光电识别技术
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光电识别技术范文第1篇
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)35-pppp-0c
Design of Intelligent Vehicle Path Identification System Based on Phototube
HUANG Xian
(School of Internet of Things, Wuxi Professional College of Science and Technology, Wuxi 214028, China)
Abstract: Path identification is a key technology in the application of intelligent vehicles. It directly determines the running quality of intelligent vehicles. In this paper, we have developed an intelligent vehicle with advanced path identification algorithm. The embedded system is based on Freescale’s 16-bit MCU, MC9S12XS128.Phototubes are used to collect image samples of monochrome road. Then the discrete recognition algorithm is introduced to extract road black-lines, through which the direction and speed of the intelligent vehicle is controlled. It is proved by experiments that our embedded system fulfills the path recognition task as an intelligent vehicle.
Key words: intelligent vehicles, phototubes, image samples, path recognition
1 智能车整体方案设计
随着物联网技术的蓬勃发展，智能交通也进入了快速发展的时代，无人驾驶智能汽车的研究正是其中的一个重要方向。
本智能车系统共包括六大部分，如图1所示。由freescale 16位单片机MC9S12XS128为核心控制单元，由路径识别模块和速度检测模块分别将采集到的路径信息，和实时速度值输入单片机，由其处理后，形成合适的控制量来驱动电机，并控制舵机转向，从而使小车自动沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶。[10]。
2 路径识别器件的选择
智能车路径识别模块是智能车系统中的关键模块之一，它的好坏直接决定了智能车的性能。因此选择合适的路径识别器件是确定整体方案的关键。路径识别方案有CCD/CMOS摄像头、光电和电磁[19]三种。
方案一：采用CCD/CMOS摄像头，CCD/CMOS摄像头的优点是前瞻距离大、检测范围宽、检测道路参数多；缺点是电路设计复杂，需要视频信号同步分离，且工作电压高于电池电压，需要升压电路，加大了电源的损耗，增加车身重量，而且本系统采用的处理器是25MHZ的单片机，处理速度有限，并且CCD采集一帧图像的时间最快为50ms，对于一个速度要求很高的系统，采集时间过长，还易受外界干扰，软件计算量大。
方案二：使用光电传感器，光电传感器的优点是具有较高的可靠性和稳定性，且电路设计比较简单，检测信息快，最重要的是单片机易于处理。但这种方法对道路参数检测精度低，易受到外界光线的干扰，且检测距离有限。并且获取的信息量有限，难以获得较大的前瞻距离；
方案三：电磁是缺点是前瞻太小，且无资料可参考。
