計(jì)算機(jī)量子技術(shù)范文

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篇1

量子力學(xué)是一門高深莫測(cè)的學(xué)科，離普通人很遠(yuǎn)，但正因?yàn)橛辛怂呱爽F(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)，從而有了大家都不離不開的電腦。現(xiàn)在，這門神奇的學(xué)科將再次登場(chǎng)，用最新的量子計(jì)算機(jī)來(lái)改變世界。

量子計(jì)算機(jī)是什么，這是個(gè)要首先說(shuō)明的概念。這項(xiàng)概念，最早由大物理學(xué)家費(fèi)曼提出。他在計(jì)算量子模型時(shí)，發(fā)現(xiàn)所面對(duì)的數(shù)據(jù)是天文級(jí)的，如果由普通的計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行模擬，時(shí)間所耗甚巨。在一籌莫展的時(shí)候，他突然想到，如果計(jì)算機(jī)的架構(gòu)也跟量子系統(tǒng)一樣，是不是就能解決這一問題呢。為此，他提出了量子計(jì)算機(jī)的概念。不過，量子計(jì)算機(jī)在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)只停留在理論的層面。到了1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家證實(shí)了量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算對(duì)數(shù)方面優(yōu)于普通計(jì)算機(jī)，于是引發(fā)了研發(fā)的熱潮。那什么是量子計(jì)算機(jī)呢。以我們平常已經(jīng)熟悉不過的計(jì)算機(jī)為例，它的基礎(chǔ)是二進(jìn)制，而二進(jìn)制建立在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和截至兩種狀態(tài)上。而量子計(jì)算的基礎(chǔ)是每個(gè)原子的不同狀態(tài)，比如一個(gè)原子順時(shí)針轉(zhuǎn)和逆時(shí)針轉(zhuǎn)，這就是兩種不同的狀態(tài)；還有兩個(gè)原子糾結(jié)在一起，術(shù)語(yǔ)叫量子纏繞，這又是不同的狀態(tài)。根據(jù)這些不同的狀態(tài)，我們就可以賦予其不同的數(shù)值，這樣一來(lái)，通過改變?cè)拥臓顟B(tài)，就能進(jìn)行計(jì)算了。這種改變使得計(jì)算的效率大為提高，1個(gè)40位元的量子計(jì)算機(jī)，就能解開1024位元的電子計(jì)算機(jī)花上數(shù)十年解決的問題。

量子計(jì)算機(jī)這么好，為什么難于實(shí)現(xiàn)呢。因?yàn)樵拥臓顟B(tài)很不穩(wěn)定，不容易控制。但是，最近的一則消息讓人眼前一亮。IBM的科學(xué)家近日宣布，距離掌握量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)又邁進(jìn)了一步。這些科學(xué)家已找到了維持量子完整性和減少量子計(jì)算錯(cuò)誤的方法，通過把傳統(tǒng)硅制作工藝下生產(chǎn)的量子進(jìn)行超導(dǎo)處理，從而就有可能實(shí)現(xiàn)維持?jǐn)?shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)的量子位保持一天的穩(wěn)定狀態(tài)。該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人稱，“我們做的量子計(jì)算研究表明，它不再僅僅是個(gè)暴力計(jì)算的物理實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在就可以根據(jù)該成果去制作新的計(jì)算系統(tǒng)，由此將把高性能計(jì)算推向一個(gè)全新高度”。量子計(jì)算的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)只用一個(gè)量子就可以“瞬間完成幾百萬(wàn)次計(jì)算。這些科學(xué)家們，在升級(jí)到一種“三維”超導(dǎo)量子(3D量子)后，就能將量子位的穩(wěn)定狀態(tài)延長(zhǎng)到100微秒，而這已經(jīng)是先前的2到4倍。盡管不是永恒穩(wěn)定，但他們認(rèn)為這樣的狀態(tài)“已經(jīng)剛好達(dá)到容錯(cuò)計(jì)算的最低界限，也就意味著科學(xué)家可以開始重點(diǎn)研究進(jìn)一步延長(zhǎng)穩(wěn)定狀態(tài)方面的工作了”。現(xiàn)在，利用藍(lán)寶石芯片，IBM已制造了一臺(tái)3D量子設(shè)備來(lái)展示其研究成果。

在研制量子計(jì)算機(jī)的過程中，科學(xué)家們已經(jīng)突破了很多障礙，現(xiàn)在的計(jì)算性能比2009年中期以來(lái)以提升了10倍，距離科學(xué)界確定的全尺寸量子計(jì)算機(jī)所需滿足的最低要求已經(jīng)非常接近了。但是如果要讓量子計(jì)算機(jī)走進(jìn)我們的生活，那還有很長(zhǎng)的道路要走。同時(shí)，現(xiàn)代集成電路封裝和通信技術(shù)也必須要有極大的進(jìn)步，這樣才能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代數(shù)據(jù)系統(tǒng)的對(duì)接。

篇2

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)數(shù)字化測(cè)繪；工程測(cè)量；現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)；信息化測(cè)繪

中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—9599 （2012） 14—0000—02

隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，新儀器、新設(shè)備、新技術(shù)、新方法的不斷更新，工程測(cè)量行業(yè)也進(jìn)行了不斷的變革，由最初的簡(jiǎn)單調(diào)繪、平板成圖到今天的計(jì)算機(jī)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化經(jīng)歷了十幾年的風(fēng)雨歷程，并隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字化的發(fā)展在逐步走向成熟。

在工程測(cè)量中，不論工程項(xiàng)目的大小和類別，如：線路測(cè)量、施工與竣工測(cè)量、變形測(cè)量、公路測(cè)量和工程地形圖測(cè)繪等，都離不開測(cè)量技術(shù)的支持。工程測(cè)量在工程項(xiàng)目中起著非常重要的作用：在工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)的階段，測(cè)量技術(shù)主要提供各種比例的地形圖和地形資料，同時(shí)還要提供地址勘測(cè)、水文地質(zhì)勘測(cè)和水文測(cè)量的數(shù)據(jù)；在工程建設(shè)施工階段，要把測(cè)量之后的設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)地建設(shè)的依據(jù)，即根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)地形和工程性質(zhì)，建立完整的施工網(wǎng)，逐一把圖紙化為實(shí)物。總之，從施工開始到結(jié)束，都離不開工程測(cè)量這項(xiàng)工作。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)工程，首先需要對(duì)建筑物進(jìn)行定位，確定其實(shí)際位置，之后確定準(zhǔn)確的標(biāo)識(shí)，從而確定該區(qū)域是否有設(shè)計(jì)后新增建筑物或者其他，以保證機(jī)械設(shè)備的使用。基礎(chǔ)設(shè)施完畢后，還要進(jìn)行竣工線的投測(cè)，即對(duì)設(shè)備的平整度等進(jìn)行跟蹤測(cè)量，來(lái)保證設(shè)備工藝的流暢。在建筑物的運(yùn)營(yíng)管理階段，工程測(cè)量同樣重要。通過測(cè)量工程建筑物的運(yùn)行狀況，對(duì)不正常現(xiàn)象進(jìn)行探討分析，采取有效措施，防止事故發(fā)生。為了提高工程質(zhì)量和施工效率，必須重視測(cè)量技術(shù)和新時(shí)期下測(cè)量技術(shù)的新發(fā)展。工程測(cè)量長(zhǎng)期依靠經(jīng)緯儀、平板儀、水準(zhǔn)儀“老三儀”進(jìn)行工作，新技術(shù)的應(yīng)用較局限。隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的逐步擴(kuò)大應(yīng)用，向“老三儀”告別的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的核心是全球衛(wèi)星定位技術(shù)、光電測(cè)距技術(shù)。

一、全球衛(wèi)星定位技術(shù)

GPS即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System）。它最初是由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的，利用離地面約兩萬(wàn)多公里高的軌道上運(yùn)行的24顆人造衛(wèi)星所發(fā)射出來(lái)的訊號(hào)，以三角測(cè)量原理計(jì)算出收訊者在地球上的位置。衛(wèi)星定位技術(shù)又分GPS（靜態(tài)）定位技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)。

（一）GPS（靜態(tài)）定位技術(shù)

GPS（靜態(tài)）定位技術(shù)比常規(guī)方法適應(yīng)性更強(qiáng)，網(wǎng)型構(gòu)造簡(jiǎn)單，不受天氣氣候等影響，即使離已知點(diǎn)較遠(yuǎn)也可以連接，而且不受天氣影響，更重要的是它還解決了點(diǎn)與點(diǎn)不能通視的問題，廣泛應(yīng)用于大型控制測(cè)量。

（二）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)

