信息領域中廣泛應用的一項技術，它通過強大、有效的地圖系統(tǒng)將復雜的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以地圖學的形式進行描述，兼具人性化的界面風格設計，實現(xiàn)了文本、圖形和圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式，信息表達形象直觀，使用操作簡單便捷[4]。

通過遙感解譯數(shù)據(jù)與地面數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，環(huán)境空氣質(zhì)量分布進行模型擬合利用ArcGIS平臺展示API指數(shù)擬合結(jié)果，在抽象的數(shù)值與具體的地理位置之間建立聯(lián)系，以特定的符號、顏色、圖表顯示在地圖上，實現(xiàn)衛(wèi)星遙感環(huán)境空氣質(zhì)量的可視化表達。同時基于地圖的可視化信息，查詢、統(tǒng)計功能也將變得更加簡單、直觀，通過可視化的查詢語言，實現(xiàn)對AOD、API數(shù)據(jù)的圖表化查詢展現(xiàn)；通過建立專題地圖，幫助用戶加深理解，從而有助于發(fā)掘數(shù)據(jù)、信息間的內(nèi)在規(guī)律，實現(xiàn)輔助決策。

2 需求分析

通過提取美國對地觀測系統(tǒng)EOS-MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中的氣溶膠信息，結(jié)合地面數(shù)據(jù)及其他氣象資料，依據(jù)建立的線性回歸擬合模型演算出空氣污染指數(shù)API及對應的環(huán)境空氣質(zhì)量等級，并提供可視化表達界面，最終達到利用氣溶膠光學厚度AOD等遙感技術監(jiān)測數(shù)據(jù)實時反映宏觀尺度全省各地區(qū)空氣質(zhì)量與污染分布狀況的目的。

2.1 數(shù)據(jù)需求

擬合模型所涉及的數(shù)據(jù)主要由三部分組成，其中輸入數(shù)據(jù)包括：①衛(wèi)星遙感氣溶膠光學厚度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為柵格型，②相對空氣濕度數(shù)據(jù)，可轉(zhuǎn)化為空間點圖層，數(shù)據(jù)格式為矢量型；輸出數(shù)據(jù)為空氣污染指數(shù)API，數(shù)據(jù)格式為柵格型。

2.2 業(yè)務需求

結(jié)合環(huán)境監(jiān)測具體業(yè)務需求，力求通過遙感技術與地面數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，將模型擬合后的環(huán)境空氣質(zhì)量分布與變化狀況以API指數(shù)的形式進行可視化表達，從而達到實時反映宏觀尺度全省各地區(qū)空氣質(zhì)量與污染分布的目的。

3 設計思路

3.1 模塊框架設計

以江蘇省作為主要研究區(qū)域，以氣溶膠光學厚度AOD影像、相對空氣濕度RH數(shù)據(jù)為基礎，參照遙感AOD數(shù)據(jù)處理流程，利用ArcObject組件庫實現(xiàn)實時高效地遙感數(shù)據(jù)解析，并引入研究構建的AOD-API回歸統(tǒng)計模型，擬合計算得到全省各地區(qū)的API數(shù)值，同時利用ArcGIS軟件展現(xiàn)模擬結(jié)果，不僅大大提高了數(shù)據(jù)的處理效率，而且能夠直觀形象地表達全省范圍內(nèi)的空氣狀況模擬結(jié)果，并與自動站實測數(shù)據(jù)進行比對。

可視化模塊的總體架構分為界面層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層三個層次。界面層用于采集用戶輸入的相關信息，展示地理信息和模擬結(jié)果。該層利用ArcGIS軟件界面，同時調(diào)用.Net定制的WinForm界面。業(yè)務邏輯層在模塊運行提供地理信息處理功能，根據(jù)具體業(yè)務需求，業(yè)務層把界面上用戶輸入的信息通過業(yè)務規(guī)則分解，需要進行地理信息處理的，把參數(shù)推送給AO組件的接口，并接受運行結(jié)果再傳遞給界面顯示；需要與屬性信息之間進行交互的，通過適配器讀取屬性信息進行運算，業(yè)務層起到承上啟下的作用。數(shù)據(jù)訪問層主要用于模塊運行時所要涉及的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，提供接口供業(yè)務邏輯層訪問調(diào)用。

