導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計算機量子技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

量子力學(xué)是一門高深莫測的學(xué)科，離普通人很遠，但正因為有了它，催生了現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)，從而有了大家都不離不開的電腦?，F(xiàn)在，這門神奇的學(xué)科將再次登場，用最新的量子計算機來改變世界。

量子計算機是什么，這是個要首先說明的概念。這項概念，最早由大物理學(xué)家費曼提出。他在計算量子模型時，發(fā)現(xiàn)所面對的數(shù)據(jù)是天文級的，如果由普通的計算機來進行模擬，時間所耗甚巨。在一籌莫展的時候，他突然想到，如果計算機的架構(gòu)也跟量子系統(tǒng)一樣，是不是就能解決這一問題呢。為此，他提出了量子計算機的概念。不過，量子計算機在很長的時間內(nèi)只停留在理論的層面。到了1994年，貝爾實驗室的科學(xué)家證實了量子計算機在計算對數(shù)方面優(yōu)于普通計算機，于是引發(fā)了研發(fā)的熱潮。那什么是量子計算機呢。以我們平常已經(jīng)熟悉不過的計算機為例，它的基礎(chǔ)是二進制，而二進制建立在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和截至兩種狀態(tài)上。而量子計算的基礎(chǔ)是每個原子的不同狀態(tài)，比如一個原子順時針轉(zhuǎn)和逆時針轉(zhuǎn)，這就是兩種不同的狀態(tài)；還有兩個原子糾結(jié)在一起，術(shù)語叫量子纏繞，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，通過改變原子的狀態(tài)，就能進行計算了。這種改變使得計算的效率大為提高，1個40位元的量子計算機，就能解開1024位元的電子計算機花上數(shù)十年解決的問題。

量子計算機這么好，為什么難于實現(xiàn)呢。因為原子的狀態(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，距離掌握量子計算機的基礎(chǔ)技術(shù)又邁進了一步。這些科學(xué)家已找到了維持量子完整性和減少量子計算錯誤的方法，通過把傳統(tǒng)硅制作工藝下生產(chǎn)的量子進行超導(dǎo)處理，從而就有可能實現(xiàn)維持數(shù)千甚至數(shù)百萬的量子位保持一天的穩(wěn)定狀態(tài)。該項目的負責(zé)人稱，“我們做的量子計算研究表明，它不再僅僅是個暴力計算的物理實驗?，F(xiàn)在就可以根據(jù)該成果去制作新的計算系統(tǒng)，由此將把高性能計算推向一個全新高度”。量子計算的目標是實現(xiàn)計算機只用一個量子就可以“瞬間完成幾百萬次計算。這些科學(xué)家們，在升級到一種“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，但他們認為這樣的狀態(tài)“已經(jīng)剛好達到容錯計算的最低界限，也就意味著科學(xué)家可以開始重點研究進一步延長穩(wěn)定狀態(tài)方面的工作了”?，F(xiàn)在，利用藍寶石芯片，IBM已制造了一臺3D量子設(shè)備來展示其研究成果。

在研制量子計算機的過程中，科學(xué)家們已經(jīng)突破了很多障礙，現(xiàn)在的計算性能比2009年中期以來以提升了10倍，距離科學(xué)界確定的全尺寸量子計算機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算機走進我們的生活，那還有很長的道路要走。同時，現(xiàn)代集成電路封裝和通信技術(shù)也必須要有極大的進步，這樣才能實現(xiàn)量子計算機與現(xiàn)代數(shù)據(jù)系統(tǒng)的對接。

篇2

關(guān)鍵詞：計算機數(shù)字化測繪；工程測量；現(xiàn)代測繪技術(shù)；信息化測繪

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1007—9599 （2012） 14—0000—02

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

在工程測量中，不論工程項目的大小和類別，如：線路測量、施工與竣工測量、變形測量、公路測量和工程地形圖測繪等，都離不開測量技術(shù)的支持。工程測量在工程項目中起著非常重要的作用：在工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計的階段，測量技術(shù)主要提供各種比例的地形圖和地形資料，同時還要提供地址勘測、水文地質(zhì)勘測和水文測量的數(shù)據(jù)；在工程建設(shè)施工階段，要把測量之后的設(shè)計變?yōu)閷嵉亟ㄔO(shè)的依據(jù)，即根據(jù)工程現(xiàn)場地形和工程性質(zhì)，建立完整的施工網(wǎng)，逐一把圖紙化為實物。總之，從施工開始到結(jié)束，都離不開工程測量這項工作。因為對于一個工程，首先需要對建筑物進行定位，確定其實際位置，之后確定準確的標識，從而確定該區(qū)域是否有設(shè)計后新增建筑物或者其他，以保證機械設(shè)備的使用。基礎(chǔ)設(shè)施完畢后，還要進行竣工線的投測，即對設(shè)備的平整度等進行跟蹤測量，來保證設(shè)備工藝的流暢。在建筑物的運營管理階段，工程測量同樣重要。通過測量工程建筑物的運行狀況，對不正常現(xiàn)象進行探討分析，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，必須重視測量技術(shù)和新時期下測量技術(shù)的新發(fā)展。工程測量長期依靠經(jīng)緯儀、平板儀、水準儀“老三儀”進行工作，新技術(shù)的應(yīng)用較局限。隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)的逐步擴大應(yīng)用，向“老三儀”告別的時代已經(jīng)到來?，F(xiàn)代測繪技術(shù)的核心是全球衛(wèi)星定位技術(shù)、光電測距技術(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）。它最初是由美國國防部開發(fā)的，利用離地面約兩萬多公里高的軌道上運行的24顆人造衛(wèi)星所發(fā)射出來的訊號，以三角測量原理計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)和實時動態(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，網(wǎng)型構(gòu)造簡單，不受天氣氣候等影響，即使離已知點較遠也可以連接，而且不受天氣影響，更重要的是它還解決了點與點不能通視的問題，廣泛應(yīng)用于大型控制測量。

