圖像信息獲取中的光電子技術

于海巍++趙帥

摘 要 隨著科學技術的發展，光電子技術被廣泛的應用于人類的生活中，實現了對軍事、醫學、通信及工業建筑等多個領域的涵蓋，目前，光電子技術在我國的發展已進入相對成熟的階段，并有望成為我國的支柱產業之一。本文將著重從圖像獲取方面對光電子技術進行分析研究，具有一定的參考意義。

【關鍵詞】光電子技術 圖像信息獲取 光能

光電子技術是一種由光技術與電子技術結合而成的一種復合型多功能技術。此技術涵蓋了電子學、光學、物理學、計算機學等在內的多項科學技術，是一項典型的多學科交叉型技術，對理論的研究乃至科學技術的發展都具有十分重要的作用，且與微電機技術相比，光電子技術具有更加明顯的使用優勢。

1 光電子技術的概述

1.1 內容

此技術的概念十分寬泛，總體來說是涵蓋新材料、微加工與微機電、器件與系統集成等一系列互動的，建立在生產、傳輸、處理與接受基礎上的一項多功能技術。該技術主要研究對象是光，途徑為能量轉化，目的在于將光能轉化為信息載體與能量載體。

1.2 光電子學

關于光電子技術的學稱為光電子學，指對紅外線、可見光、紫外線等光波波段的研究，其教學內容主要涉及信息技術、能源勘探與轉化、航空航天、生命科學與環境科學等多個領域。

2 光電子技術的應用現狀

2.1 國外應用現狀

國外對于光電子技術的運用狀況存在明顯差異，諸如歐美等發達國家對該技術的投入較大，且使用工藝已逐漸成熟，而還有大部分的國家并不重視該技術的使用，原因在于一些國家可利用其他發達技術取代該技術。美國作為使用光電子技術的佼佼者，特別看重該技術的發展與應用，對此投入的研究與費用也是其他國家無法比擬的；德國作為使用該技術最早的國家，其研究已積累了大量的成果，技術基礎十分強大，此外，日本、瑞典等國家都曾對光電子技術展開過深入的研究，并取得了一些經驗。

2.2 國內應用現狀

我國光電子技術起步較晚，但由于近年來各項技術的發展促使該技術得到了很大的突破，目前以達到了世界先進水平。在電子領域的各個行業，我國都取得了不錯的成就，這主要受益于政府的大力支持與資金投入。但從個體上看，各省市間的發展情況仍存在差異，其中發達地區的高等院校眾多，可開展的研究項目多，為光電子技術的開發與研究提供了巨大的技術保障。

3 光電子技術在圖像信息獲取中的應用

3.1 分幅相機

相機的工作原理是通過照相機的鏡頭組，將被攝像景物的反射光投于焦平面上，并通過對焦調節分辨率，實現反射光的清晰成像，通過控制快門，使焦平面的感光膠片感光，從而產生化學反應，在感光膠片上形成潛影。分幅相機汲取了傳統相機工作原理的拍攝技巧，同時融入光電子技術，使其拍攝率達到1071011幀/s，是正常相機的幾百萬倍，其原理在于對相機的各小部件上進行了加工，例如在不透明的小薄板上設置多個排列整齊的透光孔，并通過CCD進行系統處理，對各透光孔中的像素點在每一時間節點上的分布位置進行記錄，并通過各像素點組合而提取出一幅完整畫面，由此形成了其高頻率的拍攝工藝。

分幅相機將傳統的成像二維化與時間一維化進行改善，一定程度上打破了二維成像對人類意識的局限，通過光電子技術形成的對光電在時間維度上的排列，從而獲取到在不同時間維度上的一系列時序照片，實現了人類對更高維度的解讀。

3.2 時間分辨顯微鏡

與上述的分幅相機工作原理相似，時間分辨顯微鏡同樣通過對顯微鏡呈現信息的變化進行記載，并根據時間推算出其態密度函數，從而使設備能夠自行推理出該物質的在下一階段的運行軌跡。但由于顯微鏡的觀察對象是原子、分子一類的微觀事物，因此其成像的分辨率單位通常保持在納米或微米。

目前，已投入使用的常見的時間分辨率顯微鏡有兩種，一種為熒光壽命顯微鏡，該顯微鏡主要用于研究生命科學，在時間分辨率上可達到皮秒量級，空間分辨率上可達到亞微米量級；另一種為激光核聚變的軟X射線時間分辨顯微鏡系統，主要用于對核聚變反應堆的粒子動態搜集與測量，該顯微鏡的時間分辨率可達到5ps，空間分辨力達到了100nm。

3.3 功能成像技術

此技術可分為宏觀成像與微觀成像，通常用于醫學領域。宏觀成像可對人體的內部器官的新陳代謝的信息成像，通常分辨率以納米為單位，微觀成像可對人體細胞及細胞內的情況形成直觀圖像，單位通常為微米或亞微米。

在宏觀功能成像技術中，最具有代表性的要屬PET屬光電子技術，該技術利用半衰期短、可發射正電子以及可支撐示蹤劑的放射性元素組成，有三項物質的作用產生的正電子及鄰近電子覆滅而產生的相向而行的兩個511keV的光子來反應代謝的各種過程。其中代謝信息不同，可使用不同的示蹤劑，例如一氧化碳、二氧化碳、氨基酸、氧化亞氮等，都可作為示蹤劑使用，從而實現對腦出血、中風、癲癇、心肌梗塞等病癥中蛋白質代謝、糖代謝等信息的直觀成像，從而實現對患者病情的了解。此外，光電子技術在HIV病毒檢測中也發揮著重要的作用，通過對自動化基因順序測定器、掃描激光熒光劑導尿管技術等，實現對血液中HIV病毒的檢測，對于艾滋病的治療工作具有十分重大的意義。

而微觀成像中，最具有代表性的則是CT技術，通過紅外光穿透人體大腦，實現對大腦內部的成像。例如：多光子顯微CT技術，通過對多光子效應產生的熒光反應對成像進行分析，加上三維亞微米所呈現出的圖像，使CT膠片的成像更加具體化，不僅能夠呈現對蛋白質與其他元素間的作用信息，還能夠推測出其下一階段的運動路徑，實現了對病狀的全面分析。目前，激光與探測技術均已成熟，且各項光電子醫學設備及診斷工具均已得到改善，一定程度上促進了我國醫學技術的發展。

4 結語

綜上所述，光電子在圖像信息獲取方面的運用廣泛，無論在醫學領域，還是軍事、通信及工業領域，都能夠發揮作用，且可與多項技術的混合使用，加快了我國科學技術的發展步伐，與此同時，國家應當更加重視對光電子技術的研用，使其能夠投入各個領域的建設當中，為我國的可持續發展提供可靠的保障。

參考文獻

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[2]李圣鑫.探討光電子技術的發展與應用[J].中國市場，2017（13）：32-33.

作者簡介

于海巍（1990-），女，天津市人。大學本科學歷。助理工程師。光電子信息工程。

作者單位

中國電子科技集團公司光電研究院 天津市 300000endprint