RTK（Real — time kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)錠—調(diào)制解調(diào)器，將其觀測(cè)值及站點(diǎn)的坐標(biāo)信息用電磁信號(hào)一起發(fā)送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù).同時(shí)本身也要采集GPS衛(wèi)星信號(hào)，并取得觀測(cè)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，瞬時(shí)地給出精度為厘米級(jí)（相對(duì)于參考站）的流動(dòng)站點(diǎn)位坐標(biāo)，它廣泛用于控制測(cè)量、線路中線定線、建筑物規(guī)劃放線、用地測(cè)量。特別是在中小型水利水電工程中，GPS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)的更為明顯。因?yàn)樵谥行⌒退婍?xiàng)目中，控制測(cè)量的方法得到了極大的簡(jiǎn)化，也可以根據(jù)需要選擇布點(diǎn)，在此應(yīng)用RTK高精度的特點(diǎn)，測(cè)量工作可以大量節(jié)省人力資源和減小工作的時(shí)間和勞動(dòng)的強(qiáng)度。例如，在引水式工程中，特別是長(zhǎng)距離引水工程，明渠引水對(duì)地貌的損壞很大并且受地形條件的影響也很大，如果采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，對(duì)人力和時(shí)間的消耗將會(huì)是很大的，但是如果在項(xiàng)目建議書和設(shè)計(jì)施工階段都采用RTK測(cè)量技術(shù)，就可以克服這些工程所面臨的地形地勢(shì)、交通條件等因素的影響，省去大量的人工控制復(fù)核，大大減少甚至省去中間過渡點(diǎn)的測(cè)量，就可以節(jié)省大量時(shí)間，更重要的是，通過GPS測(cè)量得到的數(shù)據(jù)精度很高，大大方便以后的工程建設(shè)。

二、光電測(cè)距技術(shù)

光電測(cè)距技術(shù)主要應(yīng)用在全站儀、電子水準(zhǔn)儀等設(shè)備上。

（一）全站儀

全站儀是一種集光、機(jī)、電及精密機(jī)械加工等高精尖技術(shù)于一體的先進(jìn)測(cè)量?jī)x器，用它可準(zhǔn)確、高效、方便地完成多種工程測(cè)量工作。它不僅精度高，而且速度快、操作簡(jiǎn)便，還帶有豐富的內(nèi)置軟件，具有常規(guī)測(cè)量?jī)x器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)繪、測(cè)試、監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。全站儀是全站型電子測(cè)速儀的簡(jiǎn)稱，又被稱為“電子全站儀”，是指由電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀和電子記錄器組成的，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)角，自動(dòng)測(cè)距、自動(dòng)計(jì)算和自動(dòng)記錄的一種多功能高效率的地面測(cè)量?jī)x器。電子全站儀進(jìn)行空間數(shù)據(jù)采集與更新，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪的數(shù)字化。它的優(yōu)勢(shì)存在于數(shù)據(jù)處理的快速與準(zhǔn)確性。全站儀在工程測(cè)量中的應(yīng)用，不僅提高了工作效率，減少了外業(yè)計(jì)算、記錄和外業(yè)工作時(shí)間，而且還提高精度。應(yīng)用有很多種，例如：數(shù)據(jù)采集、施工放樣、后方交會(huì)、導(dǎo)線測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量等。

（二）電子水準(zhǔn)儀

電子水準(zhǔn)儀又稱數(shù)字水準(zhǔn)儀，它是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它采用條碼標(biāo)尺，各廠家標(biāo)尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。目前照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進(jìn)行。人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成象在望遠(yuǎn)鏡分化板上，供目視觀測(cè)，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測(cè)器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。電子水準(zhǔn)儀利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，把由標(biāo)尺進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的條碼分劃影像，用行陣探測(cè)器傳感器替代觀測(cè)員的肉眼，從而實(shí)現(xiàn)觀測(cè)夾準(zhǔn)和讀數(shù)自動(dòng)化。測(cè)量作業(yè)時(shí)只要將水準(zhǔn)儀概略整平，補(bǔ)償器自動(dòng)使視線水平，照準(zhǔn)標(biāo)尺并調(diào)焦，按測(cè)量鍵等4秒鐘后，在顯示器上即顯示h和d。每站觀測(cè)數(shù)據(jù)在內(nèi)存模塊或PCMCIA卡上自動(dòng)記錄并進(jìn)行各項(xiàng)檢校，儀器可設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行地球彎曲差和大氣垂直折光差改正。它與傳統(tǒng)儀器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：讀數(shù)客觀、精度高、速度快、效率高。

信息化測(cè)繪是計(jì)算機(jī)數(shù)字化測(cè)繪的延伸和發(fā)展，是信息社會(huì)測(cè)繪生產(chǎn)力發(fā)展的必然要求。在信息化條件下，空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度極大降低，技術(shù)含量極大提高，應(yīng)用前景更加廣闊。歷史將有力證明：建設(shè)城市信息化測(cè)繪體系是工程測(cè)量行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，殷切期待工程測(cè)量行業(yè)在信息化的浪潮中更加繁榮昌盛。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026—2007

篇3

關(guān)鍵詞：數(shù)字水印 離散小波變換（DWT） 塊能量

中圖分類號(hào)：TN941.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）09-0114-02

1 引言

數(shù)字水印是在不影響數(shù)字載體本來(lái)價(jià)值的條件下，以一定算法在數(shù)字內(nèi)容中永久性的嵌入了隱蔽的標(biāo)記（水印）。數(shù)字水印彌補(bǔ)了加密技術(shù)的不足，是當(dāng)前解決數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)問題的一種有效手段，嵌入水印必須同時(shí)滿足不可見性、魯棒性和透明性[1]。本文運(yùn)用小波變換對(duì)圖像進(jìn)行分析，選擇變換后圖像細(xì)節(jié)子帶分塊能量較大的分塊系數(shù)嵌入水印， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法具有很好的不可見性、魯棒性和透明性。

2 圖像的小波變換

人類的視覺系統(tǒng)對(duì)于圖像的各種組成成分具有不同的敏感性，要想提高水印的不可見性，就需要根據(jù)人類視覺系統(tǒng)的照度掩蔽特性和紋理掩蔽特性，將水印嵌入到圖像的紋理和邊緣等不易覺被察覺的地方。另外，由于小波變換是時(shí)間和頻率的局域變換，能夠?qū)崿F(xiàn)多分辨率的分解和傳輸，使得基于小波變換的數(shù)字水印算法廣泛的應(yīng)用于變換域水印技術(shù)。

經(jīng)一級(jí)離散小波變換，圖像分解為四個(gè)子帶：水平子帶HL、垂直子帶LH、對(duì)角子帶HH和逼近子帶LL，每一個(gè)子帶大小是原來(lái)圖像的1/4，逼近子帶可以再次進(jìn)行小波分解，從而形成多級(jí)小波分解[2]。如圖1為圖像三級(jí)多分辨率分解示意圖。

圖像經(jīng)過小波變換后，能量主要集中在低頻部分，低頻信息反映了載體的主要輪廓，水印的嵌入將影響圖像的不可見性[3，4]。而細(xì)節(jié)子帶是圖像的高頻成分，高頻信息是人類感知系統(tǒng)不敏感的信息，但容易被剔除，影響水印的魯棒性。為了同時(shí)滿足不可見性和魯棒性，本文算法對(duì)載體圖像進(jìn)行三級(jí)小波分解，將水印嵌入在第三級(jí)分解的細(xì)節(jié)子帶塊能量較大（即系數(shù)較大）的塊中。塊能量的計(jì)算法方法如公式（1）：

（1）

，是分別為塊的長(zhǎng)和寬，是各個(gè)塊中的小波系數(shù)值，表示塊能量。

3 水印技術(shù)的評(píng)價(jià)

一般從主觀和客觀兩個(gè)方面對(duì)數(shù)字水印算法進(jìn)行評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)是通過人眼的視覺系統(tǒng)，直觀的評(píng)價(jià)數(shù)字產(chǎn)品優(yōu)劣，將數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行等級(jí)的判定。客觀評(píng)價(jià)是通過一些指標(biāo)衡量，定量地給出一幅圖像的性能評(píng)價(jià)，要求這些指標(biāo)的計(jì)算簡(jiǎn)單、不依賴于主觀評(píng)價(jià)。目前常用來(lái)測(cè)量水印不可見性的指標(biāo)有歸一化均方差（NMSE）和峰值信噪比（PSNR），測(cè)量水印魯棒性的指標(biāo)為歸一化系數(shù)（NC）[5]。本文采用峰值信噪比（PSNR）和歸一化系數(shù)（NC）作為評(píng)價(jià)嵌入水印不可見性和魯棒性的指標(biāo)。

峰值信噪比是用來(lái)衡量含水印圖像和原始圖像之間差異程度的一個(gè)指標(biāo)，與信噪比相比峰值信噪比計(jì)算量小且使用方便，具體的計(jì)算公式如式2：

（2）

上式中I 和I″分別代表原始圖像和含水印圖像，M、N分別表示圖像的長(zhǎng)和寬。

歸一化系數(shù)是用來(lái)衡量從載體圖像中提取出來(lái)的水印和原始水印的相似程度的一個(gè)指標(biāo)，是唯一能證明載體信息中是否存在水印的依據(jù)，計(jì)算公式如式3：

