“全息”操作

“全息”操作（通用7篇）

“全息”操作 篇1

摘要：通过对国内外铝电解槽控制技术的分析和研究, 提出了大型铝电解槽“全息”操作及控制技术的研制开发技术思路, 并分别从电解槽监督管理系统、电解槽自控系统优化和改进、电解槽“全息”操作及控制技术的技术创新点和在400kA电解系列的应用等几个方面进行了全面阐述, 为降低电解槽各种压降、阳极效应系数和能耗, 提高电流效率等生产实践具有指导意义。

关键词：铝电解槽,“全息”操作,控制技术,节能降耗

1 概述

随着国民经济高速发展, 我国电解铝工业发展迅猛, 电解铝技术的发展也取得了长足的进步, 高能耗、高污染, 落后的自焙槽技术基本上已经退出历史舞台, 先进的160~400kA大型预焙槽及其配套技术得到了普遍应用, 从而提高了我国铝工业的装备水平, 大大减少了能量消耗和环境污染。总体来说, 我国的铝电解整体技术与国外一流技术的差距在逐渐缩小。但是, 我国大型电解槽的技术指标相对于西方一流的电解铝技术还有一定差距, 主要表现在阳极电流密度低、阳极效应系数高、电流效率偏低和槽寿命偏低等几个方面。

国内电解槽的控制技术, 一般都是指槽控箱自动控制技术, 而忽视了生产操作、生产管理数据分析等对电解槽的影响.忽视了影响电解槽的热平衡、物料平衡生产操作与控制的联系, 忽视了通过日常数据分析与挖掘, 生产中的控制、操作、管理等环节之间的联系, 从而造成生产管理中的各个分厂, 车间, 工段, 电解槽之间差异化, 并影响整个车间、系列的电解槽技术表现。

国内目前的自动控制技术, 相对国外先进的自动控制技术也不完善, 仍存在一定的差距。因此, 为了缩小与国外铝电解先进技术的差距, 满足国内的市场需求和国际市场竞争的需要, 为实现铝行业的节能减排, 中国铝业兰州分公司在综合考虑国内外先进电解铝技术的基础上, 通过与沈阳铝镁设计研究院科研机构的合作, 通盘考虑影响电解槽技术表现的各方面因素, 针对400kA大型预焙阳极电解槽的自身特点, 开发了“全息”操作及控制技术, 应用于400kA电解槽系列上, 在节能减排、铝电解槽的技术指标提高上, 取得了明显的效果。

2 “全息”操作及控制技术

2.1 “全息”操作及控制技术简介

随着电解槽的越来越大型化以及强化电流、提高产能, 国家对电解铝行业提高了要求, 节能减排, 给电解槽操作者的空间越来越小, 电解槽的技术参数越来越难保持, 电解槽很难操作与管理。为此, 研发电解槽“全息”操作及控制技术, 即对电解槽在时间上和空间上进行全方位的控制。它贯穿电解槽从焙烧启动到停槽的整个生命周期, 规范了电解槽管理者对电解槽进行的每一个操作, 标准量化了计算机对电解槽的智能自动控制。主要包括:铝电解槽标准化操作手册 (含27个电解槽标准化操作文件) ;铝电解槽智能自动控制技术;铝电解槽标准化监督、管理技术。

“全息”操作及控制技术综合考虑了影响电解槽技术的主要内容并将进行全盘考虑, 在规范了电解车间的各项操作, 并将数据分析标准化, 针对分析数据中产生的异常问题, 标准化处理各种异常问题。

“全息”操作及控制技术, 以国际上最先进的电解槽控制理念为指导, 综合考虑影响电解槽指标的所有因素, 在电解槽生产的标准化操作上、优化自动控制程序上、电解槽标准化信息处理与监督上, 全方位的控制电解槽, 以便使电解槽发挥最大的潜能, 提供的是使电解槽获得良好指标的全方位的操作、控制和管理技术包。

“全息”操作及控制技术包括标准化操作手册、电解槽监督管理系统, 优化的电解槽控制系统等三大部分, 其标准化操作手册指导生产实践, 并取得良好的经济效果。下面就电解槽监督管理系统, 优化的电解槽控制系统等内容进行详细介绍。

