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光电信息处理技术范文1
[关键词] 卓越计划；大学教育项目；培养计划；联合实验室；光电信息工程
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X（2013）06?0066?02
“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是教育部2009年推出的一项重大的教育改革试点项目，是高等工程教育满足国家战略需求、强化主动服务行业企业需求、创新高校与行业企业联合培养人才机制、改革工程教育人才培养模式的重大教改项目。通过“卓越计划”的实施，提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力，推进我国高等工程教育的发展。本文以我校“卓越计划”的试点专业光电信息工程为例，积极探索并不断完善这一新的人才培养模式，以国际知名信息技术企业QNX/TI中国大学教育项目资助的NUPT- RIM/QNX-TI光电应用联合实验室为平台进行校企深度合作，培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量光机电工程技术人才，实现卓越计划之实施初衷。
一、光电信息工程专业“卓越计划”实施目标、培养标准和培养要求
（一）实施目标
为了完善高等工程教育体系，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国，培养大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量光电工程技术人才，教育部进行工程教育改革而启动实施“卓越计划”。我校光电信息工程专业是“卓越计划”的试点专业，为积极参与教育部 “卓越计划”，探索我校光电信息工程专业“卓越计划”培养新模式，促进相关专业建设水平提升，提高人才培养质量，培养优秀光电类工程技术人才，学校对 “卓越计划”的实施进行部署。预期经过4年“卓越计划”对光电信息工程专业学生的培养过程，学校形成成熟的光电类卓越工程人才培养模式和培养方案，工程教育专业建设水平和人才培养质量明显提高，“卓越计划”人才培养的社会效益显著，对其他相关专业建设具有显著示范作用。
（二）培养标准
经过“卓越计划”培养的学生熟练掌握光电信息工程的基础理论、系统的专门知识，必要的生产实践及试验方面的知识和技能，了解本学科前沿发展动态和方向，并具备较强的工程意识、工程素质、工程实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、社会交往能力、良好的职业道德、组织管理能力和国际视野。可以从事光电信息系统的设计、研发、制造、营销、服务或相关项目过程的实施、使用及维护，也可承担企业管理、生产技术管理及企业市场运营等工作。
（三）培养要求
按本校光电信息工程专业“卓越计划”培养的学生应具备较全面的光电知识、较高的能力和素质为。学生应德、智、体全面发展，具有良好的沟通能力、管理组织能力和较强的团队合作精神；应具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、社会科学
[收稿日期] 2013-07-12；[修回日期] 2013-10-10
[基金项目] 南京邮电大学人才引进项目（NY211042）；江苏省普通高校自然科学研究计划项目（TJ212031）和QNX/TI大学教育项目研究成果
[作者简介] 喻春雨（1976-），女，辽宁沈阳人，南京邮电大学光电工程学院副教授，主要研究方向：光电成像与图像处理；韦玮（1960-），女，北京人，南京邮电大学光电工程学院教授，主要研究方向：光电功能材料研究与制备.
基础和良好的心理素质；能较系统地掌握本专业领域的技术理论基础知识，主要包括数学、光学与光子学、理论物理、电子技术、光电检测、光电成像、光电显示与存储、图像信息处理及计算机应用、市场经济学、经济法律及企业管理等基础知识；具有本专业必须的设计、研发、使用、维修及管理等方面的综合能力；具有本专业领域某个专业方向必须的专业知识，并了解其科学前沿和发展趋势；具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力；具有较强的创新意识、工程实践和获取新知识的能力；能熟练使用一门外语，并兼修第二外语。
二、基于大学教育项目的光电信息工程专业“卓越计划”实施方案
（一）学校总体“卓越计划”实施方案
借鉴国内外工程教育成功经验，遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，以我校光电信息工程专业为依托，以培养“厚基础、重实践、强能力、求创新”的本科工程型卓越工程师后备人才目标，以校企联合实验室为平台，以课程体系与教学内容改革以及教学方法与形式改革为核心，以高水平工程教育师资队伍建设为保障，积极探索和创建具有我校特色的校企合作工程教育模式。合理制订“学校工作方案”和“专业培养方案”，以光电信息工程专业等先行试点专业带动其他专业，争取我校所有工程教育专业在“十二五”期间完成“卓越计划”申报工作并成功加入国家级或省级“卓越计划”试点。除制定政策外，学校对试点专业每年投入数十万经费，以支持“卓越计划”实施。
（二）以QNX/TI大学教育项目我校实施光电信息工程专业“卓越计划”