（3）

其中，W為原始水印序列，W′為提取出來(lái)的水印序列，n為水印序列的長(zhǎng)度。

4 實(shí)驗(yàn)仿真

本文采用640×640×8 bit的校園圖像作為載體圖像， 數(shù)字水印選32×32 的二值圖像，來(lái)測(cè)試本算法的可行性。首先，采用haar小波對(duì)載體圖像進(jìn)行三級(jí)離散小波變換，為節(jié)省運(yùn)算時(shí)間分塊大小定為4×4，根據(jù)人眼的視覺掩蔽特性選取拉伸因子α=33，然后運(yùn)用Matlab軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理。

本文算法實(shí)現(xiàn)過程中， 為保證水印圖像具有很好的不可見性，將如圖2所示的二值水印嵌入在原始載體圖像（如圖3所示）的紋理和邊沿的系數(shù)中（由于人眼對(duì)圖像紋理和邊沿的變化不敏感）。圖4為嵌入水印后的圖像，直觀地比較圖3和圖4，可知在嵌入水印前后很難區(qū)別兩幅圖像之間的不同。

本文采用峰值信噪比PSNR和歸一化系數(shù)NC作為指標(biāo)來(lái)度量嵌入水印的圖像質(zhì)量和提取水印的質(zhì)量，經(jīng)計(jì)算得到嵌入水印圖像的PSNR=45.5631dB。表1為對(duì)嵌入水印進(jìn)行了各種常規(guī)的攻擊性測(cè)試后得到的峰值信噪比PSNR和歸一化系數(shù)NC，并將該算法與kutter算法進(jìn)行了比較，從表中可知，采用本方案得到的峰值信噪比PSNR和歸一化系數(shù)NC都較高，說(shuō)明利用本文方法能同時(shí)很好地滿足水印嵌入的不可視性和魯棒性要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種基于小波系數(shù)塊能量分析的自適應(yīng)數(shù)字水印算法，將水印嵌入在變換域細(xì)節(jié)子帶表示邊緣和紋理的大能量塊系數(shù)中。應(yīng)用該算法將水印嵌入到圖像中，運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，對(duì)圖像進(jìn)行退化處理后檢驗(yàn)其峰值信噪比PSNR和歸一化系數(shù)NC，從而證明此算法實(shí)現(xiàn)的水印具有更好的魯棒性和不可見性。

參考文獻(xiàn)

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篇4

關(guān)鍵詞：數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量 計(jì)算機(jī)視覺 多目立體視覺 影像匹配

引言

攝影測(cè)量學(xué)是一門古老的學(xué)科，若從1839年攝影術(shù)的發(fā)明算起，攝影測(cè)量學(xué)已有170多年的歷史，而被普遍認(rèn)為攝影測(cè)量學(xué)真正起點(diǎn)的是1851―1859年“交會(huì)攝影測(cè)量”的提出。在這漫長(zhǎng)的發(fā)展過程中，攝影測(cè)量學(xué)經(jīng)歷了模擬法、解析法和數(shù)字化三個(gè)階段。模擬攝影測(cè)量和解析攝影測(cè)量分別是以立體攝影測(cè)量的發(fā)明和計(jì)算機(jī)的發(fā)明為標(biāo)志，因此很大程度上，計(jì)算機(jī)的發(fā)展決定了攝影測(cè)量學(xué)的發(fā)展。在解析攝影測(cè)量中，計(jì)算機(jī)用于大規(guī)模的空中三角測(cè)量、區(qū)域網(wǎng)平差、數(shù)字測(cè)圖，還用于計(jì)算共線方程，在解析測(cè)圖儀中起著控制相片盤的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，交會(huì)空間點(diǎn)位的作用。而出現(xiàn)在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站（digital　photogrammetry　workstation，DPW）就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)+各種功能的攝影測(cè)量軟件。如果說(shuō)從模擬攝影測(cè)量到解析攝影測(cè)量的發(fā)展是一次技術(shù)的進(jìn)步，那么從解析攝影測(cè)量到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展則是一場(chǎng)技術(shù)的革命。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與模擬、解析攝影測(cè)量的最大區(qū)別在于：它處理的是數(shù)字影像而不再是模擬相片，更為重要的是它開始并將不斷深入地利用計(jì)算機(jī)替代作業(yè)員的眼睛。[1-2]毫無(wú)疑問，攝影測(cè)量進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)代已經(jīng)與計(jì)算機(jī)視覺緊密聯(lián)系在一起了[2]。

計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)相對(duì)年輕而又發(fā)展迅速的領(lǐng)域。其目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)具有通過二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境信息的能力，這種能力將不僅使機(jī)器能感知三維環(huán)境中物體的幾何信息，包括它的形狀、位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)等，而且能對(duì)它們進(jìn)行描述、存儲(chǔ)、識(shí)別與理解[3]。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量具有類似的目標(biāo)，也面臨著相同的基本問題。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)涉及多個(gè)學(xué)科，如圖像處理、模式識(shí)別以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等。由于它與計(jì)算機(jī)視覺的聯(lián)系十分緊密，有些專家將其看做是計(jì)算機(jī)視覺的分支。

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展已經(jīng)借鑒了許多計(jì)算機(jī)視覺的研究成果[4]。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量發(fā)展導(dǎo)致了實(shí)時(shí)攝影測(cè)量的出現(xiàn)，所謂實(shí)時(shí)攝影測(cè)量是指利用多臺(tái)CCD數(shù)字?jǐn)z影機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行影像獲取，并直接輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在實(shí)時(shí)軟件的幫助下，立刻獲得和提取需要的信息，并用來(lái)控制對(duì)目標(biāo)的操作[1]。在立體觀測(cè)的過程中，其主要利用計(jì)算機(jī)視覺方法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)代替人眼。隨著數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字近景攝影測(cè)量已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。近景攝影測(cè)量是利用近距離攝影取得的影像信息，研究物體大小形狀和時(shí)空位置的一門新技術(shù)，它是一種基于數(shù)字信息和數(shù)字影像技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取手段。量測(cè)型的計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字近景攝影測(cè)量的學(xué)科交叉將會(huì)在計(jì)算機(jī)視覺中形成一個(gè)新的分支――攝影測(cè)量的計(jì)算機(jī)視覺，但是它不應(yīng)僅僅局限于地學(xué)信息[2]。

1.　計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的差異

1.1　目的不同導(dǎo)致二者的坐標(biāo)系和基本公式不同

攝影測(cè)量的基本任務(wù)是嚴(yán)格建立相片獲取瞬間所存在的像點(diǎn)與對(duì)應(yīng)物點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)利用攝影片上的影像信息測(cè)制各種比例尺地形圖，建立地形數(shù)據(jù)庫(kù)，為各種地理信息系統(tǒng)建立或更新提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，它是在測(cè)繪領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科。

而計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的突出特點(diǎn)是其多樣性與不完善性。計(jì)算機(jī)視覺的主要任務(wù)是通過對(duì)采集的圖片或視頻進(jìn)行處理以獲得相應(yīng)場(chǎng)景的三維信息，因此直到計(jì)算機(jī)的性能提高到足以處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)它才得到正式的關(guān)注和發(fā)展，而這些發(fā)展往往起源于其他不同領(lǐng)域的需要。比如在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用計(jì)算機(jī)來(lái)替代人工視覺。

由于攝影測(cè)量是測(cè)繪地形圖的重要手段之一，為了測(cè)繪某一地區(qū)而攝影的所有影像，必須建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系。而計(jì)算機(jī)視覺是研究怎樣用計(jì)算機(jī)模擬人的眼睛，因此它是以眼睛（攝影機(jī)中心）與光軸構(gòu)成的坐標(biāo)系為準(zhǔn)。因此，攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺目的不同，導(dǎo)致它們對(duì)物體與影像之間關(guān)系的描述也不同。

1.2　二者處理流程不同

2.　可用于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)視覺理論――立體視覺

2.1　立體視覺

立體視覺是計(jì)算機(jī)視覺中的一個(gè)重要分支，一直是計(jì)算機(jī)視覺研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，在20多年的發(fā)展過程中，逐漸形成了自己的方法和理論。立體視覺的基本原理是從兩個(gè)（或多個(gè)）視點(diǎn)觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，通過三角測(cè)量原理計(jì)算像像素間的位置偏差（即視差）來(lái)獲取景物的三維信息，這一過程與人類視覺的立體感知過程是類似的。一個(gè)完整的立體視覺系統(tǒng)通常可分為圖像獲取、攝像機(jī)定標(biāo)、特征提取、影像匹配、深度確定及內(nèi)插等6個(gè)大部分[5]。其中影像匹配是立體視覺中最重要也是最困難的問題，也是計(jì)算機(jī)視覺和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的核心問題。

2.2　影像匹配

立體視覺的最終目的是為了恢復(fù)景物可視表面的完整信息。當(dāng)空間三維場(chǎng)景被投影為二維圖像時(shí)，同一景物在不同視點(diǎn)下的圖像會(huì)有很大不同，而且場(chǎng)景中的諸多因素，如光照條件，景物幾何形狀和物理特性、噪聲干擾和畸變以及攝像機(jī)特性等，都被綜合成單一的圖像中的灰度值。因此，要準(zhǔn)確地對(duì)包含了如此之多不利因素的圖像進(jìn)行無(wú)歧義的匹配，顯然是十分困難的。

