计算机量子技术范文

导语：如何才能写好一篇计算机量子技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

量子力学是一门高深莫测的学科，离普通人很远，但正因为有了它，催生了现代半导体技术，从而有了大家都不离不开的电脑。现在，这门神奇的学科将再次登场，用最新的量子计算机来改变世界。

量子计算机是什么，这是个要首先说明的概念。这项概念，最早由大物理学家费曼提出。他在计算量子模型时，发现所面对的数据是天文级的，如果由普通的计算机来进行模拟，时间所耗甚巨。在一筹莫展的时候，他突然想到，如果计算机的架构也跟量子系统一样，是不是就能解决这一问题呢。为此，他提出了量子计算机的概念。不过，量子计算机在很长的时间内只停留在理论的层面。到了1994年，贝尔实验室的科学家证实了量子计算机在计算对数方面优于普通计算机，于是引发了研发的热潮。那什么是量子计算机呢。以我们平常已经熟悉不过的计算机为例，它的基础是二进制，而二进制建立在半导体器件的导通和截至两种状态上。而量子计算的基础是每个原子的不同状态，比如一个原子顺时针转和逆时针转，这就是两种不同的状态；还有两个原子纠结在一起，术语叫量子缠绕，这又是不同的状态。根据这些不同的状态，我们就可以赋予其不同的数值，这样一来，通过改变原子的状态，就能进行计算了。这种改变使得计算的效率大为提高，1个40位元的量子计算机，就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。

量子计算机这么好，为什么难于实现呢。因为原子的状态很不稳定，不容易控制。但是，最近的一则消息让人眼前一亮。IBM的科学家近日宣布，距离掌握量子计算机的基础技术又迈进了一步。这些科学家已找到了维持量子完整性和减少量子计算错误的方法，通过把传统硅制作工艺下生产的量子进行超导处理，从而就有可能实现维持数千甚至数百万的量子位保持一天的稳定状态。该项目的负责人称，“我们做的量子计算研究表明，它不再仅仅是个暴力计算的物理实验。现在就可以根据该成果去制作新的计算系统，由此将把高性能计算推向一个全新高度”。量子计算的目标是实现计算机只用一个量子就可以“瞬间完成几百万次计算。这些科学家们，在升级到一种“三维”超导量子(3D量子)后，就能将量子位的稳定状态延长到100微秒，而这已经是先前的2到4倍。尽管不是永恒稳定，但他们认为这样的状态“已经刚好达到容错计算的最低界限，也就意味着科学家可以开始重点研究进一步延长稳定状态方面的工作了”。现在，利用蓝宝石芯片，IBM已制造了一台3D量子设备来展示其研究成果。

在研制量子计算机的过程中，科学家们已经突破了很多障碍，现在的计算性能比2009年中期以来以提升了10倍，距离科学界确定的全尺寸量子计算机所需满足的最低要求已经非常接近了。但是如果要让量子计算机走进我们的生活，那还有很长的道路要走。同时，现代集成电路封装和通信技术也必须要有极大的进步，这样才能实现量子计算机与现代数据系统的对接。

篇2

关键词：计算机数字化测绘；工程测量；现代测绘技术；信息化测绘

中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02

随着测绘科学技术的发展进步，新仪器、新设备、新技术、新方法的不断更新，工程测量行业也进行了不断的变革，由最初的简单调绘、平板成图到今天的计算机数字化、网络化经历了十几年的风雨历程，并随着计算机数字化的发展在逐步走向成熟。

在工程测量中，不论工程项目的大小和类别，如：线路测量、施工与竣工测量、变形测量、公路测量和工程地形图测绘等，都离不开测量技术的支持。工程测量在工程项目中起着非常重要的作用：在工程建设规划设计的阶段，测量技术主要提供各种比例的地形图和地形资料，同时还要提供地址勘测、水文地质勘测和水文测量的数据；在工程建设施工阶段，要把测量之后的设计变为实地建设的依据，即根据工程现场地形和工程性质，建立完整的施工网，逐一把图纸化为实物。总之，从施工开始到结束，都离不开工程测量这项工作。因为对于一个工程，首先需要对建筑物进行定位，确定其实际位置，之后确定准确的标识，从而确定该区域是否有设计后新增建筑物或者其他，以保证机械设备的使用。基础设施完毕后，还要进行竣工线的投测，即对设备的平整度等进行跟踪测量，来保证设备工艺的流畅。在建筑物的运营管理阶段，工程测量同样重要。通过测量工程建筑物的运行状况，对不正常现象进行探讨分析，采取有效措施，防止事故发生。为了提高工程质量和施工效率，必须重视测量技术和新时期下测量技术的新发展。工程测量长期依靠经纬仪、平板仪、水准仪“老三仪”进行工作，新技术的应用较局限。随着现代测绘技术的逐步扩大应用，向“老三仪”告别的时代已经到来。现代测绘技术的核心是全球卫星定位技术、光电测距技术。

一、全球卫星定位技术

GPS即全球卫星定位系统（Global Positioning System）。它最初是由美国国防部开发的，利用离地面约两万多公里高的轨道上运行的24颗人造卫星所发射出来的讯号，以三角测量原理计算出收讯者在地球上的位置。卫星定位技术又分GPS（静态）定位技术和实时动态（RTK）定位技术。

（一）GPS（静态）定位技术

GPS（静态）定位技术比常规方法适应性更强，网型构造简单，不受天气气候等影响，即使离已知点较远也可以连接，而且不受天气影响，更重要的是它还解决了点与点不能通视的问题，广泛应用于大型控制测量。

（二）实时动态（RTK）定位技术

RTK（Real — time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。实时动态测量RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在RTK作业模式下，基准站通过数据锭—调制解调器，将其观测值及站点的坐标信息用电磁信号一起发送给流动站。流动站不仅接收来自基准站的数据.同时本身也要采集GPS卫星信号，并取得观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，瞬时地给出精度为厘米级（相对于参考站）的流动站点位坐标，它广泛用于控制测量、线路中线定线、建筑物规划放线、用地测量。特别是在中小型水利水电工程中，GPS测量技术的优点体现的更为明显。因为在中小型水利水电项目中，控制测量的方法得到了极大的简化，也可以根据需要选择布点，在此应用RTK高精度的特点，测量工作可以大量节省人力资源和减小工作的时间和劳动的强度。例如，在引水式工程中，特别是长距离引水工程，明渠引水对地貌的损坏很大并且受地形条件的影响也很大，如果采用传统的测量方法，对人力和时间的消耗将会是很大的，但是如果在项目建议书和设计施工阶段都采用RTK测量技术，就可以克服这些工程所面临的地形地势、交通条件等因素的影响，省去大量的人工控制复核，大大减少甚至省去中间过渡点的测量，就可以节省大量时间，更重要的是，通过GPS测量得到的数据精度很高，大大方便以后的工程建设。

