光学工程的研究方向范文

导语：如何才能写好一篇光学工程的研究方向，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

对，都出现了镜子。从本质上说，都和光学有关。

大到探月的嫦娥卫星，小到日常生活中的单反相机、CD光盘，无论是国家进步，还是你我的生活质量，都与光学工程息息相关。由于光学工程的应用实践要求十分严格，相关本科专业的毕业生往往无力承担与光学工程科学技术研究直接相关的工作。因此，每年有大量相关专业的本科毕业生选择考研。

由于光学工程是一门高层次、高门槛的学科，相较于机械工程、计算机科学与技术等专业，开设此专业的院校并不多。总体看来，光学工程专业的考研竞争比较激烈，尤其是在一些光学工程名校之中，2012年浙江大学光学工程的报录比就曾高达17∶1。

目前，我国具有光学工程博士一级授予资格的高校共38所。具有光学工程国家重点学科的高校共有清华大学、北京理工大学、南开大学、天津大学、长春理工大学、南京理工大学、浙江大学、华中科技大学、国防科学技术大学等9所，具有国家重点（培育）学科的高校有上海理工大学、电子科技大学两所，具有博士培养资格的中国科学院相关研究院所主要有长春光机所、西安光机所、上海光机所、上海技术物理所、安徽光机所、成都光电所等6所。

我们如何在为数不多的顶级名校或科研院所中选择一所最适合自己的院校呢？

第一，重视院校综合实力，避免依赖单一数据。

各种评估结果中的得分、排名等数据往往只能反映院校的宏观指标，且不同机构均有不一样的标准，很难客观真实地反映院校的全部情况。各院校的研究方向独具特色，互有长短，具体到每个研究方向，实力强弱更不相同，比如，光学设计这一领域，普遍认为实力强弱依次为清华大学、北京理工大学、浙江大学、天津大学等。同样的道理，单纯地看重院校的院士、长江学者数量、实验室规模、研究经费等指标也是不科学的。院校研究水平的高低并不能直接反映研究生教育质量的好坏，院校的导师构成、地理区位与就业环境、同学本科来源的层次与学术氛围等软实力也不是量化指标可以衡量的，然而这些因素对研究生阶段的学术成就以及未来的职业发展，往往比宏观数据具备更大的影响，万万不可忽视。

第二，光学工程不是什么院校都能“玩得转”。

在考生中广泛存在“211高校未必比985高校差”的思想，从而选择考研难度相对较小的“211工程”院校深造。不可否认，一些“211工程”院校在其传统优势学科上的确不比“985院校”差，甚至更有优势。但是，光学工程是一门“高富帅”的学科，只有高层次的院校才能承载光学工程这门学科，而优秀的光学工程人才往往也出自优秀的院校。主要原因体现在两个方面：第一，光学工程精密程度非常高，对实验仪器设备和资金的依赖性比较强，缺少国家重视和资金上的倾斜，院校很难承担昂贵的实验仪器设备，从而限制研究生的发展；第二，“985”院校导师的视野更加开阔，对研究生的基本要求更加严格、培养目标更高，甚至某些院校的本科生在导师的指导和严格要求下也能在诸如Optical Letters等国际顶级光学期刊上。此外，高层次的院校学术氛围更加浓厚，出国深造、就业等方面也具备更大的优势。

在此背景下，有必要对光学工程相关院校及其考研情况进行深度解读。本文将以拥有国家重点学科的浙江大学、华中科技大学、天津大学、南开大学，以及中国科学院的上海光机所为例进行具体分析。

浙江大学：为强者而生

学科地位：浙江大学光学工程学科设立于光电信息工程学系内，该系前身为浙江大学光学仪器专业，是中国光学工程学科的诞生地，具有雄厚的学科实力。在2007―2009年、2010―2012年教育部学科评估中均排名第一。

学科特色：有现代光学仪器国家重点实验室、国家光学仪器工程技术研究中心、国防重点学科实验室等国家级研究基地。目前设置有光学工程研究所、光电信息及检测技术研究所、光电子技术研究所、光电显示技术研究所、先进纳米光子学研究所和光及电磁波研究中心、光学惯性技术工程研究中心等机构。

研究领域：浙江大学光学工程主要研究领域十分宽广，包括微纳光学与介观光学与器件、光学光电子薄膜、光电显示技术、高精度光纤传感、光电成像技术、微纳米精密检测技术、生物光子学、新型激光与光电子技术、光电子集成器件与系统，光通信技术与系统和新颖人工光电介质等。

师资力量：光及电磁波研究中心以长江计划特聘教授何赛灵为领军人物，大部分导师均为杰出“海归”或外籍教授，在光子学和电磁波的理论和实验研究领域开展了大量工作，获得了许多具有国际影响的学术成果。

地理区位：长江三角洲地区具有规模庞大的光电产业集群，具有国际化、起点高的特点，相较于珠三角地区以封装、为主的光电―半导体产业而言具有广阔的发展前景。

竞争情况：浙江大学就读光学工程的研究生中超过半数来自于浙江大学、天津大学、南开大学等名校的推免生。考研竞争极为激烈，从近年报录比便可见一斑。

考试特色：浙江大学光学工程考研参考书为郁道银、谈恒英著的《工程光学》。浙江大学光学工程的专业课考试较其他学校包括的内容更多，报考的同学需要复习几何像差、傅里叶光学等本科阶段较为薄弱的知识板块。此外，也会考查一定的激光原理知识。

华中科技大学：光谷传奇

学科地位：华中科技大学光学工程近年来发展迅速，实力雄厚。尤其是在筹的武汉光电国家实验室是我国目前仅有的几个国家实验室之一，学科地位非同一般。华中科技大学在2010―2012年教育部学科评估中与浙江大学并列第一。

学科特色：光学与电子信息学院设有武汉光电国家实验室、激光加工技术国家工程研究中心、下一代互联网接入系统国家工程实验室、国家集成电路人才培养基地、教育部电子信息功能材料重点实验室（B类）、教育部敏感陶瓷工程中心等研究机构。其中武汉光电国家实验室是由教育部、湖北省和武汉市共建，依托于华中科技大学，联合武汉邮电科学研究院、中国科学院武汉物理与数学研究所、中国船舶重工集团公司第七一七研究所共同组建，已投入4亿多元建立了12个科学研究平台以及1个光电公共测试平台。

研究领域：华中科技大学主要研究方向为光电测控技术、光电信息存储、光通信技术、基础光子学、激光科学与工程、光电子器件与集成、纳米光电子学、生物医学光子学、能源光子学、太赫兹技术。

地理区位：华中科技大学地处著名的武汉光谷，当地产业集群形成的产学研体系研究水平很高，产业价值巨大，尤其在光通信、激光等领域具有较大优势，就业前景看好。

竞争情况：华中科技大学工学复试分数线2013年为330分、2012年为340分、2011年为330分。招生人数60人左右，随当年推免生比例有所波动。

考试特色：华中科技大学光学工程专业课考试偏向物理光学、电子学、激光原理相关知识。需要注意的是有两个单位可以接收光学工程的硕士生，分别是光电学院和武汉光电国家实验室。

天津大学：精益求精

学科地位：天津大学光学工程学科设立在天津大学精密仪器与光电子工程学院，是我国较早设立光学工程的高校之一。天津大学光学工程在2007―2009年教育部学科评估中名列第二，2010―2012年教育部学科评估中名列第三。此外，天津大学精密仪器与光电子工程学院也是教育部“教育教学改革特别试验区”的15个全国试点学院之一。

学科特色：所在学院设有精密测试技术及仪器国家重点实验室、光电信息技术科学教育部重点实验室、精密仪器中心、现代光学研究所、光电子研究中心、传感工程研究所、照明技术研究所、光电测控技术研究所、激光与光电子技术研究所、生物光学研究所、安全防伪技术研究中心等研究和开发机构。

研究方向：超快激光理论与应用研究、光学信息处理及其应用、光学技术在计算机科学中的应用、数字图像处理技术、光学传感器技术、先进固体激光及非线性频率变化技术、光电子学与光通信技术、激光与光电子应用技术等。

师资力量：中国科学院院士1人，中国工程院院士1人，长江计划特聘教授4人。天津大学光学工程的师资队伍配置十分合理，老中青年教师比例合理。老年教授如姚建铨院士、王清月教授等可以保证该学科的顶级实力，中年学科骨干如刘铁根教授近年来在光纤传感领域硕果累累，超快激光实验室的胡明列教授是天津大学最年轻的教授，学术前景十分光明。

地理区位：既紧挨近年来得到长足发展的天津滨海新区，又毗邻首都北京，就业环境较为优越。

竞争情况：就读于天津大学的研究生中，本校生源占有较大比例。天津大学工学复试分数线2013年为330分，2012年为335分，2009―2011光学工程报录比如下：

考试特色：天津大学考研参考书目为郁道银、谈恒英著的《工程光学》和周炳著的《激光原理》，建议欲报考的同学参考天津大学蔡怀宇教授编写的《工程光学复习指导与习题解答》。

南开大学：虽小而精

学科地位：南开大学光学工程设立于南开大学现代光学研究所内，隶属于电子信息与光学工程学院。现代光学研究所由光学工程元老母国光院士创建，是全国高校中最早取得光学和光学工程两个学科博士学位授予权的单位。在2010―2012年教育部学科评估中，南开大学光学工程名列第五。

学科特色：设有教育部光电信息技术科学重点实验室以及博士后流动站。

师资力量：南开大学光学工程规模较小，共有教师28人，教授、研究员18人，副教授8人，其中有院士1人，特聘教授1人，博士生导师13人，但导师队伍水平相当优秀，哈佛大学、剑桥大学等欧美名校留学、访问研究的经历非常普遍，近年来在Nature、Science等国际最顶尖期刊发表多篇论文，令国内同行为之拜服。较为出色的是青年教师刘海涛教授，在Nature发表两篇论文，在Physical Review Letters发表两篇论文，主要研究方向为表面等离子体等微纳光学的相关理论。

培养模式：南开大学光学工程招生规模较小，几乎与导师人数平齐，每个研究生均能得到导师的大量指导，研究生教育接近于精英教育。需要注意的是，南开大学光学工程的专业型硕士培养计划与学术型硕士培养计划基本相同，这与其他学校的培养模式有所区别。

研究领域：相比其他高校，南开大学光学工程的研究方向的理论特色较为明显，其研究领域主要有：光学/数字图象处理科学与技术、光学处理与光计算技术、激光与非线性光学科学与技术、现代光通信技术、光波电子学、光子技术、眼视觉光学和共焦显微技术、飞秒激光技术、微纳光学。

地理区位：与天津大学相同。

竞争情况：南开大学近年来考研报录情况如下所示，可见相较于其他院校，南开大学光学工程的性价比较高。

考试特色：南开大学光学工程往年专业课参考书是赵凯华、钟锡华编著的《光学》，专业课考试风格自2013年起有所变化，并且2014年考研没有提供参考书目，需要考生注意。

中国科学院上海光机所：卧虎藏龙

学科地位：上海光机所是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所。

学科特色：上海光机所现设8个研究室，分别是：强场激光物理国家重点实验室、中科院量子光学重点实验室、中科院强激光材料重点实验室、高功率激光物理联合实验室、空间激光信息技术研究中心（含：中科院空间激光通信及检验技术重点实验室、上海市全固态激光器与应用技术重点实验室）、信息光学与光电技术实验室、高密度光存储技术实验室、高功率激光单元技术研究与发展中心。

值得一提的是，上海光机所建成了国内仅有国际上也为数不多的“神光”系列高功率大型激光装置，用于激光分离同位素的激光与光学系统、超短超强激光系统、激光原子冷却装置、空间全固态激光器研制平台。在各种新型、高性能激光器件、激光与光电子功能材料的研制方面，也进入了国际先进水平，是我国现代光学和激光与光电子领域取得研究成果最多的单位之一。

研究领域：强激光技术、强场物理与强光光学、信息光学、量子光学、激光与光电子器件、光学材料等。显而易见的是，上海光机所的研究方向非常偏向于理论研究，因而十分适合于光学工程理论方向的深造。

地理区位：地处长三角的核心上海，地理区位优势相当明显。

竞争情况：每年有许多来自清华大学、浙江大学等顶尖学府的毕业生通过推免进入上海光机所，研究所人才济济。近年来上海光机所光学工程的复试分数线为：2013年320分，2012年325分，2011年330分。每年招生人数在40―50人，随当年推免比例有所浮动。

培养模式：上海光机所的专业型硕士与学术型硕士培养计划相近，且第一年是在安徽合肥的中国科学技术大学培养。

篇2

光学之芒,灿烂辉煌。在光学的领域里,他头顶着太多的“光环”,却没有丝毫松懈,肩负着无限重任,但始终沉着、坚毅。他渊博宽厚,抱定赤子之心,十余载春秋献身中国光学领域,他就是首都师范大学物理系研究员、系科研副主任张岩。