在攝影測(cè)量中最基本的過程之一就是在兩幅或者更多幅的重疊影像中識(shí)別并定位同名點(diǎn)，以產(chǎn)生立體影像。在模擬攝影測(cè)量和解析攝影測(cè)量中，同名點(diǎn)的識(shí)別是通過人工操作方式完成的；而在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中則利用計(jì)算機(jī)代替人工解決同名點(diǎn)識(shí)別的問題，即采用影像匹配的方法。

2.3　多目立體視覺

根據(jù)單張相片只能確定地面某個(gè)點(diǎn)的方向，不能確定地面點(diǎn)的三維空間位置，而有了立體像對(duì)則可構(gòu)成與地面相似的立體模型，解求地面點(diǎn)的空間位置。雙目立體視覺由不同位置的兩臺(tái)或者一臺(tái)攝像機(jī)（CCD）經(jīng)過移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場(chǎng)景，就像人有了兩只眼睛，才能看三維立體景觀一樣，然后通過計(jì)算空間點(diǎn)在兩幅圖像中的視差，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。現(xiàn)在的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的立體像對(duì)技術(shù)通常是在一條基線上進(jìn)行的，但是由于采用計(jì)算機(jī)匹配替代人眼測(cè)定影像同名像對(duì)時(shí)存在大量的誤匹配，使自動(dòng)匹配的結(jié)果很不可靠。其存在的問題主要是，對(duì)存在特殊結(jié)構(gòu)的景物，如平坦、缺乏紋理細(xì)節(jié)、周期性的重復(fù)特征等易產(chǎn)生假匹配；在攝像機(jī)基線距離增大時(shí)，遮擋嚴(yán)重，能重建的空間點(diǎn)減少。為了解決這些問題，降低雙目匹配的難度，自1986年以來(lái)出現(xiàn)了三目立體視覺系統(tǒng)，即采用3個(gè)攝像機(jī)同時(shí)攝取空間景物，通過利用第三目圖像提供的信息來(lái)消除匹配的歧義性[5]。采用“多目立體視覺技術(shù)”可以利用攝影測(cè)量的空中三角測(cè)量原理，對(duì)多度重疊點(diǎn)進(jìn)行“多方向的前方交會(huì)”，既能較有效地解決隨機(jī)的誤匹配問題，同時(shí)又能增加交會(huì)角，提高高程測(cè)量的精度[2]。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，將很大程度地解決自動(dòng)匹配結(jié)果的不可靠性，提高數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

篇5

關(guān)鍵詞：光學(xué)測(cè)量；大變形；尺度不變特征變換；仿射變換；最小二乘迭代

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）31-7091-05

1 概述

數(shù)字圖像相關(guān)方法（Digital image correlation，DIC）是非接觸式測(cè)量方法中的代表性方法，它是由I.Yamaguchi[1]、W.H.Peters[2]等提出，是通過對(duì)比變形前后物體表面的灰度強(qiáng)度來(lái)得到表面形變量。在過去的20多年中，很多亞像素位移測(cè)量算法[3-6]被提出，這些算法提高了測(cè)量精度。由于傳統(tǒng)算法大多采用平移參考圖像子區(qū)的相關(guān)搜索來(lái)確定初始值，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角大于7°[7，8]時(shí)，會(huì)因目標(biāo)圖像子區(qū)較大變形而得到不可靠的初始值，從而使最終結(jié)果不準(zhǔn)確。文獻(xiàn)[9]提出采用人機(jī)交互的方式來(lái)獲取大變形初值的方法，文獻(xiàn)[10]選取連續(xù)變形的圖像系列來(lái)獲得初始值，但當(dāng)變形圖片數(shù)量較多時(shí)較為繁瑣。文獻(xiàn)[11，12]中使用的全局優(yōu)化算法不需要初值，但不能保證較高的計(jì)算效率，因此在時(shí)效性要求較高的測(cè)量中并不適用。

在被測(cè)物體在產(chǎn)生形變時(shí)，我們會(huì)采集它的表面變形前后的圖像。大多數(shù)形變是由平移、旋轉(zhuǎn)和仿射變換等組成，而SIFT算法在圖像發(fā)生平移、旋轉(zhuǎn)和仿射變換時(shí)能夠精確的匹配變形前后圖像，并且還對(duì)亮度變化和噪聲不敏感。基于SIFT算法，該文提出了一種新的大變形應(yīng)變測(cè)量方法。通過算法仿真實(shí)驗(yàn)證明了本文方法在保證精度的情況下解決了大變形情況下得到不可靠結(jié)果的問題，并且全程不需要人工干涉，計(jì)算效率非常高。

2 基于SIFT算法原理

SIFT （scale invariant feature transform）是由Lowe[13]提出并總結(jié)完善的一種算法，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和亮度變化具有很強(qiáng)的魯棒性，還對(duì)噪聲和仿射變換保持一定程度的穩(wěn)定性。該文利用SIFT算法的對(duì)相關(guān)圖像的超強(qiáng)匹配特性來(lái)得到兩幅圖像的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)關(guān)系，在使用仿射變換求出形變參數(shù)。

2.1 檢測(cè)SIFT特征點(diǎn)

SIFT算法在圖像的不同尺度空間中提取SIFT關(guān)鍵點(diǎn)。該算法的實(shí)現(xiàn)主要分為4個(gè)步驟：尺度空間極值點(diǎn)檢測(cè)、關(guān)鍵點(diǎn)精確定位、確定特征點(diǎn)主方向和生成SIFT描述子。

1）尺度空間極值點(diǎn)檢測(cè)

3.1 剛體平移實(shí)驗(yàn)

3.2 剛體旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證基于SIFT方法能對(duì)任意轉(zhuǎn)角的2幅圖能進(jìn)行可靠有效的計(jì)算，對(duì)參考散斑圖像分別逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°、60°、90°、150°、180°和300°作為變形后圖像。圖4（c）顯示了旋轉(zhuǎn)30°后的散斑圖。表2顯示了計(jì)算結(jié)果和CPU平均耗時(shí)，圖6顯示了旋轉(zhuǎn)30°時(shí)SIFT特征點(diǎn)的位移變化。由表可知本文方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相符合，精度與基于差分進(jìn)化DIC方法相差不大，為0.003°。還可以看到當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為90°、180°時(shí)，該文方法的精度為0.007°，而其他旋轉(zhuǎn)角度只有0.02°。這是因?yàn)樵趯?duì)圖片旋轉(zhuǎn)90°或180°時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生插值誤差，而其他角度旋轉(zhuǎn)的插值會(huì)引起不必要的誤差。運(yùn)算速度上，基于SIFT方法耗時(shí)約1.8秒，明顯優(yōu)于基于差分進(jìn)化DIC方法。這是因?yàn)椴罘诌M(jìn)化DIC在求亞像素位移時(shí)需要進(jìn)行大面積插值，必然會(huì)消耗大量時(shí)間。雖然SIFT算法也需要插值，但是只是對(duì)提取出的特征點(diǎn)進(jìn)行插值，而特征點(diǎn)相對(duì)于圖像像素總個(gè)數(shù)是很少的，所以效率很高。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于SIFT算法的大變形測(cè)量方法，其特點(diǎn)：

1）在被測(cè)材料表面發(fā)生大變形的情況下，該方法仍能準(zhǔn)確可靠的計(jì)算出形變參數(shù)。用剛體平移、各種角度旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性和可靠性。

2）不僅克服了傳統(tǒng)的方法在較大剛體旋轉(zhuǎn)或大變形情況下容易失效的問題，而且計(jì)算速度快、不需要人機(jī)交互，有望在圖像精確形變測(cè)量并且效率要求較高的工程上應(yīng)用。

3）該方法的缺點(diǎn)是它的計(jì)算精度受SIFT特征點(diǎn)匹配的準(zhǔn)確性的影響，所以研究精確匹配能夠使本文方法精度有所提高，這也是我們?cè)诮窈蠊ぷ鞯闹攸c(diǎn)。

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篇6

中圖分類號(hào)：R246.7　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

[摘　要]目的：探討針刺療法抗皮膚老化的作用機(jī)制。方法：選用18月齡大鼠腹部皮膚為研究對(duì)象，采用毫針局部圍刺作為處理因素，同時(shí)設(shè)立空白組、小切口皺手術(shù)對(duì)膩組、8月齡青年大鼠組，比較其皮膚可溶性及總羥脯氨酸含量，并通過透射電鏡觀察其成纖維細(xì)胞的形態(tài)以及膠原纖維的排列，研究局部圍刺對(duì)老化皮膚膠原纖維含量及真皮超微結(jié)構(gòu)的影響，并與參考文獻(xiàn)方法進(jìn)行手術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照。結(jié)果：圍刺后大鼠皮膚可溶性羥脯氨酸含量顯著高于老年空白組，總羥脯氨酸無(wú)顯著差異，電鏡可見，老齡大鼠真皮成纖維細(xì)胞的細(xì)胞器減少，細(xì)胞結(jié)構(gòu)退化，同時(shí)膠原纖維之間空隙加寬，老化性架橋增多，圍刺治療后其成纖維細(xì)胞活性增強(qiáng)，結(jié)論：圍刺法可能是通過增強(qiáng)皮膚中成纖維細(xì)胞的活性進(jìn)而增加其可溶性膠原含量來(lái)改變皮膚的老化狀態(tài)。