二、光电测距技术

光电测距技术主要应用在全站仪、电子水准仪等设备上。

（一）全站仪

全站仪是一种集光、机、电及精密机械加工等高精尖技术于一体的先进测量仪器，用它可准确、高效、方便地完成多种工程测量工作。它不仅精度高，而且速度快、操作简便，还带有丰富的内置软件，具有常规测量仪器无法比拟的优点，在测绘、测试、监测等领域应用日渐广泛。全站仪是全站型电子测速仪的简称，又被称为“电子全站仪”，是指由电子经纬仪、光电测距仪和电子记录器组成的，可实现自动测角，自动测距、自动计算和自动记录的一种多功能高效率的地面测量仪器。电子全站仪进行空间数据采集与更新，实现测绘的数字化。它的优势存在于数据处理的快速与准确性。全站仪在工程测量中的应用，不仅提高了工作效率，减少了外业计算、记录和外业工作时间，而且还提高精度。应用有很多种，例如：数据采集、施工放样、后方交会、导线测量、对边测量、悬高测量等。

（二）电子水准仪

电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成象在望远镜分化板上，供目视观测，另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成象在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD器件上，供电子读数。电子水准仪利用数字图像处理技术，把由标尺进入望远镜的条码分划影像，用行阵探测器传感器替代观测员的肉眼，从而实现观测夹准和读数自动化。测量作业时只要将水准仪概略整平，补偿器自动使视线水平，照准标尺并调焦，按测量键等4秒钟后，在显示器上即显示h和d。每站观测数据在内存模块或PCMCIA卡上自动记录并进行各项检校，仪器可设置自动进行地球弯曲差和大气垂直折光差改正。它与传统仪器相比有以下优点：读数客观、精度高、速度快、效率高。

信息化测绘是计算机数字化测绘的延伸和发展，是信息社会测绘生产力发展的必然要求。在信息化条件下，空间数据生产的劳动强度极大降低，技术含量极大提高，应用前景更加广阔。历史将有力证明：建设城市信息化测绘体系是工程测量行业实现可持续发展的必由之路，殷切期待工程测量行业在信息化的浪潮中更加繁荣昌盛。

参考文献：

[1]《工程测量规范》GB50026—2007

篇3

关键词：数字水印 离散小波变换（DWT） 块能量

中图分类号：TN941.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0114-02

1 引言

数字水印是在不影响数字载体本来价值的条件下，以一定算法在数字内容中永久性的嵌入了隐蔽的标记（水印）。数字水印弥补了加密技术的不足，是当前解决数字媒体版权保护问题的一种有效手段，嵌入水印必须同时满足不可见性、鲁棒性和透明性[1]。本文运用小波变换对图像进行分析，选择变换后图像细节子带分块能量较大的分块系数嵌入水印， 实验结果证明该方法具有很好的不可见性、鲁棒性和透明性。

2 图像的小波变换

人类的视觉系统对于图像的各种组成成分具有不同的敏感性，要想提高水印的不可见性，就需要根据人类视觉系统的照度掩蔽特性和纹理掩蔽特性，将水印嵌入到图像的纹理和边缘等不易觉被察觉的地方。另外，由于小波变换是时间和频率的局域变换，能够实现多分辨率的分解和传输，使得基于小波变换的数字水印算法广泛的应用于变换域水印技术。

经一级离散小波变换，图像分解为四个子带：水平子带HL、垂直子带LH、对角子带HH和逼近子带LL，每一个子带大小是原来图像的1/4，逼近子带可以再次进行小波分解，从而形成多级小波分解[2]。如图1为图像三级多分辨率分解示意图。

图像经过小波变换后，能量主要集中在低频部分，低频信息反映了载体的主要轮廓，水印的嵌入将影响图像的不可见性[3，4]。而细节子带是图像的高频成分，高频信息是人类感知系统不敏感的信息，但容易被剔除，影响水印的鲁棒性。为了同时满足不可见性和鲁棒性，本文算法对载体图像进行三级小波分解，将水印嵌入在第三级分解的细节子带块能量较大（即系数较大）的块中。块能量的计算法方法如公式（1）：

（1）

，是分别为块的长和宽，是各个块中的小波系数值，表示块能量。

3 水印技术的评价

一般从主观和客观两个方面对数字水印算法进行评价。主观评价是通过人眼的视觉系统，直观的评价数字产品优劣，将数字产品进行等级的判定。客观评价是通过一些指标衡量，定量地给出一幅图像的性能评价，要求这些指标的计算简单、不依赖于主观评价。目前常用来测量水印不可见性的指标有归一化均方差（NMSE）和峰值信噪比（PSNR），测量水印鲁棒性的指标为归一化系数（NC）[5]。本文采用峰值信噪比（PSNR）和归一化系数（NC）作为评价嵌入水印不可见性和鲁棒性的指标。

峰值信噪比是用来衡量含水印图像和原始图像之间差异程度的一个指标，与信噪比相比峰值信噪比计算量小且使用方便，具体的计算公式如式2：

（2）

上式中I 和I″分别代表原始图像和含水印图像，M、N分别表示图像的长和宽。

归一化系数是用来衡量从载体图像中提取出来的水印和原始水印的相似程度的一个指标，是唯一能证明载体信息中是否存在水印的依据，计算公式如式3：

（3）

其中，W为原始水印序列，W′为提取出来的水印序列，n为水印序列的长度。

4 实验仿真

本文采用640×640×8 bit的校园图像作为载体图像， 数字水印选32×32 的二值图像，来测试本算法的可行性。首先，采用haar小波对载体图像进行三级离散小波变换，为节省运算时间分块大小定为4×4，根据人眼的视觉掩蔽特性选取拉伸因子α=33，然后运用Matlab软件对图像进行分析和处理。

本文算法实现过程中， 为保证水印图像具有很好的不可见性，将如图2所示的二值水印嵌入在原始载体图像（如图3所示）的纹理和边沿的系数中（由于人眼对图像纹理和边沿的变化不敏感）。图4为嵌入水印后的图像，直观地比较图3和图4，可知在嵌入水印前后很难区别两幅图像之间的不同。

本文采用峰值信噪比PSNR和归一化系数NC作为指标来度量嵌入水印的图像质量和提取水印的质量，经计算得到嵌入水印图像的PSNR=45.5631dB。表1为对嵌入水印进行了各种常规的攻击性测试后得到的峰值信噪比PSNR和归一化系数NC，并将该算法与kutter算法进行了比较，从表中可知，采用本方案得到的峰值信噪比PSNR和归一化系数NC都较高，说明利用本文方法能同时很好地满足水印嵌入的不可视性和鲁棒性要求。

5 结语

本文提出一种基于小波系数块能量分析的自适应数字水印算法，将水印嵌入在变换域细节子带表示边缘和纹理的大能量块系数中。应用该算法将水印嵌入到图像中，运用Matlab软件进行实验仿真，对图像进行退化处理后检验其峰值信噪比PSNR和归一化系数NC，从而证明此算法实现的水印具有更好的鲁棒性和不可见性。

参考文献

[1]黄达人.小波变换域图像水印嵌入对策和算法[J].软件学报，2002，13（7）：1290～1297.

[2] Pan R， Gao YX.Image watermarking method based on wavelet transform. Journal of Image and Graphics， 2002，7（7）：667～671.

