光电信息处理论文

题 目：光子信息处理技专 业：电子信息科学与技术学生姓名：贾玉新学 号：20121601010212光子信息处理技术（一）光子信息处理技术的定义：光子学信息处理是一门研究以光子为载体对信息进行处理的科学分支，是光 子学的一个主要研究领域。60年代初，由于发射相十光的激光器的问世以及记录和再现三维波面的全 息技术的发明，使得光子不仅作为零维信息的载体而且作为多维信息的相十载 体变为现实，同时也为信息的光子直接处理开辟了实质意义上的新途径，并显 示出光子比电子处理的无以 比拟的优点，从而开拓和迅速地发展了以图像处理 为主要内容的光信息处理学科。近十 年来，由于通信和计算的需要，信息的处 理从模拟量向数字量转化，信息的传递从空不 变到空变交换转化；由于大批生 产的微电子工艺的渗人，光学元件的制作从单个冷加工工艺向大批量复制工艺 转化；由于半导体光子学器件的发展，光学分立式块结构器件向集成化微结构 器件转化。这些变化促使子信息处理技术成为研究内容广泛、目标明确 并涉及 光学、通信学、计算机学、微电子学、材料学、生物学等的一门交叉性高科技学 科。充分利用光子作为信息载体所具有的高速、高效率、高并行能力等，以完成 信息处理的诸多功能，这是光子信息处理的主要研究内容，而数字化和微结构 化是当代光子信息处理的主要技术特征。1,光子信息处理的发展光子信息处理技术的主要研究内容及其发展情况可概括为以下四个领域： 光信息处理，光互连技术，空间光调制器，光子系统的微型化和集成化.光信息处理:以光子为载体对信息进行加工处理，目前大体上有三种方式，即模拟光学 方式、数字光学方式和光电子学处理。模拟光学和数字光学处理都可分为对数值 进行计算和对图像进行处理的两大应用领域。光电子处理可分为光电混合处理和 光互连的电子处理两大类。A模拟光学处理 模拟光学信息处理由于具有大信息容量，并行高速等特 点已在光信息处理领域获得广泛应用。具有代表性的系统有：a, 特征识别的光学相关器原理基于光学傅里叶变换，基本结构有两种， 在频谱面上直接综合的全息匹配滤波和用特征图像变换综合的光学联合变换。光 学相关器在原理、体系、光学实现等各方面进行了广泛而深人的研究，目前重点 是实用化；b, 综合孔径雷达光学成像综合孔径雷达的接收信号可采用扫描的方法生 成二维图像，经光学傅里叶滤波后可取得物体三维数据，地面上的光学处理系统 已经实用，研制低能耗的机载或星载系统将对电子计算机处理有相当的竞争力；c, 光学神经网络神经网络是由广泛互连的简单处理器所构成的并行、分 布处理的体系，不同于编程操作的数字计算机，它具有自学习、自组织和高容错 等一系列智能化处理的特点。由于光学能提供无交叉干扰的全局互连，光学神经 网络已经成为光信息处理中的一门新兴学科，已对算法结构体系光学实现进行了 全方位的研究；d, 光学小波变换小波分析是一种利用尺度和时移变化的小波对信号进行 时间-频率分析的数学技术。在信号分析和图像处理方面有着重要应用。因此光 学实现成为硬件实施的一条有意义的途径，其一般原理基于光学傅里叶变换，目前的研究方向是对两 维信号的处理，因为这时需要四维形式的输出。现时在国际上具有多层网络结构的用于多目标多维特征识别分类的智能光 学视觉系统成为研究的热点，结合相关识别、数学形态学探测、神经网络分类等 诸多优点，有可能克服单一处理器的局限。B数字光学图像处理图像处理的先进算法是数字化处理，而且图像从传输开始已采用数字化编 码。由于光学能提供大规模的邻近域互连和非线性操作，使得基于非线性变换的 数字光学图像处理得到飞速发展。目前采用的主要算法是数学形态学，基本原理 是以一个几何结构核对图像进行探测，从而能实现对图像分析和处理的各种变换。光学实现的主要执行 体系结构是并行处理的细胞逻辑列阵。光学实现中的光互连包括有衍射互连、相关互连、 双折射互连等多种实现方案。