3.2 模塊開發(fā)環(huán)境

氣溶膠數(shù)據(jù)反演模塊采用.Net開發(fā)平臺，利用ArcGIS平臺提供的ArcObject接口進行二次開發(fā)，實現(xiàn)AOD影像數(shù)據(jù)解析、回歸模型擬合、結(jié)果統(tǒng)計渲染等功能。

ArcObject（簡稱AO）是ESRI公司ArcGIS家族中應用程序ArcMap、ArcCatalog和ArcScene的開發(fā)平臺，它是基于COM（Components object Model 對象組件模型）技術所構建的一系列COM組件集，具有很強的GIS功能和制圖功能，有1800多個組件、幾百個具有良好文檔說明的接口和數(shù)千個方法組成，作為ArcGIS可重用的通用二次開發(fā)組件集，以其強大的功能類庫，對地理信息系統(tǒng)（GIS）的功能實現(xiàn)和擴展表現(xiàn)得十分出色[5]。

3.3 模塊數(shù)據(jù)來源

1）空間數(shù)據(jù)

采用的是1：250，000江蘇省行政區(qū)劃圖、江蘇省省轄市行政區(qū)劃圖等。

2）濕度數(shù)據(jù)

模型構建中涉及的濕度（RH）數(shù)據(jù)是由省氣象局提供，時間跨度由2008年7月1日至2009年6月30日共計一年。在模塊計算過程中通過Excel適配器讀取Excel固定格式的濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)時間、省轄市名稱獲得相應值。

4 開發(fā)過程

根據(jù)課題的研究結(jié)果，設計參數(shù)的設置界面，在界面上選擇待處理的AOD數(shù)據(jù)、研究區(qū)域、工作路徑等參數(shù)，根據(jù)參數(shù)首先對AOD數(shù)據(jù)名稱進行解析，得出具體AOD數(shù)據(jù)日期，同時進行格式轉(zhuǎn)換，剔除異常值并獲取研究區(qū)域內(nèi)的AOD點圖層，通過IDW插值補全全省AOD數(shù)據(jù)。另一方面讀取Excel統(tǒng)計表中各相關監(jiān)測點位的空氣相對濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)樣本日期提取出當日的相對濕度值，生成相對濕度點圖層，再通過IDW插值方法生成全省濕度數(shù)據(jù)。之后，根據(jù)樣本日期所處的季節(jié)選擇相應的AOD-API回歸統(tǒng)計模型，進行氣溶膠光學厚度AOD與相對空氣濕度RH的公式擬合計算，得到全省范圍內(nèi)各地區(qū)的API估算值，并與實測數(shù)據(jù)進行比對，分別利用分層設色渲染，可視化展現(xiàn)模擬結(jié)果。

5 關鍵技術應用

1）刪-矢數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術

氣溶膠光學厚度（AOD）數(shù)據(jù)是柵格格式，其中包含異常值，不利于進一步的空間分析，利用GIS平臺提供的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換Conversion工具，將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，在剔除異常值后，進行插值，獲得研究區(qū)域內(nèi)較為完整的數(shù)據(jù)分布。

在多個圖層參與計算時，柵格數(shù)據(jù)較為簡便，此時將插值后的AOD數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)格式，利用Raster Calculator工具，對獨立兩個柵格圖層進行空間數(shù)值計算，得到最終模型擬合結(jié)果。

2）GIS插值技術

氣溶膠光學厚度（AOD）數(shù)據(jù)解譯后，為了展示整個區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況，需要將未知數(shù)據(jù)地區(qū)的污染物濃度值利用插值方法得出。ArcGIS提供了反距離權重插值法、樣條函數(shù)法、克里金法等一些特定用途的空間插值函數(shù)。經(jīng)過優(yōu)化模擬可知，反距離權重插值法的結(jié)果能更好地反映江蘇省地區(qū)的實際污染情況。反距離權重插值以插值點與實際觀測樣本點之間的距離為權重。