[主題詞] 圍刺；皮膚／代謝；羥脯氨酸／針灸效應(yīng)，皮膚／超微結(jié)構(gòu)；大鼠

很多針灸臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，對(duì)面癱的患者進(jìn)行針灸治療后，患側(cè)的皮膚較之健側(cè)光滑、細(xì)膩，且皺紋減少或變淺。后來(lái)發(fā)展成針灸除皺術(shù)，通常采用皺紋局部圍刺的方法，往往可以消除面部的淺小皺紋，顯著改善皮膚的老化外觀，并因操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、損傷小而易于被患者接受，在中醫(yī)美容臨床上應(yīng)用較多。但目前一般通過醫(yī)患的主觀判斷來(lái)描述其療效，顯然缺乏客觀的判定指標(biāo)。因此，本實(shí)驗(yàn)以18月齡的老年及8月齡的青年大鼠皮膚為研究對(duì)象，對(duì)比觀察自然老化過程中皮膚超微結(jié)構(gòu)的變化以及圍刺的方法對(duì)大鼠皮膚超微結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1．1　實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

選用健康18月齡Wistar大鼠36只，體重(482±70)g，隨機(jī)分為A：老年空白組，B：局部圍刺組，C：手術(shù)對(duì)照組，每組12只；健康8月齡大鼠8只，體重(231±18)g，設(shè)為D：青年對(duì)照組。以上大鼠均雌雄各半，由遼寧中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，動(dòng)物編號(hào)SCXK(遼)2004―0018。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)動(dòng)物飼養(yǎng)條件

每組動(dòng)物按性別及組別分籠飼養(yǎng)，自然光照，在相同環(huán)境下，常規(guī)飼食喂水，無(wú)不良因素影響。適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，開始實(shí)驗(yàn)。

(2)處理方法

①圍刺組：選用0.40mmX40mm針灸針，在大鼠腹部正中選取4cm×4cm區(qū)域皮膚剪毛，將大鼠在密封罐中用乙醚麻醉，昏迷后取出捆綁于大鼠固定架上，從剪毛區(qū)域的兩側(cè)向垂直腹中線方向平刺入35～40mm，刺入層次大致在真皮和皮下組織之間，每側(cè)5針，不行手法，然后從固定架上放開，每只鼠均單獨(dú)存放在一個(gè)飼養(yǎng)籠中，令其蘇醒后帶針在籠中自由活動(dòng)，留針20min，每d1次，10d為一個(gè)療程，療程間休息10d，共進(jìn)行2個(gè)療程。第2療程結(jié)束后繼續(xù)飼養(yǎng)5d，不加任何處理。

②手術(shù)對(duì)照組：按照文獻(xiàn)方法實(shí)施真皮劃痕術(shù)。術(shù)前腹腔注射烏拉坦780mg/kg，腹部同上區(qū)域剪毛，在剪毛區(qū)域靠左側(cè)邊做-2cm切口，然后用眼科剪伸入，將真皮與皮下組織剝離，用彎鉤手術(shù)刀片伸入真皮下，垂直于真皮面做縱橫淺表切口，切割間隔1mm左右，深度以切透真皮而不穿透基底膜為度。術(shù)后常規(guī)縫合，分籠飼養(yǎng)，待傷口愈合后每天同圍刺組麻醉和捆綁2～3min。

③空白組和青年對(duì)照組：腹部同上區(qū)域剪毛，每天均同圍刺組麻醉和捆綁2～3min。

(3)取材方法

用15％Na2S在所有大鼠腹部剪毛區(qū)脫毛，取-皮膚全層，保存于20℃冰箱中待測(cè)。

(4)指標(biāo)測(cè)定

羥脯氨酸測(cè)定采用分光光度法，具體如文獻(xiàn)。

(5)電鏡標(biāo)本的制作

取鼠腹部剪毛區(qū)相同部位的皮膚表皮到真皮全層，修塊后投入2.5％戊二醛固定2h，取出用二甲砷酸鈉緩沖液沖洗3次，1％鋨酸固定1h，再?zèng)_洗3次，常規(guī)系列乙醇一丙酮脫水，Epon 812環(huán)氧樹脂包埋，LKB-V超薄切片機(jī)切片，厚600～800A，醋酸鈾枸櫞酸鉛染色，日立H-600透射電鏡觀察并拍片。

2 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

測(cè)得數(shù)據(jù)采用SPSS 130.統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理，組間差異按方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，兩兩比較用LSD法。

3 結(jié)果與分析

3．1 大鼠皮膚羥脯氨酸含量比較(見表1)

(1)各組可溶性羥脯氨酸含量比較

經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，A、D組間差異有非常顯著性意義(P＜0.01)，說(shuō)明18月齡的老年組與8月齡的青年組大鼠相比，其可溶性羥脯氨酸的含量顯著減少；B、C組分別與A組相比，差異均有非常顯著意義(p＜0.01)，B、C組間差異則無(wú)顯著性意義(P＞0.05)，說(shuō)明局部圍刺的方法可以顯著增加大鼠皮膚羥脯氨酸的含量，且與手術(shù)對(duì)照組相比差異無(wú)顯著性意義。

(2)各組總羥脯氨酸含量比較

經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，A、D組間差異有非常顯著性意義(P＜0.01)，顯示18月齡的老年組與8月齡的青年組大鼠相比，其總羥脯氨酸的含量顯著增加。說(shuō)明皮膚中總羥脯氨酸的含量可能是隨著增齡而增加的，B、C組分別與A組相比，差異均無(wú)顯著性意義，說(shuō)明針刺和手術(shù)的方法都不能改變真皮的總羥脯氨酸含量，這很可能說(shuō)明總羥脯氨酸含量不能作為衡量抗皮膚老化療效的指標(biāo)。

3．2 真皮成纖維細(xì)胞及膠原纖維超微結(jié)構(gòu)觀察

從電鏡照片可見，青年對(duì)照組：成纖維細(xì)胞呈梭形或不規(guī)則形，核卵圓形，核染色較深，核內(nèi)染色質(zhì)均勻分布，胞質(zhì)中有較多的糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，有的呈中度擴(kuò)張，網(wǎng)池中可見到著色均勻的淡灰色絮狀物；可見較多的線粒體，線粒體嵴隱約可見，溶酶體也可見到，脂褐素顆粒較少(見圖1)；膠原纖維束大而規(guī)則，呈波狀，纖維束間架橋較少(見圖2)。老年空白組：成纖維細(xì)胞呈長(zhǎng)梭形或扁平狀，胞核占胞體大部分，核染色質(zhì)聚積成塊，胞質(zhì)很少，有的甚至在核周形成一薄層，細(xì)胞內(nèi)可見到不多的短管狀糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，正常線粒體較青年組少，而變性壞死的線粒體較多，重者甚至出現(xiàn)空泡化，胞質(zhì)內(nèi)脂褐素顆粒較多(見圖3)；膠原纖維束聚合，排列不規(guī)則，架橋增多，基質(zhì)空間增大(見圖4)。局部圍刺組：在老年空白組形態(tài)學(xué)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，成纖維細(xì)胞亦可見空泡化的線粒體，但內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有的呈輕度擴(kuò)張，細(xì)胞周圍出現(xiàn)膠原纖維細(xì)絲，與成纖維細(xì)胞緊密相連(應(yīng)為新生的膠原纖維)，新生纖維束排列規(guī)則，束間無(wú)架橋(見圖5)，原有膠原纖維束的排列改變不明顯(見圖6)。

4 討論

4．1 圍刺對(duì)老化皮膚膠原含量的影響

機(jī)體的自然老化又稱時(shí)程老化、固有性老化，主要由遺傳因素決定，是與機(jī)體衰老同步的生理現(xiàn)象，在皮膚主要表現(xiàn)為皮膚全層及其附屬器官的萎縮及功能減退等，具體表現(xiàn)為：①皺紋細(xì)微、無(wú)斑點(diǎn)、血

管突顯；②表皮中郎格罕細(xì)胞(LC)的密度降低，且其樹枝狀突起分枝減少，提示免疫力降低；③表皮和真皮連接處變平；④真皮萎縮，血管供應(yīng)減少，皮膚中脂褐素的含量有規(guī)律地隨年齡遞增；⑤成纖維細(xì)胞數(shù)目減少、活性降低，膠原蛋白多肽鏈間的共價(jià)交聯(lián)程度增加，電鏡下彈性纖維變細(xì)、排列紊亂，偶見纖維斷裂，纖維內(nèi)微絲減少，電子密度高的內(nèi)含物增加。據(jù)本實(shí)驗(yàn)推測(cè)，圍刺針法對(duì)老化皮膚膠原的作用主要是通過以下途徑實(shí)現(xiàn)的：