[3]丁盈盈.3种频域数字水印算法的分析和比较[J].包装工程，2011，03（5）：103～107.

[4]赵晓花.基于DCT域边缘检测的水印算法[J].现代机械，2013，34（7）：2307～2309.

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关键词：数字摄影测量 计算机视觉 多目立体视觉 影像匹配

引言

摄影测量学是一门古老的学科，若从1839年摄影术的发明算起，摄影测量学已有170多年的历史，而被普遍认为摄影测量学真正起点的是1851―1859年“交会摄影测量”的提出。在这漫长的发展过程中，摄影测量学经历了模拟法、解析法和数字化三个阶段。模拟摄影测量和解析摄影测量分别是以立体摄影测量的发明和计算机的发明为标志，因此很大程度上，计算机的发展决定了摄影测量学的发展。在解析摄影测量中，计算机用于大规模的空中三角测量、区域网平差、数字测图，还用于计算共线方程，在解析测图仪中起着控制相片盘的实时运动，交会空间点位的作用。而出现在数字摄影测量阶段的数字摄影测量工作站（digital　photogrammetry　workstation，DPW）就是一台计算机+各种功能的摄影测量软件。如果说从模拟摄影测量到解析摄影测量的发展是一次技术的进步，那么从解析摄影测量到数字摄影测量的发展则是一场技术的革命。数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在于：它处理的是数字影像而不再是模拟相片，更为重要的是它开始并将不断深入地利用计算机替代作业员的眼睛。[1-2]毫无疑问，摄影测量进入数字摄影测量时代已经与计算机视觉紧密联系在一起了[2]。

计算机视觉是一个相对年轻而又发展迅速的领域。其目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力，这种能力将不仅使机器能感知三维环境中物体的几何信息，包括它的形状、位置、姿态、运动等，而且能对它们进行描述、存储、识别与理解[3]。数字摄影测量具有类似的目标，也面临着相同的基本问题。数字摄影测量学涉及多个学科，如图像处理、模式识别以及计算机图形学等。由于它与计算机视觉的联系十分紧密，有些专家将其看做是计算机视觉的分支。

数字摄影测量的发展已经借鉴了许多计算机视觉的研究成果[4]。数字摄影测量发展导致了实时摄影测量的出现，所谓实时摄影测量是指利用多台CCD数字摄影机对目标进行影像获取，并直接输入计算机系统中，在实时软件的帮助下，立刻获得和提取需要的信息，并用来控制对目标的操作[1]。在立体观测的过程中，其主要利用计算机视觉方法实现计算机代替人眼。随着数码相机技术的发展和应用，数字近景摄影测量已经成为必然趋势。近景摄影测量是利用近距离摄影取得的影像信息，研究物体大小形状和时空位置的一门新技术，它是一种基于数字信息和数字影像技术的数据获取手段。量测型的计算机视觉与数字近景摄影测量的学科交叉将会在计算机视觉中形成一个新的分支――摄影测量的计算机视觉，但是它不应仅仅局限于地学信息[2]。

1.　计算机视觉与数字摄影测量的差异

1.1　目的不同导致二者的坐标系和基本公式不同

摄影测量的基本任务是严格建立相片获取瞬间所存在的像点与对应物点之间的几何关系，最终实现利用摄影片上的影像信息测制各种比例尺地形图，建立地形数据库，为各种地理信息系统建立或更新提供基础数据。因此，它是在测绘领域内发展起来的一门学科。

而计算机视觉领域的突出特点是其多样性与不完善性。计算机视觉的主要任务是通过对采集的图片或视频进行处理以获得相应场景的三维信息，因此直到计算机的性能提高到足以处理大规模数据时它才得到正式的关注和发展，而这些发展往往起源于其他不同领域的需要。比如在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用计算机来替代人工视觉。

由于摄影测量是测绘地形图的重要手段之一，为了测绘某一地区而摄影的所有影像，必须建立统一的坐标系。而计算机视觉是研究怎样用计算机模拟人的眼睛，因此它是以眼睛（摄影机中心）与光轴构成的坐标系为准。因此，摄影测量与计算机视觉目的不同，导致它们对物体与影像之间关系的描述也不同。

1.2　二者处理流程不同

2.　可用于数字摄影测量领域的计算机视觉理论――立体视觉

2.1　立体视觉

立体视觉是计算机视觉中的一个重要分支，一直是计算机视觉研究的重点和热点之一，在20多年的发展过程中，逐渐形成了自己的方法和理论。立体视觉的基本原理是从两个（或多个）视点观察同一景物，以获取在不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算像像素间的位置偏差（即视差）来获取景物的三维信息，这一过程与人类视觉的立体感知过程是类似的。一个完整的立体视觉系统通常可分为图像获取、摄像机定标、特征提取、影像匹配、深度确定及内插等6个大部分[5]。其中影像匹配是立体视觉中最重要也是最困难的问题，也是计算机视觉和数字摄影测量的核心问题。

2.2　影像匹配

立体视觉的最终目的是为了恢复景物可视表面的完整信息。当空间三维场景被投影为二维图像时，同一景物在不同视点下的图像会有很大不同，而且场景中的诸多因素，如光照条件，景物几何形状和物理特性、噪声干扰和畸变以及摄像机特性等，都被综合成单一的图像中的灰度值。因此，要准确地对包含了如此之多不利因素的图像进行无歧义的匹配，显然是十分困难的。

在摄影测量中最基本的过程之一就是在两幅或者更多幅的重叠影像中识别并定位同名点，以产生立体影像。在模拟摄影测量和解析摄影测量中，同名点的识别是通过人工操作方式完成的；而在数字摄影测量中则利用计算机代替人工解决同名点识别的问题，即采用影像匹配的方法。

2.3　多目立体视觉

根据单张相片只能确定地面某个点的方向，不能确定地面点的三维空间位置，而有了立体像对则可构成与地面相似的立体模型，解求地面点的空间位置。双目立体视觉由不同位置的两台或者一台摄像机（CCD）经过移动或旋转拍摄同一幅场景，就像人有了两只眼睛，才能看三维立体景观一样，然后通过计算空间点在两幅图像中的视差，获得该点的三维坐标值。现在的数字摄影测量中的立体像对技术通常是在一条基线上进行的，但是由于采用计算机匹配替代人眼测定影像同名像对时存在大量的误匹配，使自动匹配的结果很不可靠。其存在的问题主要是，对存在特殊结构的景物，如平坦、缺乏纹理细节、周期性的重复特征等易产生假匹配；在摄像机基线距离增大时，遮挡严重，能重建的空间点减少。为了解决这些问题，降低双目匹配的难度，自1986年以来出现了三目立体视觉系统，即采用3个摄像机同时摄取空间景物，通过利用第三目图像提供的信息来消除匹配的歧义性[5]。采用“多目立体视觉技术”可以利用摄影测量的空中三角测量原理，对多度重叠点进行“多方向的前方交会”，既能较有效地解决随机的误匹配问题，同时又能增加交会角，提高高程测量的精度[2]。这项技术的应用，将很大程度地解决自动匹配结果的不可靠性，提高数字摄影测量系统的准确性。