光学逻辑门采用空间编码逻辑、空间光调制器非线性阈 值逻辑或SEED双稳器件。光学数学形态学和细胞逻辑图像处理在国际上已成为一个 新兴的光信息处理分支。C数字光计算及系统以数值计算为目的的光计算研究分为专用性的光计算系统和通用性的 光计算系统两大领域，数值的光学处理又分为模拟量编码和数字量编码两种。专用性光计算系 统主要包括以光学矩阵运算为主导的光学代数运算器。光学矩阵运算有两种体系：基于 内积的并行处理和利用啮合或脉冲结构的阵列处理.光强编码采用模拟调制或数字编码 常用的和发展出的数制有：二进制，二的补码，修正符号码，混合负二进制等。列阵运 算中的数字乘法一般采用模拟数字卷积法。运算和接口器件采用声光调制器，电光外积 运算器或开孔模板。目前已可达到高精度大容量的计算。通用性的光计算系统的算法和 体系主要借助于已有的并行计算机的算法和体系。有代表性的系统有：a, 采用组合逻辑算法 使用智能化空间光调制器进行运算和采用两元 光学元件进行互连的数字光计算机；b, 采用阵列逻辑概念的两层空间光学编码逻辑的光学并行阵列逻辑处理系统；c, 基于细胞列阵概念的全息近域互连和SEED器件逻辑门的光学细 胞逻辑阵列处理器；d, 为克服光学暂存器的困难，也发展了时间流存储程序光纤全光学计 算系统。D光电子处理光学处理的优点是并行、高速、无交叉干扰。而电子学处理则是串行操作，其最大特点是高度的灵活性。因此发展光子学信息处理系统的现实途径和可能的应用方 向是进行光电子处理。光电混合处理系统的含义是同时进行光学处理和电子学处理。事 实上上述许多光学处理系统本身就是光电混合处理系统例如其中的非线性操作、数据暂 存、反馈、输入和输出或多或少使用了电子学处理。另一个典型的光电混合处理设计是 视觉传感器，它由多层光学处理层和电子处理层堆栈而成，以实现视网膜的初级处理功 能。在光互连的电子处理系统中，光学主要提供光数据的互连、交换光时 钟信号的分配和能量的光束馈送等。目前有两种层次的结构，一种是多芯片的电子处理器列阵 之间的光互连体系，另一种是分立式电子处理器单元的列阵之间的光互连体系。前者常 使用堆栈光学或平面光学的光互连器，后者采用棱镜光学和双折射光学形式的可编程光 互连交换网络。实时可重构是这些光互连器发展的主要方向。(2) 光互连和交换技术光互连技术的内容主要包括光交换网络和电子计算机的光互连，这是在信 息光学中最有广泛应用前景的研究领域。对于光通信和多处理器计算机系统， 光子交换网络可以提供高比特率多通道信号的高速率交换，尤其是对于全光通 信网络而言光交换是必须的。在电子计算机中，光互连能提供高密度的交叉互连 高比特率的传输。A光子交换网络主要的研究方案有：在集成光学中的光波导交换开关，自由空间光学中的 多级交换网络。多级网络一般由规则排布和其间的2x2开关构成。采用自由空 间光学已实现几乎所有重要的多级网络。最有代表性的是用FET-SEED器件构 成的光机械组装的光子交换网络和用EARS器件构成的双折射光学组装的光子 交换网络。其中主要问题是，这些器件不能直接进行2x2开关操作，因此利用 器件的2x1开关性构成的网络在结构上变为复杂化。使用铁电液品空间光调制 器的单级64x64纵横制网络已有产品。光通信用的光交换网络要适用于ATM数 据模式，并要注意波分复用的可能。B电子计算机中的光互连包括芯片间的自由空间和波导光互连，插件板之间的自由空间和波导光互 连，多处理器 之间的自由空间或光纤光互连及并行计算机的光学总成.这方面 的研究很广泛，结构形式很多。(3) 空间光调制器及光学阵列器件空间光调制器用于对光波面进行两维的振幅、相位、偏振的调制。按功能 区分有三大类器件：一是光记址空间光调制器，主要用作非相干到相干的图像 转换或非线性光阈值处理。其主要品种有液晶光阀、微通道板、PROM等。 二是电记址空间光调制器，主要是用作电信号到二维光图像的转换，其主要品种 有铁电液晶屏等。