(1)促使局部神經(jīng)遞質(zhì)的釋放

由于針灸能夠促使皮膚局部組胺和乙酰膽堿等神經(jīng)遞質(zhì)釋放，刺激血管擴(kuò)張，促進(jìn)血液循環(huán)、淋巴循環(huán)，改善淺表血管和神經(jīng)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，因此皮膚供養(yǎng)相對(duì)充分，膠原合成增加，局部皮膚張力增強(qiáng)，皺紋變淺，老化的外觀能夠得以改善。

(2)消除細(xì)胞間的“接觸性抑制”

膠原纖維占皮膚干重的90％，由膠原蛋白分子以共價(jià)鍵交聯(lián)而成，主要具有支持功能，構(gòu)成了真皮結(jié)締組織的幾乎整個(gè)固態(tài)成分，決定著真皮的機(jī)械張力，膠原蛋白合成與多種酶的活性于兒童早期最高，之后逐漸降低。膠原纖維之間的共價(jià)交聯(lián)分為未成熟性架橋、成熟性架橋、老化性架橋3種。在時(shí)程老化的過程中，非暴露部位的皮膚因老化性架橋逐漸增多而使膠原代謝率降低，表現(xiàn)為膠原纖維的弱酸溶解度下降，即可溶性膠原(新合成者)減少。對(duì)于不溶性膠原纖維的含量與年齡的關(guān)系，不同的學(xué)者提出了不同的觀點(diǎn)：有的資料表明膠原纖維的總量隨著增齡而減少，有的學(xué)者則發(fā)現(xiàn)時(shí)程老化引起不溶性膠原蛋白的增加，皮膚的總膠原蛋白含量(可溶性與不溶性膠原蛋白總量)增加，而可溶性膠原含量的減少是使皮膚表面呈現(xiàn)皺紋的重要原因。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與后者相符，說(shuō)明局部圍刺可以增加真皮可溶性膠原的含量。

本實(shí)驗(yàn)中圍刺刺入皮膚的真皮下、筋膜上，其位置恰好鄰近真皮網(wǎng)狀層，由于在皮下造成了針刺的微小創(chuàng)口而消除了細(xì)胞間的“接觸性抑制”，促使真皮網(wǎng)狀層中膠原纖維增生修復(fù)，使皮膚成纖維細(xì)胞的活性增強(qiáng)，從而促使更多膠原纖維的合成，對(duì)抗了皮膚老化過程中可溶性膠原纖維進(jìn)行性減少的過程，從而增強(qiáng)皮膚的張力，與老化過程中膠原的合成障礙是一個(gè)相互拮抗的過程，因此可以從一定程度上延遲或?qū)蛊つw皺紋的產(chǎn)生。

4．3 圍刺法除皺的適應(yīng)癥

篇7

【關(guān)鍵詞】量子計(jì)算；量子計(jì)算機(jī)；量子算法；量子信息處理

1、引言

在人類剛剛跨入21山_紀(jì)的時(shí)刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國(guó)科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，而美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會(huì)再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計(jì)算機(jī)以量子計(jì)算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。

2、子計(jì)算的物理背景

任何計(jì)算裝置都是一個(gè)物理系統(tǒng)。量子計(jì)算機(jī)足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的裝置。量子計(jì)算足以量子計(jì)算目L為背景的計(jì)算。是在量了力。4個(gè)公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認(rèn)為，量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性，亦不具有經(jīng)典渡動(dòng)性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級(jí)）的取值的離散性。其離散值之問的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學(xué)原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級(jí)。而某個(gè)物理客體（如電子）在另一個(gè)客體（姻原子棱）的離散能級(jí)之間躍遷（transition。粒子在不同能量級(jí)分布中的能級(jí)轉(zhuǎn)移過程）時(shí)將會(huì)吸收或發(fā)出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產(chǎn)生了一個(gè)相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁；愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對(duì)市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨(dú)特的性質(zhì)為量了計(jì)算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。

3、量子計(jì)算機(jī)的特征

量子計(jì)算機(jī)，首先是能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲(chǔ)存形式，以量子動(dòng)力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計(jì)算，是指組成計(jì)算機(jī)硬件的各種元件達(dá)到原子級(jí)尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計(jì)算機(jī)是一物理系統(tǒng)，它能存儲(chǔ)和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計(jì)算機(jī)遵從的基本原理是量子力學(xué)原理：量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)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，量子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲(chǔ)、寫入、讀出信息，信息的一個(gè)量子位是一個(gè)二能級(jí)（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個(gè)量子位可用一自旋為1/2的粒子來(lái)表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個(gè)極化方向來(lái)表示0和1；或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說(shuō)在量子計(jì)算機(jī)中，量子信息是存儲(chǔ)在單個(gè)的自旋’、光子或原子上的。對(duì)光子來(lái)說(shuō)，可以利用Kerr非線性作用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對(duì)自旋來(lái)說(shuō)，則是把電子（或核）置于磁場(chǎng)中，通過磁共振技術(shù)來(lái)獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個(gè)原子存儲(chǔ)的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來(lái)完成的。量子計(jì)算機(jī)使用兩個(gè)量子寄存器，第一個(gè)為輸入寄存器，第二個(gè)為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。單量子位算符實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個(gè)是控制位，它確定在什么情況下目標(biāo)位才發(fā)生改變；另一個(gè)是目標(biāo)位，它確定目標(biāo)位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動(dòng)。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說(shuō)清楚量子計(jì)算，首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對(duì)輸入信號(hào)序列按一定算法進(jìn)行交換的機(jī)器，其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)：

a）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號(hào)，用量子力學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列0110110，用量子記號(hào)，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個(gè)性質(zhì)，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換（或計(jì)算）只對(duì)應(yīng)一類特殊集。

相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來(lái)描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為：

a）量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；

b）量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。由此可見，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，經(jīng)典計(jì)算是一類特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算，所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成，并按一定的概率振幅疊加起來(lái)，給出量子計(jì)算的輸出結(jié)果。這種計(jì)算稱為量子并行計(jì)算，量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率，使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的工作，這是量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性之一。

4、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

量子計(jì)算機(jī)驚人的運(yùn)算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計(jì)算機(jī)來(lái)完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計(jì)算必然走向結(jié)合，形成新興的量子信息處理技術(shù)。目前，在信息技術(shù)領(lǐng)域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術(shù)，由于運(yùn)算量龐大，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差，不能滿足實(shí)際需要，因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)自然成為繼續(xù)推動(dòng)計(jì)算速度提高，進(jìn)而引導(dǎo)各個(gè)學(xué)科全面進(jìn)步的有效途徑之一。在目前量子計(jì)算機(jī)還未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的情況下，深入地研究量子算法是量子信息處理領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向，其研究重點(diǎn)有以下三個(gè)方面；

（1）深刻領(lǐng)悟現(xiàn)有量子算法的木質(zhì)，從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊，用其代替經(jīng)典算法中的相應(yīng)部分，以便盡可能地減少現(xiàn)有算法的運(yùn)算量；

（2）以現(xiàn)有的量子算法為基礎(chǔ)，著手研究新型的應(yīng)用面更廣的信息處理量子算法；

（3）利用現(xiàn)有的計(jì)算條件，盡量模擬量子計(jì)算機(jī)的真實(shí)運(yùn)算環(huán)境，用來(lái)驗(yàn)證和開發(fā)新的算法。

5、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用前景

目前經(jīng)典的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，解決很多難題。但依然存在一些難解問題，它們的計(jì)算需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，以致在宇宙時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成。量子計(jì)算研究的一個(gè)重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計(jì)算機(jī)首先可用于因子分解。因子分解對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言是難解問題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法，量子計(jì)算機(jī)能夠以多項(xiàng)式時(shí)間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計(jì)算機(jī)還可用于數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫(kù)搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計(jì)算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)未加整理數(shù)據(jù)庫(kù)Ⅳ的平方根量級(jí)加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問題。量子計(jì)算機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)視覺，計(jì)算機(jī)視覺是一種通過二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識(shí)別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。這種壓縮必然會(huì)損失一部分原始信息。

作者簡(jiǎn)介：

篇8

一、未來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)將向超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展

超高速計(jì)算機(jī)將采用平行處理技術(shù)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多條指令或同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這是改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的關(guān)鍵技術(shù)。

同時(shí)計(jì)算機(jī)將具備更多的智能成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語(yǔ)言能力。除了提供自然的輸入手段（如語(yǔ)音輸入、手寫輸入）外，讓人能產(chǎn)生身臨其境感覺的各種交互設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)、光盤存儲(chǔ)容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲(chǔ)技術(shù)趨于成熟，新型的存儲(chǔ)器每立方厘米存儲(chǔ)容量可達(dá)10TB（以一本書30萬(wàn)字計(jì)，它可存儲(chǔ)約1500萬(wàn)本書）。信息的永久存儲(chǔ)也將成為現(xiàn)實(shí)，千年存儲(chǔ)器正在研制中，這樣的存儲(chǔ)器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻(xiàn)可以原汁原味保存、并流芳百世。