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关键词：光学测量；大变形；尺度不变特征变换；仿射变换；最小二乘迭代

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）31-7091-05

1 概述

数字图像相关方法（Digital image correlation，DIC）是非接触式测量方法中的代表性方法，它是由I.Yamaguchi[1]、W.H.Peters[2]等提出，是通过对比变形前后物体表面的灰度强度来得到表面形变量。在过去的20多年中，很多亚像素位移测量算法[3-6]被提出，这些算法提高了测量精度。由于传统算法大多采用平移参考图像子区的相关搜索来确定初始值，当转动角大于7°[7，8]时，会因目标图像子区较大变形而得到不可靠的初始值，从而使最终结果不准确。文献[9]提出采用人机交互的方式来获取大变形初值的方法，文献[10]选取连续变形的图像系列来获得初始值，但当变形图片数量较多时较为繁琐。文献[11，12]中使用的全局优化算法不需要初值，但不能保证较高的计算效率，因此在时效性要求较高的测量中并不适用。

在被测物体在产生形变时，我们会采集它的表面变形前后的图像。大多数形变是由平移、旋转和仿射变换等组成，而SIFT算法在图像发生平移、旋转和仿射变换时能够精确的匹配变形前后图像，并且还对亮度变化和噪声不敏感。基于SIFT算法，该文提出了一种新的大变形应变测量方法。通过算法仿真实验证明了本文方法在保证精度的情况下解决了大变形情况下得到不可靠结果的问题，并且全程不需要人工干涉，计算效率非常高。

2 基于SIFT算法原理

SIFT （scale invariant feature transform）是由Lowe[13]提出并总结完善的一种算法，其优点是对平移、旋转、缩放和亮度变化具有很强的鲁棒性，还对噪声和仿射变换保持一定程度的稳定性。该文利用SIFT算法的对相关图像的超强匹配特性来得到两幅图像的对应坐标关系，在使用仿射变换求出形变参数。

2.1 检测SIFT特征点

SIFT算法在图像的不同尺度空间中提取SIFT关键点。该算法的实现主要分为4个步骤：尺度空间极值点检测、关键点精确定位、确定特征点主方向和生成SIFT描述子。

1）尺度空间极值点检测

3.1 刚体平移实验

3.2 刚体旋转实验

为验证基于SIFT方法能对任意转角的2幅图能进行可靠有效的计算，对参考散斑图像分别逆时针旋转30°、60°、90°、150°、180°和300°作为变形后图像。图4（c）显示了旋转30°后的散斑图。表2显示了计算结果和CPU平均耗时，图6显示了旋转30°时SIFT特征点的位移变化。由表可知本文方法计算结果与实际值相符合，精度与基于差分进化DIC方法相差不大，为0.003°。还可以看到当旋转角度为90°、180°时，该文方法的精度为0.007°，而其他旋转角度只有0.02°。这是因为在对图片旋转90°或180°时，不会产生插值误差，而其他角度旋转的插值会引起不必要的误差。运算速度上，基于SIFT方法耗时约1.8秒，明显优于基于差分进化DIC方法。这是因为差分进化DIC在求亚像素位移时需要进行大面积插值，必然会消耗大量时间。虽然SIFT算法也需要插值，但是只是对提取出的特征点进行插值，而特征点相对于图像像素总个数是很少的，所以效率很高。

4 结论

本文提出了一种基于SIFT算法的大变形测量方法，其特点：

1）在被测材料表面发生大变形的情况下，该方法仍能准确可靠的计算出形变参数。用刚体平移、各种角度旋转实验证明了该方法的有效性和可靠性。

2）不仅克服了传统的方法在较大刚体旋转或大变形情况下容易失效的问题，而且计算速度快、不需要人机交互，有望在图像精确形变测量并且效率要求较高的工程上应用。

3）该方法的缺点是它的计算精度受SIFT特征点匹配的准确性的影响，所以研究精确匹配能够使本文方法精度有所提高，这也是我们在今后工作的重点。

参考文献：

[1] I Yamaguchi. A laser-speckle strain gange[J]. Journal of physics E：Scientific Instruments， 1981， 14（5）：1270-1273.

[2] W H Peters， W F Ranson. Digital imaging techniques in experimental stress analysis[J]. Optical Engineering， 1982， 21（3）：427-431.

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[4] 潘兵. 梯度算子选择对基于梯度的亚像素位移算法的影响[J]. 光学学报， 2005， 31（1）：26-31.

[5] 潘兵， 谢惠民， 戴福隆. 数字图像相关方法中的亚像素位移测量算法研究[J]. 力学学报， 2007， 29（2）：245-252.

[6] 潘兵， 谢惠民. 数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量[J]. 光学学报， 2007， 27（11）：1980-1986.

[7] HUNG Po-chin， A S Voloshin. In-plane strain measurement by digital image correlation[J]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering， 2003， 25（3）：215-221.

[8] 王静. 一种圆形窗口与矩特征相结合的新型高效数字图像相关方法[J]. 实验力学， 2004， 19（4）：500-506.

[9] 潘兵， 谢惠民， 夏勇， 王强. 数字图像相关中基于可靠变形初值估计的大变形测量[J]. 光学学报， 2009， 29（2）：400-600.

[10] 唐正宗， 梁晋， 肖振中， 郭成. 大变形测量数字图像的种子点匹配方法[J]. 西安交通大学学报， 2010， 44（11）：51-55.

[11] 陈华， 叶东， 陈刚，等. 遗传算法的数字图像相关搜索法[J]. 光学精密工程， 2007， 15（10）：1633-1637.

[12] 潘兵， 谢惠民. 基于差分进化的数字图像相关方法[J]. 光电子·激光， 2007， 18（1）：100-103.

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中图分类号：R246.7　文献标识码：A

[摘　要]目的：探讨针刺疗法抗皮肤老化的作用机制。方法：选用18月龄大鼠腹部皮肤为研究对象，采用毫针局部围刺作为处理因素，同时设立空白组、小切口皱手术对腻组、8月龄青年大鼠组，比较其皮肤可溶性及总羟脯氨酸含量，并通过透射电镜观察其成纤维细胞的形态以及胶原纤维的排列，研究局部围刺对老化皮肤胶原纤维含量及真皮超微结构的影响，并与参考文献方法进行手术的实验结果相对照。结果：围刺后大鼠皮肤可溶性羟脯氨酸含量显著高于老年空白组，总羟脯氨酸无显著差异，电镜可见，老龄大鼠真皮成纤维细胞的细胞器减少，细胞结构退化，同时胶原纤维之间空隙加宽，老化性架桥增多，围刺治疗后其成纤维细胞活性增强，结论：围刺法可能是通过增强皮肤中成纤维细胞的活性进而增加其可溶性胶原含量来改变皮肤的老化状态。