（二）實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)

RTK（Real — time kinematic）實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。實時動態(tài)測量RTK是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)錠—調(diào)制解調(diào)器，將其觀測值及站點的坐標信息用電磁信號一起發(fā)送給流動站。流動站不僅接收來自基準站的數(shù)據(jù).同時本身也要采集GPS衛(wèi)星信號，并取得觀測數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，瞬時地給出精度為厘米級（相對于參考站）的流動站點位坐標，它廣泛用于控制測量、線路中線定線、建筑物規(guī)劃放線、用地測量。特別是在中小型水利水電工程中，GPS測量技術(shù)的優(yōu)點體現(xiàn)的更為明顯。因為在中小型水利水電項目中，控制測量的方法得到了極大的簡化，也可以根據(jù)需要選擇布點，在此應(yīng)用RTK高精度的特點，測量工作可以大量節(jié)省人力資源和減小工作的時間和勞動的強度。例如，在引水式工程中，特別是長距離引水工程，明渠引水對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)的測量方法，對人力和時間的消耗將會是很大的，但是如果在項目建議書和設(shè)計施工階段都采用RTK測量技術(shù)，就可以克服這些工程所面臨的地形地勢、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的測量，就可以節(jié)省大量時間，更重要的是，通過GPS測量得到的數(shù)據(jù)精度很高，大大方便以后的工程建設(shè)。

二、光電測距技術(shù)

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

（一）全站儀

全站儀是一種集光、機、電及精密機械加工等高精尖技術(shù)于一體的先進測量儀器，用它可準確、高效、方便地完成多種工程測量工作。它不僅精度高，而且速度快、操作簡便，還帶有豐富的內(nèi)置軟件，具有常規(guī)測量儀器無法比擬的優(yōu)點，在測繪、測試、監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。全站儀是全站型電子測速儀的簡稱，又被稱為“電子全站儀”，是指由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和電子記錄器組成的，可實現(xiàn)自動測角，自動測距、自動計算和自動記錄的一種多功能高效率的地面測量儀器。電子全站儀進行空間數(shù)據(jù)采集與更新，實現(xiàn)測繪的數(shù)字化。它的優(yōu)勢存在于數(shù)據(jù)處理的快速與準確性。全站儀在工程測量中的應(yīng)用，不僅提高了工作效率，減少了外業(yè)計算、記錄和外業(yè)工作時間，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、導(dǎo)線測量、對邊測量、懸高測量等。

（二）電子水準儀

電子水準儀又稱數(shù)字水準儀，它是在自動安平水準儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它采用條碼標尺，各廠家標尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。目前照準標尺和調(diào)焦仍需目視進行。人工完成照準和調(diào)焦之后，標尺條碼一方面被成象在望遠鏡分化板上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，標尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。電子水準儀利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，把由標尺進入望遠鏡的條碼分劃影像，用行陣探測器傳感器替代觀測員的肉眼，從而實現(xiàn)觀測夾準和讀數(shù)自動化。測量作業(yè)時只要將水準儀概略整平，補償器自動使視線水平，照準標尺并調(diào)焦，按測量鍵等4秒鐘后，在顯示器上即顯示h和d。每站觀測數(shù)據(jù)在內(nèi)存模塊或PCMCIA卡上自動記錄并進行各項檢校，儀器可設(shè)置自動進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：讀數(shù)客觀、精度高、速度快、效率高。

信息化測繪是計算機數(shù)字化測繪的延伸和發(fā)展，是信息社會測繪生產(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)的勞動強度極大降低，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)城市信息化測繪體系是工程測量行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，殷切期待工程測量行業(yè)在信息化的浪潮中更加繁榮昌盛。

參考文獻：

[1]《工程測量規(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：TN941.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）09-0114-02

1 引言

數(shù)字水印是在不影響數(shù)字載體本來價值的條件下，以一定算法在數(shù)字內(nèi)容中永久性的嵌入了隱蔽的標記（水?。?。數(shù)字水印彌補了加密技術(shù)的不足，是當(dāng)前解決數(shù)字媒體版權(quán)保護問題的一種有效手段，嵌入水印必須同時滿足不可見性、魯棒性和透明性[1]。本文運用小波變換對圖像進行分析，選擇變換后圖像細節(jié)子帶分塊能量較大的分塊系數(shù)嵌入水印， 實驗結(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)一級離散小波變換，圖像分解為四個子帶：水平子帶HL、垂直子帶LH、對角子帶HH和逼近子帶LL，每一個子帶大小是原來圖像的1/4，逼近子帶可以再次進行小波分解，從而形成多級小波分解[2]。如圖1為圖像三級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。為了同時滿足不可見性和魯棒性，本文算法對載體圖像進行三級小波分解，將水印嵌入在第三級分解的細節(jié)子帶塊能量較大（即系數(shù)較大）的塊中。塊能量的計算法方法如公式（1）：

（1）

，是分別為塊的長和寬，是各個塊中的小波系數(shù)值，表示塊能量。

3 水印技術(shù)的評價

一般從主觀和客觀兩個方面對數(shù)字水印算法進行評價。主觀評價是通過人眼的視覺系統(tǒng)，直觀的評價數(shù)字產(chǎn)品優(yōu)劣，將數(shù)字產(chǎn)品進行等級的判定?？陀^評價是通過一些指標衡量，定量地給出一幅圖像的性能評價，要求這些指標的計算簡單、不依賴于主觀評價。目前常用來測量水印不可見性的指標有歸一化均方差（NMSE）和峰值信噪比（PSNR），測量水印魯棒性的指標為歸一化系數(shù)（NC）[5]。本文采用峰值信噪比（PSNR）和歸一化系數(shù)（NC）作為評價嵌入水印不可見性和魯棒性的指標。