TI与QNX目前在中国著名高校推行大学教育项目[5]。众所周知，TI成立于1930年，总部位于美国得克萨斯州达拉斯，是全球领先半导体设计制造公司，它的技术应用从数字通信娱乐、医疗服务到汽车系统无所不在。QNX是黑莓RIM的子公司，成立于1980年，总部位于加拿大渥太华，是嵌入式系统领军者，其产品应用包括：网络路由器、车载远程信息处理装置、工业控制系统、医疗设备、安全防卫系统等。
为积极拓展在华业务，QNX于2010年8月上海世博会期间推出中国高校计划，此计划由QNX联合TI共同实施，展现软件对于系统运行在降低开发时间、成本上的重要性，为中国顶尖工程院校（以车辆研究为主）提供有力支持。此计划已于2011年暑假在中国教育部备案，并将在5年内发展30家高校成员，目前以清华为首的十几所高校已加入该教育项目，我校是唯一的光电应用技术高校成员。此教育项目有助于提高我校在光电技术领域的教学水平，学生通过接触QNX嵌入式软件和TI硬件产品，能够进行更多以实践为基础的技术研究，有效的将光、机、电结合，更好地为将来的职业生涯做准备。
我校涵盖信息类专业比较全面的高校，有实时嵌入式系统专职教师，具备RTOS平台研发经验并熟悉Vxworks、Linux系统和源码，对于掌握QNX技术具有良好基础，同时对TI产品已经比较熟悉。充分利用QNX/TI教育项目为我校提供的软件（QNX Neutrino微内核实时系统平台）、硬件（TI OMAP3530为基础的Beagle Board开源社区开发平台）及相关参考设计部分源代码，初步建立两个实验平台，分别是医疗系统实验平台和智慧汽车实验平台。
光电信息处理技术范文2
关键词：激光测距，单片机，蜂鸣器
1、研究内容
残疾人是社会中最主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。，激光测距。随着2008年奥运会、残奥会的成功举办，政府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多，这也使助盲成为现在社会的一个热点问题。
目前市场上已经出现一些导盲类产品，例如盲杖、导盲犬等，但是因为种种原因，这些产品并不能有效的帮助盲人导盲。比如，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，一直不能被推广普及。可见，如何实现更好的导盲依然是一个亟待解决的问题。
由此，我们想要设计出一个“新型智能导盲器”，使之能够有效作为盲人的导盲器材，克服传统导盲器件价格较高，使用不方便，使用范围有限等缺点。
而随着时代的发展，光电技术特别是光电探测技术，光信息处理技术的应用已经遍及现代生活的各个领域。尤其是光机电一体化系统，模块很小，工作性能很高。基于此，我们想设计出“光电智能导盲器”，以便快速，准确，实时的帮助盲人了解周围的实际情况，更好的服务广大盲人群众。
2、研究方案
为了实现准确、快速定位障碍物的目的，我们提出了 “光电智能手持导盲仪”。盲人通过使用此设备可以知道周围物体的分布情况，可以获得一个周围环境的大概的距离远近的轮廓图。我们主要应用以下两种技术：
一、激光测距技术：激光测距技术与一般测距技术相比，具有操作方便、系统简单以及白天和夜晚都可以工作的优点。，激光测距。此外，与雷达测距、微波测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和较高的精度，以及更快的反应速度。
二、单片机控制技术：单片机体积小，重量轻，结构较为简单，成本低廉，可以实现一般的控制功能。而且单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
三、蜂鸣器语音输出技术：蜂鸣器反应快，声音变频速度快，距离越近频率越高，便于快速给盲人用户提示，同时蜂鸣器声音也给周围行人一定警告。
根据以上三种关键技术，我们提出的主要设计思路如下：
整个导盲仪通过激光测距模块测距，蜂鸣器报警，起到导盲作用。
在导盲仪上，嵌入一个单片机控制模块，作为整个装置的核心。在单片机的旁边固定一个蜂鸣器，蜂鸣器可以发出声音。，激光测距。导盲仪前端安置一个激光探头和一块接收板。在导盲仪上则安装一个开关，控制导盲仪的工作。
根据激光测距仪的原理，激光器发射头发出激光束，遇到障碍物后反射到达导盲仪前端的接收板，接收板上装有光电探测器。障碍物表面漫反射的光信号经过光电探测器转变为电信号，再经过滤波，放大，整合，A/D转换，传送给单片机。经过单片机分析处理后，根据激光往返时间算出的距离输出不同的指令，如果在报警距离以内，单片机便会发出控制信号，即高电平到蜂鸣器，驱动蜂鸣器发出不同频率的提示音，使盲人通过蜂鸣器的声音提示躲避障碍物，方便盲人出行。
导盲仪通过盲人的手动扫描，给盲人提供不同方位的障碍物信息。
3、技术路线及可行性分析
本作品主要包括：激光测距技术，光电检测技术，单片机控制技术，语音输出技术。
技术路线主要从光电技术，控制技术，电路设计技术三方面分析。
光电技术：主要是激光测距技术和光电检测技术。目前，激光测距技术已经十分成熟，独立的激光测距仪已经十分普遍。仿照成型的激光测距仪，设计制作出我们需要的激光测距模块。
针对我们的需要，我们采用短脉冲高频率激光测距技术。脉冲式激光测距是基于对光波在本机与目标间渡越时间的计量来感知目标距离，属于“时基法”测距，其优点是操作方便、系统设计简单，满足设计要求。