二、新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)

硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展同時(shí)也意味著硅技術(shù)越來(lái)越近其物理極限，為此，世界各國(guó)的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)從體系結(jié)構(gòu)的變革到器件與技術(shù)革命都要產(chǎn)生一次量的乃至質(zhì)的飛躍。新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等將會(huì)在21世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個(gè)領(lǐng)域。

三、量子計(jì)算機(jī)與光子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生

量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。

量子計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)用量子位存儲(chǔ)。由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位可以是0或1，也可以既存儲(chǔ)0又存儲(chǔ)1。因此一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲(chǔ)位，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量比通常計(jì)算機(jī)大許多。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏?jì)算，其運(yùn)算速度可能比目前個(gè)人計(jì)算機(jī)的PentiumⅢ晶片快10億倍。目前正在開發(fā)中的量子計(jì)算機(jī)有3種類型：核磁共振（NMR）量子計(jì)算機(jī)、硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)。預(yù)計(jì)2030年將普及量子計(jì)算機(jī)。

光子計(jì)算機(jī)即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。超高速電子計(jì)算機(jī)只能在低溫下工作，而光計(jì)算機(jī)在室溫下即可開展工作。光計(jì)算機(jī)還具有與人腦相似的容錯(cuò)性。

目前，世界上第一臺(tái)光計(jì)算機(jī)已由歐共體的英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)、德國(guó)、意大利的70多名科學(xué)家研制成功，其運(yùn)算速度比電子計(jì)算機(jī)快1000倍。科學(xué)家們預(yù)計(jì)，光計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步研制將成為21世紀(jì)高科技課題之一。

四、生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)由酶來(lái)充當(dāng)，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來(lái)。

20世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（DNA）處于不同狀態(tài)時(shí)可以代表信息的有或無(wú)。DNA分子中的遺傳密碼相當(dāng)于存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，DNA分子間通過生化反應(yīng)，從一種基因代瑪轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N基因代碼。反應(yīng)前的基因代碼相當(dāng)于輸入數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼相當(dāng)于輸出數(shù)據(jù)。如果能控制這一反應(yīng)過程，那么就可以制作成功DNA計(jì)算機(jī)。

蛋白質(zhì)分子比硅晶片上電子元件要小得多，彼此相距甚近，生物計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬(wàn)倍。DNA分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液，可存儲(chǔ)1萬(wàn)億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。DNA計(jì)算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以生物計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與生物活體相聯(lián)。預(yù)計(jì)10～20年后，DNA計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段。

五、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)蔓延與提升

今天人們談到計(jì)算機(jī)必然地和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，一方面孤立的未加入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)越來(lái)越難以見到，另一方面計(jì)算機(jī)的概念也被網(wǎng)絡(luò)所擴(kuò)展。二十世紀(jì)九十年代興起的Internet在過去如火如荼地發(fā)展，其影響之廣、普及之快是前所未有的。從沒有一種技術(shù)能像Internet一樣，劇烈地改變著我們的學(xué)習(xí)、生活和習(xí)慣方式。全世界幾乎所有國(guó)家都有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)直接或間接地與Internet相連，使之成為一個(gè)全球范圍的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。人們可以通過Internet與世界各地的其它用戶自由地進(jìn)行通信，可從Internet中獲得各種信息。

人們已充分領(lǐng)略到網(wǎng)絡(luò)的魅力，Internet大大縮小了時(shí)空界限，通過網(wǎng)絡(luò)人們可以共享計(jì)算機(jī)硬件資源、軟件資源和信息資源。“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的概念被事實(shí)一再證明，被世人逐步接受。

六、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)與系統(tǒng)

隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用、無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的成熟以及計(jì)算機(jī)處理能力的不斷提高，新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。移動(dòng)計(jì)算正是為提高工作效率和隨時(shí)能夠交換和處理信息所提出，業(yè)已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

移動(dòng)計(jì)算包括三個(gè)要素：通信、計(jì)算和移動(dòng)。這三個(gè)方面既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。移動(dòng)計(jì)算概念提出之前，人們對(duì)它們的研究已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了，移動(dòng)計(jì)算是第一次把它們結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。它們可以相互轉(zhuǎn)化，例如，通信系統(tǒng)的容量可以通過計(jì)算處理（信源壓縮，信道編碼，緩存，預(yù)取）得到提高。

面向全球網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的各類新型微機(jī)和信息終端產(chǎn)品將成為主要產(chǎn)品。便攜計(jì)算機(jī)、數(shù)字基因計(jì)算機(jī)、移動(dòng)手機(jī)和終端產(chǎn)品，以及各種手持式個(gè)人信息終端產(chǎn)品，將把移動(dòng)計(jì)算與數(shù)字通信融合為一體，手機(jī)將被嵌入高性能芯片和軟件，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)限通信協(xié)議（如藍(lán)牙）上網(wǎng)，觀看電視、收聽廣播。在Internet上成長(zhǎng)起來(lái)的新一代自然不會(huì)把汽車僅作為代步工具，汽車將向用戶提供上網(wǎng)、辦公、家庭娛樂等功能，成為車輪上的信息平臺(tái)。

我們有理由相信，計(jì)算機(jī)在人類生活中的影響，將會(huì)越來(lái)越大，而由此會(huì)帶給我們?nèi)碌纳铙w驗(yàn)，將會(huì)有怎樣的驚喜和全新體驗(yàn)?zāi)兀孔屛覀兪媚恳源?/p>

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篇9

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)將向超高速超小型平行處理智能化的方向發(fā)展，使計(jì)算機(jī)技術(shù)更好的為人類生產(chǎn)、生活、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展服務(wù)。

一、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展史

計(jì)算機(jī)誕生之初，其主要的作用是用于計(jì)算導(dǎo)彈的運(yùn)行彈道。但是由于在過去的工作中計(jì)算機(jī)成本較為昂貴，在上個(gè)世紀(jì)五十年代以前，計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。直到上個(gè)世紀(jì)六七十年代，計(jì)算機(jī)成本逐步降低，使得部分單位和企業(yè)有能力在工作中采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作，也使得計(jì)算機(jī)技術(shù)得到飛速發(fā)展。隨著Intel4位中央處理器的誕生以及普及，在1982年，世界上第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)誕生，并被成功的應(yīng)用在家庭。到了上個(gè)世紀(jì)九十年代末期，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在諸多家庭和企業(yè)中，同時(shí)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也逐步廣泛到企業(yè)。

在這種社會(huì)現(xiàn)狀下，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用逐步形成了兩個(gè)不同的方向和趨勢(shì)，其一主要指的是被應(yīng)用在科研機(jī)構(gòu)、軍事機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，由于這些領(lǐng)域往往都是計(jì)算困難、計(jì)算精度較高的工作環(huán)節(jié)，因此在發(fā)展中對(duì)于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和計(jì)算精確度提出了新的要求。其二主要指的是在工作中應(yīng)用在家庭和中小企業(yè)的計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)可以說(shuō)主要是往實(shí)惠、小體積和輕重量的方向發(fā)展。縱觀計(jì)算機(jī)發(fā)展史我們可以得知，計(jì)算機(jī)創(chuàng)新能力的推動(dòng)與普及與人們生活和社會(huì)發(fā)展緊密相連，其在工作中也推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)領(lǐng)域的正常進(jìn)行。

二、計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)中發(fā)揮著不可替代的作用，對(duì)于促進(jìn)社會(huì)信息化的實(shí)現(xiàn)有著主導(dǎo)作用。伴隨著科學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也逐步實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)同步發(fā)展的核心技術(shù)觀念，也在工作中實(shí)現(xiàn)了信息化、現(xiàn)代化的核心技術(shù)處理要求。

（一）現(xiàn)代微型處理器的情況

在當(dāng)前社會(huì)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的性能提升和處理主要在于發(fā)展微型處理器，這也是目前計(jì)算機(jī)發(fā)展的整體趨勢(shì)，在計(jì)算機(jī)發(fā)展工作中，其主要的實(shí)質(zhì)在于提高處理器芯片中的晶體線寬與尺寸的大小。一般在研究的過程中，多采用較短的波長(zhǎng)來(lái)曝光光源，從而做打破掩膜曝光要求。如今的微型處理器發(fā)展與計(jì)算中，主要是通過紫外線進(jìn)行運(yùn)用和曝光光源的管理與深化，并且在工作中對(duì)于深層芯片進(jìn)行全面總結(jié)和處理，這種工作流程和工作方式多是采用量子效應(yīng)與電子行為來(lái)進(jìn)行分析，這種社會(huì)分析現(xiàn)狀也是微處理器發(fā)展的首要基礎(chǔ)。所以也就引起專家的注視，紫外線光源對(duì)微處理器性能的提升已經(jīng)沒有多大作用了。

（二）以納米為主的電子科學(xué)技術(shù)