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

（2）

上式中I 和I″分別代表原始圖像和含水印圖像，M、N分別表示圖像的長和寬。

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

（3）

其中，W為原始水印序列，W′為提取出來的水印序列，n為水印序列的長度。

4 實驗仿真

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，來測試本算法的可行性。首先，采用haar小波對載體圖像進行三級離散小波變換，為節(jié)省運算時間分塊大小定為4×4，根據(jù)人眼的視覺掩蔽特性選取拉伸因子α=33，然后運用Matlab軟件對圖像進行分析和處理。

本文算法實現(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作為指標來度量嵌入水印的圖像質(zhì)量和提取水印的質(zhì)量，經(jīng)計算得到嵌入水印圖像的PSNR=45.5631dB。表1為對嵌入水印進行了各種常規(guī)的攻擊性測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，說明利用本文方法能同時很好地滿足水印嵌入的不可視性和魯棒性要求。

5 結(jié)語

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，運用Matlab軟件進行實驗仿真，對圖像進行退化處理后檢驗其峰值信噪比PSNR和歸一化系數(shù)NC，從而證明此算法實現(xiàn)的水印具有更好的魯棒性和不可見性。

參考文獻

[1]黃達人.小波變換域圖像水印嵌入對策和算法[J].軟件學(xué)報，2002，13（7）：1290～1297.

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

[3]丁盈盈.3種頻域數(shù)字水印算法的分析和比較[J].包裝工程，2011，03（5）：103～107.

[4]趙曉花.基于DCT域邊緣檢測的水印算法[J].現(xiàn)代機械，2013，34（7）：2307～2309.

篇4

關(guān)鍵詞：數(shù)字攝影測量 計算機視覺 多目立體視覺 影像匹配

引言

攝影測量學(xué)是一門古老的學(xué)科，若從1839年攝影術(shù)的發(fā)明算起，攝影測量學(xué)已有170多年的歷史，而被普遍認為攝影測量學(xué)真正起點的是1851―1859年“交會攝影測量”的提出。在這漫長的發(fā)展過程中，攝影測量學(xué)經(jīng)歷了模擬法、解析法和數(shù)字化三個階段。模擬攝影測量和解析攝影測量分別是以立體攝影測量的發(fā)明和計算機的發(fā)明為標志，因此很大程度上，計算機的發(fā)展決定了攝影測量學(xué)的發(fā)展。在解析攝影測量中，計算機用于大規(guī)模的空中三角測量、區(qū)域網(wǎng)平差、數(shù)字測圖，還用于計算共線方程，在解析測圖儀中起著控制相片盤的實時運動，交會空間點位的作用。而出現(xiàn)在數(shù)字攝影測量階段的數(shù)字攝影測量工作站（digital　photogrammetry　workstation，DPW）就是一臺計算機+各種功能的攝影測量軟件。如果說從模擬攝影測量到解析攝影測量的發(fā)展是一次技術(shù)的進步，那么從解析攝影測量到數(shù)字攝影測量的發(fā)展則是一場技術(shù)的革命。數(shù)字攝影測量與模擬、解析攝影測量的最大區(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算機替代作業(yè)員的眼睛。[1-2]毫無疑問，攝影測量進入數(shù)字攝影測量時代已經(jīng)與計算機視覺緊密聯(lián)系在一起了[2]。

計算機視覺是一個相對年輕而又發(fā)展迅速的領(lǐng)域。其目標是使計算機具有通過二維圖像認知三維環(huán)境信息的能力，這種能力將不僅使機器能感知三維環(huán)境中物體的幾何信息，包括它的形狀、位置、姿態(tài)、運動等，而且能對它們進行描述、存儲、識別與理解[3]。數(shù)字攝影測量具有類似的目標，也面臨著相同的基本問題。數(shù)字攝影測量學(xué)涉及多個學(xué)科，如圖像處理、模式識別以及計算機圖形學(xué)等。由于它與計算機視覺的聯(lián)系十分緊密，有些專家將其看做是計算機視覺的分支。

數(shù)字攝影測量的發(fā)展已經(jīng)借鑒了許多計算機視覺的研究成果[4]。數(shù)字攝影測量發(fā)展導(dǎo)致了實時攝影測量的出現(xiàn)，所謂實時攝影測量是指利用多臺CCD數(shù)字攝影機對目標進行影像獲取，并直接輸入計算機系統(tǒng)中，在實時軟件的幫助下，立刻獲得和提取需要的信息，并用來控制對目標的操作[1]。在立體觀測的過程中，其主要利用計算機視覺方法實現(xiàn)計算機代替人眼。隨著數(shù)碼相機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字近景攝影測量已經(jīng)成為必然趨勢。近景攝影測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。量測型的計算機視覺與數(shù)字近景攝影測量的學(xué)科交叉將會在計算機視覺中形成一個新的分支――攝影測量的計算機視覺，但是它不應(yīng)僅僅局限于地學(xué)信息[2]。

1.　計算機視覺與數(shù)字攝影測量的差異

1.1　目的不同導(dǎo)致二者的坐標系和基本公式不同

攝影測量的基本任務(wù)是嚴格建立相片獲取瞬間所存在的像點與對應(yīng)物點之間的幾何關(guān)系，最終實現(xiàn)利用攝影片上的影像信息測制各種比例尺地形圖，建立地形數(shù)據(jù)庫，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，它是在測繪領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展起來的一門學(xué)科。

而計算機視覺領(lǐng)域的突出特點是其多樣性與不完善性。計算機視覺的主要任務(wù)是通過對采集的圖片或視頻進行處理以獲得相應(yīng)場景的三維信息，因此直到計算機的性能提高到足以處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時它才得到正式的關(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)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用計算機來替代人工視覺。