综合各种方案的利弊，本设计如图2所示采用光电传感器（激光管+红外光电管）作为循迹方案。并且采用双排光电管设计，下排红外管用于识别起跑线、坡度等并进行辅助路径识别；上排激光管主要用于小车转向控制以及车速控制。相应的传感器状态为1时表示检测到黑线，否则就为0.
3 路径检测算法
要使模型车能够在智能车控制系统的作用下沿跑道快速稳定的运行，路径的精确识别是关键。
3.1 路径识别分析
传感器直线排列的控制策略较为简单，应用成熟，检测效果良好，故本系统采用光电管“一”字型直线布局的排列方式。模型车在赛道上可能出现的状态有：普通直道处、弯道处、起点处、十字交叉处等情况，如图3所示，圆点代表传感器，黑色为路径。
每个传感器对应是否在黑线上的标志位，相应在黑线上为1，不在黑线上为0，从而通过对任一时刻传感器标志的识别，判断模型车的状态，进而进行赛道记忆和速度控制。
为了精确地识别起跑线和十字交叉线，在程序中，通过统计检测到黑线的传感器的个数及状态来区分两者。例如，在十字交叉线时，有大于4个传感器检测到黑线，且这些检测到黑线的传感器是连续的，中间没有间隔，这样就认为是十字交叉线；在起跑线时，有大于4个传感器检测到黑线，且这些检测到黑线按的传感器之间有间隔，这样就认为检测到的为起跑线。在实践中，只有当模型车位置偏差过于大时可能会出现判断失误，此种方法有较高的成功率，在经过大量的统计和调节模型车的状态，最终采用了这种方法。
3.2 路径识别算法的设计
路径识别算法大致分为两种，即连续识别算法和离散识别算法。两者最大区别在于路径探测信息通过转换电路转换后，连续识别算法中得到的是连续的信息，或者说是通过AD转换后得到的相当于灰度值一样的信息，然后通过插值计算可以得到非常精确的路径信息，但连续识别信息量大，处理有一定延时。
路径离散识别算法是通过普通IO端口将激光接收管的电压值读入微控制器，根据端口输入的高、低逻辑电平来判断该传感器是否处于黑色引导线上方，再筛选出所有处于引导线上方的传感器，便可以大致判断出此时车身相对道路的位置，确定出路径信息。算法简单易行且信息采集更新速率快，因为输入量为开关量，所以对硬件及算法的要求都比较低，但离散识别算法中得到是数字量，中间缺少过度，得到的路径信息是基于间隔排布的传感器的离散值，对于两个相邻传感器之间的“盲区”无法提供有效的距离信息，因此其识别路径的精度极大的受限于传感器的间距但在传感器数目较多的情况下也可以实现较高的识别准确性[3]。
针对离散识别算法的弊端，一方面，设计前瞻板时，在兼顾检测范围的情况下注意尽量减少传感器的距离；另一方面，通过记忆算法细化检测信息，即在两个传感器的检测“盲区”时，软件上通过记忆上个时刻检测到黑线的传感器的编号和前一段时间前瞻板的移动方向，就可以预测下个时刻黑线出现的位置。通过这样的处理过程后，就能得到一个比较连续的路径信息，并将此路径信息应用到转向和车速控制策略中，转向和车速调节比较平滑，在2m/s~3m/s的范围内，舵机响应及时，可以满足智能车的控制需求，并没有出现因为舵机响应不及时而造成控制失效的情况。
对采集到的道路信息还需要进行数字滤波。由于在智能车运行过程当中难免会因为赛道原因或者硬件原因引入干扰因素，表现为检测到离散的黑点，但是这些黑点等干扰因素有一个共同的特点：持续时间短、没有规律。所以采取的措施就是当发现有赛道跳变时，丢弃这次采集到的路径数据，而是使用上一次采集到的数据进行打舵和调速决策。但是当连续多次发现赛道的跳变时，就说明原来的循迹跟踪有误，采用新的路径信息进行打舵和调速决策。路径检测流程图如图4所示。
4 结束语
本智能车用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128做核心控制单元，用光电管采集黑白路径信息，单片机通过对采集图像的分析与计算，自动控制小车的运行方向和速度，从而实现智能车快速稳定的沿黑线行驶。经过实验证明，该光电管电路工作稳定，可靠性高，能很好的识别出路径信息。
参考文献:
[1]梁昆,王韬,丁丁,杨明,等.上海交通大学SmartStar队技术报告(节选) [J].电子产品世界,2010,17(1):54-55
光电识别技术范文第2篇
从目前曝光的谷歌眼镜开发者版来看，其所具备的功能无非是连接互联网、收发邮件、拍照、查看谷歌地图等等，诸如此类功能在智能手机、平板电脑上早已实现。但可穿戴式设备不同于便携式设备的意义在于，它是与人的身体紧密融合在一起的，直接延伸和加强人的能力，也就是说它是一件增强现实型信息处理设备，就像是将科幻片中的人类科技梦想搬进了现实。