反距離權重插值法要求對受影響的局部控制點有清楚的認識，且其結(jié)論直接受到采樣點數(shù)值的影響，采樣點越多，對局部的真實反映越強，利用反距離權重插值法所確定的污染范圍就越準確。

3）分層設色渲染技術

平臺的空間渲染模塊為管理人員提供區(qū)域空氣質(zhì)量空間分析動態(tài)插值與渲染功能，直觀地展示空氣質(zhì)量實時空間分布特征，實現(xiàn)對監(jiān)測因子的空氣質(zhì)量空間分析動態(tài)插值渲染功能，直觀地展示了區(qū)域空氣質(zhì)量實時空間分布特征。平臺的空間渲染模塊需要根據(jù)各站點的小時值、日均值等實時生成污染物濃度空間渲染圖，利用GIS技術實現(xiàn)這一目標。

6 可視化模塊展示

1）加載預處理后的MODIS氣溶膠光學厚度AOD柵格數(shù)據(jù)圖層。

2）參數(shù)調(diào)整設置

選擇氣溶膠模擬模塊，根據(jù)主要參數(shù)設置窗體的提示設置運算所需的參數(shù)。主要包括，待解析的遙感AOD數(shù)據(jù)、參與運算的江蘇省行政區(qū)劃面狀圖層、根據(jù)選擇AOD數(shù)據(jù)的名稱模塊會自動解析出AOD數(shù)據(jù)所處的日期、確定運算過程中是否考慮濕度因子、根據(jù)解析時間和是否考慮濕度因子自動顯示模塊運算的公式、參與模塊運算的外部數(shù)據(jù)（xls格式）的位置和模塊運行時產(chǎn)生中間和結(jié)果數(shù)據(jù)存儲的文件夾路徑。

3）過程演算與專題制圖

開始計算后，經(jīng)過后臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、IDW插值、柵格運算、圖層渲染、結(jié)果輸出等步驟，最終生成一個系列圖層，主要包括AOD參照圖層、API擬合圖層等。

7 結(jié)論

基于ArcGIS平臺二次開發(fā)了AOD-API擬合與可視化表達模塊，實現(xiàn)遙感AOD數(shù)據(jù)和RH數(shù)據(jù)自動推演出API數(shù)據(jù)的計算過程，并實現(xiàn)運行結(jié)果表明，RS/GIS可視化技術支持下的全省空氣狀況及變化趨勢模擬與傳統(tǒng)表征手段相比，能夠更好的體現(xiàn)不同地區(qū)空氣環(huán)境質(zhì)量的區(qū)域分異性，更為準確地顯示顆粒物污染的程度和變化情況。

【參考文獻】

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[2]單楠，楊曉暉，等.基于MODIS的中國陸地氣溶膠光學厚度時空分布特征[J].中國水土保持科學，2010，10（5）：24-30.

[3]李成才，毛節(jié)泰，等.利用MODIS研究中國東部地區(qū)氣溶膠光學厚度的分布和季節(jié)變化[J].科學通報，2003，48（19）：2094-2100.

篇8

【關鍵詞】光柵 多普勒效應 光拍

隨著工業(yè)水平的提高，儀器的精度要求也越來越高，但我國在物體微小振動方面的技術還沒完善，因此大部分企業(yè)選擇國外儀器。目前，市場上以雙光路和時間序列散斑三維面型兩種辦法為代表。但在這一方面，現(xiàn)有技術仍然存在一些缺陷，因此本文提出利用單光柵多普勒效應測量微小振動的設計。多普勒效應作為光學應用的基礎，它的應用推進了光學的研究，有利于光學應有到工業(yè)生產(chǎn)中來。利用單光柵多普勒效應測量微小振動的設計是通過測出光柵的光拍頻率等參數(shù)，實現(xiàn)多普勒效應的演示和微小振動測量等功能，該方法有利于工業(yè)、生產(chǎn)的發(fā)展需求。