九天揽月鸿鹄志 步步为营创辉煌

在通往科学高峰的路上,张教授一路前行,品尝着希望与困难,交融着荣耀与汗水,深造期间,他用不懈的努力换来了中国光学科技前沿领域的重大突破。读研期间,他同导师刘树田教授一起在国内率先开展光学分数傅立叶变换的研究。为利用光学分数傅立叶变换进行信息处理铺平了道路。在中科院物理所攻读博士学位期间,开拓了分数傅立叶变换在光学信息处理领域中的应用,被评价是国内在现代光学技术科学领域研究工作中的优秀成果具有国际先进水平。

1999-2001年,他获得日本学术振兴会博士后基金资助,在日本山形大学工学部从事生物成像研究,被应用在实际的仪器上。2001-2002年,他在香港理工大学电子工程系从事光纤气体传感器研究。其研究内容被收录在《光纤传感技术新进展》一书中,已出版发行。2002-2003年,他在德国洪堡基金的资助下在德国斯图加特大学应用光学研究所任洪堡研究员,从事数字全息重建算法的研究,提出了利用相位恢复算法来进行数字全息重建的新方案,引起了同行的重视和肯定。这部分内容作为美国Nova Science出版社的新书《New Developments in Lasers and Electro-Optics Research》中的一章,已经出版发行。

2003年,他进入首都师范大学物理系工作,先后获得了北京市科技新星计划,北京市留学人员择优资助等人才项目的资助。作为北京市“太赫兹波谱与成像”创新团队的核心成员,主要从事太赫兹波谱与成像,太赫兹波段表面等离子光学和微纳光电子器件设计研究。他提出的多波长成像方法得到了美国Rice大学太赫兹研究者Mittleman的认可,被评价为不仅可以有效地增加成像范围,还可以提高信噪比。多篇论文被太赫兹领域的虚拟期刊收录。并于2007年和2009年分别到美国伦斯特理工大学和德国康斯坦茨大学进行访问研究。

欢声震地 惊退万人赢战绩

篇3

博观而约取厚积而薄发

自2002年于暨南大学攻读硕士学位起，杨荣骞选择现代医疗仪器作为研究方向，不仅在电子信息、计算机应用与仪器仪表的理论和设计方面打下坚实的基础，而且扩展了基础医学知识，紧密结合临床对医学仪器的需求，负责企业规划的多项医疗器械新产品的研发，完成了妇产康复治疗仪、LEEP手术系统等5个产品的研制。

在上海交通大学攻读博士学位期间，他师从中国无创医学领域开拓者之一陈亚珠院士从事肿瘤物理治疗领域的研究。深入研究实时温度测量的理论和技术，提出了基于结构光的三维红外成像方法，在结构光系统标定、三维表面数据快速重建等方面取得了创新性成果。发表SCI论文4篇、EI论文3篇，获国家发明专利授权1项。

进入华南理工大学生物医学工程系任职后，杨荣骞组建和带领由青年教师、博士生和硕士生组成的科研小组，开展以手术导航、心功能评价和放射治疗等为特色方向的理论与应用研究，主持承担国家自然科学基金及省、市级科技项目多项。提出基于配准的四维心脏图像全自动分割、精确近红外摄像机标定、标记点自动提取与立体匹配等新方法，设计高精度近红外光学定位系统，完成了手术工具的标定、跟踪定位等算法。发表学术论文25篇，其中SCI论文3篇、EI论文7篇；申请国家发明专利6项，其中授权1项；获软件版权1项。

紧跟前沿科技结合临床应用

随着生活水平提高和生活方式变化，人类预期寿命在延长，但心血管疾病发病率和死亡率也在不断上升，对国民健康形成巨大威胁。心血管疾病的早期诊断和预防已成为全球关注的重大问题。在心脏医学影像领域，常见的有MRI、SPECT、CT、US等，基于不同图像来源可重建出不同精度的模型。近年出现的双源CT（DSCT），为采集清晰动态的心脏图像提供了可靠的影像学保障，可实现在无需使用β-受体阻滞剂和不受心率影响的情况下对心脏病患者进行成像。CUDA（computeuni fieddevicear chitecture）是建立在图形处理单元（graphic proces singunit，GPU）基础之上的通用计算开发平台，通过它可以将GPU视为一个并行数据计算的设备。利用DSCT提供的良好的心脏断层图像，结合GPU并行计算能力，为可视化心脏辅助诊断系统的研究提供了良好的医学影像学和计算机基础。

紧跟这项前沿科技，杨荣骞主持完成了“基于GPU的心脏DSCT系列图像精确分割技术及三维可视化研究”（中央高校基金面上项目），采用基于模板的配准技术实现创新的四维心脏图像的全自动分割，不仅大大减少了医生半自动分割图像的时间，而且提高了分割精度。通过与广州总医院放射科密切合作，还获得了冠脉灌注测评和动态心功能评价方法等相关研究的新成果。将进一步结合临床影像数据和医学专家知识，构建符合国人特征的具有临床应用价值的辅助诊断和评价模型。

在肿瘤开颅手术前，须先进行手术入路规划。目前，神经外科医生一般是根据影像学提供的病灶信息，结合自己的经验，采用定性的方法设计勾画开颅部位。由于对肿瘤的形态、尺寸及空间位置不能精确量化，往往造成较大切口引起更大损伤，也可能因反复探查而拖延术前计划时间。依靠经验定性方式的入路规划也不利于术中脑功能区保护和有效完全切除肿瘤。如果采用立体定向头架或神经外科导航系统，则能精确定位脑部肿瘤，且正确引导手术入路的方向和深度，但费用昂贵、操作繁琐，难于在医院普及。

为克服人工经验方法的不足，提高定位精确度，减小手术损伤，保障手术的有效性和安全性，杨荣骞团队成功研究一种不依赖昂贵设备，且操作简便，易于掌握的辅助肿瘤开颅手术入路规划方法和软件，基于术前检查获取的医学影像数据，确定肿瘤病灶的三维形态和空间位置，对肿瘤、头皮表面和设定标志点进行三维可视化重建。在这个虚拟半透明可视化模型中可直观地看到肿瘤在头皮的投影，人机界面能够辅助医生进行手术入路规划设计，以实际尺寸等比例打印方式输出规划结果。该项技术与广州总医院神经外科合作研发，并得到临床试用60多例，明显比人工经验方法提高了定位精确度，减小了开颅创口，缩短了入路规划时间。该成果的进一步研究发展，将结合生物力学机理研究有效抑制开颅后脑漂移对肿瘤定位的影响，把电刺激获取的脑功能区位置映射到MRI影像中为医生提供更丰富的信息规划手术路径。

致力导航技术延伸医生视觉

手术导航为微创手术提供了重要的辅助手段，从一开始就在神经外科中得到应用和大力发展，特别是对颅脑肿瘤手术治疗而言，实现了手术医生的视觉延伸。通过术前计划和虚拟导航辅助制定详尽的手术计划，指导术中精确定位，对提高手术精确度，保障手术安全有效，提高手术效率发挥了极大作用。手术导航是现代医学影像、双目视觉、虚拟可视化、立体定向等技术与计算机应用技术有机结合构成的医疗仪器系统，目前的手术导航产品最成熟的技术主要是在术中导航精确定位部分，已经可以达到较高的跟踪定位精度。关于术前计划部分，主要是虚拟手术研究领域的相关进展，在CT、MRI图像融合技术及应用软件方面取得较好成果，但是还未有机地融入到手术导航系统中。此外，手术导航的术后评估方法已经逐渐进入研究关注范围，但现有进展不够深入，基本未形成示范性有价值的指导。

鉴于导航技术在现代医疗设备中的重要地位和面对关键技术难点提出的挑战，杨荣骞主持承担了“高精度近红外光学导航技术”（中央高校基金重点项目）和“手术导航中高精度大视场光学定位技术研究”（国家自然科学基金项目）。由于光学定位技术具有定位精度高，使用灵活，基础技术较成熟等优势，且得到广泛的应用，因而选择光学定位技术构建系统并深入开展导航技术研究。仔细分析了目前光学定位技术存在的两个主要缺点：一是光学成像设备受摄像机有效视场限制，使得手术必须在摄像机的有效视场范围内完成；二是手术中光线容易被阻挡。医生只能调整成像设备或者手术工具到合理的位置来完成定位，给实际使用带来了很大的不便。杨荣骞提出创新的能够自动跟踪手术工具的大视场高精度近红外光学定位技术，达到克服上述缺陷的目的。每个摄像机的内外部参数都通过光学测量精确标定，实现了多件手术工具高精度定位和实时跟踪。基于FPGA（现场可编程门阵列）新设计了一种近红外光学定位单元，实现多摄像机的动态图像信号同步采集，很好地消除了由于图像采集不同步而产生的抖动现象。

篇4

戴博，2011年“国家优秀自费留学生奖学金”获得者。1986年出生，2009年于香港城市大学获电子及通讯工程学荣誉学士学位（甲等），2013年于英国赫瑞瓦特大学获光子及量子学哲学博士学位。2011年获日本情报通讯研究机构实习研究奖学金，在此机构担当实习研究员1年多。研究方向包括光通信、全光信号处理及光学成像。读博期间，在IEEE/OSA学术杂志及会议上发表学术论文28篇。

对我来说，能够获得自费生奖学金意义深远。首先，这是祖国对我科研成果的肯定，是一份特别的荣誉。其次，也鼓励我再接再厉，在科研的道路上更上一层楼。作为一个城市规划与设计的研究者，一直都希望能够把自己在西方所学到的规划理念和研究成果应用到祖国的城镇建设中去，为祖国的城镇化作出贡献。——林艳柳

林艳柳，2012年“国家优秀自费留学生奖学金”获得者。1980年出生，2004年获华南理工大学城市规划与设计专业学士学位，2005年获比利时鲁汶大学人居专业硕士学位，2011年获荷兰埃因霍芬理工大学城市规划与设计方向博士学位。2012年9月于荷兰乌得勒支大学城市规划系进行博士后研究和教学。博士期间，在Urban Studies、Habitat International等知名学术期刊发表多篇学术论文，多次参加该领域国际会议和竞赛，是多种刊物和会议的委员会委员及审稿人。

万里求学路，十载砺剑心。能获此殊荣，我非常感动。这不仅仅是一份奖励，而是一个国家和民族对知识的尊重，对知识分子的厚爱。衷心感谢祖国的养育、导师的培养，以及亲友们无私的扶持。我一定会再接再厉、激流勇进，以期将来能为祖国的发展与进步贡献自己的绵薄之力。——黄斌

黄斌，2012年“国家优秀自费留学生奖学金”获得者。1984年出生，2006年、2008年分获中南大学工学学士、硕士学位，同年获澳大利亚政府全额奖学金资助赴南澳大利亚大学攻读博士学位。研究领域为机械工程及特种机器人技术。目前已在国内外学术期刊18篇，国际学术会议论文2篇，获各级奖励和资助35项。

篇5

关键词：焊接自动化；图像处理；应用；发展趋势

中图分类号：C37 文献标识码：A

一、概述

随着计算机视觉技术的发展,近年来利用机器视觉直接观察焊接熔池,对焊

接质量进行闭环控制是通过图像处理获取熔池的几何形状信息,已是当前研究的主要方向。

和传统的手工焊和半自动焊接过程相比,使用机器视觉进行直接观测焊接熔池有着很明显的优点,采集的数字图像信息丰富,表象直观,且数字化的图像数据可以实时传输到计算机高速缓存内,提取特征信息, 进行实时处理,同时作出在线判决,可以实现焊接过程质量实时控制和传感。

在传统的手工焊接和半自动焊接过程当中,对于一个有经验的焊工,通过直接观察熔池的行为、接头的位置、焊道外形及电弧形状,能够感知焊接的状态。若是感觉到实际焊接过程中同最佳状态不一致,为了达到最佳状态可以通过调节各参数,以获得高质量的焊缝。可以把这个过程划分为眼－脑－手的控制过程。图像处理在焊接过程中的重要意义就等同于手工焊接过程中人的眼睛,可以实现采集和处理焊接位置的传感、焊接时熔池、焊道对中、熔宽和熔深的信息,然后利用计算机发出指令,实现焊接过程的各种工艺参数如电流、电压、焊接速度的调节和电弧或焊丝的对中。

二、图像处理的概念

图像处理(image processing)，用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术。又称影像处理。一般图像处理就指的是对数字图像处理。数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括图像压缩，匹配、描述和识别以及增强和复原这3个部分。常见的处理包括有图像复原、图像数字化、图像增强、图像编码、图像分析和图像分割等