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

1.2　二者處理流程不同

2.　可用于數(shù)字攝影測量領(lǐng)域的計算機視覺理論――立體視覺

2.1　立體視覺

立體視覺是計算機視覺中的一個重要分支，一直是計算機視覺研究的重點和熱點之一，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（或多個）視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，通過三角測量原理計算像像素間的位置偏差（即視差）來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。一個完整的立體視覺系統(tǒng)通常可分為圖像獲取、攝像機定標、特征提取、影像匹配、深度確定及內(nèi)插等6個大部分[5]。其中影像匹配是立體視覺中最重要也是最困難的問題，也是計算機視覺和數(shù)字攝影測量的核心問題。

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)空間三維場景被投影為二維圖像時，同一景物在不同視點下的圖像會有很大不同，而且場景中的諸多因素，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特性等，都被綜合成單一的圖像中的灰度值。因此，要準確地對包含了如此之多不利因素的圖像進行無歧義的匹配，顯然是十分困難的。

在攝影測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別并定位同名點，以產(chǎn)生立體影像。在模擬攝影測量和解析攝影測量中，同名點的識別是通過人工操作方式完成的；而在數(shù)字攝影測量中則利用計算機代替人工解決同名點識別的問題，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點的方向，不能確定地面點的三維空間位置，而有了立體像對則可構(gòu)成與地面相似的立體模型，解求地面點的空間位置。雙目立體視覺由不同位置的兩臺或者一臺攝像機（CCD）經(jīng)過移動或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場景，就像人有了兩只眼睛，才能看三維立體景觀一樣，然后通過計算空間點在兩幅圖像中的視差，獲得該點的三維坐標值?，F(xiàn)在的數(shù)字攝影測量中的立體像對技術(shù)通常是在一條基線上進行的，但是由于采用計算機匹配替代人眼測定影像同名像對時存在大量的誤匹配，使自動匹配的結(jié)果很不可靠。其存在的問題主要是，對存在特殊結(jié)構(gòu)的景物，如平坦、缺乏紋理細節(jié)、周期性的重復(fù)特征等易產(chǎn)生假匹配；在攝像機基線距離增大時，遮擋嚴重，能重建的空間點減少。為了解決這些問題，降低雙目匹配的難度，自1986年以來出現(xiàn)了三目立體視覺系統(tǒng)，即采用3個攝像機同時攝取空間景物，通過利用第三目圖像提供的信息來消除匹配的歧義性[5]。采用“多目立體視覺技術(shù)”可以利用攝影測量的空中三角測量原理，對多度重疊點進行“多方向的前方交會”，既能較有效地解決隨機的誤匹配問題，同時又能增加交會角，提高高程測量的精度[2]。這項技術(shù)的應(yīng)用，將很大程度地解決自動匹配結(jié)果的不可靠性，提高數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的準確性。

篇5

關(guān)鍵詞：光學(xué)測量；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：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：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，是通過對比變形前后物體表面的灰度強度來得到表面形變量。在過去的20多年中，很多亞像素位移測量算法[3-6]被提出，這些算法提高了測量精度。由于傳統(tǒng)算法大多采用平移參考圖像子區(qū)的相關(guān)搜索來確定初始值，當(dāng)轉(zhuǎn)動角大于7°[7，8]時，會因目標圖像子區(qū)較大變形而得到不可靠的初始值，從而使最終結(jié)果不準確。文獻[9]提出采用人機交互的方式來獲取大變形初值的方法，文獻[10]選取連續(xù)變形的圖像系列來獲得初始值，但當(dāng)變形圖片數(shù)量較多時較為繁瑣。文獻[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算效率，因此在時效性要求較高的測量中并不適用。

在被測物體在產(chǎn)生形變時，我們會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)和仿射變換時能夠精確的匹配變形前后圖像，并且還對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)變測量方法。通過算法仿真實驗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)點是對平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和亮度變化具有很強的魯棒性，還對噪聲和仿射變換保持一定程度的穩(wěn)定性。該文利用SIFT算法的對相關(guān)圖像的超強匹配特性來得到兩幅圖像的對應(yīng)坐標關(guān)系，在使用仿射變換求出形變參數(shù)。

2.1 檢測SIFT特征點

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

1）尺度空間極值點檢測

3.1 剛體平移實驗

3.2 剛體旋轉(zhuǎn)實驗

為驗證基于SIFT方法能對任意轉(zhuǎn)角的2幅圖能進行可靠有效的計算，對參考散斑圖像分別逆時針旋轉(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顯示了計算結(jié)果和CPU平均耗時，圖6顯示了旋轉(zhuǎn)30°時SIFT特征點的位移變化。由表可知本文方法計算結(jié)果與實際值相符合，精度與基于差分進化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，該文方法的精度為0.007°，而其他旋轉(zhuǎn)角度只有0.02°。這是因為在對圖片旋轉(zhuǎn)90°或180°時，不會產(chǎn)生插值誤差，而其他角度旋轉(zhuǎn)的插值會引起不必要的誤差。運算速度上，基于SIFT方法耗時約1.8秒，明顯優(yōu)于基于差分進化DIC方法。這是因為差分進化DIC在求亞像素位移時需要進行大面積插值，必然會消耗大量時間。雖然SIFT算法也需要插值，但是只是對提取出的特征點進行插值，而特征點相對于圖像像素總個數(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算法的大變形測量方法，其特點：

1）在被測材料表面發(fā)生大變形的情況下，該方法仍能準確可靠的計算出形變參數(shù)。用剛體平移、各種角度旋轉(zhuǎn)實驗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，而且計算速度快、不需要人機交互，有望在圖像精確形變測量并且效率要求較高的工程上應(yīng)用。

3）該方法的缺點是它的計算精度受SIFT特征點匹配的準確性的影響，所以研究精確匹配能夠使本文方法精度有所提高，這也是我們在今后工作的重點。

參考文獻：

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

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

[3] 潘兵， 續(xù)伯欽. 數(shù)字圖像相關(guān)中亞像素位移測量的曲面擬合法[J]. 計量學(xué)報， 2005， 26（2）：128-134.