三是智能型空间光调制器(智能象素)，主要特点是每个像元上 都带有集成电路处理器，附有电子处理功能。有两种结构，一种是调制型，每个 象素由光电探测器、微电路和电光调制器组成，写入光信号被探测后去调制读出 光，调制器采用量子阱、PLZT或铁电液晶；另一种是发光型，每个象素由探测 器、微电路和发光管或垂直腔半导体激光器组成，写入光被探测后控制发光源。 智能空间光调制器是当前的发展重点。S-SEED和FET-SEED列阵器件是自电 光效应的量子阱器件，具有光控光开关的作用也可用作光逻辑器件。目前重点是 发展具有重要应用前景的高单元数实用化器件。以标准具为基础的光致折射率变 化或光热折射率变化的光双稳器件也是一种可用于光开关或光逻辑门的重要器 件，但是目前水平离实用化要求还有相当距离。(4) 光子学处理系统的微型化和集成化组装技术为了达到实用化要求，光子学系统必须具有高度的稳定性和抗环境干扰的能 力，同时也必须具有低成本和大批量生产的工艺性。为此，光学器件的微结构化 与复制化、系统的微型化、模块化和集成化是必须的技术途径。主要研究内容包 括：A光学元件的微结构化主要结构有：二元衍射光学元件、全息衍射元件、自聚焦光学元件、深刻 蚀折射光学元件、热压和模制折射光学元件以及光折变光学元件等。B光学系统的微小化即仍然使用分立光学元件的缩小尺寸光学系统的组装设计。例如光学相关 器有许多方式的微小化结构设计，甚至采用玻璃块或棱镜填充自由空间，实现系 统的固态化包装。C堆栈集成把所需的列阵微小光学元件和光电子器件一层一层地堆叠起来，例如光电 混合处理视觉识别系统。D平面光学这是一种单块模块化集成的方案，即在一块玻璃基板内使光波折叠反射传 布，在界面上刻制所需的衍射光学元件而构成一个完整的光学系统。多芯片的光 互连器一般采用这种方案。又如，光学相关器的4f系统也可组建在一块玻璃基 板内。E双折射光学模块双折射品体平板具有分束和合束的特征，利用各种标准尺寸的双折射品体 模块可以构造多种光学处理器，如光学形态学处理器或逻辑门。F光机械组装这属于标准化的实验平台安装技术，所有的分立光学元件都安装在标准尺 寸的磁性圆柱体内，安装平台开有标准尺寸的磁性槽，因此可以方便而准确的安 置光学组件，高机械精度地组建光学系统，例如一些多级光子开关网络就是用这 种方法组装的。(二) 光子信息处理技术的近期研究重点根据国际发展趋势和国内的实践情况，近期研究重点为：(1) 研究和发展模块化和集成化的三维光子交换网络系统；(2) 研究和发展多芯片用的微结构模块化光互连器件；(3) 研究和发展专用性光计算的算法、体系和微结构集成化光学实现，重点是数字光学图像处理；(4) 研究和发展能进行实时处理的用于多维、多目标的多层处理网络结构智能化光学视觉系统；(5) 发展铁电液晶空间光调制器和FET-SEED器件，研制智能化铁电液晶空间 光调制器。(三) 光子信息处理技术的关键问题,，光子学器件光子学技术主要包含光子的产生、探测、传输、控制和处理，因此，必须 有相应的光子学器件。与电子学器件相比，由于光子学器件中光子的运动 不受回路分布延迟的影响(一般为10负9次方S)，光子在固体中传输 速度为1O负12次方cm/S左右，光子学器件的时间响应和单道超大 容量要比电子学器件高得多，这对信息技术发展有很大的推动作用。高密 度高相十性的激光光源始终对光信息工程起重要作用，特别是半导体激光 器。人们熟知，由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体激光 器，使光纤通信成为现实，并以0. 8 um，1. 3um和1. 55um的激 光光源形成三个光通信的窗口，由于有高功率模半导体激光器，才使光盘 存储技术实用化，并且目前高密度光存储的发展以半导体激光波长的缩短(从0. 8um到0. 