三、焊接图像摄取方法

图像的处理一般包括量化、图像识别和图像预处理等几个步骤。图像预处理包括图像增强、图像变换和图像恢复,尽量把因为随机因素的干扰和摄像中各种条件的限制而产生的不足和噪声减小,继而可以获取焊缝位置的精确信息;量化由图像卡完成;图像识别包括边缘提取和图像分割等,可借助小波变换、快速傅立叶变换、概率统计等数学工具对图像进行理解、分析、模式识别和特征提取。

从国内外大量文献来看,利用机器视觉采集焊接熔池图像的方法主要分为被动式直接视觉传感和主动式直接视觉传感两大类,视觉传感器常采用CCD摄取原始图像。CCD是英文(Charge-Coupled Devices)的缩写,意即“电荷耦合器件”。具有体积小、耐震动、重量轻、稳定性好、寿命长、速度高,几何失真小及耐高压等一系列优点。CCD是固态图像传感器的一种,固态图像传感器是指把布设在半导体衬底上的许多感光小单元的光－电信号,用所控制的时钟脉冲读取出来的一类功能器件。

动式直接视觉传感利用窄带复合滤光系统滤除非连续光谱的电弧强光,并采用高强脉冲激光或具有图像增强器的高频闪光灯作为辅助光源,可有效地抑制弧光获得清晰图像。被动式直接视觉传感是利用焊接过程中的结构光进行成像。主被动式直接视觉传感存在强光干扰的问题,激光焊接中,通常采用中性减光的办法解决强光干扰的问题;在电弧焊中,对于短路电弧焊和脉冲电弧焊.可在短路期间或基值电流期间获取图像数据,或者在摄像机前通入部分保护气,减少烟雾和飞溅的影响;TIG/MIG/MAG焊时弧光在600～700nm波段内相对光强最弱最稳定,选用这一波段内的干涉滤光片和防热玻璃可有效地排除弧光及红外干扰。

四、图像处理在焊接中的应用

现如今，对于图像处理主要集中应用在脉冲机器人焊接、TIG焊、激光焊和焊缝质量的检测等领域。图像技术在机器人焊接领域应用较广。由于机器人需要有很强的适应能力,借助三维视觉传感系统和计算机图像处理技术,焊接机器人可对焊接环境进行实时控制。通过图像的采集,可帮助机器人进行焊缝的对中,为机器人焊接提供实时特征信息,如熔深、熔宽和熔池的形状等,从而实现焊接过程的智能控制。目前国内哈工大的吴林教授在这方面作了较深入的研究,从焊缝位置的传感到熔滴的过渡,从过程实时控制到最后焊接质量的检测都进行了较为系统的研究。

哈工大的何景山博士在脉冲TIG焊熔深及熔透的彩色图形法传感方面进行了较深入的研究。图像处理目前用得最广的领域是在脉冲TIG焊中,国内外许多学者都对该领域进行了积极的探索。首先创建了一套适用于脉冲TIG焊的彩色图像法熔深和熔透的传感系统,通过对脉冲峰值和脉宽的控制实现对熔深和熔透的控制,其控制信息来源于基值期间,进行图像信息的采集。

此外，图像处理还在焊接的其它领域中有一定的应用。有的将图像处理用于焊接缺陷的自动监测与缺陷尺寸的保真,也都收到了良好的效果。有些科技工作者还将图像处理用于水下湿法焊接,通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统,采集出了药芯焊丝水下湿法焊接电弧区域的图像,用中值滤波和梯度算子的电弧区域图像边缘检测方法,有效地区分了电弧燃烧区域和电弧气泡区域。哈尔滨工业大学的何景山、杨春利等人结合采用埋弧焊进行容器类焊接结构制造过程中的工艺特点及实际工况,设计了一种将微型摄像机、微型半导体激光发生器及具有滤光功能的光学系统三者集成一体的焊缝视觉传感器。

焊接控制过程中的一个重要环节就是焊接缝隙检测,图像处理在这方面的应用也有许多学者研究。为了实现电弧焊过程的自动对中和焊缝质量控制,必须对焊接缝隙的相对位置和坡口几何参数进行检测。西安交大的梁晋、贾昌申等在《图像法焊接缝隙检测的研究》一文介绍了一套自行设计的计算机焊接缝隙检测系统,包括图像采集卡、计算机接口、光学传感器、图像处理软件,分析了它们的基本结构和工作原理,讨论了提高光学传感器、图像处理软硬件等抗干扰能力的措施。该系统工作原理是:由光源和CCD摄像机组成的光学传感器摄取图象,CCD摄像机把图象转换为电信号,再经图象采集卡把模拟信号变为数字信号存储于计算机内,计算机对此信号进行必要的处理,即可得到缝隙位置和坡口几何参数信息,在监视器屏幕上显示出来,或经过D/A电路给执行机构,修正焊枪位置,实现闭环对中控制。有的将图像分割和小波分析应用于焊接领域,小波分析在焊缝视觉跟踪过程中检测焊缝,采用多次小波变换可获得清晰的焊缝边缘,大大简化了硬件设备；图像分割法可减小焊缝识别的图像处理的复杂性,使得焊接过程的实时性增强。

五、图像处理在焊接中应用的展望

为焊接现象的描述及内在规律的解释提供了极佳的条件和直接的证据,推动焊接理论和实践的发展就是通过图像传感的这种方法。同时也使得研究者能够观察到其它传感方法所不能观察到的被强光所淹没的丰富直观的信息。

把图像处理技术应用到现代焊接技术中,将会推动焊接过程质量实时传感与控制的发展和成熟,使得焊接过程通过闭环反馈控制而实现完全自动化,保证焊接质量,提高焊接生产效率。

总之，作为智能控制中关键技术―数字图像技术,在焊接过程中发挥的作用将会越来越大,将为焊接智能化生产作出贡献。现代工业正朝着信息化和智能化方向发展,现代焊接技术也必然要实现智能化。

参考文献：

[1]段佳佳,杨迎春.图像处理在自动焊接中的应用[J].电子测试,2012,02:12-15.

[2]陈彦宾,李俐群,陈凤东,陈杰.图像处理在自动焊接中的应用和展望[J].材料科学与工艺,2003,01:106-112.

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篇6

地质和矿业类

同目前的热门专业如管理、计算机等相比，地矿类专业相对属冷学门专业，因为很多人对地矿类专业存在偏见，认为地矿行业的工作条件比较艰苦。其实，在世界形势变化日新月异的今天，自动控制、计算机技术、通信技术等先进的科学技术，极大地促进了采矿工程理论研究和技术应用的发展，使得地矿类专业的就业环境发生了翻天覆地的变化：以前的勘探需要背着帆布包拿个小铁锤翻山越岭去采矿，现在则是地球卫星定位系统勘测和自动绘图：以前采矿挖煤需要肩扛手刨，现在则是电脑控制机械操作。同时，因为近年来，石油、煤、各种矿产如稀土等国家战略资源在世界各个国家中正日益显示出重要性，人类在21世纪将为资源问题的解决投入越来越多的力量，地矿类专业也会变得炙手可热。

榜单解读

近年来，一些矿业类高校纷纷改名，转变办学方向。除了中国矿业大学，其他的煤炭院校基本都看不见这个“矿”字了，反之被科技大学、理工大学这些字样所取代。比如，原来的山东矿业学院现在成了山东科技大学，阜新矿业学院变成了辽宁工程技术大学，西安矿业学院成为西安科技大学，淮南矿业学院成了安徽理工大学。

其实，地矿类专业不像很多人想象中那样，像石油工程、采矿工程（研究有色金属方向）等都是比较好的专业。研究有色金属矿山开采的采矿工程专业，例如中南大学的采矿与岩石工程专业，研究领域安全系数较高，就业的渠道（主要是工程部门，如中铁、中建和研究院）广泛。

报考须知

身体不好者不适合报考地矿类专业。肺、肝、肾、脾、胃肠等动过较大手术，功能恢复良好，或曾患有心肌炎、胃或十二指肠溃疡、慢性支气管炎、风湿性关节炎等病，甲状腺机能亢进已治愈一年的以及先天性心脏病经手术治愈，或房室间隔缺损分流量少，动脉导管未闭返流血量少，经二级以上医院专科检查确定无需手术者，均不宜就读地矿类专业。

材料类

材料学一门跨学科的科学，涵盖的范围很广，子学科多，可谓森罗万象，无所不包，因为国内外各行各业发展都离不开的一门基础而重要的学科。目前据相关专家分析，我国在材料成型设计方面缺乏的人才在20万～30万之间，并且呈逐年递增趋势，材料科学与工程专业的毕业生已经成了“抢手货”。目前我国整个材料行业都缺少高精尖人才，我国材料行业的人才缺失问题已经成了众多企业发展的桎梏。

榜单解读

材料类相关专业分布很广，据不完全统计，我国已经有400多个高校开设了材料科学相关专业，各个院校根据自身的特点，该专业的侧重点和人才培养的目标上有较大的差异。如中南大学材料学院现设有材料物理系、材料学系、材料加工工程系、材料化学系、实验中心、新材料研究开发中心二级单位；东北大学的材料学院由原钢铁冶金系、有色金属冶金系、材料科学与工程系、热能工程系、金属压力加工系合并组建而成，是国内第一个集材料、冶金、热能工程、环境科学等现代工业与传统工业科学为一体的二级学院；北京科技大学材料加工专业有强大的实力，以钢铁材料的加工为特色。

报考须知

材料学分为三个大类：金属材料、无机非金属材料和高分子材料。因此，大部分高校会开设材料科学与工程专业，专业下又分出几个方向，针对性的学习这三大类的知识，并且它还与其他一些工程科学相重叠，因此在各大院校。材料科学与工程都有若干分支。

机械类

机械被称为“工程之母”，几乎所有的工程行业都需要机械专业人才。大到万吨轮船，小到手机，高精到航天飞机，普通到小图钉的制造，都离不开机械人才。机械类专业还有着一通百通的特点，学建筑机械可以适应医疗器械的工作，学石油机械可以从事飞机制造的工作，是跨度比较大的专业。此外，机械专业人才并不是只有机械行业才需要，其他行业，不管是研发型的企业还是生产型的企业，只要是在使用生产线和机械设备。机械专业人才就有用武之地。在社会经济正常发展的情况下，机械专业毕业生是不愁找不到就业机会的。

榜单解读

目前，国内开设机械专业的高校有几百所，有很多名牌大学，如上海交通大学、浙江大学、清华大学和华中科技大学等，还有一些颇具实力，但名气不大的地方院校，如浙江工业大学、合肥工业大学、广东工业大学、哈尔滨工业大学等。这类院校没有名牌大学知名度高，但是有着雄厚的工科专的业实力和悠久的学术底蕴，是准备报考机械专业，但分数够不上知名院校考生的好选择。

报考须知

从机械作为一门学科来说。它属于教育部规定的一级学科。因此它底下可设有许多二级学科，虽然各个大学具体开设的方向有所差异，但基本上都有这么几个：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、工业工程、动力机械及工程、流体机械及工程，可以根据自己的兴趣选择专业。

自动化类

所谓自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。现代生活最鲜明的标签，莫过于无处不在的“自动”。电灯可以自动亮灭，电梯可以自动启停，房门被强制进入会自动报警，地铁无人驾驶也可以自动运行……如果要总结它们的共同点，那就是会检查、会判断、会执行。以信号检测为耳目，以控制策略为头脑，以传动部件为四肢，不需要人类辛苦调节引导，就能有目标、有秩序地工作。而实现这个“检测一判断一执行”的过程，赋予它们自动能力的学问，就是自动化。

榜单解读

开设自动化专业的综合性老牌院校包括清华大学、东南大学、上海交通大学、浙江大学、华中科技大学、中国科技大学等。不同学校开设的自动化专业拥有各自的特色，譬如北京理工大学的自动化专业是军民结合，宽口径培养军民两用人才；浙江大学的自动化专业的仪表自动化方向实力比较强；清华大学的自动化专业设置比较全面，其中信息、CIMS实力都比较强。其他如南京理工大学、东北大学也具有较强的实力，前者长于模式识别与智能系统，而后者则有控制理论与控制工程的博士点和国家级重点学科点。

报考须知

自动化专业的学生编程能力比不上计算机专业学生，硬件设计能力比不上电子系学生，管理能力比不上经济管理系学生，致使有人认为自动化有“万金油”之称，但没有哪样精通，好像没有发展前途。但从技术角度来说，自动化专业是受到各行各业的实际需求推动的，如果该专业能同各行各业结合起来，“万金油”并不是坏事，一定会有大显身手的空间。所以，拥有一个工科背景，不管今后从事什么工作，即使是管理，也是受益匪浅，有很多学自动化专业的人目前都是从事高级管理工作的。