单片机下达测距指令后由激光器发出脉冲激光，经扩束准直的光学系统后通过指示与稳定系统导向穿越大气层射向目标。光学系统一般是望远光学系统，为的是减少出射光束的发散角，以提高光能面密度，增大工作距离，还可以减少背景和周围非目标物的干扰。指示与稳定系统，带有瞄准镜和方向机构，用以对准盲人需要探测的方位，提供目标角方位信息。图中的传感器，可提供目标方位和俯仰角。激光束离开本机的同时，从发射光束中取出参考脉冲信号，参考信号通过光电探测器，变成电脉冲，这个电脉冲经滤光、放大、整形后送入单片机，通过单片机控制，启动数字式测距计时器开始计时；到达目标的激光束有一部分被表面漫反射回到测距机；经接收物镜和窄带光学滤波器再次到达探测器，窄带光学滤波器的主要作用是充分利用激光优良的单色性，提高系统的信噪比；光探测器再次将光信号转换为电信号，然后将电信号送往放大器和匹配滤波器，这是因为从光电探测器出来的信号不足以推动电路工作。处理后的信号进入比较器进行比较；比较器的输出信号驱动测距计时器计时停止，单片机接收距离信息。，激光测距。根据距离信息，单片机决定是否驱动蜂鸣器发出声音。
单片机控制：单片机是整个装置的控制核心，所有的控制功能通过写入单片机程序来实现。，激光测距。单片机要能接收两次电信号，根据激光测距的距离信息，进行分析判断。，激光测距。在设定的允许范围以外，不发出控制信号，如果一旦低于预先设定的范围，则发出控制信号，控制信号驱动蜂鸣器发出声音。根据单片机接收到的距离信息，单片机发出不同的电压控制信号，蜂鸣器据此发出不同频率的声音。
电路设计：信号处理电路包括光电信号处理电路和声音输出电路。整个电路中单片机、探头、光电传感器和蜂鸣器是主体，激光探头发射和接收板接收光信号，经过光电转换，滤波，放大，A/D转换之后，反馈到单片机，单片机进行信号处理，最后通过电路控制蜂鸣器输出声音信号。蜂鸣器反应快，声音变频速度快，根据单片机发出不同的电平信号，发出不同频率间隔的提示音。
4、特色与创新点
1、利用激光测距技术，快速，准确的测量障碍物的距离；并根据距离信息，实现单片机的控制；
2、手持导盲仪使用方便，探测灵活，可用于高低地势探测，障碍报警；
3、利用蜂鸣器的声音频率提示障碍物距离远近，便于盲人判断；
4、结构简单实用，方便携带，可扩展性强，可长时间使用。
5、参考资料
[1]王永仲，现代军事光学技术[M]，北京：科学出版社，2003。
[2]何俊发，王红霞，刘晓彬，激光测距新方法研究[J]，应用激光，2003，23(5)：299—300。
[3]陈敏，杜小平，一种提高相位激光测距精确度的方法[J]，现代电子技术，2005，16：114一l15。
光电信息处理技术范文3
【关键词】发光器件，光接收器件，输入输出，光电耦合器
随着半导体技术和光电子学的发展，一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件――光电耦合器于1996年问世了。光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件（光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等）、光敏可控硅和光敏集成电路。把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为一类独特的半导体器件。其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。
1 光电耦合器的结构特点
光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内，然后利用发光器件的管脚作输入端，而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时，发光器件发光。这样，光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输，而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。图1是三种系列的光电耦合器电路图。
（1）输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。
（2）由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。
（3）由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。
（4）容易和逻辑电路配合。
（5）响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。
（6）无触点、寿命长、体积小、耐冲击。
2 光电耦合器的发展现状
目前，光电耦合器已显示出一种朝大容量和高速度方向发展的明显趋势。美、日两国生产的光电耦合器以红外发光二极管和光敏器件管组成的器件为主，该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。因为这种类型的器件不仅电流传输效率高（一般为7～30%），而且响应速度比较快（2～5μs），因而能够满足大多数应用场合要求。例如：日本横河电机公司、美国莫托罗拉公司生产的光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能，其响应速度快、传输效率高等特点，近几年来，国内有关单位投入大量人力物力也研究和开发了各种光电耦合器件。如上海半导体器件八厂、上海无线电十七厂等。而重庆光电技术研究所为了适应市场需要研制出了一种由高速响应发光器件和逻辑输出型光接收放大器组成的厚膜集成双路高速高增益光电耦合器。这种光电耦合器的输入端由两只GaAIAs侧面发光管组成，其输出端由两只Si―PIN光电探测器以及两个高速高增益线性放大电路组成。