5 結(jié)論

本文研究的單光柵多普勒效應測量微小振動系統(tǒng)設計在多普勒效應的基礎上，通過振動光柵實現(xiàn)激光的入射光束發(fā)生頻移，使其產(chǎn)生光拍信號，利用檢測技術對產(chǎn)生頻移的光信號進行檢測，再進一步對光拍信號處理，最后計算出光柵振動的位移，并通過示波器顯示實驗現(xiàn)象，實現(xiàn)了本設計系統(tǒng)的目的。本文介紹的單光柵多普勒效應測量微小振動系統(tǒng)只采用一塊光柵，不會產(chǎn)生雙光柵多普勒效應測量微小振動系統(tǒng)中的兩塊光柵之間的組合限制和缺陷所帶來的誤差。因此，單光柵的系統(tǒng)比雙光柵系統(tǒng)具有較高的測量精度，并且造價要比雙光柵系統(tǒng)低，操作方便，具有較好的應用前景。

參考文獻

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[2]張萌，焦文苑，於菪珉，潘永華，高惠濱，丁劍平.平行光路方向運動的光柵多普勒效應及其在測微小位移中的應用[J].物理實驗，2010，30（2）：43-45.

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[7]鐘會林，吳福根.編程軟件MATLAB在大學物理實驗教學中的應用探討[J].廣東工業(yè)大學學報，2006，（6）：95-97.

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[10]李遠明，陳文濤.微弱光信號前置放大電路設計[J].電子元器件應用，2007，9（8）：51-53.

作者簡介

梁佩瑩（1975-），女， 廣東省佛山市人。博士學位?，F(xiàn)為佛山科學技術學院講師。主要研究方向為光信息處理與光電檢測。

篇9

關鍵詞：非線性光學；發(fā)展；應用

美籍華人學者、非線性光學專家沈元壤先生用這樣一句話來敘述非線性光學：“混沌初開，世界就是非線性的。線性化簡化了復雜的世界，把世界線性化損失了許多有趣的現(xiàn)象 ，而非線性現(xiàn)象是世界進展的因素”。

非線性光學是現(xiàn)代光學的一個分支，研究介質(zhì)在強相干光作用下出現(xiàn)的與介質(zhì)的非線性極化相聯(lián)系的各種光學效應，以及如何利用這些效應的學科。

過去的光學理論認為，介質(zhì)的極化強度與入射光波的場強成正比。于是，表征物質(zhì)光學性質(zhì)的許多參數(shù)，如折射率、吸收系數(shù)等都是與光強無關的常量。普遍的光學實驗證實，單一頻率的光通過透明介質(zhì)后頻率不會發(fā)生任何變化，不同頻率的光之間不會發(fā)生相互耦合作用。激光出現(xiàn)后的短短的幾年內(nèi)，人們觀察到許多用過去的光學理論無法解釋的新效應。為了解釋這些新效應，產(chǎn)生了非線性光學理論。

非線性光學不僅從理論上豐富了人們對光與物質(zhì)相互作用的認識，而且已經(jīng)得到廣泛的實際應用。非線性光學的研究在激光技術、光通信、信息和圖像的處理與存儲、光計算等方面有著重要的應用 ，具有重大的應用價值和深遠的科學意義。例如，光倍頻、光參量振蕩、受激喇曼散射已成為產(chǎn)生新頻率相干輻射的一種有效方法；利用非線性飽和吸收已制成染料Q開關和被動鎖模元件。此外，它在激光光譜學、同位素分離、光控化學反應、核聚變、集成光學、信息光學、光學計算機等方面都有重要的作用。