仪器类

在工业企业进步及发展的过程中，自动化的技术进步是一个大的发展趋势，这就对各种仪器仪表的需求从质到量上都有一个不断革新的过程。仪器与仪表类专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门综合学科。它的应用面很广，小到制造车间的检测，大到卫星火箭发射的监控，就连我们日常生活中也能处处看到它的影子，比如，我们到超市买东西时见到的电子秤，上医院看病时使用的温度计，乘出租车时见到的时速表和里程表等，都是测控技术与仪器给我们带来的方便。

榜单解读

仪器相关专业是中国大学中比较大的专业，开设该专业的高校超过一百所，当然主要还是综合性及理工类院校。天津大学是我国规模最大的多科性工业大学之一，在测控技术与仪器专业上拥有很强的实力，拥有测试计量技术及仪器、检测技术与自动化装置两个国家级重点学科，同时也有这两个学科和精密仪器及机械的博士学位授予权。清华、哈工大两校也具有雄厚的实力，其精密仪器及机械也是国家级重点学科。北京航空航天大学、重庆大学也有精密仪器及机械、测试计量技术及仪器的博士学位授予权，其精密仪器及机械亦为国家级重点学科点。浙大则拥有检测技术与自动化装置的两个国家级重点学科点之一，其他如中国科技大学、北京理工大、东南大学、南京理工大等院校也是不错选择，都有测试计量技术及仪器、精密仪器及机械、检测技术与自动化装置博士学位授予权。

报考须知

有些人认为仪器相关专业的学生毕业之后只能从事一些机加工之类的工作，其实精仪系的毕业生有很广泛的学科背景，本科生教育涉及机械、电子、工业工程、材料加工等各个领域，同时也有很扎实的数学基础和研究能力，可以自主进行项目攻关，同时可以从事多学科交叉的一些工作。可以说仪器相关的课程设置为毕业生打造了很好的就业前景，适合于当代社会综合型人才的需要。同时，四年的学习中有很多课程涉及，很大程度上锻炼了学生的动手能力和独立思维能力，而且目前制造业是国民经济的支柱产业，中国的制造业正在蓬勃发展，精仪系的学生大有用武之地。

能源动力类

能源是维持国民经济发展的重要物质基础和根本保证，它与材料和信息构成现代社会繁荣和发展的三大支柱。自然界绝大多数的一次能源，如石油、煤炭、天然气、水力能、核能、太阳能、风能和生物质能等，均采用各种能源转换和利用设备转化为人类生产和生活所必须的各种能源和动力。

榜单解读

能源动力学科和机械学科关系甚为密切，因此许多大学常把能源动力类专业归并到机械学院。比如清华、同济的热能工程系隶属机械工程学院、上海交大则有机械与动力工程学院、浙大设有机械与能源工程学院。当然也有一些高校将能源动力专业独立成院，如哈尔滨工业大学的能源科学与工程学院和北京航空航天大学的能源与动力工程学院。

报考须知

相对机械而言，能源动力这门学科的领域更具专门化。概括讲来，能源动力这门专业是有关能源开发与利用、环境保护、清洁燃烧、能源利用系统及设备的优化与防震、动力工程及控制等领域的专门系科，主要为航空航天动力工程及自动化、汽车动力工程、电厂热能动力及自动化、制冷及低温技术、能源与环境工程等领域培养高级专门人才。能源动力专业又可分为工程热物理、热能工程、动力机械及工程、制冷及低温工程等二级学科。

计算机类

随着科技不断的创新，信息化时代已经向我们走来，这个时代的最重要的标志就是计算机的广泛应用。我们的生活因有了计算机而变得更现代化。如今社会上计算机应用已经达到非常普及的程度，随时随地都可以见到计算机的身影。在2012年新修订的专业目录中，计算机是工学中改动最大的一级学科，下面设立六个二级学科，分别是：计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全、物联网工程、数字媒体技术。不论是软件工程还是信息安全，都是时下最流行也是，需求量非常大的专业，毕业生就业趋势不错，薪金亦不菲。

榜单解读

在计算机相关专业方面，实力强大的大学很多，而北大、清华无疑是其中的佼佼者。华中科大则具有计算机系统结构、计算机软件与理论、计算机应用技术的博士学位授予权，还拥有计算机系统结构两个国家级重点学科点之另一个。吉大、北京航空航天大学、上海交大等院校实力也很强，在软件工程方面级国家级重点学科点。哈工大、东南大学、西北工业大学、浙大、武大等院校也有计算机应用技术、计算机系统结构、计算机软件与理论博士学位授予权。

报考须知

一些实力较强的院校还成立了软件学院或者软件工程专业，它们起点高。理论新，学费也非常昂贵，通常是普通计算机专业的2～3倍，高达一万多元一年，非一般家庭所能承受。

电气类

由于目前我国重视高科技发展推动了科技进步，从而带动了与此相关的计算机专业、电子专业人才需求的大幅增长。近两年国家每年动通讯基础设施的投资多达近两千亿元，按照教育部划分标准，电气信息类专业主要包括：电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程三个专业。

榜单解读

开设本专业的院校有数百所，其中，清华、浙大、上海交大、天津大学等学校实力最强，成绩超重点线50分以上：其次可选择华南理工大学、北京理工大学、北京邮电大学、北京交通大学、大连理工大学、东北大学、西北工业大学、中南大学、电子科技大学等：还有原属部委的院校，如重庆邮电学院、北京机械工业学院、燕山大学、中北大学（原华北工学院）、沈阳工业大学、东北电力学院、上海电力学院、华东交通大学、桂林电子工业学院等，专业实力都较强。

报考须知

电气工程就业优势对广大考生有很强的吸引力，属于热门专业，高考录取分数线往往要比其他专业方向高许多。考生需要具有扎实的数学、物理基础和一定的动手操作能力。

电子信息类

电子信息是科学技术领域最为活跃的前沿领域之一。信息的获取、传输、变换、存储、识别、处理、显示，无一不依赖于电子信息技术。用信息技术改造传统产业，是传统产业发展的必然趋势。据教育部的统计资料，各地方、各高校的人才招聘会上计算机、微电子、通信等电子信息类人才需求巨大，毕业生供不应求。电子信息类主要包括四个专业：通信工程电子信息科学与技术、微电子学、光信息科学与技术。

榜单解读

北大、清华、中国科技大学、中山大学等院校的基础雄厚，选择如浙大、电子科大、西安电子科大、北京邮电大学等院校也不错，这些学校都设有各具优势和特色的电子信息科学与技术本科专业。

报考须知

微电子学作为电子信息产业的重要分支。直接关系到信息产业、电子工业、航天工业、机械工业、自动化、国防工业等国民经济各个部门的发展水平，也正成为一个国家是否已是强国的标志之一。光电子在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和材料科学技术中的应用，直接促进光电子产业的迅猛发展。光电子技术必将成为21世纪国际竞争的关键技术之一，光信息科学与技术迅猛发展还引起光学领域的深刻变化。

建筑类

第二次世界大战结束以来，建筑同其他各种有关科学技术的关系更加密切，建筑技术的进展日新月异。新的结构理论、新材料和新设备的运用，高层建筑和大跨度建筑的发展，体现了新技术的威力。学习建筑学不仅要求学生有较强的形象思维能力、图形表达能力和较强动手的能力，还要求学生有良好的数学、英语、历史、美术的基础。因为数学关系到一个人逻辑思维的形成和发展，是人们认识事物、学习知识的基础之一，同时也是工程学的基础。国内大概有70多所大学设有建筑学专业，此专业的名校生非常有竞争力，而一般院校里，专业性的建筑院校比综合性院校的毕业生更受欢迎。此专业的学制一般是五年。

榜单解读

建筑学是我国高校开设最久的工科专业之一，有近一百所高校开设该专业，主要集中于综合性和理工类院校。东南大学的建筑学是其传统的优势学科之一，拥有建筑历史与理论、建筑设计及其理论、建筑技术科学等学科的博士学位授予权，其中前两者也是国家级重点学科。清华、天津大学也有建筑设计及其理论、建筑历史与理论、建筑技术科学博士学位授予权，其建筑设计及其理论亦为国家级重点学科。同济大学、重庆大学也具有不俗的实力。其他如哈工大、浙大、昆明理工大、西南交大、北京建筑工程学院等院校也都不错，它们都设有建筑历史与理论硕士点。另外，哈工大和浙大还设有建筑设计及其理论博士点，而后三者则具有建筑设计及其理论硕士学位授予权。

报考须知

建筑学专业主要培养建筑设计和建筑规划的高级专门技术人才，要求学生既要具备一定的绘画基础和艺术修养，也要具备一定的社会科学知识。建筑工程技术方面的课程是建筑学专业的必修课程，由于专业的深度和广度，大部分高校的建筑学专业的学制是五年制。考生在报考时要衡量自身的特点和能力，再结合成绩来综合衡量自己是否适合建筑专业。

土木类

在新的专业目录中，以往的土建类一分为二，变成了建筑学和土木类两大学科，侧面说明了土木类和建筑类的差别。简单来讲，建筑学是设计建筑物的总的造型（外型）和内部主要的构型，需要综合考虑许多问题，如建筑与城市环境的结合、建筑物本身的使用功能、技术性能、经济效果、艺术形式等等。土木工程的核心课程往往涉及工程数学、材料力学、结构力学、桥梁工程道路勘探设计等工程类，与建筑学更加强调的“设计”关系不大。随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系，如房屋工程、铁路工程、道路工程、飞机场工程、桥梁工程、隧道及地下工程、特种工程结构、给水和排水工程、城市供热供燃气工程、港口工程、水利工程等学科。其中有些分支，例如水利工程，由于自身工程对象的不断增多以及专门科学技术的发展，已从土木工程中分化出来成为独立的学科体系，但是它们在很大程度上仍具有土木工程的共性。

榜单解读

同济大学是国内土木建筑领域最大、专业最全的大学之一，在建筑、土木、环境等领域居于国内领先水平，另外还有市政工程、防灾减灾工程及防护工程等学科的博士学位授予权。哈工大实力也相当强，市政工程为该学科唯一的国家级重点学科。清华、东南大学、湖南大学等院校则设有结构工程、岩土工程、桥梁与隧道工程、市政工程、防灾减灾工程及防护工程等博士点，亦拥有结构工程的国家级重点学科点。西南交大、中南大学等院校也具有桥梁与隧道工程、结构工程、市政工程、岩土工程、防灾减灾工程及防护工程等学科的博士学位授予权。另外，西南交大还有工程环境控制、景观工程等自设博士点。其他如浙大、河海大学、重大、天津大学、华中科大等院校也是不错的选择，都设有岩土工程、结构工程、市政工程、桥梁与隧道工程、防灾减灾工程及防护工程等博士点。另外，中国矿业大学则长于岩土工程，而广西大学和西安建筑科技大学的结构工程学科为国家级重点学科。

报考须知

报考时需要注意的是，建筑和土木类都需要考证，执业资格认证均需要一定年限的相关工作经验才能报考。因此如果你有志从事土木工程相关的工作。那即便走上工作岗位后也要注意知识结构的更新，尽早报考以取得相关的执业资格。

水利类

水利是一门既古老而又现代的专业。之所以说它古老，是因为在原始社会，人类靠渔猎游牧为生，逐水草而居，部族定居以后，需水日增，人畜供水和生产用水的引水、供水工程就产生了。在信息化时代，传统水利行业面临全面技术提升和改造的历史任务，应用高新技术对传统的水利行业进行改造，并采用计算机技术、微电子技术、现代通讯技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统及自动化技术等进行技术改造。水利类包括水利水电工程、水文与水资源工程、港口航道与海岸工程等专业。

榜单解读

水利水电工程是中国大学中比较小的专业，开设有该专业的高校约有40所，主要集中在综合性和理工类院校。作为一所以水利为特色的全国重点大学，河海大学的水利学在全国总体实力居于领先地位，相关学科门类齐全，水利及其支撑学科人才梯队的综合实力处于国内一流地位，拥有水工结构工程国家级重点学科点，同时也拥有水工结构工程、水利水电工程、城市水务等学科的博士点。