[4] 潘兵. 梯度算子選擇對基于梯度的亞像素位移算法的影響[J]. 光學(xué)學(xué)報， 2005， 31（1）：26-31.

[5] 潘兵， 謝惠民， 戴福隆. 數(shù)字圖像相關(guān)方法中的亞像素位移測量算法研究[J]. 力學(xué)學(xué)報， 2007， 29（2）：245-252.

[6] 潘兵， 謝惠民. 數(shù)字圖像相關(guān)中基于位移場局部最小二乘擬合的全場應(yīng)變測量[J]. 光學(xué)學(xué)報， 2007， 27（11）：1980-1986.

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

[8] 王靜. 一種圓形窗口與矩特征相結(jié)合的新型高效數(shù)字圖像相關(guān)方法[J]. 實驗力學(xué)， 2004， 19（4）：500-506.

[9] 潘兵， 謝惠民， 夏勇， 王強. 數(shù)字圖像相關(guān)中基于可靠變形初值估計的大變形測量[J]. 光學(xué)學(xué)報， 2009， 29（2）：400-600.

[10] 唐正宗， 梁晉， 肖振中， 郭成. 大變形測量數(shù)字圖像的種子點匹配方法[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報， 2010， 44（11）：51-55.

[11] 陳華， 葉東， 陳剛，等. 遺傳算法的數(shù)字圖像相關(guān)搜索法[J]. 光學(xué)精密工程， 2007， 15（10）：1633-1637.

[12] 潘兵， 謝惠民. 基于差分進化的數(shù)字圖像相關(guān)方法[J]. 光電子·激光， 2007， 18（1）：100-103.

篇6

中圖分類號：R246.7　文獻標識碼：A

[摘　要]目的：探討針刺療法抗皮膚老化的作用機制。方法：選用18月齡大鼠腹部皮膚為研究對象，采用毫針局部圍刺作為處理因素，同時設(shè)立空白組、小切口皺手術(shù)對膩組、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胞的形態(tài)以及膠原纖維的排列，研究局部圍刺對老化皮膚膠原纖維含量及真皮超微結(jié)構(gòu)的影響，并與參考文獻方法進行手術(shù)的實驗結(jié)果相對照。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，總羥脯氨酸無顯著差異，電鏡可見，老齡大鼠真皮成纖維細胞的細胞器減少，細胞結(jié)構(gòu)退化，同時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胞活性增強，結(jié)論：圍刺法可能是通過增強皮膚中成纖維細胞的活性進而增加其可溶性膠原含量來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)，對面癱的患者進行針灸治療后，患側(cè)的皮膚較之健側(cè)光滑、細膩，且皺紋減少或變淺。后來發(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，并因操作簡便、經(jīng)濟實用、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)患的主觀判斷來描述其療效，顯然缺乏客觀的判定指標。因此，本實驗以18月齡的老年及8月齡的青年大鼠皮膚為研究對象，對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大鼠皮膚超微結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1．1　實驗動物與分組

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

1．2 實驗方法

(1)動物飼養(yǎng)條件

每組動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，無不良因素影響。適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，開始實驗。

(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，每只鼠均單獨存放在一個飼養(yǎng)籠中，令其蘇醒后帶針在籠中自由活動，留針20min，每d1次，10d為一個療程，療程間休息10d，共進行2個療程。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)對照組：按照文獻方法實施真皮劃痕術(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。

(4)指標測定

羥脯氨酸測定采用分光光度法，具體如文獻。

(5)電鏡標本的制作

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，再沖洗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)計學(xué)處理

測得數(shù)據(jù)采用SPSS 130.統(tǒng)計軟件進行處理，組間差異按方差分析進行顯著性檢驗，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)計學(xué)處理，A、D組間差異有非常顯著性意義(P＜0.01)，說明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組間差異則無顯著性意義(P＞0.05)，說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)對照組相比差異無顯著性意義。

(2)各組總羥脯氨酸含量比較

經(jīng)統(tǒng)計學(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，差異均無顯著性意義，說明針刺和手術(shù)的方法都不能改變真皮的總羥脯氨酸含量，這很可能說明總羥脯氨酸含量不能作為衡量抗皮膚老化療效的指標。

3．2 真皮成纖維細胞及膠原纖維超微結(jié)構(gòu)觀察

從電鏡照片可見，青年對照組：成纖維細胞呈梭形或不規(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：成纖維細胞呈長梭形或扁平狀，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)特點的基礎(chǔ)上，成纖維細胞亦可見空泡化的線粒體，但內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有的呈輕度擴張，細胞周圍出現(xiàn)膠原纖維細絲，與成纖維細胞緊密相連(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 圍刺對老化皮膚膠原含量的影響

機體的自然老化又稱時程老化、固有性老化，主要由遺傳因素決定，是與機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皺紋細微、無斑點、血

管突顯；②表皮中郎格罕細胞(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成纖維細胞數(shù)目減少、活性降低，膠原蛋白多肽鏈間的共價交聯(lián)程度增加，電鏡下彈性纖維變細、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)本實驗推測，圍刺針法對老化皮膚膠原的作用主要是通過以下途徑實現(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，刺激血管擴張，促進血液循環(huán)、淋巴循環(huán)，改善淺表血管和神經(jīng)的營養(yǎng)狀態(tài)，因此皮膚供養(yǎng)相對充分，膠原合成增加，局部皮膚張力增強，皺紋變淺，老化的外觀能夠得以改善。

(2)消除細胞間的“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)締組織的幾乎整個固態(tài)成分，決定著真皮的機械張力，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：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。本實驗結(jié)果與后者相符，說明局部圍刺可以增加真皮可溶性膠原的含量。

本實驗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)，使皮膚成纖維細胞的活性增強，從而促使更多膠原纖維的合成，對抗了皮膚老化過程中可溶性膠原纖維進行性減少的過程，從而增強皮膚的張力，與老化過程中膠原的合成障礙是一個相互拮抗的過程，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】量子計算；量子計算機；量子算法；量子信息處理