2.2 电解槽监督管理系统

国内铝厂一直使用纸质的每日报表作为监管系统。日报中含有大量的表格式数据, 这种形式难以阅读且容易忽略重要信息。国内铝厂电解槽生产管理层对于电解槽的管理很难做到标准量化, 从而影响电解系列的技术表现。

为了各级操作与管理人员能够方便地从数据中获取内容, 标准量化的管理电解槽, 该系统开发了电解槽监督管理系统, 解决了电解车间生产标准化过程控制和过程管理问题, 从而解决了电解槽生产管理的技术难题。

2.2.1 电解槽监督管理系统技术特点

1) 采用统计过程控制 (Statistical Process Control, SPC) 工具分析大量的电解槽的生产数据, 方便管理及操作人员更快速准确的了解生产状况。

2) 监督管理系统界面功能友好易于使用, 该系统设计的界面独特、简洁并且高效, 其独特的结构使用户很方便使用。

3) 电解槽监督管理实现了电解槽各项数据的电子化、图表化, 进行电解槽数据无纸化报表, 实现了电解槽管理现代化, 便于电解厂的每一级管理者动态、实时的查看电解槽的运行状态, 从而发现电解厂管理和操作中存在的问题, 进而提高了电解槽集中控制水平, 也提高了电解铝厂的整体管理水平。

2.2.2 电解槽监督系统结构

SAMI监督管理系统分为4个层次即分厂、车间、区和电解槽, 主要使用的人员为工段长, 值班长, 班组长, 区长, 车间经理, 厂长等人员。电解槽监督管理系统针对各个电解槽、区, 车间、分厂各个层次编制了简便易用的界面。

电解槽监督管理主要功能为系统主要包括电解槽槽况分析管理和电解槽生产操作分析管理。为了更直观的显示电解槽的状况, 整个系统采用了ROBG颜色管理系统。

整个系统从整体结构上分为如下模块:车间槽况监督管理系统、每区槽况监督管理系统、过程参数监督、日常操作日志。

2.3 电解槽自控系统优化和改进

2.3.1 电解槽热平衡控制系统

电解槽热平衡系统分为3个部分, 电解槽阴极的热平衡系统, 阳极热平衡系统, 电解槽侧部的热平衡体系等部分控制, 影响热平衡的操作, 包括上部结构维护, 覆盖料添加, 阳极设置与捞渣等操作直接影响电解槽的热平衡, 电解槽电压, 物料平衡等也对热平衡产生影响, 分子比, 铝水平等参数一方面受到热平衡的影响, 另一方面也直接影响电解槽的热平衡。另一方面, 电解槽的热平衡也直接影响到电解槽的寿命, 排放, 能耗等等指标。

该热平衡系统采用了多参数的控制模型, 充分考虑了电解槽出铝、换极等操作影响, 此外还综合考虑了分子比、温度、炉底压降、出铝量、设定电压等等参数, 以阴极热平衡为核心, 充分考虑了电解槽侧部热平衡, 阳极热平衡, 上部热平衡等全面因素并考虑了物料平衡, 生产操作的影响。

2.3.2 阳极效应自动熄灭程序的应用

为了解决阳极效应的自动熄灭问题, 通过改进阳极效应控制与新增阳极效应处理模块, 在阳极效应未发生前自动处理, 防止阳极效应发生;如阳极效应发生后, 计算机通过自动熄灭程序自动熄灭, 有效减少阳极效应发生次数以及阳极效应持续时间;维持了电解槽的物料平衡和能量平衡;减少了工人劳动强度;降低了槽平均电压;减少了污染物排放。阳极效应自动熄灭程序先在试验区取得成功运行, 后再全系列进行了推广, 经统计, 阳极效应熄灭成功率在90%以上, 大部分效应时间能控制在1min以内。

2.3.3 噪声控制

根据对电解槽电压噪声的不稳定性判定结果, 将电解槽分为正常电解槽、低噪声电解槽、高噪声电解槽, 由计算机自动执行波动三级控制, 有效减少人工干预, 通过分析电解槽噪声曲线特征来判断噪声产生的原因, 给出有针对性的操作步骤, 逐步消除噪声。

通过当前槽噪声曲线的特征与历史噪声特征曲线进行比对, 从而分析出噪声产生的原因, 在电解槽处于低噪声水平时, 及时发现并处理, 从而避免电解槽的波动, 将大部分电解槽的噪声控制在80 nΩ以下。