清华、武大、川大等院校也具有雄厚的实力，各校都具有水利水电工程、水工结构工程博士学位授予权。另外，清华的水工结构工程也是国家级重点学科，而武大则拥有水利水电工程的国家级重点学科点。大连理工大学则长于水工结构工程，拥有该学科的博士点及国家级重点学科点。而华中科大的水利水电工程学科亦设有博士点和国家级重点学科点。天津大学则拥有水利水电工程、水工结构工程两个学科的博士学位授予权。其他如昆明理工大学、太原理工大学也不错，都设有水利水电工程、水工结构工程硕士点。由于其涉及农业灌溉等问题，因此一部分农业院校也有设置水利类专业，如中国农业大学、西北农林科技大学、沈阳农业大学等。水文与水资源工程专业的开设院校同样以综合性院校和理工类院校居多，由于其专业特色，也有少部分矿业院校设有此专业。

报考须知

招生院校虽然没有男女生比例要求，但水利类专业的报考者以男生居多。该专业由于是在野外实习和作业，报考者要有吃苦耐劳的毅力。

测绘类

测绘科学与技术属于较为专门的专业科学。概括讲来。测绘科学就是以现代空间和电子技术为手段测定地球形状及外部重力场和地球外部物理特征的一门学科，主要应用对象是各种工程（如城市建设、交通、水利、矿山、海洋建筑、大型精密设备安装等）的勘测设计、施工及运营各阶段中的测绘工作。

榜单解读

测绘工程是比较“小众而不冷门”的专业，开设该专业的高校有四十所左右。本专业重点院校有武汉大学、同济大学、中国矿业大学、中国地质大学（北京）、中国石油大学（华东）、河海大学、长安大学。作为世界上测绘学科门类最齐全的全国重点大学，武大在测绘工程领域居于全国领先地位，拥有大地测量学与测量工程、摄影测量与遥感两个学科唯一的国家级重点学科点，同时也拥有这两个学科以及地图制图学与地理信息工程博士点。中国矿业大学、中南大学、信息工程大学也有雄厚的实力，三校都有大地测量学与测量工程、摄影测量与遥感、地图制图学与地理信息工程等博士学位授予权。部分二本院校也开设了测绘类专业，如东华理工学院（原华东地质学院）、江西理工大学。

报考须知

测绘科学在本科阶段设置测绘工程专业，一般分为工程测量、大地测量、卫星应用工程、摄影测量与制图等分支方向。学科专业性很强，有主干学科支持，也有相关学科的支持，涉及到空间、电子、信息、激光等科学的研究。主要的专业课程有大地测量学基础、空间测地理论与技术、影像与制图、数字摄影测量学、地理信息系统原理及应用、遥感原理与应用、电子地图原理与应用等。各个方向根据各自的研究领域还有其他的专业课程，比如卫星应用工程方向的专业课程还有无线电通讯与导航、数字图像处理等。

环境与安全类

环境工程是研究环境问题的一门学科，它的任务是通过评价人类生产和社会活动对环境的影响，用具体的工程、规划和管理措施，收集和处理污染物，消除水、气、声和固体废弃物等方面的污染，净化环境，使社会、经济和环境保护协调发展。水治理是环境治理的一个重要领域，常常是环境治理最初着手的领域，所以在很多院校。给水排水工程与环境工程也设在一起。

在高校专业的分类中，跟环境工程分在一起的还有安全工程。安全工程，简而言之，研究的是生产、工程或者说是行业的安全问题。很显然，不同行业需要有各自不同的具体安全措施，所以，安全类专业是依托于各个行业的。

榜单解读

环境类专业尽管属于新兴专业，但发展较快，仅本科院校中就有超过两百所设置，并且有专门的院系。本专业的主要院校有清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、华东理工大学、河海大学、上海大学、南昌大学等。有些学校颇有特色，如南京信息工程大学在大气环境、生态环境及环境污染治理方面有很强的师资力量和研究水平。扬州大学的环境科学与工程学院设有环境科学、环境工程、给水排水工程、建筑环境与设备工程、农业资源与环境五个专业。

安全工程则是让一个充满“责任”的专业，因此你选择了这个专业。等于你选择责任。本专业重点大学有中国科学技术大学、中国矿业大学、中南大学、中国地质大学等，二本可关注中北大学（原华北工学院）、沈阳航空工业学院、哈尔滨理工大学、江苏理工大学、江西理工大学等。

报考须知

考生体检时，结论为色盲、色弱及嗅觉和听觉不合格者不能报考本类专业。

化工与制药类

化学工程是一个历史悠久的专业，其应用广泛，包括化工、能源、材料、药物、食品等许多行业都需要化工人才，可以说化工是21世纪最基础、最具活力、应用最广的学科之一。医药产品是人类战胜疾病，维护身体健康不可或缺的特殊产品，在国民经济中占有重要地位。当今世界，医药产品的研发受到各国政府的普遍重视，医药工业成了名副其实的高技术产业，现代制药业成为与当前国民经济及社会生活领域中最活跃、与人民生活息息相关的热点行业和高新技术产业之一。

榜单解读

天津大学的化工专业是其传统的优势学科之一，其水平居于国内领先地位，清华、华东理工大学、北京化工大学、浙大、南京工业大学等院校也有很强的实力，都有化学工程、工业催化、化学工艺等学科的博士学位授予权，其中，化学工程也是国家级重点学科。中国石油大学、太原理工大学则除了设有化学工程、工业催化、化学工艺等博士点外，还拥有化学工艺的国家级重点学科点。其他如华南理工大学、川大、南京理工大学等院校也各具优势：华南理工大学长于化学工程，川大和南京理工大学则均有化学工程、化学工艺、工业催化博士学位授予权。

制药工程是比较小众的专业，但却是比较热门的专业，近些年发展迅速，开设该专业的高校约有60多所，主要还是综合性及理工类院校。在这些院校中，华东理工大学、天津大学、南京工业大学等院校均具有较强的实力，拥有制药工程与技术博士学位授予权。重庆大学、太原理工大学则具有制药工程硕士学位授予权。其他如浙大、中国药科大学、北京化工大学、东南大学、北京中医药大学、成都中医药大学、西南农大、吉林化工学院等院校也是不错的选择，各校都设有各具特色的制药工程本科专业，成都中医药大学等院校还设有专科专业。

报考须知

在化工和制药两大分类的基础上，化工专业又可以分为许多小的专业和方向，大致有：化学工程、化学工艺、高分子科学与工程、催化科学与工程、应用化学、精细化工、生物工程、过程装备与控制工程等。

相对化工专业有多个方向，制药工程的学科相对单一，该专业的学生要学习化学、化工、药物化学、药厂工艺设计及设备等方面的基础理论及实验技能训练。

交通运输类

交通运输类专业在工学学科中，属规模较大的专业。高校中的交通专业研究方向主要和计算机信息技术和智能技术结合起来，形成许多新的研究方向，出了很多研究成果，比如GPS卫星导航定位实验系统、交通监控系统、智能车辆与智能化诊断系统。

交通类专业涵盖甚广，它主要培养交通领域的高素质复合型人才，能在交通运输、物流工程、汽车运用工程、交通工程等领域从事科学研究、技术开发、生产及经营管理、工艺和设备设计、教学等方面的工作。

榜单解读

交通运输专业要分布在综合性及理工类院校。西南交大在交通运输专业上的实力居于国内领先地位，其道路与铁道工程、载运工具运用工程均为国家级重点学科。长安大学同样拥有道路与铁道工程、载运工具运用工程博士学位授予权，同时这两个学科亦为国家级重点学科。中南大学、同济大学也具有雄厚的实力。其他如哈尔滨工业大学、中南大学、北京交大、东南大学、吉大、武汉理工大学等院校也具有较强的实力。

报考须知

从分类上来说，交通类专业主要分为交通运输和交通工程两大类。交通运输专业侧重运输系统规划及管理能力的研究，而交通工程则侧重交通工程方面的规划与设计。从具体的专业划分上看，主要分为交通运输规划与管理、交通信息工程与控制、载运工具运用工程、道路与铁道工程、物流工程等专业。当然另外还有一些方向，由各所大学根据自己的特色开设决定。

海洋工程类

海洋工程属于工学学科。可以这么理解海洋工程，土木工程是在陆地上造房子、规划设计，而海洋工程就是在海洋中从事这些活动。海洋工程方向主要就是培养从事现代海洋工程研究、规划、设计、制造、管理以及教育的高级技术人才。既然陆地上造的是房子，那么海洋中造的自然是船舶了。同时，船舶的运输也需要管理和研究。作为一级学科，海洋工程专业下面又分了许多不同的研究方向。一般包括有运土交通运输上等方向。各个方向又可细分，比如船舶工程又可以包含轮机工程、水声工程、船舶与海洋结构物设计制造等方向。

榜单解读

一般来说，靠近江河海域有着水域优势的大学才能够有能力并且有针对性地开设海洋工程专业，其中，又以工程技术实力较强的大学在该学科上有较强实力。本专业的主要招生院校有上海交大，华中科技大学、天津大学、武汉理工大学、哈尔滨工程大学，除了上交该专业分数较高外，其他几所院校的录取平均分略高于重点线30～50分。二本院校招生院校主要有集美大学、江苏科技大学（原华东船舶工业学院）。

报考须知

作为一级学科，海洋工程专业下面又分了许多不同的研究方向。一般包括有运土交通运输上等方向。各个方向又可细分，比如船舶工程又可以包含轮机工程、水声工程、船舶与海洋结构物设计制造等方向。本专业对身高、视力等身体条件要求比较高，对船舶制造、远洋驾驶感兴趣的考生。可考虑报考船舶与海洋工程专业。

生物工程类

市场急需掌握生命科学和工程科学的高技术的人才，生命科学的发展以及它和工程科学的结合带来了生物工程产业的蓬勃发展，生命科学和工程科学的渗透为生物工程人才提供了广阔的发展前景。

生物工程专业的应用十分广泛，如研究改变遗传基因，培育出抗病能力极强的小麦；利用微生物的作用发酵香蕉，酿造甜酒；利用转基因植物生产各类蛋白类药物，吃了含有这种含药物基因的食品，就可以起到防病、治病的作用；还有克隆羊、克隆猪、克隆牛等等，利用的都是生物工程技术。

榜单解读

生物工程专业由于具有较多的分支学科，各个高校的侧重点和优势也不一样，考生宜根据自己的爱好和特长进行选择报考。江南大学长于发酵工程，该学科在国内处于领先地位。华东理工大学也具有雄厚的实力，除了设有发酵工程、生物化工博士点外，其生物化工同样是国家级重点学科。天津大学、北京化工大学、浙大、清华、南京工业大学、太原理工大学拥有生物化工的博士点，等院校也具有较强的实力，各校都有生物化工博士学位授予权。而昆明理工大学、南京林业大学则设有生物化工硕士点。东北农大的发酵工程学科也颇具实力，拥有该学科的博士学位授予权。西北农林科技大学、四川理工学院等院校则设有发酵工程硕士点。

报考须知

放眼当前社会，生物工程专业的就业状况并不太好，其中只有与医药相关的专业方向情况较好。追究这种状况的根源，这与我国整个生物工程行业的现状是分不开的。目前，我国生物产业的整个发展方向侧重于实验室成果，而不注重在试验转化中投入，因而建设期长失败率高，因此，社会难以大幅度增加对毕业生的需求量，也难以为他们提供广阔的自我发展空间。

航空航天类

在宇宙这样特殊的环境下，机械、火箭燃料会受到什么影响？行星勘探用机器人如何应用？航天航空类专业主要关注这些话题，它主要研究飞行器（飞机、宇宙飞船、卫星、火箭等）的运动规律及其结构与性能。航天航空技术的发展与军事应用密切相关，并且我国正在开拓许多新的技术领域和研究课题，如卫星通信正在成为现代传递信息的重要手段，卫星导航实现了全球、全天候、高精度的导航定位，宇宙空间站的开发，可容五六百人乘坐的大型客机的开发等。学习该专业具备良好的物理和数学基础十分重要。未来我国航天、航空事业的迅速发展，展示了本专业良好的发展前景。

榜单解读

目前，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、清华大学等21所普通高校开办了航空航天专业，其中隶属于工业和信息化部的高校有北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等6所，教育部所属高校有清华大学、厦门大学、湖南大学等7所，交通运输部所属高校有中国民航大学，地方所属高校有长春大学、上海工程技术大学、南昌航空大学等7所。在这些高校中，部分高校招收国防生，报考国防生的考生录取与军队院校同属提前批次录取。

报考须知

航天航空类中设有四个专业：飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程、飞行器环境与生命保障工程。

兵器类

兵器类学科是一门研究用武器保卫国家安全和摧毁敌方的学问。兵器类主要分为七大研究方向：武器系统与工程、武器发射工程、探测制导与控制技术、弹药工程与爆炸技术、特种能源工程与技术、装甲车辆工程、信息对抗技术。在这七个方向的学习过程中，除了大量学习基础知识和相关理论之外，还有大量的实践性教学环节，包括到靶场、坦克部队、炮兵部队实习，去兵工厂观摩兵器的生产过程和质量控制技术等。