除此之外，重庆光电技术研究所还研制出了高速高压光电耦合器、GG2150I型射频信号光电耦合器、GG2060I型高压脉冲测量光电耦合器、GH1204U型高压光传输光电耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光电耦合器等。
3 光电耦合器的应用
3.1用作固体继电器
光电耦合器是一种将发光二极管和光敏三极管组装在一起的新颖光电器件，它采用光信号来传递信息，从而使电路的输入与电气上处于完全隔离的状态，这种信息传递方式是所有采用变压器和继电器作隔离来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。由于光电耦合器具有可单向传递信息、通频带宽、寄生反馈小、消噪能力强、抗电磁干扰性能好等特点，因而无论在数字电路还是在模拟电路中均得到了越来越广泛的应用。
它的左半部分电路可用于将输入的电信号Vi变成光电耦合器内发光二极管发光的光信号；而右半部分电路则通过光电耦合器内的光敏三极管再将光信号还原成电信号，所以这是一种非常好的电光与光电联合转换器件。图中所用的光电耦合器的电流传输比为20%，耐压为150V，驱动电流在8～20mA之间。在实际使用中，由于它没有一般电磁继电器常见的实际接点，因此不存在接触不良和燃弧打火等现象，也不会因受外力或机械冲击而引起误动作。所以，它的性能比较可靠，工作十分稳定。
3.2 光电耦合器在PLC中的应用
光电耦合器实现现场与plc主机的电气隔离，提高抗干扰性，避免外电路出故障时，外部强电侵入主机而损坏主机。实现电平交换，现场开关信号可能有各种电平，光电耦合器起变换plc主机要求的标准逻辑电平。
4结束语
光电耦合器在多种电子设备中的应用非常广泛。随着数字通信技术的迅速发展以及光隔离器和固体继电器等自动控制部件在机械工业中应用的不断扩大，特别是微处理机在各个领域中的应用推广（有时一台微机上的用量可达十几个甚至上百个）和产品性能的逐步提高，光电耦合器的应用市场将日益扩大，同时，其社会交流和经济交流也一定会十分显著。今后，光电耦合器将向高速化、高性能，小体积，轻重量的方向发展。
参考文献：
[1] 曲维本。光电耦合器的原理及其在电子线路中的应用。北京：国防工业出版社，1981
光电信息处理技术范文4
20世纪70年代以来,由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，推动了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数学、物理、材料等)之间的相互渗透，形成了一个边缘的研究领域。光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息存储和处理等。因此，可以这么说，现代信息技术的支撑学科是微电子学和光学，光电子学则是由电子学和光学交叉形成的新兴学科，对信息技术的发展起着至关重要的作用。光电子技术是光频段的电子技术，是电子技术与光学技术相结合的产物，光电子技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。同时，随着生物医学、生命科学等新兴学科的发展，其中的信息获取手段对光电子技术的依赖程度越来越高，加快了这些学科之间的交叉融合，从而诞生了很多边缘学科，比如生物光子学、光医学等。综上所述，可见光电子技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光电子技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。
电子信息工程专业的光电子技术课程的基础理论知识包括：光度学基本知识、光辐射传播、光束调制与解调、光辐射探测技术等。其中，光度学基本知识是最基础的内容，包括：电磁波波谱、辐射度学、光度学、热辐射基本定律、激光原理、典型激光器等。光辐射传播包括：光辐射的电磁理论、光波在大气中的传播规律与特性、光波在电光晶体中的传播规律与特性、光波在声光晶体中的传播规律与特性、光波在磁光晶体中的传播规律与特性、光波在光纤波导中的传播规律与特性、光波在水中的传播特性、光波在非线性介质中的传播等。光度学基本知识和光辐射传播这两个基础内容可以说是光电子技术课程基础中的基础，而对于电子信息工程专业的学生来说，这些知识点比较抽象，为了便于该专业学生对光电知识的接受和激发他们的兴趣，因此，在课堂上有必要多花时间重点讲解这部分的知识点，同时在制作PPT教案时尽可能使用图片或动画描述一些原理性的知识。
比如：在讲解激光是如何产生的时候，可制作动画描述自发辐射、受激吸收、受激辐射的原理；在讲解激光器的结构和工作原理时，可制作多色图片对激光在各种光学谐振腔中的受激放大过程进行描述；在介绍各种典型的激光器时，最好收集到它们的实物照片进行讲解；在讲解光波在各种光学晶体中的传播特性与规律时，最好能制作三维立体的图片描述光学晶体的各向异性的特性，相应的公式表达尽量简洁化，然后结合动画描述光波在其中传播时所发生的变化。光束的调制、扫描和解调技术的理论教学内容包括：光束调制的基本原理、电光调制技术、声光调制技术、磁光调制技术、直接调制技术、光束机械扫描技术、光束电光扫描技术、光束声光扫描技术、空间光调制器等。这些知识点的理论基础都是“光辐射在光学晶体中的传播规律和特性”。其中光束调制的基本原理移植了微电子学中微波调制中的很多概念，电子信息工程专业的学生易于理解，但是光束调制和扫描的实现技术中，除了需要使用各种光学晶体以外，还需要使用半波片、全波片、起偏器、检偏器共同组成一个系统完成光束的调制和扫描。这些光学器件对于没有光学工程基础的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，因此，在讲解过程中应该通过动画或图片等手段形象地描绘线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光等基本光学概念，并借用相关的光学参考资料对这些光学器件的功能和原理进行简单介绍。