65um和0. 5um)为标志，形成三代光盘存储技 术。多量子陷器件、高密度垂直腔面发射器、量子级联器件、微腔辐射与 微腔光子动力学器件的发展，可以不断降低激光阈值、提高激光转换效率 与输出功率、扩展波段、改善模式、压缩线宽、实现激光光源的阵列化和 集成化。非线性波导光学的发展，探索弱光非线性效应和材料，特别是在 低维和纳米材料中的光学非线件增强，可以研制出超高速光开关、空间光 调制器、集成儿子M路和光学双稳态器件等，人工微结构的光子品体可 以用来控制或定域光子态，由此制成光子控制器件。模拟微电产集成器件， 把不同功能的光子器件通过内部光波导互连，制成个光子集成芯片，包括 激光器与光子接受器、放大器、调制器和光开关等，目前儿子集成器件主 要应用各种电光效应，也离不开电的操作，因此实用的光子集成芯片必须 配之相应的电子回路和成熟的微电子技术于终端处理，即大型的光电子集 成系统。二，光通信把光子作为信息载体，是20世纪中的一个划时代变化，就是用光纤通信 代替电缆和微波通信，简穹之，信息的传输发生了本质性变革。光纤通信 产业国际。L目前已有上百亿美元的年产值。在信息高速公路浪潮的推动 下，高速公用通信网和数字数据网会很快发展，巨大的信息流多达1000Gb / s，由此对光纤通讯在速度和容聂L提出了更高要求。本世纪70年代初由于低损耗的石英光纤和民寿命的半导体激光器的 研制成功，使光通信成为现实的可能。1978年前条10公服卜的光纤， 最高传输率为1Gb八，称为第代光纤通信；二年以后传输客聂增加到近 10倍；后来的第三代光纤又使无中继传输距离和传输容量有好几倍的提 高。在本世纪来期由于光千学技术的发展，产生了光学放大器，特别是半 导体激光器光泵的掺饵的光纤放大器（EDFA），由于光信号的直接放大， 放大半达到30dB以上，不受信号偏振方向的影响，有很好的保真度，就 很快地达到实用价值。务项有重大实用价值的光纤通信的突破是在同一路 光纤中传输苫于个不同波长的光信号。在光子集成M路再加入宽增益频带 的饵光纤放大器，就可以达到高传输容殷（100Gb/s）和无不断长距离 （100Kin）的光纤通信系统，可称为第四代光纤通信。从传统的以光强度调制方式和直接检测方式的非相十光光纤通信改换 成以相位调制方式和差分检测方人的相十光纤通信，可使信号传递得更远。 在相干光通信中需要有频率和相位什分稳定的激光光源。成功的相干光通 信可使信息传递距离迈入1000公里纪元。在一条理想的光纤内，孤立子 可以无限远地传播。在光纤中孤立子的形状是由克尔效应和色散效应的补 偿来保持。孤立子的高度衰减用光纤放大器来补偿。用皮秒（10的12次 方）激光脉冲，使孤立子彼此间个互相重叠。在零误码情况K孤穴子叮以 在光纤中传递万呕之远。孤立子传输中同样可以用波分复用增大传递信息 的客冕对目于光通信和孤立子光通信是第五代光通信，是跨人下肚纪的光 纤通信。三，光存储20世纪末期兴起的光存储，特别是光盘存储技术将对信息的存取产生重大 影响。光盘存储技术是数字化存储和取出，/卜算机直接连接。勺磁存储 相比较，它有存储客过大、寿命L、叮替换、不易损坏等优点。近年来， 几次国际大客聂数据存储会议上对光存储和隘存储作厂分析对比，致认为 在今后15年内是光盘和磁盘兼容的时期，到下世纪光盘存储有可能成为 主要的计算机等外存设备。CD光盘系列和正在发展的DVD已成为多媒体 技术的主要介质，也已形成上内亿美元的产业，数字光盘存储技术正向更 高存储密度和更高存取速度入向发展。最近蓝光半导体激光（GaN）有新 的突破，适用于光盘存储读写用激光器将很快能实用化。因此到下世纪， 比现有存储密度高10倍K英寸光盘可存储100亿比特）和存取速度高 10倍（每秒H趾匕特）的可以擦除重写的光盘将获得应用。随着光子学技术的进展，目前的热记录方式将向光子记录方式发展。