[主题词] 围刺；皮肤／代谢；羟脯氨酸／针灸效应，皮肤／超微结构；大鼠

很多针灸临床医生发现，对面瘫的患者进行针灸治疗后，患侧的皮肤较之健侧光滑、细腻，且皱纹减少或变浅。后来发展成针灸除皱术，通常采用皱纹局部围刺的方法，往往可以消除面部的浅小皱纹，显著改善皮肤的老化外观，并因操作简便、经济实用、损伤小而易于被患者接受，在中医美容临床上应用较多。但目前一般通过医患的主观判断来描述其疗效，显然缺乏客观的判定指标。因此，本实验以18月龄的老年及8月龄的青年大鼠皮肤为研究对象，对比观察自然老化过程中皮肤超微结构的变化以及围刺的方法对大鼠皮肤超微结构的影响。

1 材料与方法

1．1　实验动物与分组

选用健康18月龄Wistar大鼠36只，体重(482±70)g，随机分为A：老年空白组，B：局部围刺组，C：手术对照组，每组12只；健康8月龄大鼠8只，体重(231±18)g，设为D：青年对照组。以上大鼠均雌雄各半，由辽宁中医药大学实验动物中心提供，动物编号SCXK(辽)2004―0018。

1．2 实验方法

(1)动物饲养条件

每组动物按性别及组别分笼饲养，自然光照，在相同环境下，常规饲食喂水，无不良因素影响。适应性饲养1周后，开始实验。

(2)处理方法

①围刺组：选用0.40mmX40mm针灸针，在大鼠腹部正中选取4cm×4cm区域皮肤剪毛，将大鼠在密封罐中用乙醚麻醉，昏迷后取出捆绑于大鼠固定架上，从剪毛区域的两侧向垂直腹中线方向平刺入35～40mm，刺入层次大致在真皮和皮下组织之间，每侧5针，不行手法，然后从固定架上放开，每只鼠均单独存放在一个饲养笼中，令其苏醒后带针在笼中自由活动，留针20min，每d1次，10d为一个疗程，疗程间休息10d，共进行2个疗程。第2疗程结束后继续饲养5d，不加任何处理。

②手术对照组：按照文献方法实施真皮划痕术。术前腹腔注射乌拉坦780mg/kg，腹部同上区域剪毛，在剪毛区域靠左侧边做-2cm切口，然后用眼科剪伸入，将真皮与皮下组织剥离，用弯钩手术刀片伸入真皮下，垂直于真皮面做纵横浅表切口，切割间隔1mm左右，深度以切透真皮而不穿透基底膜为度。术后常规缝合，分笼饲养，待伤口愈合后每天同围刺组麻醉和捆绑2～3min。

③空白组和青年对照组：腹部同上区域剪毛，每天均同围刺组麻醉和捆绑2～3min。

(3)取材方法

用15％Na2S在所有大鼠腹部剪毛区脱毛，取-皮肤全层，保存于20℃冰箱中待测。

(4)指标测定

羟脯氨酸测定采用分光光度法，具体如文献。

(5)电镜标本的制作

取鼠腹部剪毛区相同部位的皮肤表皮到真皮全层，修块后投入2.5％戊二醛固定2h，取出用二甲砷酸钠缓冲液冲洗3次，1％锇酸固定1h，再冲洗3次，常规系列乙醇一丙酮脱水，Epon 812环氧树脂包埋，LKB-V超薄切片机切片，厚600～800A，醋酸铀枸橼酸铅染色，日立H-600透射电镜观察并拍片。

2 统计学处理

测得数据采用SPSS 130.统计软件进行处理，组间差异按方差分析进行显著性检验，两两比较用LSD法。

3 结果与分析

3．1 大鼠皮肤羟脯氨酸含量比较(见表1)

(1)各组可溶性羟脯氨酸含量比较

经统计学处理，A、D组间差异有非常显著性意义(P＜0.01)，说明18月龄的老年组与8月龄的青年组大鼠相比，其可溶性羟脯氨酸的含量显著减少；B、C组分别与A组相比，差异均有非常显著意义(p＜0.01)，B、C组间差异则无显著性意义(P＞0.05)，说明局部围刺的方法可以显著增加大鼠皮肤羟脯氨酸的含量，且与手术对照组相比差异无显著性意义。

(2)各组总羟脯氨酸含量比较

经统计学处理，A、D组间差异有非常显著性意义(P＜0.01)，显示18月龄的老年组与8月龄的青年组大鼠相比，其总羟脯氨酸的含量显著增加。说明皮肤中总羟脯氨酸的含量可能是随着增龄而增加的，B、C组分别与A组相比，差异均无显著性意义，说明针刺和手术的方法都不能改变真皮的总羟脯氨酸含量，这很可能说明总羟脯氨酸含量不能作为衡量抗皮肤老化疗效的指标。

3．2 真皮成纤维细胞及胶原纤维超微结构观察

从电镜照片可见，青年对照组：成纤维细胞呈梭形或不规则形，核卵圆形，核染色较深，核内染色质均匀分布，胞质中有较多的糙面内质网，有的呈中度扩张，网池中可见到着色均匀的淡灰色絮状物；可见较多的线粒体，线粒体嵴隐约可见，溶酶体也可见到，脂褐素颗粒较少(见图1)；胶原纤维束大而规则，呈波状，纤维束间架桥较少(见图2)。老年空白组：成纤维细胞呈长梭形或扁平状，胞核占胞体大部分，核染色质聚积成块，胞质很少，有的甚至在核周形成一薄层，细胞内可见到不多的短管状糙面内质网，正常线粒体较青年组少，而变性坏死的线粒体较多，重者甚至出现空泡化，胞质内脂褐素颗粒较多(见图3)；胶原纤维束聚合，排列不规则，架桥增多，基质空间增大(见图4)。局部围刺组：在老年空白组形态学特点的基础上，成纤维细胞亦可见空泡化的线粒体，但内质网有的呈轻度扩张，细胞周围出现胶原纤维细丝，与成纤维细胞紧密相连(应为新生的胶原纤维)，新生纤维束排列规则，束间无架桥(见图5)，原有胶原纤维束的排列改变不明显(见图6)。

4 讨论

4．1 围刺对老化皮肤胶原含量的影响

机体的自然老化又称时程老化、固有性老化，主要由遗传因素决定，是与机体衰老同步的生理现象，在皮肤主要表现为皮肤全层及其附属器官的萎缩及功能减退等，具体表现为：①皱纹细微、无斑点、血

管突显；②表皮中郎格罕细胞(LC)的密度降低，且其树枝状突起分枝减少，提示免疫力降低；③表皮和真皮连接处变平；④真皮萎缩，血管供应减少，皮肤中脂褐素的含量有规律地随年龄递增；⑤成纤维细胞数目减少、活性降低，胶原蛋白多肽链间的共价交联程度增加，电镜下弹性纤维变细、排列紊乱，偶见纤维断裂，纤维内微丝减少，电子密度高的内含物增加。据本实验推测，围刺针法对老化皮肤胶原的作用主要是通过以下途径实现的：