只有这样，才有利于电子信息工程专业的学生深刻理解光束的调制、扫描、解调等技术。光辐射探测技术的理论教学内容主要包括：光电探测的物理效应、光电探测器的性能参数、光电探测器的噪声、光电导探测器—光敏电阻、PN结光伏探测器的工作模式、硅光探测器、光电二极管、光热探测器、直接光电探测系统、光频外差探测的基本原理等。由于电子信息工程专业的学生已经具备了较好的半导体器件理论基础知识，而光电子器件本身也属于半导体器件，因此学生只要掌握了爱因斯坦的光电效应原理，就很容易理解各种光电子器件的工作原理、性能特点及应用领域。该部分所介绍的各种光电半导体器件很可能会在学生将来从事信息产业技术的相关工作中用到，也可能会在将来某些学生跨到光电信息或光学工程相关专业进一步深造时从事相关科研课题研究时用到，比如：PN结光伏探测器、光敏电阻、光电二极管、光电三极管等，都会经常用到。因此，建议在理论教学过程中，除了结合图片等多媒体教学手段介绍相关光电子器件的工作原理外，最好能够给学生展示光电子器件的实物，以便给学生一些感官认识。电子信息工程专业光电子技术课程的系统方面的知识点包括：光电成像系统、光电显示系统等。
其中，光电成像系统的基本器件是电荷耦合摄像器件(CCD)，CMOS摄像器件和电荷注入器件(CID)。目前，CCD摄像器件的应用最为成熟和广泛，主要包括线阵CCD和面阵CCD等，其原理基础仍然是光电半导体器件和两相或三相电极电路的结合。因此，教学中应结合脉冲数字电路知识重点讲解CCD的原理和特点。光电成像系统的内容包括：系统基本结构、基本参数、红外成像系统、红外成像中的信号处理及综合特性等。其中红外成像系统涉及很多应用光学方面的知识，这对没有应用光学基础知识的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，而且属于光学工程专业学生的研究方向之一，因此，这部分内容简单介绍即可。而红外成像中的信号处理都涉及电子电路方面的知识，属于电子信息工程专业的范畴，这部分内容可以重点讲解。光电显示系统包括阴极射线管原理、液晶显示原理、等离子体显示原理、电致发光显示原理及多色激光显示原理等，其中前三类显示技术的应用已很广泛和成熟，可以重点讲解，而后两类显示技术比较前沿，可以简单介绍，以便让电子信息工程专业的学生了解当今光电显示技术的发展趋势。电子信息工程专业光电子技术课程应用方面的内容包括：光纤通信、激光雷达、激光制导、红外遥感、红外跟踪制导、光纤传感技术等。这些应用技术可以分别举一个相应的实际应用系统进行介绍，让学生体会到光电子技术的重要性和广泛性，激发他们对这门技术的兴趣。#p#分页标题#e#
对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业已有很多属于本专业的实验课程及课程设计，笔者认为光电子技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。在该课程中，各种光电子器件和原理、功能及应用最易于电子信息工程专业的学生理解，而且也是电子信息工程师应该具备的基本知识，因此，笔者建议开设一些光电子器件的相关实验课。由于光电子技术课程的总学时设置为48学时，所以建议理论教学为40学时，8学时为实验教学(共4个实验)。
光电信息处理技术范文5
关键词：光信息科学与技术；多维实践教学；课程设计；人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）33-0193-02
一、引言
高等教育是知识创新、传播和应用的主要途径，更是培养创新精神和创新人才的摇篮。教育部副部长赵沁平表示，在建设创新型国家过程中，高等学校应该也必须发挥重要的作用，可以提供全面的人才支持。而《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出，要“创立高校与科研院所、行业、企业联合培养人才的新机制”。实践教学是战略性新兴产业所需的创新人才培养过程中不可缺少的重要环节。[1]创新教育的基础是实践，要培养大学生的创新能力，必须为大学生构建良好的实践平台。[2]
光电信息产业是湖北省重点扶持的产业之一，光电子行业一直保持快速、健康发展势头，成为湖北省重要的支柱产业和先导产业，对于促进社会就业、拉动经济增长、调整产业结构、转变发展方式具有十分重要的作用。“十二五”期间是光电产业的关键时期，必须紧紧抓住这个战略关键时期，大力培养高水平光电产业技术人才、创新产业组织方式，实现光电子产业战略目标[3]。本专业面向我省战略新兴产业和区域内重点产业，培养德智体全面发展，专业基础理论扎实，具备光电信息技术方面的基本技能和工程实践能力，能很好地掌握计算机技术、电子技术和光电技术，具备设计节能环保光电产品的能力，能在光电产业、科研部门从事光电信息领域的科学研究、技术开发、设备使用与维护工作的高级专业人才。
本文针对光信息科学与技术专业实践教学特点和专业发展特性，以武汉工程大学理学院校内实践环节、校外实践环节和校企产学研三个实践环节三位一体实践平台为例，讨论实践教学模式的改革与创新的方法和意义。其探讨对本专业建设发展以及其他理工科专业建设发展有一定意义。