人們一般認為最早的非線性光學現(xiàn)象是1961 年被Franken 等人在 Michigen 大學觀察到的。隨后，又發(fā)現(xiàn)了許多非線性光學的現(xiàn)象：如包括上述光倍頻現(xiàn)象在內(nèi)的、不同頻率的光波之間可以產(chǎn)生能量交換，因而引起頻率轉(zhuǎn)換的各種混頻現(xiàn)象；物質(zhì)的折射率和吸收系數(shù)等光學參量與入射光強有關，因而可產(chǎn)生光束的自聚焦、自散焦、自相位調(diào) 制 、自感應透明等一系列自作用；使各種散射過程轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳氖芗す馍⑸?，如受激拉曼散射、受激布里淵散射。激光出現(xiàn)后 ， 10 9 W/ cm 2 以上的光強可對應 10 6 V/ cm 的光電場，使得電極化的高次項不能忽略。當時將非線性光學稱為強光光學，并把這種影響一直延續(xù)到現(xiàn)在。非線性光學發(fā)展成為今天這樣一門重要學科，應該說是從激光出現(xiàn)后才開始的。激光的出現(xiàn)為人們提供了強度高和相干性好的光束。而這樣的光束正是發(fā)現(xiàn)各種非線性光學效應所必需的。

激光作為一種強光光源，其電場強度可以達到或超過介質(zhì)分子、原子內(nèi)部的電場強度。在這種強光場的作用下，介質(zhì)分子、原子的狀態(tài)發(fā)生改變，使介質(zhì)對光場呈現(xiàn)出了非線性響應，因而，表現(xiàn)出各種非線性光學現(xiàn)象。

常見非線性光學現(xiàn)象有：

一、光學整流

E2項的存在將引起介質(zhì)的恒定極化項，產(chǎn)生恒定的極化電荷和相應的電勢差，電勢差與光強成正比而與頻率無關，類似于交流電經(jīng)整流管整流后得到直流電壓。

二、產(chǎn)生高次諧波

弱光進入介質(zhì)后頻率保持不變。強光進入介質(zhì)后，由于介質(zhì)的非線性效應，除原來的頻率ω外，還將出現(xiàn)2ω、3ω、……等的高次諧波。

三、光學混頻

當兩束頻率為ω1和 ω2（ω1>ω2）的激光同時射入介質(zhì)時，如果只考慮極化強度P的二次項，將產(chǎn)生頻率為ω1+ω2的和頻項和頻率為ω1-ω2的差頻項。利用光學混頻效應可制作光學參量振蕩器，這是一種可在很寬范圍內(nèi)調(diào)諧的類似激光器的光源，可發(fā)射從紅外到紫外的相干輻射。

四、受激拉曼散射

普通光源產(chǎn)生的拉曼散射是自發(fā)拉曼散射，散射光是不相干的。當入射光采用很強的激光時，由于激光輻射與物質(zhì)分子的強烈作用，使散射過程具有受激輻射的性質(zhì)，稱受激拉曼散射。所產(chǎn)生的拉曼散射光具有很高的相干性，其強度也比自發(fā)拉曼散射光強得多。利用受激拉曼散射可獲得多種新波長的相干輻射，并為深入研究強光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律提供手段。

五、自聚焦

介質(zhì)在強光作用下折射率將隨光強的增加而增大。激光束的強度具有高斯分布，光強在中軸處最大，并向遞減，于是激光束的軸線附近有較大的折射率，像凸透鏡一樣光束將向軸線自動會聚，直到光束達到一細絲極限（直徑約5×10-6米），并可在這細絲范圍內(nèi)產(chǎn)生全反射，猶如光在光學纖維內(nèi)傳播一樣。

六、光致透明

弱光下介質(zhì)的吸收系數(shù)（見光的吸收）與光強無關，但對很強的激光，介質(zhì)的吸收系數(shù)與光強有依賴關系，某些本來不透明的介質(zhì)在強光作用下吸收系數(shù)會變?yōu)榱恪?/p>

目前在非線性光學的研究熱點包括：研究及尋找新的非線性光學材料例如有機高分子或有機晶體等。常用的二階非線性光學晶體有磷酸二氫鉀（KDP）、磷酸二氫銨（ADP）、磷酸二氘鉀（KD*P）、鈮酸鋇鈉等。此外還發(fā)現(xiàn)了許多三階非線性光學材料。