很多粉丝对谷歌眼镜给予厚望，不过同时也不乏质疑的声音。一些体验过谷歌眼镜的玩家表示，谷歌眼镜还缺少可以展现其技术潜力的杀手级应用，自身重量、电池续航能力、散热等方面也不尽如人意。谷歌眼镜不支持任何3G频率，外出时需要借助手机上网，因此现在还无需担心其会对智能手机行业造成任何冲击。
如果要谈谷歌眼镜对智能手机等终端产品行业的影响还为时尚早的话，谷歌眼镜对上游关键零部件产业的影响却非常值得关注。根据最新的报道，谷歌眼镜拥有分辨率640×360的头盔式显示系统、500万像素的摄像头、骨传导音频传感器，支持Wifi和蓝牙网络。从谷歌眼镜的配置来看，未来微投影显示、骨传导耳机、语音识别等等都可能因可穿戴式设备而得到大的发展。可穿戴式设备将有力促进视听技术和计算技术的变革，上游产业有望从中获益。
今年年初，有报道称Google已经申请了“具备骨传导扬声器的可穿戴式电脑装置”的专利。这项技术能够将声音通过佩戴者的头骨传导至听觉神经，在这个过程中，不需要使用到耳朵，因此使用者既能清晰地听到系统声音，同时耳朵也不至于被堵塞，仍可听到外部声音。近年来，骨传导技术发展很快，骨传导蓝牙耳机、骨传导助听器等逐渐兴起，未来谷歌眼镜无疑为骨传导技术开辟了一个崭新的市场。
头盔式显示系统是谷歌眼镜的核心，这从谷歌将其命名为Project Glass（投影眼镜）就可以看出来。在LCD、DLP和LCOS三大投影技术阵营中，LCOS是最适用于头盔微显示的技术。有关报道显示，谷歌已收购了台湾芯片制造商奇景光电旗下的液晶显示器部门立景光电6.3%的股权，以帮助后者扩大硅芯片和模块的生产规模。立景光电是全球领先的LCOS设计和制造商，其开发的头戴型显示器成为谷歌眼镜的主要配件。在成熟的LCD、DLP技术的打压下，LCOS一直没能成为投影机的主流技术，发展得不温不火。谷歌眼镜这种头戴式显示设备的兴起，或许将为LCOS产业提供千载难逢的打翻身仗的机会。
光电识别技术范文第3篇
关键词：激光电视；家居全息；技术瓶颈
中图分类号：TN94 文献标识码：A
激光电视是射线管电视的一个重要形式，也是实现高解析大幅面电视的一个重要突破口。虽然OLED技术将半导体电视显示技术推向了一个新的高度，但此举难以给市场需求的大幅面电视提出足够经济的解决方案。OLED技术对于裸眼3D技术的支持也有待于进一步突破。马年春晚的舞台全息激光技术让国人眼前一亮，事实上，长虹电视的有关研究可以使得本技术进入居家客厅的周期大幅度提前。
1传统激光电视技术
传统激光电视技术采用了背投技术，平面显示策略。此种策略下，电视机驱动三色激光器，通过直流电机驱动的扫描棱镜和步进电机控制的成像棱镜，在电视屏幕上直接投射并透射出相关影像。
归纳来讲，传统激光电视技术存在三个弊端：
（1）体积较大。采用了背投技术的传统激光电视，为了保障电视激光束的合理投射角度，其屏幕后方空间必须设计较宽大的透射区，“大肚子”电视的布局无法回避。
（2）刷新率低。基于机械马达驱动的刷新系统，即便运行在1.5万rpmin的转速下，完成1990线的4K高清扫描也需要0.13min，如果实现80Hz的舒适扫描频率，必须使得扫描马达达到1000万rpmin。迄今为止没有任何一个步进电动机可以实现如此高的转速。
（3）视角较小。OLED实现了接近180度的舒适视角，背投激光电视因为基于背投技术，其视角较难实现工程级别的突破。
2全息概念为激光电视带来生机
智能家居对于基于激光交互技术的激光电视的革新需求主要以下3个方面：
（1）智能茶几技术。当前的智能茶几是基于OLED技术或者LED技术的茶几表面，采用全触摸控制技术和钢化玻璃表面技术，使得茶几的LED显示器实现互联网接入和智能互动。智能茶几当前在智能家居中的地位是作为客厅的第二块屏幕存在的。但在PDA技术的冲击下，智能茶几显得较为多余，因为实际客厅中，智能茶几无法坐稳第二块屏幕的位置，甚至会为每一个PDA屏幕让位。且基于OLED和LED技术的智能茶几形态单一，防水性较差，难以与皮革、实木等材质相结合。
（2）智能厨房技术。使用PDA在厨房看菜谱的习惯已经在很多家庭中成为习惯，但PDA防水防油性能不佳，进入厨房后没有合理的安放方式，也较容易发生跌落等事故。所以，基于全息技术的激光电视进入厨房就成为厨房智能化的首选交互方式。