下世纪的超高密度快速存储主要向以下几个方面发展：利用近场光学扫描显微镜NSoM进行超高密度信息存储。利用NSOM实 现超高密度存储的关键在实用化的少1二儿衍射极限的光点的产生及 探测，光学头与记录介质间少十波长间幽卜J厘场区域瞬逝光与各类存储 介质作用下的存储机理。运用角度多功、波L多功、空间多功与移动功等 的全息存储代替聚集光速逐点存取的方法，可以作为缓冲海殴信息存储， 存储密度可达到100Gb/cm3。关键在于探索对激光有快速响应和有长 存储寿命的光子存储材料。发展三维存储技术，如光子引发的电子俘获三维存储光盘和光谱烧孔 存储等高密度光存储。下世纪初有可能研制出使用次数达百万次的多层电 子俘获二维光盘，能高速高密度地执行读、写、擦功能，实现能在室温下 烧孔存储的光谱烧孔多维存储。四，光信息处理和计算随着科学和工程技术的不断复杂化，对计算技术提出更高的要求。计 算机向高速和智能化发展。运算的速度要高于10亿次浮点以上，但信号的传 输速度还只为光速的0. 5%。新代的电子计算机也依靠于并行的系统结 构和适合于并行处理的软件。光学信息处理就充分发挥了并列处理的优点，它有高速地处理信息的 能力。以图像为对象的光学信息已进行了多年工作，目前讲的全光计算杉、 为目标的，用光学系统完成二维或多维的数据数字计算，目前处于探索阶 段。它禾。用众所商知的并歹（处理口高速处理的特点，使光在其信息处 理中发挥大容量禾口高速的优点。研讳（出高效低功耗的光子器件仍然是 关键所在。在并歹处理一首先要有面阵歹i的光子集成器件。高密度垂 直腔面发射激光器的光子集成回路是二二维光信息实时处理和图形识男l 的关键器。目前研帝（出的高密度对称反射式自电光效应无腔面的光双稳 态开关集成面阵，可在光IbtttR低（viOVpm）下叉、光信息进行多路 和二维的处理，它为光逻辑运算打下基础，有可能达到开关时间在纳秒， 每秒亿次的光学数字处理器。电子计算机向光学计算机发展中，有可能先经过光-电混合型，如应 用光互连集成回路，若干光学开关和存储器以及光电转换元件，可以解决 堵如电子计算机由于电路中不可避免的存在电阻和电容、电信号和传递速 度受到RC弛豫时间的限制，以及时钟歪斜，互连拥挤，电子信号很容 易自身干扰等问题。所以目前光互连集成回路不仅为光子芯片与光学逻辑 元件之间的运行连接所必需，同时也在VLSI中作内联结。光学互连从光 电混合型向全光型方向发展，前者较易用于VLSI中作光互连，后者用可 寻址的光源阵列、光学双稳态门阵列1、全息衍射光栅和检测器阵列组纵 成，并行通道达106数量级。进一步发展光学神经网络、光计算算法和结 构及高密度光互连等技术，逐步发展成全光数字计算机。光子学是近代光学的新开拓，是继电子学、光电子学之后的新兴科学。 20世纪我们主要处于电子信息时代，光电子学信息是跨世纪的，那么21 世纪将进入光子信息时代。它标志着将实现Tb（ 10de12次方bits）容量 和Tb/s超大信息流的传递、存储、处理和运算。儿子、光电子和微电子 技术的结合将在下一世纪产生更高水平的信息技术。自我对该领域的想法光电信息处理是基于对函数的数学描述与建模，运用光学元器件完成光学信 息的模拟分析和处理或在计算机中完成对信息的各种数字处理和分析。近代光电 信息处理技术上的飞跃是光通信、光网络、光存储、光显示和多媒体技术的出现。 其主要关键技术是微电子、光电子、光纤、计算机、通信与网络、大规模存储、 大面积高分辨显示、多媒体等技术。应用：贝尔实验室的三大发明是电话、半导体收音机和激光。并曾计划推出光学计 算机，作为该实验室的第四大发明，此计划被搁浅。但是，Hierott Watt大学等 单位还在进行着研究，而且有明显进展。光电信号处理，即模拟-数字混合计算 还是很有发展前景的对光电信息处理的基础技术的认识.1自主导引与识别例如无人驾驶车辆的自主导引，新加坡Gintic制造研究所的Andrew A. Malcolmd等报告了无人驾驶车辆的立体视觉在非结构地带的自主导引。