從技術領域到研究領域，非線性光學的應用都是十分廣泛的。例如，利用各種非線性晶體做成電光開關和實現(xiàn)激光的調(diào)制。利用二次及三次諧波的產(chǎn)生、二階及三階光學和頻與差頻實現(xiàn)激光頻率的轉(zhuǎn)換，獲得短至紫外、真空紫外，長至遠紅外的各種激光；同時，可通過實現(xiàn)紅外頻率的上轉(zhuǎn)換來克服目前在紅外接收方面的困難。利用光學參量振蕩實現(xiàn)激光頻率的調(diào)諧。目前，與倍頻、混頻技術相結(jié)合已可實現(xiàn)從中紅外一直到真空紫外寬廣范圍內(nèi)調(diào)諧。利用一些非線性光學效應中輸出光束所具有的位相共軛特征，進行光學信息處理、改善成像質(zhì)量和光束質(zhì)量。利用折射率隨光強變化的性質(zhì)做成非線性標準具和各種雙穩(wěn)器件。利用各種非線性光學效應，特別是共振非線性光學效應及各種瞬態(tài)相干光學效應，研究物質(zhì)的高激發(fā)態(tài)及高分辨率光譜以及物質(zhì)內(nèi)部能量和激發(fā)的轉(zhuǎn)移過程及其他弛豫過程等。

非線性光學不僅是強光光學。在低功率激光、非相干光作用下 ，仍存在豐富多彩的非線性光學現(xiàn)象。

非線性光學是現(xiàn)代光學的前沿知識，隨著超快激光器的飛速發(fā)展使得利用超快脈沖進行非線性光學的研究得到重大推進。對非線性光學的了解必將促進其在更大范圍內(nèi)的應用。

參考文獻：

[1] 張粉英 張勇.非線性光學效應及其應用.物理與工程.2004.02期

篇10

【關鍵詞】 ：機電一體化；技術原理；發(fā)展方向

[Abstract] in: with the rapid development and wide application of computer technology, electromechanical integration technology have hitherto unknown development, become an integrated computer and information technology, automatic control technology, sensor technology, servo drive technology and mechanical technology, cross system technology, is currently the light mechanical and electrical integration of technology development, application range and more extensive. This paper introduces the principle of the electromechanical integration technology, constitute the five elements of mechatronic system and four principles, development direction of electromechanical integration technology and prospects of the comprehensive exposition.

[keyword]: in mechanical and electrical integration; technology; development direction

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

機電一體化又稱機械電子學，英語名稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。

機電一體化技術是在以微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發(fā)展向機械工業(yè)領域迅猛滲透并與機械電子技術深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統(tǒng)理論出發(fā)根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構目標，以智力、動力、結(jié)構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術。

隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統(tǒng)技術，目前正向光機電一體化技術方向發(fā)展，應用范圍愈來愈廣，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備幾乎可說都是機電一體化的設備。

一、機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素

機電一體化系統(tǒng)一般可分為機械本體、動力驅(qū)動部分、檢測傳感部分、控制及信息處理部分和執(zhí)行機構五個組成部分，即一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構組成要素、動力組成要素、感知組成要素、職能組成要素、運動組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。

1、機械本體（結(jié)構組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構，一般包括機身、框架、支撐、聯(lián)接等。

2、動力驅(qū)動部分（動力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。

3、檢測傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息。

4、控制及信息處理部分（職能組成要素）將來自檢測傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。

5、執(zhí)行機構（運動組成要素）根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。

二、機電一體化技術的四大原則

構成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循接口耦合、能量轉(zhuǎn)換、運動傳遞與信息控制四大原則。

1、接口耦合：兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確的交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。

2、能量轉(zhuǎn)換：兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。

3、運動傳遞：運動傳遞使構成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。

4、信息控制：在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅(qū)動功能。

三、機電一體化技術的發(fā)展方向

20世紀90年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有：

（一）智能化。智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而必要的。

（二）模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

（三）網(wǎng)絡化。20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

（四）微型化。微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

（五）系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關系。機電一體化的人格化有兩層含義。一是機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。