（3）实时交互技术。智能化家居门禁技术、智能化灯光控制技术和智能化家居稳控技术，均要求有一块可以跟随用户走动的屏幕，这块屏幕最好质量为零，无需携带，召唤即来。而这种技术在全息激光电视技术中能得到完美支持。
3智能全息3D激光电视的技术及经济需求
付瀚毅（2014）对激光全息技术在智能电视技术中的技术应用进行了全面研究，且制作了第一台概念机。虽然概念机的成本价格较高，但其各项成本均有通过产能的放大化进行压缩的可能。冯传岗（2011）经过研究后认为，使用激光技术的全息电视会成为21世纪电视产业的核心竞争者，激光家居全息技术会成为21世纪改变居民生活方式的核心技术之一。
3.1硬件需求
首先，使用空气投射技术的高亮度激光透射管，每空间至少应该有3处部署。激光器能量应该在9W以上，因为其透射角并不大，扫描线并没有4K视频复杂，所以，其电机压力较小。15000rpmin电动机足够实现扫描要求。
其次，因为以上数据处理中心的实质是基于低精度电子全站仪的人员定位、红外摄像探头的手势识别、激光电视投射设备的全息投射三位一体的设备，核心处理器为后置台式设备，而近端处理器采用价格低廉的全志8核心设备足够满足单一探头的近端控制。所以，分布式系统成为智能家居的核心业务。
核心业务采用基于IBM架构的家庭计算机主机，运行在2.4GHz以上的前端主频、8个独立处理核心、运行在16GB运行内存，可以基本满足系统的核心处理支持。激光电视透射系统包含两个轴向的步进电机，32位步进电机控制版，基于全志8核心系统的近端控制器。收拾识别和人员定位近端控制器同样采用全志系统实现近端数据处理。
3.2经济需求
人员定位精度应该在0.5m以内，人员矢量定位角度应该在15度以内，人员手势定位应该在0.2m以内。虽然低精度电子全站仪的定位精度足够实现此技术，但低精度电子全站仪的成本目前仍然较高，在3000元左右，激光器和红外摄像装备的价格也难以更大限度的压缩，所以至少需要两个低精度电子全站仪的家居电视系统整体成本难以控制在40000万元以下。
随着市场推广的进行，产能逐渐释放，系统的科技附加值会得到进一步的分摊，成本也会持续下降，未来的基于全息激光电视的智能家居产品等效今天购买力应该在15000元上下。也有可能未来的位图图像识别技术可以实现更高级别的动作识别，电子全站仪被软件替代后，系统的终端售价应该会小于1万元。这就为市场需求的进一步放大提供了技术支持。
结语
随着互联网技术的发达，作为单向媒体终端的电视机即将被家居淘汰的趋势已经越来越明显，这也是一个历史潮流。但电视技术不但不会被淘汰，还会随着科技的发达始终作为家居的核心存在。可能不久的将来，壁挂电视像以往的射线显像管电视一样成为历史。但具有智能交互技术的激光电视还会成为家居的核心交互设备。电视机和电视背景墙在家居概念中逐渐消失以后，激光电视技术会使得电视在家居中“无处不在”。这是在不久的将来就可以实现的新生活方式。
参考文献
[1]徐大雄.全息术的新进展：数字激光全息三维图像信息处理和传输[J].中国品牌与防伪，2010，12（12）：99-101.
光电识别技术范文第4篇
【关键词】图书分拣;智能;RFID;自动分拣
前言
随着社会对知识需求程度不断提高，学生或其他行业工作人士对文化追求程度不断提升，图书馆的读者借书、还书量也在逐年增多，这给对图书馆所还书籍进行分拣的工作人员带来巨大的工作压力。因此，如何加快图书分拣的进程，更加高效地将所还书籍进行分类整理，提高服务满意度，是图书馆急需解决的问题之一。而RFID图书智能分拣系统在图书馆中的应用可以大大提高图书分拣效率与准确性。
1.图书智能分拣系统工作原理及工作流程
1.1 系统结构组成
该系统由输送装置、识别装置、分拣装置组成。输送装置为一输送机，可运送所归还图书到图书识别区;识别装置为RFID读写器，分别与上位机、单片机相连接，在每本图书中贴上RFID标签，扫描器可以通过无线射频识别图书信息;分拣装置包括一个运动方向与输送装置前进方向垂直的推板，以及一个与推板连接的步进电机，完成图书分拣工作;识别装置和若干个分拣装置沿输送装置的运动方向设置于输送装置上方。各分拣装置的运行方向前方分别设有分拣光电开关，分拣光电开关及步进电机均分别与单片机连接，各装置根据指令工作组成图书智能分拣系统。
图1 图书智能分拣系统结构图