1、引言

在人類剛剛跨入21山_紀的時刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計算機的誕生。德國科學(xué)家已在實驗室研制成功5個量子位的量子計算機，而美國LosAlamos國家實驗室正在進行7個量子位的量子計算機的試驗。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計算機以量子計算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項十分緊迫的任務(wù)。

2、子計算的物理背景

任何計算裝置都是一個物理系統(tǒng)。量子計算機足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計算任務(wù)的裝置。量子計算足以量子計算目L為背景的計算。是在量了力。4個公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認為，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）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。而某個物理客體（如電子）在另一個客體（姻原子棱）的離散能級之間躍遷（transition。粒子在不同能量級分布中的能級轉(zhuǎn)移過程）時將會吸收或發(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)生躍遷的兩個能級的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產(chǎn)生了一個相互溝通和轉(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市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨特的性質(zhì)為量了計算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。

3、量子計算機的特征

量子計算機，首先是能實現(xiàn)量子計算的機器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲存形式，以量子動力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計算，是指組成計算機硬件的各種元件達到原子級尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計算機是一物理系統(tǒng)，它能存儲和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計算機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、寫入、讀出信息，信息的一個量子位是一個二能級（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個量子位可用一自旋為1/2的粒子來表示，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極化方向來表示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。就是說在量子計算機中，量子信息是存儲在單個的自旋’、光子或原子上的。對光子來說，可以利用Kerr非線性作用來轉(zhuǎn)動一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對自旋來說，則是把電子（或核）置于磁場中，通過磁共振技術(shù)來獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個原子存儲的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來完成的。量子計算機使用兩個量子寄存器，第一個為輸入寄存器，第二個為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來實現(xiàn)。單量子位算符實現(xiàn)一個量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個是控制位，它確定在什么情況下目標位才發(fā)生改變；另一個是目標位，它確定目標位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說清楚量子計算，首先看經(jīng)典計算。經(jīng)典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行交換的機器，其算法由計算機的內(nèi)部邏輯電路來實現(xiàn)。經(jīng)典計算機具有如下特點：

a）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號，用量子力學(xué)的語言來描述，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)。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對經(jīng)典計算機不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）經(jīng)典計算機內(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性質(zhì)，因此，經(jīng)典計算機中的變換（或計算）只對應(yīng)一類特殊集。

相應(yīng)于經(jīng)典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統(tǒng)來描述，如二能級系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計算機的特點為：

a）量子計算機的輸入態(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）量子計算機中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計算機對輸出態(tài)進行一定的測量，給出計算結(jié)果。由此可見，量子計算對經(jīng)典計算作了極大的擴充，經(jīng)典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計算，所有這些經(jīng)典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算的輸出結(jié)果。這種計算稱為量子并行計算，量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經(jīng)典計算機無法完成的工作，這是量子計算機的優(yōu)越性之一。

4、量子計算機的應(yīng)用

量子計算機驚人的運算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個學(xué)科領(lǐng)域，尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計算機來完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計算必然走向結(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)，由于運算量龐大，導(dǎo)致實時性差，不能滿足實際需要，因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計算機自然成為繼續(xù)推動計算速度提高，進而引導(dǎo)各個學(xué)科全面進步的有效途徑之一。在目前量子計算機還未進入實際應(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，其研究重點有以下三個方面；

（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)有的計算條件，盡量模擬量子計算機的真實運算環(huán)境，用來驗證和開發(fā)新的算法。

5、量子計算機的應(yīng)用前景

目前經(jīng)典的計算機可以進行復(fù)雜計算，解決很多難題。但依然存在一些難解問題，它們的計算需要耗費大量的時間和資源，以致在宇宙時間內(nèi)無法完成。量子計算研究的一個重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計算機首先可用于因子分解。因子分解對于經(jīng)典計算機而言是難解問題，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，量子計算機能夠以多項式時間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計算機還可用于數(shù)據(jù)庫的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計算機上可以實現(xiàn)對未加整理數(shù)據(jù)庫Ⅳ的平方根量級加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問題。量子計算機另一個重要的應(yīng)用是計算機視覺，計算機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。計算機視覺的一個重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。這種壓縮必然會損失一部分原始信息。

作者簡介：

篇8

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

超高速計算機將采用平行處理技術(shù)，使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，這是改進計算機結(jié)構(gòu)、提高計算機運行速度的關(guān)鍵技術(shù)。

同時計算機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言能力。除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、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、光盤存儲容量繼續(xù)攀升，新的海量存儲技術(shù)趨于成熟，新型的存儲器每立方厘米存儲容量可達10TB（以一本書30萬字計，它可存儲約1500萬本書）。信息的永久存儲也將成為現(xiàn)實，千年存儲器正在研制中，這樣的存儲器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻可以原汁原味保存、并流芳百世。

二、新型計算機系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)

硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展同時也意味著硅技術(shù)越來越近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機，計算機從體系結(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。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、納米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領(lǐng)域。

三、量子計算機與光子計算機的產(chǎn)生

量子計算機是基于量子效應(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表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。

量子計算機中數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎?，其運算速度可能比目前個人計算機的PentiumⅢ晶片快10億倍。目前正在開發(fā)中的量子計算機有3種類型：核磁共振（NMR）量子計算機、硅基半導(dǎo)體量子計算機、離子阱量子計算機。預(yù)計2030年將普及量子計算機。

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

目前，世界上第一臺光計算機已由歐共體的英國、法國、比利時、德國、意大利的70多名科學(xué)家研制成功，其運算速度比電子計算機快1000倍?？茖W(xué)家們預(yù)計，光計算機的進一步研制將成為21世紀高科技課題之一。

四、生物計算機

生物計算機的運算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。計算機的轉(zhuǎn)換開關(guān)由酶來充當(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。