2.3.4 氧化铝浓度控制

根据大型预焙槽的技术特点, 优化了氧化铝浓度控制。通过减量-增量-正常期切换的调整, 将氧化铝浓度控制在1.5%~3.5%之间, 当电解槽由于换极, 下料器堵塞疏通等其他因素造成的电解槽位于高浓度区, 系统能够根据槽况调整减量周期时间的长度, 将电解槽内氧化铝浓度尽快调整至目标范围。

通过改进的氧化铝浓度控制, 减少了电解槽沉淀的发生, 更好地维持了恒定的极距和电解槽稳定性。

3 “全息”操作及控制技术系统的特点与应用效果

3.1 “全息”操作及控制技术创新点

1) “全息”操作及控制技术全面解决了大型, 高电流密度电解槽的全面解决方案, 解决了大型预焙槽生产管理难题。“全息”操作及控制技术充分考虑了生产过程中的每个环节, 将电解槽操作、管理及控制各方面内容均考虑在内, 是在传统控制基础上的飞跃, 从而解决了大型预焙槽的控制难题。

2) “全息”操作及控制技术中的电解槽监督管理系统为国内首次针对铝厂操作习惯, 应用统计过程管理来进行分析和解决电解生产数据。该系统人机界面友好, 大量采用统计分析图表来分析生产数据。“全息”操作及控制技术中的电解槽监督管理软件平台的应用, 实现了电解槽各项数据的电子化、图表化, 进行电解槽数据无纸化报表, 实现了电解槽管理现代化, 便于电解厂的每一级管理者动态、实时的查看电解槽的运行状态, 从而发现电解厂管理和操作中存在的问题, 进而提高了电解槽集中控制水平, 也提高了电解铝厂的整体管理水平。

3) “全息”操作及控制技术中的全面热平衡控制解决了目前国内铝厂的热平衡难题。

4) “全息”操作及控制技术中的电解车间电解槽操作手册。“全息”操作及控制技术中的电解槽标准化操作手册, 图文并茂, 简单易懂, 综合考虑健康、安全、环保标准以及人为操作对电解槽的干扰, 标准量化了电解槽管理者对电解槽进行的每一个操作细节, 应用于中铝兰州分公司400kA电解槽全系列, 显著的提高了工人的操作和技术水平, 提高了电解槽的技术指标。

5) “全息”操作及控制技术中的阳极效应熄灭为国内首次在大型预焙槽上应用, 大幅度降低了大型预焙槽的平均效应时间, 减少了效应时排放的PFCs温室气体, 减少了效应时对电解槽的影响。

6) “全息”操作及控制技术由于全面应用了标准化操作与管理, 先进的热平衡控制理念, 大幅度降低了电解槽的排放。

3.2 “全息”操作及控制技术应用效果

大型铝电解槽“全息”操作及控制技术, 以国际上最先进的电解槽控制理念为指导, 综合考虑影响电解槽指标的所有因素, 在电解槽生产的标准化操作上、优化自动控制程序上、电解槽标准化信息处理与监督上, 全方位的控制电解槽, 以便使电解槽发挥最大的潜能, 提供的是使电解槽获得良好指标的全方位的操作、控制和管理技术包, 目前已全面应用于中国铝业兰州分公司400kA电解系列, 并取得了良好的效果, 电解槽管理者的技术水平得到明显提高, 电解槽技术指标稳步上升, 在使用国产氧化铝的条件下, 电流强度计算应用表计电流, 经加铜回归法实测, 试验区电解槽的电流效率达到93.2%以上, 吨铝直流电耗小于13100kW·h, 阳极效应系数达到0.03, 节能效果明显。另一方面在提高电解槽技术指标的同时, 也显著提高了环保控制水平, 减少了污染物排放, 经过甘肃省环保局在2011年3月份和美国铝业公司在7月份的测试表明, 电解车间天窗氟排放可控制在0.18kg/tAl以下, 远远优于国家标准, 也好于美铝多个电解铝厂的平均值, 电解车间的氟排放控制技术可达到世界一流水平。

实践表明, 此项技术的应用前景是十分广泛的, 它不但给各个铝厂带来了良好的经济效益, 而且将整体提高我国现在的电解铝技术水平, 缩短与国际一流电解铝技术水平的差距, 使我国的大型电解槽生产技术处于世界领先地位。