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，各種先進(jìn)材料不斷的引進(jìn)，進(jìn)而對(duì)微處理器進(jìn)行優(yōu)化和總結(jié)。就目前的計(jì)算機(jī)應(yīng)用與發(fā)展分析而言，在計(jì)算機(jī)工作中，準(zhǔn)確高效的計(jì)算機(jī)技術(shù)和微型化電子元件的需求已成為人們對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展提出的新觀念，但就目前的社會(huì)現(xiàn)狀而言這種目標(biāo)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到。因此在未來(lái)的計(jì)算機(jī)發(fā)展中，我們不僅要深入研究計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，同時(shí)更是要引進(jìn)各種新材料、新技術(shù)。在這種現(xiàn)狀之下，以納米為主的計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為目前我們工作和認(rèn)識(shí)的重點(diǎn)形式，也是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中存在的核心問題。

三、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

1、未來(lái)的計(jì)算機(jī)將具有更全面智能成分，如多種感知、思考判定能力和常用自然語(yǔ)言能力，除常規(guī)手寫及語(yǔ)音輸入手法外，還將具有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)功能，使存儲(chǔ)光盤進(jìn)一步加大存儲(chǔ)容量，計(jì)算機(jī)的海量存儲(chǔ)技術(shù)不斷成熟完善，使信息永久性儲(chǔ)存不再僅僅是夢(mèng)想，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展即將實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)久存儲(chǔ)器的研制及使用，可以防水、防震、防腐蝕耐高溫。計(jì)算機(jī)硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展，表明硅技術(shù)已接近其物理極限，為此，各國(guó)科研人員不斷研發(fā)新型量子及納米計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上研發(fā)的，它利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài)，使信息可以沿著聚合物進(jìn)行移動(dòng)，運(yùn)算量子計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)用量子位存儲(chǔ)。一個(gè)量子位可以是0或1，它既可以存儲(chǔ)0又能夠存儲(chǔ)1，也就是量子位可以存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)據(jù)，這是因量子的疊加效應(yīng)。同樣的存儲(chǔ)位，但存儲(chǔ)量比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)高很多。

篇10

關(guān)鍵詞：未來(lái)；計(jì)算機(jī)；核心技術(shù)；發(fā)展方向

1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

第一臺(tái)計(jì)算機(jī)于1942年出現(xiàn)在賓夕法尼亞大學(xué)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的制作初衷是為了計(jì)算火炮彈道，主要用于軍事用途。這一代的計(jì)算機(jī)采用的是電子線路執(zhí)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算與信息存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，其計(jì)算速度相較于繼電器計(jì)算機(jī)快一千倍。但是，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的程序設(shè)備仍然是外加式，并且存儲(chǔ)容量也相對(duì)較小，尚不具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特征。

1945年數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出了更為先進(jìn)的邏輯結(jié)構(gòu)并且應(yīng)用于計(jì)算機(jī)制造，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化程度提高，開始進(jìn)入了發(fā)展時(shí)期。該時(shí)期的計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用到工業(yè)與生活中。到20實(shí)際中期以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)便進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)的組成也更加復(fù)雜，由單純的硬件變?yōu)榱擞布⒐碳c軟件三部分組成。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)與性能不斷提高，計(jì)算機(jī)的種類也呈多樣化，出現(xiàn)了大型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等類型。此外，還出現(xiàn)了一些專用計(jì)算機(jī)，如模擬數(shù)字混合計(jì)算機(jī)、特殊類型的控制計(jì)算機(jī)等。進(jìn)入到20世紀(jì)70年代后計(jì)算機(jī)的研究與生產(chǎn)能力大增，計(jì)算機(jī)的性能得到了很大提升。尤其是微型計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)期，進(jìn)入到了生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。微型計(jì)算機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)便進(jìn)入到了家庭、企業(yè)、機(jī)關(guān)與研發(fā)單位中，發(fā)展到現(xiàn)在，微型計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為了社會(huì)生活與工作中不可或缺的部分。

2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)計(jì)算機(jī)主要呈現(xiàn)兩個(gè)方向：微型計(jì)算機(jī)與超極計(jì)算機(jī)。超極計(jì)算機(jī)應(yīng)用于較重要的科研與工業(yè)技術(shù)，注重強(qiáng)大的計(jì)算能力。超極計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)，可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)間處理多個(gè)數(shù)據(jù)或者執(zhí)行多條指令。在未來(lái)，超極計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力仍將被進(jìn)一步提升，并且應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步擴(kuò)大。在未來(lái)，軍事技術(shù)、科研技術(shù)空間技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)等都將用到超極計(jì)算機(jī)。可以說(shuō)，未來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展主要方向之一是計(jì)算能力與速度的提升。

此外，分子計(jì)算機(jī)技術(shù)也在研究中，在未來(lái)可能成為現(xiàn)實(shí)。這些都是未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，而對(duì)其核心技術(shù)的發(fā)展我們?cè)诮酉聛?lái)的文章中將進(jìn)行細(xì)解。

3 計(jì)算機(jī)核心技術(shù)的發(fā)展

⑴量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)是在量子效應(yīng)基礎(chǔ)上研究出來(lái)的，它利用某種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表達(dá)開與關(guān)的狀態(tài)，并利用激光脈沖來(lái)改變分子狀態(tài)，促使信息沿著聚合物移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)算活動(dòng)。量子計(jì)算機(jī)介于構(gòu)架與器件之間，其中的數(shù)據(jù)用量子位進(jìn)行儲(chǔ)存。量子具有疊加效應(yīng)，故而，一個(gè)量子位既可以是1也可以是0，既可以存儲(chǔ)1又可以存儲(chǔ)0，也就是說(shuō)一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)。同樣數(shù)量的存儲(chǔ)，量子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量相較于其他計(jì)算機(jī)要大很多。量子計(jì)算機(jī)還可實(shí)行量子并行計(jì)算，運(yùn)算速度非常快。

⑵光子計(jì)算機(jī)。光子計(jì)算機(jī)也就是全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)的核心理念是以光子代替電子、光硬件代替電子硬件、光互聯(lián)代替導(dǎo)線互聯(lián)、光運(yùn)算代替電運(yùn)算。相較于電子計(jì)算機(jī)，光計(jì)算機(jī)的信息傳遞平行通道密度更大，通道的通過能力是電話電纜的幾倍。同時(shí)，光具有高速、并行的特性，這也決定了光子計(jì)算機(jī)的處理能力更強(qiáng)、運(yùn)算速度更快。在當(dāng)前，超高速計(jì)算機(jī)只能在低溫狀態(tài)下工作，而具有同樣運(yùn)行速度的光子計(jì)算機(jī)在室溫下即可工作。光子計(jì)算機(jī)還具有容錯(cuò)性，某一原件損壞或出錯(cuò)不會(huì)影響到最終的計(jì)算結(jié)果。現(xiàn)在，光子計(jì)算機(jī)已經(jīng)研究成功，可以預(yù)計(jì)的是，在不久的將來(lái)，光子計(jì)算機(jī)將成為計(jì)算機(jī)的主要研究發(fā)展方向，會(huì)像當(dāng)前計(jì)算機(jī)一樣普及，并且在社會(huì)生活工作中發(fā)揮更大的作用。

⑶納米計(jì)算機(jī)。目前硅芯片發(fā)展到現(xiàn)階段已經(jīng)到達(dá)其物理極限，它的體積無(wú)法再縮小，通電與斷電的頻率也無(wú)法再提高，其功耗的提升空間也已經(jīng)很小。解決這些問題，很重要的途徑是研制納米晶體管，并采用納米晶體管制作納米計(jì)算機(jī)。應(yīng)用納米技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的研究制造不僅能夠減小計(jì)算機(jī)的體積更能提升其工作效率、降低其功耗、現(xiàn)階段納米計(jì)算機(jī)的研究已經(jīng)取得了很大成績(jī)，在未來(lái)必然可以實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。

⑷生物計(jì)算機(jī)。生物技術(shù)是未來(lái)的主要發(fā)展技術(shù)之一，生物計(jì)算機(jī)的工作過程是蛋白質(zhì)分子與周圍介質(zhì)的相互作用過程。在生物計(jì)算機(jī)中，酶充當(dāng)計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，而酶合成系統(tǒng)的本身與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)將進(jìn)行系統(tǒng)的體現(xiàn)。蛋白質(zhì)分子比硅片上的電子元件小很多，并且彼此距離更近，生物計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算所需時(shí)間甚至比人的思維速度快百萬(wàn)倍，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。同時(shí)，DNA分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存儲(chǔ)容量，與極低的能量消耗，是電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。

總之，未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展將建立在現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展之上，其發(fā)展程度甚至?xí)^人類的預(yù)期又或許會(huì)極大程度代替人力成為社會(huì)發(fā)展新動(dòng)力。但，不管怎樣的發(fā)展都要以人類的需求為根本，以為人類提供便利為原則，我們要謹(jǐn)記這一點(diǎn)，把握計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向，不使其發(fā)生偏差。

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