图像信息获取中的光电子技术

于海巍++赵帅

摘 要 随着科学技术的发展，光电子技术被广泛的应用于人类的生活中，实现了对军事、医学、通信及工业建筑等多个领域的涵盖，目前，光电子技术在我国的发展已进入相对成熟的阶段，并有望成为我国的支柱产业之一。本文将着重从图像获取方面对光电子技术进行分析研究，具有一定的参考意义。

【关键词】光电子技术 图像信息获取 光能

光电子技术是一种由光技术与电子技术结合而成的一种复合型多功能技术。此技术涵盖了电子学、光学、物理学、计算机学等在内的多项科学技术，是一项典型的多学科交叉型技术，对理论的研究乃至科学技术的发展都具有十分重要的作用，且与微电机技术相比，光电子技术具有更加明显的使用优势。

1 光电子技术的概述

1.1 内容

此技术的概念十分宽泛，总体来说是涵盖新材料、微加工与微机电、器件与系统集成等一系列互动的，建立在生产、传输、处理与接受基础上的一项多功能技术。该技术主要研究对象是光，途径为能量转化，目的在于将光能转化为信息载体与能量载体。

1.2 光电子学

关于光电子技术的学称为光电子学，指对红外线、可见光、紫外线等光波波段的研究，其教学内容主要涉及信息技术、能源勘探与转化、航空航天、生命科学与环境科学等多个领域。

2 光電子技术的应用现状

2.1 国外应用现状

国外对于光电子技术的运用状况存在明显差异，诸如欧美等发达国家对该技术的投入较大，且使用工艺已逐渐成熟，而还有大部分的国家并不重视该技术的使用，原因在于一些国家可利用其他发达技术取代该技术。美国作为使用光电子技术的佼佼者，特别看重该技术的发展与应用，对此投入的研究与费用也是其他国家无法比拟的；德国作为使用该技术最早的国家，其研究已积累了大量的成果，技术基础十分强大，此外，日本、瑞典等国家都曾对光电子技术展开过深入的研究，并取得了一些经验。

2.2 国内应用现状

我国光电子技术起步较晚，但由于近年来各项技术的发展促使该技术得到了很大的突破，目前以达到了世界先进水平。在电子领域的各个行业，我国都取得了不错的成就，这主要受益于政府的大力支持与资金投入。但从个体上看，各省市间的发展情况仍存在差异，其中发达地区的高等院校众多，可开展的研究项目多，为光电子技术的开发与研究提供了巨大的技术保障。

3 光电子技术在图像信息获取中的应用

3.1 分幅相机

相机的工作原理是通过照相机的镜头组，将被摄像景物的反射光投于焦平面上，并通过对焦调节分辨率，实现反射光的清晰成像，通过控制快门，使焦平面的感光胶片感光，从而产生化学反应，在感光胶片上形成潜影。分幅相机汲取了传统相机工作原理的拍摄技巧，同时融入光电子技术，使其拍摄率达到1071011帧/s，是正常相机的几百万倍，其原理在于对相机的各小部件上进行了加工，例如在不透明的小薄板上设置多个排列整齐的透光孔，并通过CCD进行系统处理，对各透光孔中的像素点在每一时间节点上的分布位置进行记录，并通过各像素点组合而提取出一幅完整画面，由此形成了其高频率的拍摄工艺。

分幅相机将传统的成像二维化与时间一维化进行改善，一定程度上打破了二维成像对人类意识的局限，通过光电子技术形成的对光电在时间维度上的排列，从而获取到在不同时间维度上的一系列时序照片，实现了人类对更高维度的解读。

3.2 时间分辨显微镜

与上述的分幅相机工作原理相似，时间分辨显微镜同样通过对显微镜呈现信息的变化进行记载，并根据时间推算出其态密度函数，从而使设备能够自行推理出该物质的在下一阶段的运行轨迹。但由于显微镜的观察对象是原子、分子一类的微观事物，因此其成像的分辨率单位通常保持在纳米或微米。

目前，已投入使用的常见的时间分辨率显微镜有两种，一种为荧光寿命显微镜，该显微镜主要用于研究生命科学，在时间分辨率上可达到皮秒量级，空间分辨率上可达到亚微米量级；另一种为激光核聚变的软X射线时间分辨显微镜系统，主要用于对核聚变反应堆的粒子动态搜集与测量，该显微镜的时间分辨率可达到5ps，空间分辨力达到了100nm。

3.3 功能成像技术

此技术可分为宏观成像与微观成像，通常用于医学领域。宏观成像可对人体的内部器官的新陈代谢的信息成像，通常分辨率以纳米为单位，微观成像可对人体细胞及细胞内的情况形成直观图像，单位通常为微米或亚微米。

在宏观功能成像技术中，最具有代表性的要属PET属光电子技术，该技术利用半衰期短、可发射正电子以及可支撑示踪剂的放射性元素组成，有三项物质的作用产生的正电子及邻近电子覆灭而产生的相向而行的两个511keV的光子来反应代谢的各种过程。其中代谢信息不同，可使用不同的示踪剂，例如一氧化碳、二氧化碳、氨基酸、氧化亚氮等，都可作为示踪剂使用，从而实现对脑出血、中风、癫痫、心肌梗塞等病症中蛋白质代谢、糖代谢等信息的直观成像，从而实现对患者病情的了解。此外，光电子技术在HIV病毒检测中也发挥着重要的作用，通过对自动化基因顺序测定器、扫描激光荧光剂导尿管技术等，实现对血液中HIV病毒的检测，对于艾滋病的治疗工作具有十分重大的意义。

而微观成像中，最具有代表性的则是CT技术，通过红外光穿透人体大脑，实现对大脑内部的成像。例如：多光子显微CT技术，通过对多光子效应产生的荧光反应对成像进行分析，加上三维亚微米所呈现出的图像，使CT胶片的成像更加具体化，不仅能够呈现对蛋白质与其他元素间的作用信息，还能够推测出其下一阶段的运动路径，实现了对病状的全面分析。目前，激光与探测技术均已成熟，且各项光电子医学设备及诊断工具均已得到改善，一定程度上促进了我国医学技术的发展。

4 结语

综上所述，光电子在图像信息获取方面的运用广泛，无论在医学领域，还是军事、通信及工业领域，都能够发挥作用，且可与多项技术的混合使用，加快了我国科学技术的发展步伐，与此同时，国家应当更加重视对光电子技术的研用，使其能够投入各个领域的建设当中，为我国的可持续发展提供可靠的保障。

参考文献

[1]时宣华.光电子技术及其应用的探讨[J].当代教育实践与教学研究，2016（11）：193.

[2]李圣鑫.探讨光电子技术的发展与应用[J].中国市场，2017（13）：32-33.

作者简介

于海巍（1990-），女，天津市人。大学本科学历。助理工程师。光电子信息工程。

作者单位

中国电子科技集团公司光电研究院 天津市 300000endprint