本专业的特殊性决定了它就业范围相对狭窄。因而报考这一专业的学生最好对这个学科有浓厚的兴趣。如选报弹药工程与爆炸技术的学生最好对原子弹冲击波感兴趣，喜欢收集有关子弹射程、弹药的资料，常收集手榴弹爆炸参数，熟悉各种武器弹药，对爆破技术感兴趣等等。

榜单解读

国内设置武器类专业的高校不多，主要是一些理工大学和工业、科技大学，北京理工大学、南京理工大学、华北工学院、西北工业大学开设的专业较全。其他还有北京航空航天大学、电子科技大学、淮南工业学院、西安电子科技大学、长春光学精密机械学院。有的院校就读时间是5年。

报考须知

开设这个专业的院校很少，实力却不容小觑。基本上都是一批本科里的名牌大学，对考生的数学、物理成绩要求较高。与该专业结合最紧密的还是在军工单位。这些单位一般都远离繁华的都市，像我们从电视上看到的“神舟六号”的发射基地——酒泉卫星发射中心就位于远离甘肃酒泉市的沙漠深处。所以，有志于献身国防军工事业的同学，要做好一定的思想准备。同时，选择本专业不仅要有热情，而且更要具有责任感。

工程力学类

随着工业化发展，力学逐渐应用到很多工程方面，比如大型建筑、桥梁、飞机、火箭等方面。这些工程学科的发展在很大程度上正是依靠现代力学的知识发展起来的，如航空航天工业的发展离开力学就会寸步难行。而许多大学的力学专业，要么直接和航空航天专业挂钩，要么就命名为工程力学专业，由此可见力学和工程技术关系密切之一斑。

榜单解读

许多工科类大学，由于自身工程实力以及发展的需要，它们开设的力学专业往往和工程专业结合得更加紧密，因此更偏重于工程力学类型。比如上海交通大学的工程力学系属于船舶与海洋工程学院，同济大学的力学系则属航空航天与力学学院，北京航空航天大学的力学系属于航空科学与工程学院，前身则为飞行器设计与应用力学系。

报考须知

因为“力”这个东西看不见，摸不着，思考起来十分的抽象，研究它需要应用各种公式，总之，学习工程力学不是一件轻松简单的事，需要做好思想准备。

公安技术类

公安技术类专业共分为两个专业：刑事科学技术和消防工程。顾名思义，这两个专业目前的应用主要是在公安、司法部门，当然也包括一部分相关企事业单位。随着现代科技的发展和各种科技手段的应用，刑事科学技术更是得到了突飞猛进的发展和越来越多的应用，这也使得刑事科学技术专业的地位变得日益重要。

消防工程的目的就是为了培养具备消防工程技术和灭火救援等方面的知识和能力，能在公安消防部队和企事业单位从事消防工程技术与管理和灭火救援指挥方面工作的工科学科高级专门人才。近几年，公安院校尤其是部属公安院校的学生几乎不分专业，全部进入公安系统，消防工程专业也不例外。

榜单解读

招收公安技术类专业的高校一般分成两类：专门的公安类院校和政法大学。公安类院校一般直属于公安部，如中国人民公安大学、中国刑事警察学院、江苏警官学院，因此实践机会较多，就业率高。而像西南政法大学这样的高校则在理论研究方面实力较强。

篇7

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093）

摘要：为提升智能科学与技术专业学生的实践能力，文章提出基于Arduino对该专业的实践教学进行设计，重点阐述结合智能专业的特点以及Arduino的实践性，对LED灯、温度传感器和开关基本操控的实验教学设计；同时探讨基于Arduino的智能车实现的可能性，为Arduino的智能应用设计做铺垫。

关键词 ：Arduino;智能科学与技术；实践；教学设计

基金项目：2014年上海大学生创新创业训练计划项目(SH2014046)。

作者简介：杨振堃，男，本科大三学生，研究方向为智能科学与技术；胡春燕（通讯作者），女，讲师，研究方向为计算机应用及智能应用，hhuchy@163．com。

0 引 言

智能科学与技术是面向前沿高新技术的基础性本科专业，其覆盖面广泛，专业涉及：机器人技术，以新一代网络计算为基础的智能系统，微机电系统( MEMS)，与国民经济、工业生产及日常生活密切相关的各类智能技术与系统，新一代的人一机系统技术等。经过近几十年的发展，智能技术及其应用已经成为IT行业创新的重要生长点，例如智能机器人、智能化机器、智能化电器、智能化楼宇、智能化社区、智能化物流等，对人类生活产生了重要影响。而自动化工程、机电工程、计算机工程等工程学科的核心内容就是智能科学与技术，它的工程性和实践性非常强，所培养的学生正是目前高新技术研究及产业发展急需的人才，同时此类人才也会对传统产业的提升和改造起到积极作用。该专业融合机械、电子、传感器、计算机软硬件、人工智能、智能系统集成等众多先进技术，是现代检测技术、电子技术、计算机技术、自动化技术、光学工程和机械工程等学科相互交叉和融合的综合学科。它涉及到的技术有检测技术、控制技术、计算机技术、网络技术及有关工艺技术，正影响着国民经济的很多领域，已成为一个国家科技发展水平和国民经济现代化、信息化的重要标志。智能科学与技术专业以光、机、电系统的单元设计和总体集成及工程实现的理论、技术与方法为主要内容，面向前沿高新技术，培养具备基于计算机技术、自动控制技术、智能系统方法、传感信息处理等科学与技术，进行信息获取、传输、处理、优化、控制、组织等并完成系统集成，具有相应工程实施能力，具备在相应领域从事智能技术与工程的科研、开发、管理工作的宽口径知识和较强适应能力及现代科学创新意识的高级技术人才。

Arduino是开源电子原型平台，特点是便捷灵活、方便上手，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。Arduino构建于开放原始码simple I/O介面版，而且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino不仅能通过各种各样的传感器感知环境，而且还可以通过控制灯光、马达和其他装置来反馈和影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程利用Arduino编程语言（基于Wiring）和Arduino开发环境（基于Processing）来实现。基于Arduino的项目，既可以只包含Arduino，也可以同时包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，它们之间通过通信(比如flash，Processing，MaxMSP)来实现。

1 平台软件介绍

Arduino是一个开放源代码的单芯片微电脑，它使用Atmel AVR单片机，采用基于开放源代码的软硬件平台。

Atmel AVR系列是一种基于改进的哈佛结构、精简指令集( Reduced Instruction Set Computing，RISC)的微控制器，由Atmel公司于1996年研发。AVR系列是首次采用闪存(Flash Memory)作为数据存储介质的单芯片微控制器之一。目前为止，AVR处理器发展了6个系列，分别是：tinyAVR，ATtiny系列；megaAVR，ATmega系列；XMEGA，ATxmega系列；Application-specific AVR，面向特殊应用的AVR系列，增加LCD控制器、USB控制器、PWM等特性；FPSLIC，FPGA上的AVR核；AVR32，32位AVR系列，包含SIMD和DSP以及音视频处理特性，与ARM形成竞争。

Arduino IDE和各种组件如图1和图2所示，组件包括Arduino Uno R3开发板、ArduinoXbee V5.0传感器扩展板、Bluebee蓝牙模块、LCD1602 12C液晶模块、继电器模块、蜂鸣模块、光敏电阻模块、可调电位器、舵机等。

2 实践操作

2.1 Arduino基础实验设计与实现

2.1.1 基于Arduino对LED灯的控制

LED( Light Emitting Diode)中文称作发光二极管，是一种固态的半导体器件，它能够直接把电转化为可见光。智能应用中有很多场合会涉及对LED灯的控制。在基础实验的实践中，首先测试LED小灯的控制，利用其I/O口和外接直插LED灯来完成实验，使用到的实验器材有Arduino控制器、USB下载线、红色M5、直插式LED、220Ω直插电阻、面包板和面包板跳线。连接后的实物如图3所示。

Arduino的语法结构中有两个必不可少的函数，分别是void setup0和void loop0，它们是setup0函数中初始化动作的区块，所有串行端口、脚位输出入都在这里进行初始化，loop0函数是板子重复执行动作的区块。arduino上传程序后，首先从setup0函数开始运行，setup0函数运行一次后便进入loop0函数中不停循环运行，实现的核心部分是设置引脚pinMode和写人数字脚digitalWrite两个函数。

在此基础上可以对LED灯的变化加入更多方式，例如流水灯的变换，实验原理与上述LED灯控制变化没有太大区别，但是需要在LED灯和导线数量上有所增加。LED灯的摆放形式可以进行各种变换，图3展示的只是一种最简单的形式，还可增加LED灯数量，根据个人创新设计摆出更多漂亮图案。

2.1.2 基于Arduino对温度传感器的控制

智能应用中根据温度进行操作的例子很多，如空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。为了解温度信息的采集过程，在实践中使用DS18820型号的温度传感器，并用Arduino控制传感器进行实时温度检测。本次实验用到的器材有：Arduino Uno板、温度传感器DS18820、数据下载线和面包线。电源线、地线分别连到Arduino实验板的+5V、GND端口，数据总线连至数字端口12，实物连接如图4所示。在实验中，Arduino板子和软件实现温度传感器与电脑的连接，并能实时显示温度。由于温度显示反应较慢，测得温度数值较相近，但仍能看出温度变化。

2.1.3基于Arduino对开关的控制

开关可以分为按键开关和轻触开关，在电子设备领域有着广泛应用，例如数码产品、遥控器、通讯产品等。

本实践使用按钮控制LED灯，按钮按下时灯亮，放开时灯灭，实践元件有按键开关、红色直插LED、220Ω电阻、10KΩ电阻、面包板及面包板跳线。

编程读取模拟0口电压值，当电压值大于1000时，设置第7引脚为高电平，此时LED灯点亮；当电压值小于1 000时，则设置第7引脚为低电平，LED灯熄灭。

2.2 Arduino拓展实验设计与实现

以循迹智能车为例，循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，于是可以根据接收到的反射光强弱来判断小车的“轨道”。而红外探测法就是最常采用的方法。

红外探测法利用的是红外线在不同颜色的物体表面具有不同反射性质的特点：在小车行驶过程中不断向地面发射红外光，红外光在白色纸质地板上发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。Arduino单片机就以是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的轨迹和小车的行走路线。但需要注意的是红外探测器探测距离是有限的。

基于Arduino控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。以Arduino Uno为控制核心，利用红外光电传感器对白色路面中的黑色轨迹进行探测，并将路面检测信号反馈给Arduino单片机。程序烧进板子后，Arduino单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制驱动电机来调整小车方向，使小车沿着黑色轨迹自动行驶，实现小车自动寻迹。

TCRT5000红外对管在机器人设计和工业制造中应用非常普遍，可利用TCRT5000制作黑白寻迹机器人。由于红外线对颜色的反射率不同，所以将反射信号的强弱转化成电流信号是TCRT5000红外对管的工作原理，检测到黑色时高电平有效，检测到白色时低电平有效。

该控制系统的组成部分有主控制电路模块、电源、红外检测模块、电机及驱动模块等。当小车进入循迹模式后，便开始不停扫描检测与探测器连接的单片机I/O口，当检测到其中某个I/O口有信号以后，进入程序进行判断处理，这其中最重要的是要先确定3个探测器中哪一个探测到了黑线。其循迹流程图如图5所示。

3 结语

智能科学与技术作为一门全新的专业，自面世以来就一直受到社会各界的广泛关注，其代表了科技的大趋势，成熟的智能科学与技术必将会成为人类未来生活不可或缺的一部分。目前智能科学与技术尚在起步阶段，在某些领域只存在于理论，想得到具体实践还需要一定过程；高昂的价格也是阻碍其广泛发展的原因之一。

对LED灯、温度传感器和开关的基本操控实践，使该专业学生对智能应用设计有了初步认识。学生通过Arduino模拟环境感受智能控制，体会智能专业在生活中的应用，避免局限于枯燥、抽象的理论学习。同时，该实验实践加深了智能专业学生对C语言编程的认知，通过实际操作，多编程多调试，将理论联系到实践，再由实践回到理论，实践与理论知识完美融合，达到知识灵活运用的目的。智能专业的学生要善于创新、开阔视野、深入思考，走在智能应用的最前沿，了解有关智能应用的最新成果，提高专业敏感度，善于学习，借鉴有用的成果，将其运用到专业的理论学习和实践操作当中。

参考文献：

[1]张昊，李擎．谈智能科学与技术专业及相关学科的发展[J]北京：北京信息科技大学，2013.

[2]段尧清．城市信息化水平测评的理论与方法研究[D]．武汉：华中师范大学，2001.