二、现有实践教学中存在的问题
我校的光信息科学与技术专业于2003正式招生，至今已经发展12年，开设了光电子、激光和光通信等3个专业方向，并在筹建光学信息技术省重点实验室。本专业学生主要学习光信息科学与技术的基本理论和技术，熟悉光学、电子学技术和计算机技术，目标培养具有扎实的数学、物理、电子和计算机的基础知识，系统地掌握光学信息处理技术、现代电子学技术和计算机应用技术的基本技能，能在应用光电子学及相关的电子信息科学、光通讯、激光技术、光机电算一体化产业等领域从事科学研究、教学、产品设计、生产技术或管理工作的光信息科学与技术高级专门人才。但在专业发展的同时我们也看到了存在的一些问题。
（一）课程与实践脱节
光信专业课程设计包括光电子电路、工程光学、光通信技术、光电技术、激光技术、太阳能光伏系统等，其学时约占总课时的三分之一，是专业课的理论教学的延伸与有效支撑。但通过与企业沟通和与往届毕业生沟通了解到，专业课程内容存在陈旧落后，理论脱离实际，缺乏社会实践性，导致学生进入工作单位后发现所学知识用不上，而实际需要的知识又没学的现象。不仅课程设计，专业开设的各个实践环节之间也出现脱节现象，各自为政，缺乏有设计的联系。
（二）实践教学考核体系不合理
大部分实践课程考核方式仍然和普通专业课程考核方式一样，比如实验仅仅是专业课程考核中的一部分，普遍只占总成绩20%，而这20%中还主要以出勤率和实验报告，基本上老师的主观印象评价占主要成分。而独立于课程之外的生成实习环节也存在这一问题，对其的评价主要依赖企业出勤率和实习报告，其最后成绩往往流于形式，而缺乏对实习过程中本应最重要的实践过程及创新性的体现。这些不合理的考核评价方法最后会大大影响学生对实践环节的重视程度，致使学生对实践类学习项目敷衍忽视。
三、多维实践教学模式
针对实践教学中存在的问题，本专业提出了一系列改革措施。借用与美国佛罗里达理工学院合作办学平台，借鉴国内外高等工程实践教育改革经验[4-6]，通过与光电高新企业密切合作，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质与工程实践能力，在光通信器件、激光加工、太阳能应用和LED节能环保照明等领域培养从事光电系统设计、光电技术应用以及管理的应用型高级工程人才。
针对光电专业的实践教学中校内实践环节（实验、课程设计）、校外实践环节（生产实习）和校企产学研三个实践环节进行有机整合，形成由校外生产实习基地、校内实验室和校企联合研发中心共同组成的、面向全体学生、多角度、多层面的学生实践学习平台，旨在提高学生的实践和创新能力。
（一）加强具备国际视野的“双师型”教师队伍建设
在现有的实习基地基础上，进一步扩宽和深化校企合作。专业每年派遣若干名具备留学经历的专业教师深入企业，参与企业的生产管理、产品研发和现场管理，培养专业教师的工程实践能力，同时解决企业高水平专业人才不足的实际困难。另外，邀请企业技术骨干参与专业课程教学和实验指导和专业教材建设，让教学内容更贴近生产和研发需求，避免教学和生产实际的脱节，保证教学内容的实用性，真正提高教学质量，培养创新和实践能力。
（二）多维实践平台建设
专业实践基地分为校内和校外2部分。在校内建设有光电子创新创业基地和专业实验室，基地室内面积约300平方米，指导教师8名，接纳规模40人，专业实验室面积接近1000平方米；学校拟再投入300万元建设飞秒激光实验室，目前正在申报湖北省光学信息技术重点实验室，随着实验室建设的不断完善，课外实习实践基地的成形，能为培养方案中的实践环节的实施和学生实践能力的培养提供保障。在校外部分，院里已经签约校外实习基地6个，接纳规模120人，能够承担认识实习、生产实习、毕业实习、工程实践，以及职业岗位技能培训。
1.三位一体实践平台硬件的建设。现有的校外生产实习基地的巩固、规范，进而开拓新的学生生产实习基地；完善校内实验室建设和运作管理，增加实验室的开放性；促进光电专业与企业的产学研合作，推动校企联合研发中心的建设和规范。
2.三位一体实践平台运作机制的建设。构建生产实习基地、实验室、教研室的互动、协作，促成校企联合研发模式的建立，以研发合作为桥梁，协调校内外学生实践环节，真正提高学生的应用能力，以及在应用中的创新能力的培养。
3.根据合作的光电信息企业的需求，采用订单培养模式，充分利用学校专业人才的培训提高，调整专业实践培养内容，优先为合作单位培养合格本科毕业生。
四、结论
多维实践教学系统改革依托湖北省战略新兴产业人才培养针对光电专业的实践教学中校内实践环节（实验、课程设计）、校外实践环节（生产实习）和校企产学研三个实践环节进行有机整合，形成由校外生产实习基地、校内实验室和校企联合研发中心共同组成的、面向全体学生、多角度、多层面的学生实践学习平台，旨在提高学生的实践和创新能力。改革现有的实践教学管理体制和运行模式，创造新的人才培养模式，引导学生积极参与教学过程，进行主动的创造性学习，并使学生较早地参与科学研究和生产实践，提高大学生的科学素质、创新精神和创业、实践能力，以培养适应新世纪我国现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才。
参考文献：
[1]袁振国.当代教育学[M].北京：教育科学出版社，2004.
[2]李晨霞，康娟，夏涛.光电信息工程专业人才培养研究[J].高等理科教育，2008，（6）：35-37.
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[6]郝鹃，路美秀，安清波.多维教学模式在数据库原理课程中的应用[J].信息系统工程，2011，（12）：145-146.