1.2 系统工作流程
该系统由输送装置、识别装置和分拣装置组成。系统工作时，通过识别光电开关检测有无需要分拣的图书：若有，则通过单片机控制输送装置的驱动电机正常运行;若没有图书，则输送装置改为低速运行。两种工作模式相互组合既节约电能，又不耽误分拣过程。当图书通过架于输送装置上方的RFID扫描装置，由RFID扫描装置读取嵌于书内的电子标签，由读写器与上位机进行通信并经由上位机显示书籍所属类别。上位机与单片机控制系统进行通讯，将书籍所属信息所对应的指令发送给图书分拣装置。当输送装置将书传至对应分拣装置时，分拣光电开关根据所收到指令检测所需分拣类别的书籍是否到来：若到来，则执行单片机中驱动分拣系统的步进电机的程序，由电机带动推板将书籍通过相应的分拣口推入分拣箱中。其中，推板可沿轨道做往返运动，图书结束立即回到初始位置，根据所需分拣类别数设置分拣口的个数自此完成书籍检测、归还、传送、分拣的整个过程。
2.系统中各部分设备原理分析
2.1 RFID图书扫描装置
本系统识别图书信息利用RFID技术，通过发送无线射频，来读取预先置于书籍之中的电子标签，从而采集图书分类信息。RFID技术的可读写性、高可靠性、可定制化的特点， 在满足图书馆现实需求和保障现有基础设施的前提下，充分考虑到系统的扩展性和开放性， 以疏耦合RFID图书电子标签为信息载体，以RFID中间件为桥梁， 提高图书分拣管理的效率，以及准确率。
RFID工作原理：
RFID技术为Radio Frequency Identifi-cation的英文缩写，即射频识别，是一种通过无线射频信号实现自动识别的非接触式技术。该技术拥有的射频信号能够自动识别和收集区域内的信息数据，它的识别过程是自动实现，不需要人为干预，并且能够适应各种环境。
RFID基本工作流程如下：
（1）读写器将信号发射给天线;
（2）当标签进入有无线信号的磁场区域内，标签会被激活，通过天线将代码信息发出;
（3）读写器接收到由电子标签发来的信号后，读写器读取代码信息并进行解码，然后传送给电脑控制器即上位机。
2.2 单片机控制系统
本系统利用51单片机进行串口通信，当RFID扫描图书信息成功并传送到上位机界面后，通过单片机控制系统与上位机进行通信，通过上位机的书籍分类信息指令，控制各分拣口分拣装置的启动与停止。
2.2.1 单片机与上位机通信过程
2.2.1.1 传输协议
波特率：单片机需要根据使用的系统时钟频率，结合选定的通信波特率，计算出UART寄存器设置值。为了保证数据传输的准确性，上位机COM口的通信波特率也须设置成和单片机相一致的传送速率。
数据格式：数据格式由1位起始位、8位数据位、无奇偶校验位、1位停止位组成。
2.2.1.2 单片机发送数据流程
单片机采用中断的方式与上位机进行通信，通过设置UART中断控制寄存器的中断控制位使能该中断。
2.2.1.3 上位机设计
上位机在Visual Basic6.0（VB）环境下开发。VB支持面向对象的程序设计，具有结构化的事件驱动编程模式，并可使用无限扩增控件。利用VB，可以通过三种方式完成串口通信。
用VB提供的具有强大功能的通信控件;
调用WINDOWS API函数，使用WINDOWS提供的通信函数编写移植性强的应用程序;
利用文件的I/O完成。
本上位机采用通信控件进行上位机开发，应用VB提供的通信控件MSCOMM。该控件具有完善的串口数据发送和接收功能，可对串口状态及串行通信的信息格式和协议进行设置。通过此控件，PC机可利用串口与其他设备进行连接，实现设备之间的通信。
3.总结与展望
本文利用RFID技术，单片机与上位机串口通信以及一些硬件搭建方法等知识，提出了基于RFID的图书智能分拣系统，可以准确检测书籍并进行自动分拣，全过程除放书外无需人工操作，可以大大减少人工分拣的工作量，提高工作效率，并有很好的准确率、稳定性、伸缩或是扩展性、场地适应能力强等优点，能够在其他图书馆大范围推广使用。
参考文献
[1]甘琳.RFID技术在图书馆的创新应用[J].图书馆论坛，2007（3）：8-11.
[2]宋中穗.自动分拣系统和射频识别（ RFID）技术在图书馆建设中的应用及展望[J].华章：初中读写，2007（7）：132-133.
[3]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995.