[3]辛光红，基于Android系统的Arduino智能车设计[D]．三亚：三亚学院理工学院，2014.

[4]孙红，蒋念平，陈玮，等．智能科学与技术专业理论教学与工程实践的融合[D]．上海：上海理工大学，2012．

[5]李响．基于Arduino的植物叶片叶绿素含量光学检测仪器的研制[D]．北京：北京信息科技大学，2013．

[6]孟魁，基于Arduino的物流实验体系建设[D]．荆州：长江大学管理学院，2013.

[7]宁慧慧，余红英，基于单片机控制的简易自动寻迹小车设计[D]．太原：中北大学信息与通信工程学院，2009．

篇8

关键词： 投影显示；LED；DLP；TIR棱镜；Tracepro

中图分类号：TN141.8 文献标识码：B

Study on Optical Engine System for DLP of Projection Display Based on LED

LIN Peng1, YU Jian-hua2, CHEN Ri-guang2, LIU Wei-jie1, KONG Ru-bin2, ZHANG Qi2, GONG Xiang-dong2, WU Guo-cheng2, LUO Liang-yu1

(1. Lasereffects Co., Ltd., Dongguan Guangdong 523000, China; 2. College of Electronic Science & Technology, Shenzhen Guangdong 518060, China)

Abstract: We study optical engine system for DLP projection display based on LED. By Using non-imaging optical theory, the size of LED chip and light pipe were calculated, which match the DMD chip. We have determined the parameters of TIR prism (an important optical element of the optical engine system), based on light refraction law and triangle rule. The simulation and design of the optical engine system were achieved by optical software Tracepro. The illuminance map, optical efficiency and uniformity of the system have been obtained. A good foundation for further experimental study on LED projector was built.

Keywords: projection display; LED; DLP; TIR prisma; Tracepro

引 言

投影显示是一种对环境要求较低的投影显示技术，适合于家庭、会议与控制指挥系统的大屏幕显示。与平板显示相比较，投影可以实现超大屏幕显示[1]，是一种最经济的、性价比最高的显示技术。传统的投影显示采用弧光灯光源，体积大、功耗大、寿命短、发热量高。近年来出现的大功率LED则具有体积小、功耗低、寿命长、无红外辐射、符合环保要求等优点，且采用三色LED作为光源的投影显示系统可得到鲜艳的投影画面和具有更大的色域。本文研究以大功率LED为光源的DLP投影显示光学引擎技术。

1 光学引擎的设计

光学引擎采用了单片0.7英寸的DMD芯片，系统由三色LED光源、方棒照明系统、DMD芯片及投影物镜组成，其组成结构如图1所示。

三色大功率LED发出的光由TIR透镜收集并准直后进入合色棱镜合色，再由会聚透镜将光会聚到积分方棒中，从而对光束进行整形，得到均匀的照明光线。从方棒中出来的光是发散的，所以用准直透镜组来压缩光束的角度。光线进入TIR棱镜后，被反射进入DMD芯片中，受到DMD芯片的调制后，符合条件的光经TIR棱镜投射进入投影物镜中，最后被投射到屏幕上。

DMD芯片的光学扩展量是一定的，其光学扩展量的计算如下式[2]：

EDMD=π*ADMD*sin2θDMD （1）

其中，ADMD为DMD芯片的面积，θDMD为DMD芯片的最大接受角度。

在理想的情况下，LED的光学扩展量应与DMD芯片的光学扩展量相等[3]，即在光传输效率最大情况下，LED在该光学扩展量内的光能量能够全部照射到DMD上。当然，由于像差等因素的影响，实际的能量利用率会有所降低。由光学扩展量的守恒关系可得：

ELED=n2*π*ALED*sin2θLED=EDMD（2）

其中，n为LED封装材料的折射率；ALED为LED的发光面积；θLED为LED封装介质中光的最大发射半角。

由式（1）和（2）可推出：

ALED=ADMD*sin2θDMD/n2* sin2θLED （3）

又由于DMD的长宽比为4:3，所以LED的发光面的长宽比也为4:3。将此条件与式（3）联合起来可得出与DMD匹配的LED的发光面的长和宽。经计算，红光的发光面为3.263059mm×2.447294mm，绿光和蓝光的发光面为4.6007980mm×3.454599mm。根据这些参数综合考虑LED的选型，最后选用美国Luminus-Phlatlight系列的PT121型号的三基色大功率LED，此款LED非常适用于0.7英寸的DMD芯片。

方棒照明系统主要的作用是将光源输出的圆形光斑转化成所需要的矩形照明光斑，同时也满足系统光能利用率及照明均匀性要求的光学系统[4]。光线进入光棒后，经过多次反射后从另一端面出射，在出射面上形成照明均匀的矩形光斑。

在投影显示系统中，为了提高能量的利用率，方棒端面的大小需与DMD芯片的大小匹配。由于DMD芯片的长宽比为4:3，所以方棒的长宽比也为4:3。设方棒的端面的长为C，宽为K，则C=4*K/3。由二维的光学扩展量即拉赫不变量可知[3]：

K*sinθ=KDMD*sinθDMD （4）

其中，KDMD是DMD芯片的宽度，它的值是确定的，θ是从方棒出射的光的角度，是由光源决定的参数。在Tracepro软件中可测得θ约等于20°。θDMD是入射到DMD芯片上的光线的角度，而DMD芯片可利用光线角度为12°，所以可令θDMD=12°估算方棒的宽度。经计算可得方棒的端面的大小为6.4850mm×8.6467mm。

光线进入方棒后，在薄膜和空气的界面发生全反射，所以方棒的长度可由光线在方棒内的反射次数确定。设方棒的长度为Z，进入方棒的光线的角度为i，方棒的宽度的一半为k，则由折射定律可得：

方棒的长度不宜过长，太长会使得能量因全反射次数过多而衰减。而过短则会使得光棒出射的光束均匀度不够。所以，一般来说光线在光棒中全反射3次后，均匀度就基本达到要求。在Tracepro软件中可测得入射角i约等于20°，并将各项数据代入可得长度Z约为115.8mm。

一般的TIR棱镜由两个棱镜胶合而成[5]，两块棱镜胶合相邻面之间保留有厚度几微米左右的空隙。当光线入射到棱镜和空气界面时，由于入射光线满足全反射的条件，光线发生全反射，进入DMD芯片中。光线经DMD芯片调制后，亮态下的光束直接透射至投影物镜，而暗态下的出射光束则由于角度偏离而无法进入投影物镜。所以，TIR棱镜一方面用于分离入射照明光和出射光，另一方面保证暗态光束偏离投影物镜和亮态光束进入投影物镜。同时，为了提高能量利用率，会在两块棱镜的胶合面上镀增透膜，以提高亮态光束的透过率。使用TIR棱镜使得系统的光路更加简单及紧凑和提高了系统的对比度。TIR的工作原理如图2（a）所示。

图2（a）中接收入射光线的棱镜的各个角度可由折射定律和三角法则计算[6]。经过计算可取，α=49.296°，β=98.024°，γ=32.5°。两个棱镜的平面平行，所以γ2=γ=32.5°。而α2和β2的值则由光线模拟的具体情况而定。由上述算出的结果在Tracepro软件中建立经典的TIR棱镜的模型，如图2（b）所示。

TIR棱镜也可以由三块棱镜粘合而成[7]，三块棱镜之间留有几微米的空气间隙，它是在经典TIR棱镜的理论基础上建立起来的。它在Tracepro软件中建立的模型如图2（c）所示。

为了验证TIR棱镜的设计效果，建立一个光源，让其发出平行光，入射到TIR棱镜，经DMD芯片调制后再由TIR棱镜透射或反射出去。所以，要对DMD芯片进行建模。DMD芯片中有成千上万个像素点，在Tracepro全部列出是比较繁琐的，所以将其简化，像素设为：4×3。将DMD芯片模型中的像素点部分设为暗状态即旋转到-12°，部分设为暗状态即旋转到+12°，仿真结果如图3所示。

与典型的TIR棱镜相比，三片式的TIR棱镜的体积较大，且加工较复杂，但亮光束和暗光束的分离效果好，有利于提高系统的对比度。所以，系统的中TIR棱镜采用三片式的TIR棱镜。

2 DLP光学引擎系统的建模及仿真

经过前面的计算分析，系统主要元器件的参数综合如表1所示。

根据表1提供的参数，整个光学引擎系统的在Tracepro软件中的建模图如图4所示。

根据表1设置光源的各项参数，并将DMD的像素点全部设为亮状态，光学引擎系统的仿真图如图5所示。

测得屏幕上的入射光通量图如图6所示。

由图6可知，总的输出光通量为356.58 lm，所以系统的光能量利用率为：

3 结 论

本文研究基于LED光源的DLP投影显示光学引擎，利用非成像光学理论计算了与所选用的DMD芯片相匹配的LED光源的发光面的尺寸及方棒的尺寸，并在此基础上利用Tracepro软件对光学引擎系统进行设计、建模、模拟。测得屏幕上的光能输出为356.58 lm，光能利用率为10.52%，照度均匀性为68.7%。本设计采用单片式DLP投影显示系统，系统结构简单，为进一步实验研究奠定了良好的基础。

参考文献

[1] 韩景福. LCOS显示技术与LCOS背投[J]. 现代显示，总第88期（2008）.

[2] 徐 佳. 基于LED的DLP投影显示光学引擎研究[D]. 华东师范大学硕士学位论文，2008.

[3] 刘 旭，李海峰. 现影显示技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2009.

[4] 王蔚生，窦晓鸣，黄维实. 液晶投影机光棒照明系统的分析与设计[J]. 上海交通大学光学工程研究所，光学仪器，2004，第26卷，第4期.

[5] 邱 崧. 基于LED光源的DLP投影系统的研究[D]. 华东师范大学博士论文，2007.

[6] John W. Bowron, Reginald P. Jonas. Off-axis illumination design for DMD systems[J]. SPIE, 5186: 75-77, 2003.

篇9

关键词 OCR技术；文字识别；嵌入式技术；云端；智能投影

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0023-01

在信息交互日益重要的人类社会中，阅读纸质报刊，杂志在很长时间里成为人们了解世界，与世界联结的主要途径。但随着科技的迅猛发展，特别是自媒体的涌现，对传统报刊、杂志的发展造成了极大的冲击。人们可以通过互联网迅速了解当下的新闻，获悉自己想要的知识，而传统报刊，杂志业日益衰退。但由于人们长久以来对纸质文化的依赖而形成的习惯，使得传统媒体业依然有生存下去的可能，而这就需要其充分提高创新性，与现代科技进行融合，创造“高科技”纸质文化。

通过人们阅读报纸，杂志时，加入相关新闻的动态视频无疑是一大创新点。而通过现有的OCR核心技术，实现报刊关键字识别与搜索，可实现对相关视频在报刊上进行智能投影。

1 OCR技术简介

OCR（Optical Character Recognition）光学字符识别技术，是自动识别技术领域一个重要的方面。该技术利用扫描仪、摄像机等任何摄影器材检测纸质文件上的字符，通过检测亮、暗的模式确定其形状，然后利用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。具体工作过程为，汉子文稿的光信号通过电荷耦合器件CCD转换为电信号，再经过模数转换器转换为数字信号传输给计算机。衡量OCR系统性能好坏的主要指标有：误识率、拒识率、识别速度、产品稳定性，用户界面友好性，易用性和可行性等。

软件结构包括图像输入和预处理。

1.1 图像的输入

对于不同图像格式，图像的存储格式，压缩方式不同。在图像摄入时选择适宜的分辨率，调整好对比对和亮度值对于提高图像的摄入质量很重要。

1.2 图像的预处理

1.2.1 二值化

当用摄像头拍摄的图片为彩色图像时，由于彩色图像包含信息量巨大，为了让计算机更快，更好识别文字，我们要先对彩色图进行处理，使图片只分为前景信息和背景信息，所以可以简单地定义前景信息为黑色，背景信息为白色，即二值化图。

1.2.2 噪声去除

图片受到干扰会含有噪声，噪声的存在会使图像模糊，降低图像的质量，我们可以根据噪声特征不同选取相关的图像平滑处理，即噪声去除。

1.2.3 倾斜校正

在拍照文档时由于拍摄角度的随意使拍摄出的图片不可避免地产生倾斜，这就需要文字识别软件进行校正。

除此之外图像预处理还包括版面分析、字符切割、字符识别等过程。

2 嵌入式系统的应用

嵌入式系统指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统中，即将系统的应用软件和硬件一体化。其具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点，特别适合要求实时和多任务的体系。采用特殊的算法如基于统计原理的算法，可实现OCR技术在嵌入式系统上的实现。在该智能投影系统中，通过OCR技术识别处理后的关键字返回给嵌入式芯片，嵌入式芯片通过web搜索技术，通过接受到的关键字访问“云端”在线视频，然后将搜索到的相关视频返回给嵌入式芯片，由芯片处理后输出给投影仪投影在报纸或杂志纸面上。在此，可提出构想，主流报刊、杂志可以与云计算公司或视频网站合作建立专门用于该报刊、杂志所刊载内容相关视频的视频数据库，以便于更快搜索、投影。

3 系统主要组成及工作

本智能投影系统由微型摄像头，OCR文字识别处理软件，小型投影仪及相关嵌入式芯片组成可携带移动设备。可将本系统组成的携带式移动设备挂在胸前或制作成帽子等装备，以使摄像头及投影仪可方便拍摄报刊上的标题以及将相关视频投影其上。工作过程为，摄像头拍摄报刊文字标题，将数据传输给OCR文字处理软件，处理后的文字信息输入至嵌入式芯片，芯片利用关键字搜搜技术搜索“云端”在线视频，并将搜索到的相关视频传输给投影仪，投影仪投影在报纸或杂志版面上，读者便可实现“动态”观看报刊杂志了。本系统的主要工作流程图如图1。

4 结束语

本系统充分利用了现有前端技术，OCR技术以及嵌入式系统的方便灵活，构建了“动态”观看报刊杂志的实现方式，使传统媒体业与现代科技结合，更好地随时展。

参考文献

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篇10

（邯郸派瑞节能控制技术有限公司 河北 邯郸 056000）

【摘 要】本文详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术，并对微装配的发展进行了展望。

关键词 微机电系统；微装配；微夹持器；显微视觉

1. 引言?