光电信息处理技术范文6
1处理电路的改进编码器设计
1.1码盘的编码方式
编码器分为绝对式和增量式两种。码盘是轴角编码器测角的主要元件，圆周360°角度由码道分开，绝对式码盘有多条码道，如图1所示。每条码道依靠透光﹙图中白色﹚和不透光﹙图中黑色﹚把圆周分成若干等分。并采用格雷码、阶梯码和通圈形式刻划。该编码方式的特点为：1﹚第1圈粗码A1和第2圈粗码A2均刻一条线，弧长为半圈，相位错开90°；2﹚第3圈A3起，每圈刻线数为2n?2；3﹚第n圈码道的亮区中心位于第n+1圈码道的暗区中心；4﹚码道刻划从里向外为粗码、通圈、中精码和精码；5﹚该码盘为直径254mm，厚度12mm的环形玻璃圆盘。该编码方式的优点是分辨率高、读数误差小、有绝对零点；缺点是不能直接进行运算处理，需要转换成自然二进制代码。目前我国的大型光电经纬仪多数采用此种编码方式。
1.2改进设计的思路
码盘输出的码道信号有粗码﹙A码﹚，中精码﹙G5码、J码和F码﹚，精码﹙G码﹚和通圈﹙T﹚信号。它们的波形依次为方波、梯形波、似正弦波、正弦波和高低电平［1?2］。传统的处理方法是通过硬件电路进行鉴幅。粗码与固定电平做比较，将方波和梯形波放大并整形为占空比为1:1的方波；中精码与通圈做比较，将梯形波和似正弦波放大并整形为占空比为1:1的方波；精码采用差分放大器、A/D转换器和软件细分，得到绝对式编码器低10位的二进制角度代码﹙即29…20﹚，三者组合成24位编对式编码器的二进式角度总代码，最小分辨率0.077″。选择的比较电平易受环境变化和使用期限等因素的影响，导致各码道的转换点改变而出现乱码、错码、抖动、飞车和不转动等故障现象，经常影响光电经纬仪的正常使用。传统的处理电路中，模拟器件使用数量较多，超过了整体译码电路的85%，使处理电路的运行速度、抗干扰能力、调试过程、通用性以及成本等受到了挑战。鉴于传统编码器处理电路存在的以上弊端，本文提出了改进方法，即采用软件形式替代编码器数据处理电路中的模拟电路，并为数据处理系统增设参数整定和正常工作两种模式。改进后的绝对式编码器经HCX01项目论证，一方面成功地消除了传统数据处理电路中模拟电路造成的调试复杂、抗干扰能力差等问题，另一方面实现了新数据处理电路关键参数的自动获取，有效地避免了手动调试过程中引入的误差，保证了译码精度，并提高了译码电路的可靠性。
1.3硬件电路设计方位
编码器和高低编码器分别安装在垂直轴和水平轴上。基于DSP处理器的应用，其数据处理系统设计在一块电路板上，由光电信号整理电路、A/D模拟转换电路、DSP数据处理电路、接口电路、控制软件和电源等组成。改进后的处理电路原理如图2所示。
1.3.1数据采集装置
数据采集装置包括照明系统、码盘、狭缝、读数头、轴系及固定机构等。其中，光源采用白炽灯照明方式。白炽灯为特制的6V，15W，要求用直流稳压电源供电，亮度能手动调节；光学系统由非球面镜、柱面镜、转角棱镜、直角棱镜和固定件组成；码盘是一个环形玻璃圆盘，共刻印了22圈同心圆码道。从外向里分成精码道、中精码道和粗码道3个部分；狭缝分为精狭缝和粗狭缝，精狭缝拾取精码信号和中精码信号，粗狭缝拾取粗码信号；读数头采用硅光电二极管，具有防潮、防腐和稳定等特点；轴系采用密珠轴系，具有较高的回转精度［2?6］。
1.3.2数据处理装置
该编码器灯源采用6V、15W白炽灯，白炽灯发出的恒光经光学系统变为平行光后分三路照射到粗码照明区和两个精码照明区；采用对径读取精码、中精码信号，软件上进行数字量相加取平均，消除码盘的工艺误差、安装的偏心误差和轴系晃动误差；精码采用差分放大和12位A/D转换器，以减小细分误差和量化误差。1﹚光电信号整理电路：精码差分放大电路和中精码放大电路完成编码器原始信号的放大，同时对信号中的直流成分和噪音进行共模处理，进一步提高信号质量［7］。2﹚A/D模数转换电路：整理后的精码和中精码信号均为±5V的交流信号，经过A/D转换电路进行模数转换，为了保证测角精度和测速反馈的要求，设计中选用8通道12位A/D转换电路，8个通道转换时间为1.98μs。高低、方位共40路光电信号，编码器数据采集和A/D转换时间小于10μs。3﹚DSP数据处理电路：DSP数据处理电路是编码器分系统的核心元件，完成编码器分系统指令接收，进行角度信息处理，实现与系统的数据通讯的控制功能，电路设计选用TMS320F2812中央处理器﹙DSP﹚作为核心处理电路。4﹚同步采样信号接收及整理电路：为了实现角度信息与光电经纬仪时间的一致性，电路还设计了系统同步采样信号接收及整理电路，对系统发送来的采样信号进行整理处理，处理后的同步采样信号脉冲为负脉冲信号，信号宽度6μs。5﹚电子调零电路：可以在方位角0°~360°、高低角?5°~185°范围内，根据系统指令，能够设置仪器的绝对零点，数据永久保存在E2ROM，直到重新设置。6﹚任意点清零功能：光电经纬仪可在任意位置完成手动清零。7﹚角度显示：采集的角度数据送至平显控制电路，实时显示光电经纬仪的高低角和方位角，自检时可显示编码器系统工作状态和故障。8﹚供电电源：包含5V，±12V3个电源等级，电源采用GJB要求的标准电源产品。