光电识别技术范文第5篇
军事领域对光学技术的运用由来已久，我们今天日常生活中许多光学相关的技术与产品都是军事应用在先，而后转化为民用品。光学手段在现代化战争中的重要作用，被大家深刻认识应该是从以美国为首的海湾战争及后来进行的几个局部战争的实效看出来的。随着“全天候作战”、“精确打击”、“复杂战场环境”及“无延迟攻击”等现代战争需求不断演变，光电武器装备也在不断推陈出新，广泛应用在预警、告警、瞄准、定位、监视、侦察、武器对抗、精确制导、信息通信、夜视观测等诸多领域；其地位也日益重要，渐渐成为或将与雷达同等地位的探测设备，与无线电网同等地位的光电通信装备，与化学能武器同等地位的激光武器装备等。
从一般光电系统到机载光电系统
通常，以光电相关技术为基础的构成系统都可以称为光电系统，现今人们对于光电系统并不陌生，在日常生活中随处可见。光电系统是以光学工程、激光工程、精密机械、信息处理、自动控制、计算机等高新技术为依托，实现对光的收集、转换、控制、处理、提取信息、能量转换、输出等，并集成多种传感器实现特定功能系统的总称。
从对光波利用方式不同，光电系统可以分为：信息感知，信息传递，能量传递等。它们从组成和机理上有许多相似之处，又有功能侧重不同带来的功能单元和性能指标的不同。
信息感知类光电系统组成示意框图如图1（a）所示。光电系统感知的信息是来自于目标/背景的光波特征，比如温度差异、颜色差异、灰度差异等，有反射光，如可见光探测，也有目标/背景自身的辐射，如红外探测，不同的温度在探测器上看到的亮度不同，其波段是指覆盖了紫外光、可见光、红外光、远红外光，波长从200纳米到几十个微米的范围。
信息感知类的光电系统是通过其光学通道收集来自目标/背景反射或自身辐射的光波，经探测器部件进行光电转换，形成图像（有时是电信号）信息，经信号处理单元得到目标信息。系统管理模块，管理调度伺服控制系统及光机运动部件运动，实现光学通道在一定角度范围内搜索或跟踪目标；有时为了获得目标的相对距离，控制激光输出并对回波进行处理得出需要的信息。主要指标包括：探测距离、分辨率、工作波长、定位精度等，光电系统大多数属于这一类。如地面防空系统中的红外周扫警戒系统、船载光电瞄准装置等。
信息传递类的光电系统是以光波作为信息载体，形成点对点或互联互通的光通信的网络，此类系统的组成示意框图如图1（b）所示。从图中可以看出，其组成图与图1（a）中组成相似，不同点在于将探测系统中的测距的激光收发功能模块演变为通信信息的收发处理模块。地面无线光通信设备已经有比较成熟的产品了，地-星光通信也已经有应用。目前主要有激光通信和紫外通信，主要指标包括，通信带宽、通信距离等。
能量传递类的光电系统，这里主要指用激光方式将较大的能量传递到另一个受体上，并发生作用，的光电系统。主要有激光干扰、激光毁伤、激光照明、激光充电等方式，其原理组成示意框图如图1（c）所示。激光光束定向性好，能量传递效率高，与其它两类系统相比，更加强调光束性能以及指向的控制和调节，如光束会聚、波前校正，光轴稳定等。包括地、空、舰船、星载激光定向干扰系统、激光致盲系统、激光武器、激光照明、激光充电系统等，主要技术指标有工作波长、输出光功率、作用距离、激光转换效率、光束指向精度等。
机载光电系统
机载光电系统与地基、舰载、车载、星载等光电系统原理是基本相同的。但是在机载环境中应用的装备，由于平台对设备要求苛刻、外部环境严酷、作战形态复杂多变，给光电系统设计带来了不同于其它应用平台的能力需求和技术难题，可以概括为以下几个方面：
1、来自机载平台本身的不利因素：包括宽频振动（0～2000Hz），大过载、大机动，机体变形，复杂的内部电磁干扰，宽幅波动的供电环境，严格的能耗要求，严格的重量体积要求，突出部分的气动限制，共形、隐身，长期反复使用等。这些对于“秒”级精度的光电系统设计提出了非常苛刻的要求；
2、外部严酷的环境要求包括：从极冷到极热（零下五六十摄氏度到一百多摄氏度的范围），风、雨、沙尘、盐雾、霉菌、阳光暴晒、气动加热、大气湍流等，这些因素往往是同时作用，综合影响，无疑给机载光电系统设计增加了许多难度；
3、战场形态复杂多变方面的不利因素：如距离远、运动快、机动大，光波传输通道的大气波动、散射、遮挡等随时存在，有些目标还进行隐身伪装。机载光电系统必须在这些不利因素影响下实现良好的性能。