20世紀70年代，人們發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（DNA）處于不同狀態(tài)時可以代表信息的有或無。DNA分子中的遺傳密碼相當(dāng)于存儲的數(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計算機。

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，生物計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。DNA分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液，可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。DNA計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以生物計算機既有自我修復(fù)的功能，又可直接與生物活體相聯(lián)。預(yù)計10～20年后，DNA計算機將進入實用階段。

五、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)蔓延與提升

今天人們談到計算機必然地和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，一方面孤立的未加入網(wǎng)絡(luò)的計算機越來越難以見到，另一方面計算機的概念也被網(wǎng)絡(luò)所擴展。二十世紀九十年代興起的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。全世界幾乎所有國家都有計算機網(wǎng)絡(luò)直接或間接地與Internet相連，使之成為一個全球范圍的計算機互聯(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大大縮小了時空界限，通過網(wǎng)絡(luò)人們可以共享計算機硬件資源、軟件資源和信息資源?！熬W(wǎng)絡(luò)就是計算機”的概念被事實一再證明，被世人逐步接受。

六、移動計算技術(shù)與系統(tǒng)

隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用、無線移動通信技術(shù)的成熟以及計算機處理能力的不斷提高，新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。移動計算正是為提高工作效率和隨時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。

移動計算包括三個要素：通信、計算和移動。這三個方面既相互獨立又相互聯(lián)系。移動計算概念提出之前，人們對它們的研究已經(jīng)很長時間了，移動計算是第一次把它們結(jié)合起來進行研究。它們可以相互轉(zhuǎn)化，例如，通信系統(tǒng)的容量可以通過計算處理（信源壓縮，信道編碼，緩存，預(yù)?。┑玫教岣摺?/p>

面向全球網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的各類新型微機和信息終端產(chǎn)品將成為主要產(chǎn)品。便攜計算機、數(shù)字基因計算機、移動手機和終端產(chǎn)品，以及各種手持式個人信息終端產(chǎn)品，將把移動計算與數(shù)字通信融合為一體，手機將被嵌入高性能芯片和軟件，依據(jù)標準的無限通信協(xié)議（如藍牙）上網(wǎng)，觀看電視、收聽廣播。在Internet上成長起來的新一代自然不會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。

我們有理由相信，計算機在人類生活中的影響，將會越來越大，而由此會帶給我們?nèi)碌纳铙w驗，將會有怎樣的驚喜和全新體驗?zāi)?？讓我們拭目以待?/p>

參考文獻：

[1]唐宇. 計算機網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)概述[J]. 信息技術(shù). 2007（07）

[2]孫亞民. 計算機網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)[J]. 水電廠自動化. 1999（01）

[3]曹元大. 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的近期發(fā)展[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報. 1998（06）

篇9

關(guān)鍵詞：計算機 技術(shù) 現(xiàn)狀 發(fā)展

計算機技術(shù)發(fā)展趨勢將向超高速超小型平行處理智能化的方向發(fā)展，使計算機技術(shù)更好的為人類生產(chǎn)、生活、社會經(jīng)濟的發(fā)展服務(wù)。

一、計算機技術(shù)的發(fā)展史

計算機誕生之初，其主要的作用是用于計算導(dǎo)彈的運行彈道。但是由于在過去的工作中計算機成本較為昂貴，在上個世紀五十年代以前，計算機主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。直到上個世紀六七十年代，計算機成本逐步降低，使得部分單位和企業(yè)有能力在工作中采用計算機進行工作，也使得計算機技術(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，世界上第一臺個人計算機誕生，并被成功的應(yīng)用在家庭。到了上個世紀九十年代末期，計算機技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在諸多家庭和企業(yè)中，同時設(shè)計領(lǐng)域也逐步廣泛到企業(yè)。

在這種社會現(xiàn)狀下，計算機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用逐步形成了兩個不同的方向和趨勢，其一主要指的是被應(yīng)用在科研機構(gòu)、軍事機構(gòu)的計算機，由于這些領(lǐng)域往往都是計算困難、計算精度較高的工作環(huán)節(jié)，因此在發(fā)展中對于計算機的計算能力和計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)的計算機，這些計算機可以說主要是往實惠、小體積和輕重量的方向發(fā)展?？v觀計算機發(fā)展史我們可以得知，計算機創(chuàng)新能力的推動與普及與人們生活和社會發(fā)展緊密相連，其在工作中也推動了整個社會領(lǐng)域的正常進行。

二、計算機現(xiàn)狀

計算機技術(shù)在當(dāng)今社會中發(fā)揮著不可替代的作用，對于促進社會信息化的實現(xiàn)有著主導(dǎo)作用。伴隨著科學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展，計算機技術(shù)也逐步實現(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)前社會中，計算機技術(shù)的性能提升和處理主要在于發(fā)展微型處理器，這也是目前計算機發(fā)展的整體趨勢，在計算機發(fā)展工作中，其主要的實質(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，多采用較短的波長來曝光光源，從而做打破掩膜曝光要求。如今的微型處理器發(fā)展與計算中，主要是通過紫外線進行運用和曝光光源的管理與深化，并且在工作中對于深層芯片進行全面總結(jié)和處理，這種工作流程和工作方式多是采用量子效應(yīng)與電子行為來進行分析，這種社會分析現(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，各種先進材料不斷的引進，進而對微處理器進行優(yōu)化和總結(jié)。就目前的計算機應(yīng)用與發(fā)展分析而言，在計算機工作中，準確高效的計算機技術(shù)和微型化電子元件的需求已成為人們對計算機發(fā)展提出的新觀念，但就目前的社會現(xiàn)狀而言這種目標還遠遠沒有達到。因此在未來的計算機發(fā)展中，我們不僅要深入研究計算機處理技術(shù)，同時更是要引進各種新材料、新技術(shù)。在這種現(xiàn)狀之下，以納米為主的計算機技術(shù)已成為目前我們工作和認識的重點形式，也是當(dāng)前社會發(fā)展中存在的核心問題。