(1)促使局部神经递质的释放

由于针灸能够促使皮肤局部组胺和乙酰胆碱等神经递质释放，刺激血管扩张，促进血液循环、淋巴循环，改善浅表血管和神经的营养状态，因此皮肤供养相对充分，胶原合成增加，局部皮肤张力增强，皱纹变浅，老化的外观能够得以改善。

(2)消除细胞间的“接触性抑制”

胶原纤维占皮肤干重的90％，由胶原蛋白分子以共价键交联而成，主要具有支持功能，构成了真皮结缔组织的几乎整个固态成分，决定着真皮的机械张力，胶原蛋白合成与多种酶的活性于儿童早期最高，之后逐渐降低。胶原纤维之间的共价交联分为未成熟性架桥、成熟性架桥、老化性架桥3种。在时程老化的过程中，非暴露部位的皮肤因老化性架桥逐渐增多而使胶原代谢率降低，表现为胶原纤维的弱酸溶解度下降，即可溶性胶原(新合成者)减少。对于不溶性胶原纤维的含量与年龄的关系，不同的学者提出了不同的观点：有的资料表明胶原纤维的总量随着增龄而减少，有的学者则发现时程老化引起不溶性胶原蛋白的增加，皮肤的总胶原蛋白含量(可溶性与不溶性胶原蛋白总量)增加，而可溶性胶原含量的减少是使皮肤表面呈现皱纹的重要原因。本实验结果与后者相符，说明局部围刺可以增加真皮可溶性胶原的含量。

本实验中围刺刺入皮肤的真皮下、筋膜上，其位置恰好邻近真皮网状层，由于在皮下造成了针刺的微小创口而消除了细胞间的“接触性抑制”，促使真皮网状层中胶原纤维增生修复，使皮肤成纤维细胞的活性增强，从而促使更多胶原纤维的合成，对抗了皮肤老化过程中可溶性胶原纤维进行性减少的过程，从而增强皮肤的张力，与老化过程中胶原的合成障碍是一个相互拮抗的过程，因此可以从一定程度上延迟或对抗皮肤皱纹的产生。

4．3 围刺法除皱的适应症

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【关键词】量子计算；量子计算机；量子算法；量子信息处理

1、引言

在人类刚刚跨入21山_纪的时刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子计算机的诞生。德国科学家已在实验室研制成功5个量子位的量子计算机，而美国LosAlamos国家实验室正在进行7个量子位的量子计算机的试验。它预示着人类的信息处理技术将会再一次发生巨大的飞跃，而研究面向量子计算机以量子计算为基础的量子信息处理技术已成为一项十分紧迫的任务。

2、子计算的物理背景

任何计算装置都是一个物理系统。量子计算机足根据物理系统的量子力学性质和规律执行计算任务的装置。量子计算足以量子计算目L为背景的计算。是在量了力。4个公设（postulate）下做出的代数抽象。Feylllilitn认为，量子足一种既不具有经典耗子性，亦不具有经典渡动性的物理客体（例如光子）。亦有人将量子解释为一种量，它反映了一些物理量（如轨道能级）的取值的离散性。其离散值之问的差值（未必为定值）定义为量子。按照量子力学原理，某些粒子存在若干离散的能量分布。称为能级。而某个物理客体（如电子）在另一个客体（姻原子棱）的离散能级之间跃迁（transition。粒子在不同能量级分布中的能级转移过程）时将会吸收或发出另一种物理客体（如光子），该物理客体所携带的能量的值恰好是发生跃迁的两个能级的差值。这使得物理“客体”和物理“量”之问产生了一个相互沟通和转化的桥梁；爱因斯坦的质能转换关系也提示了物质和能量在一定条件下是可以相互转化的因此。量子的这两种定义方式是对市统并可以相互转化的。量子的某些独特的性质为量了计算的优越性提供了基础。

3、量子计算机的特征

量子计算机，首先是能实现量子计算的机器，是以原子量子态为记忆单元、开关电路和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，是指组成计算机硬件的各种元件达到原子级尺寸，其体积不到现在同类元件的1%。量子计算机是一物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息。量子计算机遵从的基本原理是量子力学原理：量子力学变量的分立特性、态迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力学变量的分立特性使它们可以记录信息：即能存储、写入、读出信息，信息的一个量子位是一个二能级（或二态）系统，所以一个量子位可用一自旋为1/2的粒子来表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的两个极化方向来表示0和1；或用一原子的基态代表0第一激发态代表1。就是说在量子计算机中，量子信息是存储在单个的自旋’、光子或原子上的。对光子来说，可以利用Kerr非线性作用来转动一光束使之线性极化，以获取写入、读出；对自旋来说，则是把电子（或核）置于磁场中，通过磁共振技术来获取量子信息的读出、写入；而写入和读出一个原子存储的信息位则是用一激光脉冲照射此原子来完成的。量子计算机使用两个量子寄存器，第一个为输入寄存器，第二个为输出寄存器。函数的演化由幺正演化算符通过量子逻辑门的操作来实现。单量子位算符实现一个量子位的翻转。两量子位算符，其中一个是控制位，它确定在什么情况下目标位才发生改变；另一个是目标位，它确定目标位如何改变；翻转或相位移动。还有多位量子逻辑门，种类很多。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行交换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现。经典计算机具有如下特点：

a）其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即10110110>。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。

相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的幺正变换。因此量子计算机的特点为：

a）量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；

b）量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算的输出结果。这种计算称为量子并行计算，量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，这是量子计算机的优越性之一。

4、量子计算机的应用

量子计算机惊人的运算能使其能够应用于电子、航空、航人、人文、地质、生物、材料等几乎各个学科领域，尤其是信息领域更是迫切需要量子计算机来完成大量数据处理的工作。信息技术与量子计算必然走向结合，形成新兴的量子信息处理技术。目前，在信息技术领域有许多理论上非常有效的信息处理方法和技术，由于运算量庞大，导致实时性差，不能满足实际需要，因此制约了信息技术的发展。量子计算机自然成为继续推动计算速度提高，进而引导各个学科全面进步的有效途径之一。在目前量子计算机还未进入实际应用的情况下，深入地研究量子算法是量子信息处理领域中的主要发展方向，其研究重点有以下三个方面；

（1）深刻领悟现有量子算法的木质，从中提取能够完成特定功能的量子算法模块，用其代替经典算法中的相应部分，以便尽可能地减少现有算法的运算量；

（2）以现有的量子算法为基础，着手研究新型的应用面更广的信息处理量子算法；

（3）利用现有的计算条件，尽量模拟量子计算机的真实运算环境，用来验证和开发新的算法。

5、量子计算机的应用前景

目前经典的计算机可以进行复杂计算，解决很多难题。但依然存在一些难解问题，它们的计算需要耗费大量的时间和资源，以致在宇宙时间内无法完成。量子计算研究的一个重要方向就是致力于这类问题的量子算法研究。量子计算机首先可用于因子分解。因子分解对于经典计算机而言是难解问题，以至于它成为共钥加密算法的理论基础。按照Shor的量子算法，量子计算机能够以多项式时间完成大数质因子的分解。量子计算机还可用于数据库的搜索。1996年，Grover发现了未加整理数据库搜索的Grover迭代量子算法。使用这种算法，在量子计算机上可以实现对未加整理数据库Ⅳ的平方根量级加速搜索，而且用这种加速搜索有可能解决经典上所谓的NP问题。量子计算机另一个重要的应用是计算机视觉，计算机视觉是一种通过二维图像理解三维世界的结构和特性的人工智能。计算机视觉的一个重要领域是图像处理和模式识别。由于图像包含的数据量很大，以致不得不对图像数据进行压缩。这种压缩必然会损失一部分原始信息。