目的是 装备无人驾驶车辆，使之具有可靠的被动应变系统，把所在地带信息自主地提供 给航行系统以作路径计划的决定。要求车辆能够运行在非结构的、离路地带，以 超过10km/s的速度运行几公里。立体视觉可在视场中提取深度景物信息。可以 由多个固定位置的相机在同一瞬间获取图像，或由单个移动的相机相继拍摄多帧 图像。可分为由体视判断结构（structure form stereo）（双目的）和运动判断结 构（单目的）（structure form motion）。该系统综合了体视判断结构和运动判断 结构两种算法。在操作中，由运动判断结构算法作为信息的主要供给者，车辆移 动的各帧图像之间要符合预定的极限速度。对车辆处于静态或者车辆移动不适于 运动判别结构的算法时，增加了人工或自动算法之间切换功能。这个系统的实现 采用了 200MHz Pentium单板机，装在车辆底盘上的RGB摄像机。两个遥测的8mm、 F1.3手调镜头单色摄像机，装在车辆上面3m处，基线为600mm，两摄像机平行 并向下倾斜33。摄像的像为256X256像素以便作后处理。这个联合系统在许 多离路位置进行了现场实验，摄像（数据）速率为2帧/s，并证明在由运动判断结 构和由体视判断结构之间的转换。2复杂三维目标的复现美国Portland大学的Yuan-Lu-Hsu等报告了复杂三维目标的积分量程像。 用计算机视觉实现3D面模型，通常包含三步：首先是用结构光检测法获取面型 的深度数据，即为量程数据。因为在一个视场角内只能看到目标的一部分，从不 同的视场对目标的多次观测。用计算机控制的旋转平台可获取目标的多量程图像 数据。第二是记录这些多量程图像数据。每个量程图像均由已知的旋转角得到， 机械旋转精度限制了数字像的空间分辨率。第三步积分多重量程像，使之成为一 个完整的、非冗余的3D表面和生成3D物体模型。此法对多种分辨率的任意尺度 的复杂目标可提供灵活和有效的积分能力。3多媒体技术由于信息技术上的飞跃，有了光纤通信技术，进一步产生了多媒体技术。媒 体是指传递信息的载体，多种信息的传递要用到多种载体，或称多媒体。严格地 讲目前的多媒体是指数字多媒体。即有计算机参与处理的多媒体。多媒体计算机 能使人类按最自然的方式和最习惯的方式接受和处理信息，使得人们能方便地使 用计算机。人类通过五官(耳、目、口、鼻、舌及皮肤，由外界感受听觉信息、视觉信 息、嗅觉信息、味觉信息和触觉信息，可认为人是一种多媒体信息处理系统。目 前，计算机多媒体系统只包括听觉和视觉信息(声音、图像、图形和文字等)，很 少或未包括其他信息(如触觉、嗅觉和味觉信息)。今后，随着各种感觉机理的深 入研究和技术的进步，会有更完善的多媒体系统的出现。多媒体的关键技术为： 压缩与编码(compression and coding)、通信(communication)、同步 (synchronization)和网络(network)。4智能化光纤传感器技术分布式光纤传感器是一种传感器网络，它可以从整体上对被测对象的有关物 理量变化的时间、位置进行监控。若使分布式光纤传感器、执行结构、信号处理 系统、传输系统与控制系统等相结合，便形成智能结构。智能结构分为本征型与 集成型两类。本征型是结构内部具有传感、执行及信号处理功能的材料制成的结 构。然而集成型，即结构内部埋入传感器、执行器及处理功能的结构，亦称为智 能材料。智能材料与结构从军事应用扩展到各民用领域，便建立了智能建筑、智 能机器人结构等概念。结构损伤与估计，是集成型光纤传感器网络的重要应用，已发展了若干方法。 对于结构状态检测及振动主动控制最重要的检测参量是结构应变。近年已发展了 应用多种原理的应变传感器。