因此，为了应对多种因素的影响，机载光电系统在保证性能的前提下，必须做到各方面的平衡。高动态、宽范围变化、容积率高等因素的综合作用，带来了机载光电系统设计上的不同理念、构型和方法。许多很好的光学、结构材料、器件适应不了环境要求不能用了；为了在动态环境中保证光学系统精度、运动精度，需要设计既轻巧又要有良好刚度的精密结构；为了保证在平台强烈振动和机动的状况下光轴的稳定性、图像的清晰度，机载光电系统必须考虑复杂的陀螺稳定系统和良好的减震系统，随着探测距离和激光束照在数百千米目标上的需求，有些系统已采取二级稳定系统等更为复杂的控制技术；在实现超视距进行探测时，背景复杂，目标辐射很弱加上大气通道上的湍流和散射，目标信息检出处理增加了很大的难度；随着平台飞行速度更高，飞行高度达到临近空间，特殊的热管理等带来的材料问题、运动补偿问题、热控问题等一系列技术难题也非常富有挑战性。
机载光电系统的优势
1、信息感知类机载光电系统的特点主要表现在：（1）被动探测，隐蔽性好；（2）能提供高分辨率可视化图像；（3）角分辨率精度高，能够远距分辨群目标；（3）不受电磁干扰影响，适应复杂电磁环境远距探测；（4）全天时工作，提升夜视夜战能力。
2、信息传递类机载光电系统的特点主要表现在：（1）光通信信号带宽宽，信息容量大；（2）无线光通信方向性好，保密性高。
3、能量传递类机载光电系统的特点主要表现在：（1）无延迟攻击，实现实时打击；（2）定向能输出，提高作战效率；（3）实现无线方式传送能量。
机载光电系统在拥有上述诸多优点的同时，也存在一些不足，由于光电辐射波长较短，易受气大气条件的影响而性能降低。
机载光电系统在现代战争中的应用
目前在国外三代机、四代机、预警机、直升机、无人机以及特种飞机等上面普遍都装备了光电系统，光电系统随着光电子、信息处理、计算机等相关技术的进步，已历经了三代的发展，目前性能更加先进的系统和技术也在大资金的投入下进行着研发。
按照应用细分，机载光电系统可分类如下：
信息感知领域
1、光电预警/告警探测系统，该系统通过对飞机、弹道导弹和巡航导弹等目标的搜索、跟踪和定位，为预警机以及防空反导体系提供目标信息，具有抗电磁干扰、反隐身和被动探测等特点，是实现战场态势广域预警/告警的有力手段。美欧、日本等国发展了多型光电预警/告警系统，国外目前的典型应用门警（Gatekeeper）系统对巡航导弹探测距离达到800千米左右；美国F-35战斗机的分布式孔径系统可实现对周视360度全向感知，告警距离达到十几千米。
2、光电监视与侦察（ISR）系统，通过利用光电传感器发现、识别、确认、监视、跟踪并定位目标，获取战场信息，具有高分辨率成像、昼夜侦察与监视、快速获取敌方情报等特点，是提供战场支援和夺取信息优势的重要手段。最具代表性的为美国雷神公司的“全球鹰”光电侦察系统，其对地目标分辨率小于0.2米。
3、机载跟瞄系统按使用方式又可分为光电雷达（红外搜索跟踪系统）、昼夜瞄准吊舱、光电转瞄转塔等。
（1）机载光电雷达是用于战斗机对空中目标进行大范围快速搜索、探测和跟踪定位的光电设备，具有抗电子干扰能力强、隐蔽性好、定位精度高、探测隐身目标能力强等特点，可在战场复杂电磁环境下进行远程探测跟踪，独立支持火控系统完成超视距攻击，已成为作战飞机任务系统重要的战术传感器之一。由意大利、英国和西班牙组成EURO-FIRST集团，研制的装备在“台风”战斗机上的PIRATE光电雷达，迎头探测距离达到50千米以上。
（2）昼夜瞄准吊舱是集红外、电视、激光于一体的机载光电探测系统，使用红外、电视可在昼夜条件下对地面目标进行搜索、识别和跟踪，跟踪状态下利用激光对目标进行测距，主要用于配合中近距电视/红外制导导弹、卫星/惯性制导炸弹、激光制导炸弹等空面武器对目标进行精确打击。美国诺思罗普・格鲁门公司的Litening吊舱对地探测距离可达30千米以上。
（3）光电观瞄转塔是用于直升机/无人机/反潜巡逻机等实现对地/对海侦察和攻击的光电瞄准设备，能够在昼夜条件下侦察和瞄准，为航炮、火箭等多种无控武器攻击提供瞄准参数，可进行激光制导武器（导弹或炸弹）等制导武器提供制导信息实现精确打击；美国FLIR公司的Star SAFIRE HD光电观瞄转塔，超小视场下可以识别18千米处的成年人目标。
信息传递领域
无线光通信技术区别于传统的射频通信技术，有其自身的特点：从红外波段到紫外波段，为信息传输提供了超宽频带能力，保密性好，不受电磁福射的影响。包括机群之间、卫星与飞机、飞机与地面站之间的无线激光通信。目前由于机载平台要求苛刻、动态影响大，机间激光无线通信还处在探索和实验阶段，如FALCON系统预期实现50km以上2.5Gbps带宽的数据通信，未来将达到几百千米的能力。同时，由于紫外日盲特性和大气层中良好的散射传播特性，与激光通信不同，可实现非视线传输，具有低窃听率，高抗干扰性和全天候工作等优点，但由于目前器件水平不高、数据传输速度不大，距离近，目前机载应用还处于实验室研究阶段。