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一、未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展

超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。

同时计算机将具备更多的智能成分，它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段（如语音输入、手写输入）外，让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现，虚拟现实技术是这一领域发展的集中体现。传统的磁存储、光盘存储容量继续攀升，新的海量存储技术趋于成熟，新型的存储器每立方厘米存储容量可达10TB（以一本书30万字计，它可存储约1500万本书）。信息的永久存储也将成为现实，千年存储器正在研制中，这样的存储器可以抗干扰、抗高温、防震、防水、防腐蚀。如是，今日的大量文献可以原汁原味保存、并流芳百世。

二、新型计算机系统不断涌现

硅芯片技术的高速发展同时也意味着硅技术越来越近其物理极限，为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机从体系结构的变革到器件与技术革命都要产生一次量的乃至质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

三、量子计算机与光子计算机的产生

量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。

量子计算机中数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1。因此一个量子位可以存储2个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的PentiumⅢ晶片快10亿倍。目前正在开发中的量子计算机有3种类型：核磁共振（NMR）量子计算机、硅基半导体量子计算机、离子阱量子计算机。预计2030年将普及量子计算机。

光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。超高速电子计算机只能在低温下工作，而光计算机在室温下即可开展工作。光计算机还具有与人脑相似的容错性。

目前，世界上第一台光计算机已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功，其运算速度比电子计算机快1000倍。科学家们预计，光计算机的进一步研制将成为21世纪高科技课题之一。

四、生物计算机

生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。

20世纪70年代，人们发现脱氧核糖核酸（DNA）处于不同状态时可以代表信息的有或无。DNA分子中的遗传密码相当于存储的数据，DNA分子间通过生化反应，从一种基因代玛转变为另一种基因代码。反应前的基因代码相当于输入数据，反应后的基因代码相当于输出数据。如果能控制这一反应过程，那么就可以制作成功DNA计算机。

蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多，彼此相距甚近，生物计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。DNA分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的DNA溶液，可存储1万亿亿的二进制数据。DNA计算机消耗的能量非常小，只有电子计算机的十亿分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白质分子，所以生物计算机既有自我修复的功能，又可直接与生物活体相联。预计10～20年后，DNA计算机将进入实用阶段。

五、互联网络继续蔓延与提升

今天人们谈到计算机必然地和网络联系起来，一方面孤立的未加入网络的计算机越来越难以见到，另一方面计算机的概念也被网络所扩展。二十世纪九十年代兴起的Internet在过去如火如荼地发展，其影响之广、普及之快是前所未有的。从没有一种技术能像Internet一样，剧烈地改变着我们的学习、生活和习惯方式。全世界几乎所有国家都有计算机网络直接或间接地与Internet相连，使之成为一个全球范围的计算机互联网络。人们可以通过Internet与世界各地的其它用户自由地进行通信，可从Internet中获得各种信息。

人们已充分领略到网络的魅力，Internet大大缩小了时空界限，通过网络人们可以共享计算机硬件资源、软件资源和信息资源。“网络就是计算机”的概念被事实一再证明，被世人逐步接受。

六、移动计算技术与系统

随着因特网的迅猛发展和广泛应用、无线移动通信技术的成熟以及计算机处理能力的不断提高，新的业务和应用不断涌现。移动计算正是为提高工作效率和随时能够交换和处理信息所提出，业已成为产业发展的重要方向。

移动计算包括三个要素：通信、计算和移动。这三个方面既相互独立又相互联系。移动计算概念提出之前，人们对它们的研究已经很长时间了，移动计算是第一次把它们结合起来进行研究。它们可以相互转化，例如，通信系统的容量可以通过计算处理（信源压缩，信道编码，缓存，预取）得到提高。

面向全球网络化应用的各类新型微机和信息终端产品将成为主要产品。便携计算机、数字基因计算机、移动手机和终端产品，以及各种手持式个人信息终端产品，将把移动计算与数字通信融合为一体，手机将被嵌入高性能芯片和软件，依据标准的无限通信协议（如蓝牙）上网，观看电视、收听广播。在Internet上成长起来的新一代自然不会把汽车仅作为代步工具，汽车将向用户提供上网、办公、家庭娱乐等功能，成为车轮上的信息平台。

我们有理由相信，计算机在人类生活中的影响，将会越来越大，而由此会带给我们全新的生活体验，将会有怎样的惊喜和全新体验呢？让我们拭目以待。

参考文献：

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[3]曹元大. 计算机网络技术的近期发展[J]. 北京理工大学学报. 1998（06）

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关键词：计算机 技术 现状 发展

计算机技术发展趋势将向超高速超小型平行处理智能化的方向发展，使计算机技术更好的为人类生产、生活、社会经济的发展服务。

一、计算机技术的发展史

计算机诞生之初，其主要的作用是用于计算导弹的运行弹道。但是由于在过去的工作中计算机成本较为昂贵，在上个世纪五十年代以前，计算机主要应用在军事领域。直到上个世纪六七十年代，计算机成本逐步降低，使得部分单位和企业有能力在工作中采用计算机进行工作，也使得计算机技术得到飞速发展。随着Intel4位中央处理器的诞生以及普及，在1982年，世界上第一台个人计算机诞生，并被成功的应用在家庭。到了上个世纪九十年代末期，计算机技术已经成功的应用在诸多家庭和企业中，同时设计领域也逐步广泛到企业。

在这种社会现状下，计算机技术的发展与应用逐步形成了两个不同的方向和趋势，其一主要指的是被应用在科研机构、军事机构的计算机，由于这些领域往往都是计算困难、计算精度较高的工作环节，因此在发展中对于计算机的计算能力和计算精确度提出了新的要求。其二主要指的是在工作中应用在家庭和中小企业的计算机，这些计算机可以说主要是往实惠、小体积和轻重量的方向发展。纵观计算机发展史我们可以得知，计算机创新能力的推动与普及与人们生活和社会发展紧密相连，其在工作中也推动了整个社会领域的正常进行。

二、计算机现状

计算机技术在当今社会中发挥着不可替代的作用，对于促进社会信息化的实现有着主导作用。伴随着科学技术的深入发展，计算机技术也逐步实现了硬件系统与软件系统同步发展的核心技术观念，也在工作中实现了信息化、现代化的核心技术处理要求。