例如：高双射的保偏光纤，当受纵向扰动时，两个 正交偏振模相对相位延迟的变化正比于应变的关系测量应变，其应变测量灵敏度 0.06/(p s -cm) ； Michelson干涉式光纤传感器，应变测量灵敏度 6.5/(p S -cm) ； Fabry-Perot干涉传感器，用普通石英光纤能在温度达1000C 左右测量位移，如用蓝宝石光纤，可在更高温度下工作，类似的石英光纤 Fabry-Perot传感器阵列，已经用于F-15歼击机在飞行仿真条件下的应变测量 和测量在液氮温度条件下材料的应变。另一些干涉仪也用在测量蒙皮表面上流体 产生的摩擦力以及外部声频压力。双横椭芯光纤传感器可以作成局域型式的，因 此，可以有效地抑制探头以外的环境振动引起的干扰。最近，已研制出一种沿光 纤长度有加权灵敏度的传感光纤，可以用简化的控制算法在结构振动控制中。在机敏结构中，要求获得多个离散点的信息或场的分布信息，因此， 在传感信息处理技术中，发展了多点传 感器复用技术及分布 式传感技术。光 时域反射计(OTDR)是最常用的技术，由于OTDR空间分辨率太低，近年发展 了光子计数的高分辨率的光时域反射计。5虚拟现实技术统计表明，普通人从外部世界 获取信息的80%来自视觉，如何实时地生 成大规模复杂虚拟环境的立体画面仍然是当前 虚拟现实(virtual reality， 简称VR)研究中亟待解决的问题。虚拟现实的三项指标：实时性(real time)、 沉浸性(immersion)和交互性(interactivity)。所谓实时性是指虚拟现实 系统能按用户当前的视点位置和视线方向，实时地改变呈现在用户眼前的 虚拟环境画面，并在用户耳边和手上实时产生符合当前情景的听视和触觉/ 力觉响应。所谓沉浸性是指用户所感知的虚拟环境是三维的、立体的，其 感知的信息是多通道的。所谓交互性是指用户可采取现实生活中习以为常 的方式来操纵拟场景中的物体，并改变其方位、属性或当前的运动状态。现有的虚拟现实系统按硬件组成可分成三类：头盔式显示器是最早的VR 显示器，它利用头盔将人的对外界的视觉、听觉封闭起来，引导用户产生 一种身在虚拟环境中的感觉。目前的头盔式显示器的分辨率已达到1024 X 768，可为用户提供清晰的虚拟场景画面。桌面型 VR系统由立体显示屏幕、 三维鼠标、立体眼镜等组成，但用户的沉浸略差。最具沉浸感的 VR系统是 由多个投景屏 幕组成的CAVE环境。现在国际上至少有3040个由多屏幕 组成的CAVE环境。把跟踪技术用 于产品化的技术培训和维修方面：意大利的Consoraio Pisa Riceche研究所的Olivia Catoni等报告了“基于遥控操作的维修系统”。从 市场调查可知，复杂的机器持续地依赖于生产者的培训和产品的维修。其 中培训和维修与生产者和用户间的地理距离成比例，占总费用的一定的百 分比。由于欧洲的小、中企业(SME)常不能为用户提供维修 和培训服务费用 (人们需要如旅行、通信、运输等)，在MAESTRO计划中考虑了该问题，以 两个厂商试点，即CARBench International S.P.A 和Betex A/S，分别生产复 杂的汽车底盘(car bench)和液体处理设备。这二者输出产品最多，MAESTRO 实验了用遥控的方式培训和维修产品。MAESTRO计划分为实际部分，即 设置一个演示室，由设备和机器人检查系统组成，以及虚拟部分，包括设 备模型和支持运行的软件系统。把演示室和综合业务服务(ISDN/ARM)网络 相连接。用户可以实时地诊察设备图像，它具有6个自由度的操纵杆。可实时提 供设备的虚拟模型的电视图像，用CCD摄像机远程摄取所指定的内容，把训练 和维修操作可以推广到现实环境中。虚拟模型与包括技术信息的多媒体数据库相 连接。例如操作指令，或者是描述功能上正确与错误条件的数据，语言判别用来 输入口述命令，这有助于用户都可了解设备详情和自由改变模拟环境。 Shinsuke Saito等报告了基于知识合成的 虚拟空间的生成。