2改进电路的技术特点
24位绝对式编码器处理电路随码盘形式、码道刻划、细分方式的不同而各异，但其作用相同，即放大光电信号、细分，将其转换成自然二进制的角度信息。
2.1中央处理器的选择
本编码器设计采用TMS320F2812中央处理器﹙DSP﹚作为核心处理电路，具有处理速度快、在线自检功能和可并行处理各种事件等优点［8］。
2.2减少调整环节
以往在调整各码道信号的输出幅值时采用电位计手动调整，信号通过比较鉴幅器后输出1:1的方波信号。而本改进电路去掉了传统的粗码电位计调整环节和中精码、粗码信号的比较鉴幅电路，绝对式编码器输入的所有码道信号全部通过A/D模拟转换器转换，与传统的处理电路相比，减少了电路的体积，系统的稳定性和集成度也得到了提高。2.3可靠性增加由于大幅度减少了调整环节和相应的放大器、比较器，在程序中增加了角度信号的调整和自动补偿，并且可以在线自检，提高了编码器工作的可靠性。
3关键技术的实现
3.1信号参数的自动计算与调整
传统的处理电路是通过硬件电路进行比较鉴幅，比较电平是固定的，导致占空比的变化不能准确反映出轴角的位置。本改进设计根据A/D转换器采集的码道信号是连续变换的数字值，DSP处理器利用公式计算出各码道信号的参数后找出比较电平，再进行调整。以粗码A5为例，比较电平计算见式﹙1﹚。当A5输出的码道信号幅值发生改变时，比较电平也相应改变，输出的数字信号占空比始终为1:1，准确反映出轴角的位置，提高了24位绝对式编码器的准确率和可靠性。Vs=Vmax?Vmin3+Vmin。﹙1﹚通常比较电平应设定为各路中精码和粗码信号峰值的1/3，如图3所示。经过与相应的比较电平比较后，形成的各路数字信号的占空比为1:1。
3.2码道自动检查主控
计算机分系统按照通讯协议要求，将各码道信号的检查指令通过数据通讯分系统转发给编码器分系统，在线自检方位和高低编码器分系统的码道工作状态，如发现故障，能及时报警，并定位故障位置，实现编码器分系统码道故障的远程诊断。1﹚中精码、粗码码道的检查：通过改进电路的A/D转换器采集各路中精码、粗码的码道信号，检测其波形是否有高低电平的交替变化。有变化表明该条码道工作正常，没有变化表明该条码道有故障。2﹚精码码道的检查：通过改进电路的A/D转换器采集各路精码信号，检测其波形是否满足幅值和正交性要求。满足要求表明该对精码道工作正常；未满足要求表明该对精码道有故障。精码信号参数如图4所示。
3.3编码连续性的实时检查
编码器在运行过程中，根据外推功能实时检测方位、高低编码器分系统的进位情况，如出现跳变现象，能及时报警并通知主控计算机分系统［9］。检测依据是误差外推公式，即编码器分系统工作在800Hz的采样频率下，通过前3个采样时刻编码器分系统输出的角度信息，根据式﹙2﹚计算出下一时刻编码器分系统输出的理论角度值S0，用理论值S0减去编码器分系统实际输出的角度值，“差值”大于60″，表明编码器分系统出现进位故障，应及时报警。理论值计算公式S0=2﹙S1?S2﹚+S1+S32。﹙2﹚判断依据为理论值减去当前值大于60″。参数60″即编码器分系统以1/s的角速度转动，以800Hz频率采样，在一个采样周期内，编码器角度变化为4.5﹙即58个分辨率﹚。
4新旧处理电路的比较
4.1旧处理电路的不足
绝对式编码器传统的处理电路由于硬件设计的固有原因，存在着如下不足［10?11］：1﹚粗码、中精码和精码在数据处理系统内含有大量的电阻、运算放大器和可调电位计，在选配精确的电阻型号时工作繁琐、任务量大，且电路调试过程过于复杂；2﹚调试各精码信号的幅值、对称性和差分放大器零点漂移需要依赖手动调节电位计和观察示波器的波形，自动化程度很低，而且引入的信号幅值误差导致后续译码中的细分误差量偏大；3﹚硬件电路的编码器设计无法适应光电码盘信号强度随环境条件改变和自身老化产生的变化，导致数据处理电路寿命短，不具有实用性；4﹚粗码比较鉴幅电路的输入电平在恶劣环境下极易被高频噪声干扰，噪声信号很容易穿越比较电平，导致源码信号产生跳变。
4.2新处理电路的优势
绝对式编码器改进型处理电路存在的明显优势：1﹚利用软件替代和实现了传统处理电路中的比较鉴幅电路和精码差分放大电路的功能，简化了硬件结构，电路调试简单，有效地避免了模拟器件容差等因素带来的误差；2﹚为数据处理电路增设了工作模式，即参数整定模式和正常工作模式，该编码器设计可根据气候的变化或在轻微故障时，通过整定参加试验任务；3﹚精码道信号的幅值放大采用软件形式，精码sinθ、cosθ、sinθ'、cosθ'放大后消除了偶次谐波和共模量，信号质量好，提高了精码译码的准确性。新旧型数据处理电路性能比较如表1所示。
5结束语