（一）现代微型处理器的情况

在当前社会中，计算机技术的性能提升和处理主要在于发展微型处理器，这也是目前计算机发展的整体趋势，在计算机发展工作中，其主要的实质在于提高处理器芯片中的晶体线宽与尺寸的大小。一般在研究的过程中，多采用较短的波长来曝光光源，从而做打破掩膜曝光要求。如今的微型处理器发展与计算中，主要是通过紫外线进行运用和曝光光源的管理与深化，并且在工作中对于深层芯片进行全面总结和处理，这种工作流程和工作方式多是采用量子效应与电子行为来进行分析，这种社会分析现状也是微处理器发展的首要基础。所以也就引起专家的注视，紫外线光源对微处理器性能的提升已经没有多大作用了。

（二）以纳米为主的电子科学技术

伴随着科学技术的不断提高，各种先进材料不断的引进，进而对微处理器进行优化和总结。就目前的计算机应用与发展分析而言，在计算机工作中，准确高效的计算机技术和微型化电子元件的需求已成为人们对计算机发展提出的新观念，但就目前的社会现状而言这种目标还远远没有达到。因此在未来的计算机发展中，我们不仅要深入研究计算机处理技术，同时更是要引进各种新材料、新技术。在这种现状之下，以纳米为主的计算机技术已成为目前我们工作和认识的重点形式，也是当前社会发展中存在的核心问题。

三、计算机技术发展趋势预测

1、未来的计算机将具有更全面智能成分，如多种感知、思考判定能力和常用自然语言能力，除常规手写及语音输入手法外，还将具有虚拟现实技术功能，使存储光盘进一步加大存储容量，计算机的海量存储技术不断成熟完善，使信息永久性储存不再仅仅是梦想，随着计算机技术的发展即将实现。长久存储器的研制及使用，可以防水、防震、防腐蚀耐高温。计算机硅芯片技术的高速发展，表明硅技术已接近其物理极限，为此，各国科研人员不断研发新型量子及纳米计算机，量子计算机是基于量子效应基础上研发的，它利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息可以沿着聚合物进行移动，运算量子计算机中数据用量子位存储。一个量子位可以是0或1，它既可以存储0又能够存储1，也就是量子位可以存储2个数据，这是因量子的叠加效应。同样的存储位，但存储量比传统计算机高很多。

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关键词：未来；计算机；核心技术；发展方向

1 计算机的发展史

第一台计算机于1942年出现在宾夕法尼亚大学，这台计算机的出现标志着计算机时代的到来。第一台计算机的制作初衷是为了计算火炮弹道，主要用于军事用途。这一代的计算机采用的是电子线路执行逻辑运算、算术运算与信息存储的计算机，其计算速度相较于继电器计算机快一千倍。但是，这台计算机的程序设备仍然是外加式，并且存储容量也相对较小，尚不具备现代计算机的特征。

1945年数学家冯诺依曼提出了更为先进的逻辑结构并且应用于计算机制造，计算机自动化程度提高，开始进入了发展时期。该时期的计算机开始应用到工业与生活中。到20实际中期以后，计算机技术便进入了高速发展时期，计算机的组成也更加复杂，由单纯的硬件变为了硬件、固件与软件三部分组成。同时，计算机的系统与性能不断提高，计算机的种类也呈多样化，出现了大型计算机、通用计算机、小型计算机、微型计算机等类型。此外，还出现了一些专用计算机，如模拟数字混合计算机、特殊类型的控制计算机等。进入到20世纪70年代后计算机的研究与生产能力大增，计算机的性能得到了很大提升。尤其是微型计算机开始进入大规模生产时期，进入到了生产生活的各个领域。微型计算机在很短的时间内便进入到了家庭、企业、机关与研发单位中，发展到现在，微型计算机已经成为了社会生活与工作中不可或缺的部分。

2 计算机的发展趋势

未来计算机主要呈现两个方向：微型计算机与超极计算机。超极计算机应用于较重要的科研与工业技术，注重强大的计算能力。超极计算机采用平行处理技术，可以使计算机系统在同一时间处理多个数据或者执行多条指令。在未来，超极计算机的计算能力仍将被进一步提升，并且应用领域也将进一步扩大。在未来，军事技术、科研技术空间技术、经济分析技术等都将用到超极计算机。可以说，未来计算机技术的发展主要方向之一是计算能力与速度的提升。

此外，分子计算机技术也在研究中，在未来可能成为现实。这些都是未来计算机的发展趋势，而对其核心技术的发展我们在接下来的文章中将进行细解。

3 计算机核心技术的发展

⑴量子计算机。量子计算机是在量子效应基础上研究出来的，它利用某种链状分子聚合物的特性来表达开与关的状态，并利用激光脉冲来改变分子状态，促使信息沿着聚合物移动从而实现运算活动。量子计算机介于构架与器件之间，其中的数据用量子位进行储存。量子具有叠加效应，故而，一个量子位既可以是1也可以是0，既可以存储1又可以存储0，也就是说一个量子位可以存储两个数据。同样数量的存储，量子计算机的存储量相较于其他计算机要大很多。量子计算机还可实行量子并行计算，运算速度非常快。

⑵光子计算机。光子计算机也就是全光数字计算机，该计算机的核心理念是以光子代替电子、光硬件代替电子硬件、光互联代替导线互联、光运算代替电运算。相较于电子计算机，光计算机的信息传递平行通道密度更大，通道的通过能力是电话电缆的几倍。同时，光具有高速、并行的特性，这也决定了光子计算机的处理能力更强、运算速度更快。在当前，超高速计算机只能在低温状态下工作，而具有同样运行速度的光子计算机在室温下即可工作。光子计算机还具有容错性，某一原件损坏或出错不会影响到最终的计算结果。现在，光子计算机已经研究成功，可以预计的是，在不久的将来，光子计算机将成为计算机的主要研究发展方向，会像当前计算机一样普及，并且在社会生活工作中发挥更大的作用。

⑶纳米计算机。目前硅芯片发展到现阶段已经到达其物理极限，它的体积无法再缩小，通电与断电的频率也无法再提高，其功耗的提升空间也已经很小。解决这些问题，很重要的途径是研制纳米晶体管，并采用纳米晶体管制作纳米计算机。应用纳米技术进行计算机的研究制造不仅能够减小计算机的体积更能提升其工作效率、降低其功耗、现阶段纳米计算机的研究已经取得了很大成绩，在未来必然可以实现推广应用。

⑷生物计算机。生物技术是未来的主要发展技术之一，生物计算机的工作过程是蛋白质分子与周围介质的相互作用过程。在生物计算机中，酶充当计算机的转换开关，而酶合成系统的本身与蛋白质的结构将进行系统的体现。蛋白质分子比硅片上的电子元件小很多，并且彼此距离更近，生物计算机完成一项运算所需时间甚至比人的思维速度快百万倍，是现代计算机无法比拟的。同时，DNA分子计算机具有惊人的存储容量，与极低的能量消耗，是电子计算机的十亿分之一。

总之，未来计算机的发展将建立在现有技术的发展之上，其发展程度甚至会超过人类的预期又或许会极大程度代替人力成为社会发展新动力。但，不管怎样的发展都要以人类的需求为根本，以为人类提供便利为原则，我们要谨记这一点，把握计算机的发展方向，不使其发生偏差。

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