（1）自从20世纪80年代以来，微机电系统(MEMS)以飞快的速度发展成为一个集微型机械、微传感器、微能源、微致动器、微控制器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的新兴研究领域，如微型药泵、微传感器、微驱动器、微加速度计以及其他光电子医学器件等。微机电系统(MEMS)如果按照外形尺寸大小可分为：1～10 mm的微小机械，1μm～1 mm的微机械以及1nm～1μm的纳米机械。由于具有在狭小空间内进行作业而有不扰乱工作环境和对象的特点，微机电系统的意义和应用将涉及航空航天、军事、生物医学工程、太空探险、深海探查等诸多领域。如果一旦技术上成熟并形成产业化，必将对国民经济建设、国防建设乃至社会发展产生深远地影响，因此被誉为20世纪十大关键技术之首，21世纪最具代表性的技术。?

（2）微机电系统具有体积小、精度高、质量轻、性能稳定、可靠性高、能耗低、灵敏性和工作效率高、多功能和智能化、适合大批量生产、制造成本低廉等特点。其基本技术主要有微机械系统设计技术、复杂可动结构微细加工(高深宽比多层微结构加工)、微机械材料、微装配和封装、微操作、微测量、微系统的集成与控制、微宏接口等技术。微传感器、微致动器、微控制器，是微系统的基础单元。?

（3）随着微机电系统技术的深入发展，微机械技术的研究已经从基础研究阶段逐步发展到研制开发与实用阶段，许多微传感器、微执行器和微光学部件已经在许多行业获得应用。国外也正在从微型机械电子系统向微型光机电系统方向发展和扩展，在尺寸上会向更微型化电子机械系统逼近。而且，这些微机电系统日趋复杂，其中许多包含了不同的材料或者需要经过多种工序来实现。因此，针对微机电系统的微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的高度重视。

2. 微装配的国内外发展概况?

（1）微装配主要指对亚毫米尺寸(通常在几μm～几百μm之间)的零部件进行的装配作业。目前针对微米级的操作和装配问题，主要有2种解决方法：一是用带有超精密控制系统的一般操作手和系统，另一是将操作手微型化。利用集成电路工艺制造微装配系统是未来发展的方向，但目前还有许多问题要解决。在传统的宏观技术上实现微装配是目前许多学者研究的内容，其系统类型大致分为远端操作方式和自动操作方式。近年来，越来越多的微装配领域的学者把注意力放在了自动微装配系统的研究上。?

（2）鉴于微装配系统技术的优势和广阔的发展前景，各先进的工业化国家为了维持自身的竞争优势都对微机电系统技术表现出了足够的重视，纷纷投入巨资开展研究。日本、德国和美国在微装配系统的研究方面比较突出，已具有一定的成果。它们研制成功的微装配系统大致可分为2类：一种是基于SEM的装配系统，另一种是基于传统光学显微镜的装配系统。前者具有放大倍数高、焦深大、分辨率高等特点，相比之下是一种理想的装配方法，但其不足之处是操作复杂且设备昂贵。而后者则有操作简单，成本低廉等优点。美国在微装配系统的开发研究方面取得了显著的进展，他们利用AFM(原子力显微镜)和高精度反馈技术，成功地感知了超光滑表面原子级尺寸的凹凸不平，同时还实现了原子迁移，展示了惊人的成就。?

（3）日本东京大学研制的纳米机器人是由右腕、左腕和基座三部分组成，是在电子显微镜下工作的系统。右腕由压电元件驱动3轴，左腕由粗动和压电元件驱动3轴，基座有2轴机构。其使用金刚石刀或用电解的钨针作为工具，该纳米机器人已做过LSI表面的铝配线切断实验。?

（4）日本岛津制作所研制的生物细胞微操作器，具有2套三轴粗动、微动的作业腕。粗动作业腕由步进电机驱动，微动作业腕由音圈电机驱动。?

（5）名古屋大学研制在血管中操作的有源导管，利用3个SMA(形状记忆合金)细丝来控制前端的导向。瑞典Uppsala大学研制的微机器人也是在电子显微镜下工作的，该机器人有两个作业腕，分别有4个和3个自由度。其工具为针状的镊子．利用该机器人已进行了切割200μm硅片、硅片熔接、制作硅单晶微型针等工作。?

（6）我国的微装配系统的研究工作起步于九十年代初，10多年来，国家自然科学基金委员会、国家科技部、中国科学院、国家教育部、总装备部和地方立了10余项与MEMs相关的重点和重大课题以及若干面上课题，总投资约1亿元人民币，其中也包括微装配系统的研究。目前，清华大学、大连理工大学和中国科学院长春光学精密机械研究所、北京大学、上海交通大学、重庆大学、中国科技大学、中国科学院电子所、中国科学院半导体所、南开大学、东南大学、复旦大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、北京航空航天大学、浙江大学、华中理工大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学院力学所、中国科学院物理所、华东师范大学等，在微系统方面开展了微装配装置、生物细胞转基因微操作系统、微型光谱仪、微电泳芯片及细小管道微机器人等研究工作。其中，上海交通大学在成功研制2 mm微动电机的基础上，自建了一套微型装配实验系统，主要是用来提供精密定位装置的操作平台；北京航空航天大学机器人研究所利用微机器人对微观领域的操作技术开展了实验研究；清华大学精密仪器与机械学系仪器科学与技术研究所自1996年以来从事微装配技术与系统方面的实验研究，并取得了一定的成果。这些工作都为真正的微装配系统的构建奠定了基础。

3. 微装配系统的关键技术?

随着微加工技术、显微技术和集成电路技术的发展，微装配的概念发生了根本性的变化、产品的范围和应用领域被拓宽，出现了许多新的技术。因此，微装配技术的发展是与微机电系统(MEMS)、纳米技术等相关技术密切相关。?

3.1 微装配技术的发展阶段。?

3.1.1 手工装配。

经过特殊培训的操作技术人员可以手工装配一些精密的光学和电磁器件。一些小型光纤、用于小型SCM的Electron Columns也在Illinois大学的微工艺应用实验室手工装配实现。但随着零件的更加微形化，公差变得越来越小，手工装配将受到很大局限。?

3.1.2 自动化的装配。

为了减小操作者的劳动强度，降低微系统的制造成本，自动化的装配是一个合适的选择。例如：使用一个视觉和力混合的机械手在操作杆控制下实现多自由度运动，进行装配工作。使用自动化装配不仅使得装配效率提高，而且可以进行批量装配，降低装配成本。微器件就是因为它体积小成本低才有广阔的发展前途，因此自动化装配应该是微装配的发展目标。?

3.1.3 微机械手的装配。

机械手因具有柔性好、操作灵活、能适应各种作业的特点，被广泛应用于现代工业中。微装配要求较高的定位精度，就必须使得微机械手有高的制造精度，零件的公差必须被限制在纳米范围内。目前，使用微机械手以及微机器人进行微装配是研究的主要方向。?

3.2 微装配中的视觉技术。?

（1）微装配的部件尺寸大多在几μm～几百μm之间，对于装配精度的要求就需要提高，通常为亚微米级。由于这个精度要求已经超出了一般工业应用的开环精密装配系统的标定精度，那么在微装配中使用精确的闭环定位系统是必要的。因此，对于微装配系统，视觉系统作为其柔性反馈系统，所具备的功能应该能够满足装配的要求。?

（2）目前显微视觉研究主要集中在大学和科研单位。美国加利福尼亚大学研制了使用AFM的显微视觉系统进行微装配中高精度定位研究；美国麻省理工大学利用光聚焦显微镜、机器视觉技术和图象处理开发了可靠和廉价的MEMS测试系统；德国斯图加特大学，利用SLM双目立体成像的特点研究了SLM条纹投影系统；韩国科技学院研发出三目立体视觉的微机器人，主要应用于微夹持、微装配和微操作等领域。在国内，南京航空航天大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学机器人研究所和清华大学都开展了与显微视觉相关的研究。?

（3）通过目前国内外的研究情况来看，显微视觉的研究方向主要集中在视觉信息获取和视觉引导、位置和运动的自动控制以及力的传感和控制。前者是微操作系统的基础，因此是目前研究的热点。其研究重点是基于平面显微图象的视觉引导和基于立体显微图象的视觉引导。?

3.3 微夹持器。?

（1）微装配过程中微夹持器的合理设计和制造是一个关键环节。由于微夹持器不仅需要满足微操作条件下复杂的力不确定性，而且必须具有一定的自由度以满足各种不同操作。在微夹持器设计上，灵活抓取目标必需的运动学要求、稳定和安全抓取的力要求、传感和驱动方式以及可控性等特点是必须考虑的。?

（2）微夹持器是一种典型的微执行机构，它在微机械零件加工、微机械装配和生物工程等方面部有较好的应用前景，近来发展十分迅速。目前，按驱动力类型不同，见表1，已经研制出静电力驱动、电磁力驱动、功能材料驱动的种类众多的微小尺度操作和微小尺寸的夹钳，其中一些已研究成功，体现出现时和潜在的应用价值。?

（3）微夹持器的制作技术主要有：一是基于传统工艺技术，如：Shimada等人采用了一种应用传统工艺制成的单自由度微夹持器；另一是LIGA(Lithographic Galvan forming Ab-formung)技术，如Carrozza等制作了一种以镍为基，表面覆盖金的微夹持器厚度只有200μm。该工艺首先使用同步加速器产生的软X射线，通过掩摸照射在光敏聚合物上留下部件的立体模型，再提高电场将金属迁移形成金属结构。在此基础上又出现了不需要昂贵的同步辐射X光源的准LIGA技术，并且与集成电路工艺有更好的兼容性。?

3.4 微驱动技术。

驱动技术也是微操作和微装配领域的关键技术之一。它不仅要求有非常好的响应特性，而且还有工作空间和部件尺寸的限制。国内外研究人员把许多基础效应和新型材料应用到微驱动和精确定位上，做了大量的工作。如压电材料、静电材料、电磁材料以及形状记忆材料等。目前应用的最广泛的还是压电效应技术，如Carrozza等的微夹持器由压电材料驱动。

4. 微装配技术发展展望?

4.1 微装配技术的研究从90年代初始到现在，已有10余年的时间，并且在这10年里取得了长足的进步，但随着微细加工技术等半导体集成电路工艺的发展，微装配和微操作技术中一些不足之处也将日益显示。主要在微装配系统中各个关键技术的研究还不够，如视觉反馈手段、微夹持手的设计、控制以及驱动方式等方面都还有许多问题没有得到完全解决。微装配技术研究的最终目标是实现微器件的全自动装配操作，但到目前为止，这一目标还仍未能实现，其主要原因有以下三方面：

(1)微器件操作的许多关键技术还未被完全掌握；(2)微观领域中出现的特殊现象及其物理机制仍需不断深入研究探讨，如微机械粘附等；(3)简便、廉价的微器件加工设备没有得到开发，这也是由于微装配技术、策略等多方面因素所致。?

4.2 未来的发展方向应当是融合微电子、材料、机械、计算机等多学科技术来解决微观领域的问题。

参考文献

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