三、計算機技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測

1、未來的計算機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言能力，除常規(guī)手寫及語音輸入手法外，還將具有虛擬現(xiàn)實技術(shù)功能，使存儲光盤進一步加大存儲容量，計算機的海量存儲技術(shù)不斷成熟完善，使信息永久性儲存不再僅僅是夢想，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展即將實現(xiàn)。長久存儲器的研制及使用，可以防水、防震、防腐蝕耐高溫。計算機硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展，表明硅技術(shù)已接近其物理極限，為此，各國科研人員不斷研發(fā)新型量子及納米計算機，量子計算機是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上研發(fā)的，它利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息可以沿著聚合物進行移動，運算量子計算機中數(shù)據(jù)用量子位存儲。一個量子位可以是0或1，它既可以存儲0又能夠存儲1，也就是量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，這是因量子的疊加效應(yīng)。同樣的存儲位，但存儲量比傳統(tǒng)計算機高很多。

篇10

關(guān)鍵詞：未來；計算機；核心技術(shù)；發(fā)展方向

1 計算機的發(fā)展史

第一臺計算機于1942年出現(xiàn)在賓夕法尼亞大學(xué)，這臺計算機的出現(xiàn)標志著計算機時代的到來。第一臺計算機的制作初衷是為了計算火炮彈道，主要用于軍事用途。這一代的計算機采用的是電子線路執(zhí)行邏輯運算、算術(shù)運算與信息存儲的計算機，其計算速度相較于繼電器計算機快一千倍。但是，這臺計算機的程序設(shè)備仍然是外加式，并且存儲容量也相對較小，尚不具備現(xiàn)代計算機的特征。

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

2 計算機的發(fā)展趨勢

未來計算機主要呈現(xiàn)兩個方向：微型計算機與超極計算機。超極計算機應(yīng)用于較重要的科研與工業(yè)技術(shù)，注重強大的計算能力。超極計算機采用平行處理技術(shù)，可以使計算機系統(tǒng)在同一時間處理多個數(shù)據(jù)或者執(zhí)行多條指令。在未來，超極計算機的計算能力仍將被進一步提升，并且應(yīng)用領(lǐng)域也將進一步擴大。在未來，軍事技術(shù)、科研技術(shù)空間技術(shù)、經(jīng)濟分析技術(shù)等都將用到超極計算機?？梢哉f，未來計算機技術(shù)的發(fā)展主要方向之一是計算能力與速度的提升。

此外，分子計算機技術(shù)也在研究中，在未來可能成為現(xiàn)實。這些都是未來計算機的發(fā)展趨勢，而對其核心技術(shù)的發(fā)展我們在接下來的文章中將進行細解。

3 計算機核心技術(shù)的發(fā)展

⑴量子計算機。量子計算機是在量子效應(yīng)基礎(chǔ)上研究出來的，它利用某種鏈狀分子聚合物的特性來表達開與關(guān)的狀態(tài)，并利用激光脈沖來改變分子狀態(tài)，促使信息沿著聚合物移動從而實現(xiàn)運算活動。量子計算機介于構(gòu)架與器件之間，其中的數(shù)據(jù)用量子位進行儲存。量子具有疊加效應(yīng)，故而，一個量子位既可以是1也可以是0，既可以存儲1又可以存儲0，也就是說一個量子位可以存儲兩個數(shù)據(jù)。同樣數(shù)量的存儲，量子計算機的存儲量相較于其他計算機要大很多。量子計算機還可實行量子并行計算，運算速度非?？?。

⑵光子計算機。光子計算機也就是全光數(shù)字計算機，該計算機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)、光運算代替電運算。相較于電子計算機，光計算機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，光具有高速、并行的特性，這也決定了光子計算機的處理能力更強、運算速度更快。在當(dāng)前，超高速計算機只能在低溫狀態(tài)下工作，而具有同樣運行速度的光子計算機在室溫下即可工作。光子計算機還具有容錯性，某一原件損壞或出錯不會影響到最終的計算結(jié)果。現(xiàn)在，光子計算機已經(jīng)研究成功，可以預(yù)計的是，在不久的將來，光子計算機將成為計算機的主要研究發(fā)展方向，會像當(dāng)前計算機一樣普及，并且在社會生活工作中發(fā)揮更大的作用。

⑶納米計算機。目前硅芯片發(fā)展到現(xiàn)階段已經(jīng)到達其物理極限，它的體積無法再縮小，通電與斷電的頻率也無法再提高，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算機。應(yīng)用納米技術(shù)進行計算機的研究制造不僅能夠減小計算機的體積更能提升其工作效率、降低其功耗、現(xiàn)階段納米計算機的研究已經(jīng)取得了很大成績，在未來必然可以實現(xiàn)推廣應(yīng)用。

⑷生物計算機。生物技術(shù)是未來的主要發(fā)展技術(shù)之一，生物計算機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。在生物計算機中，酶充當(dāng)計算機的轉(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，生物計算機完成一項運算所需時間甚至比人的思維速度快百萬倍，是現(xiàn)代計算機無法比擬的。同時，DNA分子計算機具有驚人的存儲容量，與極低的能量消耗，是電子計算機的十億分之一。

總之，未來計算機的發(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)期又或許會極大程度代替人力成為社會發(fā)展新動力。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，我們要謹記這一點，把握計算機的發(fā)展方向，不使其發(fā)生偏差。

[參考文獻]

[1]康會敏.計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用探析[J].硅谷.2011（06）.

[2]張瑞.計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢探析[J].制造業(yè)自動化. 2010（08）.

[3]趙艷玲.計算機的發(fā)展趨勢與應(yīng)用前景淺析[J].硅谷.2009（10）.

[4]李明.計算機技術(shù)未來發(fā)展趨勢研究[J].硅谷.2011（09）.