能量传递领域
应用主要包括激光定向对抗系统、激光武器系统、激光照明、激光充电等方面。光电对抗是指敌对双方在光波段的抗争，目的在于破坏或摧毁敌方光电侦察装备和光电制导武器的作战使用效能。目前在光电对抗系统开发中有代表性的为诺格公司的LAIRCM（大型飞机红外对抗系统）、DIRCM（定向红外对抗系统），有效对抗红外制导导弹的距离达到十几千米，激光武器系统利用高能激光束对目标进行毁伤，具有无延迟攻击、射程远、无限次发射等优点，可用于拦截弹道导弹、巡航导弹、高机动的空中和地面目标等，虽然目前还在技术验证阶段，但未来将是重要的机载武器装备之一。波音公司、诺斯罗普・格鲁门公司和洛克希德・马丁公司联合在大飞机上开展了先进机载激光武器试验系统（ATL），其激光器功率100千瓦，作战距离达到20千米以上。由于超大功率的激光能源系统庞大，整个系统占了几乎一架飞机，因此，在作战飞机平台的装备还有很长的距离。
与日俱增的重要地位
相对于电磁波雷达而言，工作在光波段的机载光电系统，工作机理上具有高几何分辨力、高频谱分辨力以及被动获得信息等优点。随着光电子基础技术研究的不断突破，近30年光电系统获得了空前的发展，在“海湾战争”、“科索沃战争”、“阿富汗反恐战争”等一系列局部战争中得到了广泛应用，也取得了令人瞩目的效果，从中也展现了其在现代战争模式中的重要作用。
早期机载光电系统是为了解决夜视观察的辅助作用，随着作战模式向精确打击模式的演变，机载光电成为精确瞄准、精确定位、精确投放武器的必需装备，而从侦查监视及信息获取的角度，由于光电系统几何分辨力高、光谱分辨力高、图像真实，目前已成为获取高质量战略和战术情报的最有效手段。随着空中作战中电磁环境的日趋复杂，机载光电探测系统被动探测，不受电磁干扰、隐蔽性好、信息可视化等优势更显突出，发挥着与雷达等探测手段同等重要的作用。面对飞行器几倍声速，高机动，高隐身等新的作战需求的变化，以光电探测和激光攻击的光电武器系统是满足“无延迟攻击”的最佳选择。大数据率、多源、多机平台协同的数据传输离不开高带宽传输能力的机载光通信系统。
总之，随着光电子技术、量子探测技术、高速处理技术、高效率激光能量转换技术、高性能材料技术等光电技术不断突破，机载光电系统性能还将进一步得到提升，在未来机载平台上将会发挥更加重要的作用。
机载光电系统的发展趋势
为适应日益严酷的作战环境，应对作战对象的升级换代，未来的高科技战争对新一代机载光电系统不断提出新的需求。加之基础技术的持续进步，同时推动光电系统不断发展。机载光电系统未来的发展基本可以概括为性能提升、功能拓展、系统综合和概念创新。
1、性能提升、功能拓展：“看得更远、看得更清、瞄得更准”是机载光电系统发展永恒的主旋律。机载光电瞄准系统在新技术的推动下，探测能力较以往有了大幅提升。未来光电雷达将达到几十千米甚至上百千米的探测能力，成为反隐身、超视距作战的利器。瞄准吊舱将将达到更远的探测距离和更精确的瞄准定位，使战机能够在百千米距离就可以对地面目标发起精确打击。光电情报监视侦察系统分辨率将进一步提升，并将能够覆盖更广的战场侦察范围。未来系统分辨率将达到厘米级，甚或更高。并将通过光谱细分技术提高对伪装目标的识别能力，同时结合无人机长航时优点，实现对战场不间断地战略和战术高分辨率侦察监视，战场动态尽在掌握之中。
2、系统综合、概念创新：“从单一到综合、从传统到新体制”使机载光电系统充满活力。F-14飞机的IRST，F-15飞机的SNIPER吊舱都是单一功能的光电系统，而F-35飞机则采用一个EOTS和6个DAS进行系统综合，成为集空/地探测、导弹告警、态势感知为一体的综合光电系统。可以预计，在未来机载光电系统综合化程度会更高，不同功能、不同波段的光电单元有机结合，实现机载态势感知、探测瞄准、告警、干扰、毁伤和通信能力的一体化。新体制、新概念的光电产品将随着技术发展不断涌现。自由曲面共形光学天线将使未来的机载光电系统光学窗口不再突出，而与飞机机身融为一体；光学超材料的出现将使光电系统光学特性出现异于寻常的变化；孔径编码成像将改变传统几何光学的成像概念；采用光量子技术的量子雷达则将使经过隐身、伪装、防护的目标无所遁形…。
结语