全息天线仿真分析 篇2

全息天线是一种利用全息结构改变源天线辐射特性, 以获得目标天线辐射特性的一种口径天线。相对于传统反射面天线, 其在其辐射方向上无馈源遮挡问题, 相对于微带天线阵, 其无需复杂的馈电结构。全息天线整体结构较为简单, 突破了轮廓结构对天线应用的限制。

1 全息天线技术介绍

全息天线利用光学全息理论, 根据已知的入射波和需要的反射波, 借助计算机辅助计算, 在介质板上设计制作全息结构以记录干涉电磁波的幅度和相位信息, 入射波照射在全息结构上会发生衍射, 以达到获得所需反射波的目的, 从而能够通过形成不同的全息结构实现辐射方向图的扫描[4]。

设入射波为S, 出射波为R, 全息介质板为H, 则三者有如下关系

因此, 全息介质板H上的全息结构可由表达式R-S求得。

理想金属可以实现理想电壁的边界条件, 根据电磁场理论的唯一性原理, 在干涉场的极小值点处放置金属可以“记录”源天线与目标天线的干涉场, 从而得到与全息技术中全息照片对应的全息结构, 故多采用在干涉场极小值点位置放置金属的方法构建全息结构[5]。根据天线理论, 天线远场辐射可表示为

不失一般性, 现讨论线极化源天线的情况, 选取源的极化方向为水平极化, 取与源天线辐射电场方向平行的平面XOY面为干涉平面, 因而源天线电场θ分量Eθ=0, 其φ分量参考图1可表示为

式中有

设一与干涉平面夹角为α的斜出射平面波, 其电场幅度为E1, 与源天线辐射场初始相位差为φ0, 方向沿x正向, 则二者的干涉场为

可以通过求Etotal极小值点的方法确定干涉场电场Etotal幅值极小值点的位置, 当平面波斜入射时, 极小值点的集合将构成共焦点的椭圆族, 当平面波垂直于干涉平面入射时, 极小值点的集合将构成同心圆族。

2 全息天线仿真及结果分析

利用H面喇叭作为全息天线的馈源, 在其电磁波出射方向放置全息结构, 喇叭口平面中心和同心圆族的圆心或椭圆族的焦点重合, 且全息结构和喇叭的电场强度矢量在同一平面内。仿真所用天线模型及其坐标系如图2所示, 天线由馈源喇叭和全息结构组成。介质板采用介电常数εr=2.6, 厚度为1.6 mm, 损耗角正切0.001 7的聚四氟乙烯, 组成全息结构的金属条纹采用铜材料。

根据出射平面波的传播方向的不同, 在点频12 GHz下计算并建立干涉图案模型如图3所示, 由图可见, 在相同高低角θ下, 随着出射方位角φ的不同, 干涉条纹出现明显变化。根据全息天线理论, 当馈源天线照射全息结构时, 出射平面波将按照定义干涉条纹时的传播方向传播。

图4为图3中各干涉图案对应的辐射方向图, 由辐射方向图可知, 全息天线的辐射为关于干涉平面对称的双向辐射, 这是由于全息成像的共轭特性造成的。在平行于介质板的方向上, 出现两个较大的副瓣, 其中沿喇叭天线辐射方向的副瓣由喇叭天线辐射产生, 而相反方向的副瓣由介质板和金属条纹反射的电磁波形成, 对于其它方向上的副瓣, 需另行分析其形成原因。结果表明, 通过改变全息结构可以使全息天线具有一定范围内的波束扫描功能。

3 结束语

本文首先分析了全息天线的基本工作原理, 并通过源天线辐射场与理想平面波的干涉确定了全息结构的位置, 构建了全息天线仿真模型, 其仿真结果与理论设计预期具有较好的一致性。通过对全息天线仿真结果的分析可知, 适当改变全息结构的形状和位置, 可以实现预定方向的增益辐射和一定范围内的波束扫描, 因此全息天线在未来的无线通信和目标探测中具有较好的应用前景。

摘要：描述了采用全息天线理论, 实现天线方向图动态可重构的基本原理。计算机仿真表明, 全息天线的全息结构条纹与所需辐射方向图之间的对应关系。因此只需调整条纹结构就可实现方向图的空间方位扫描。

关键词：全息天线,光波干涉,电磁计算仿真

参考文献

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全息汉字输入法 篇3

目前, 比较流行的汉字输入法主要是两大类:音码输入;形码输入。这两种输入法有各自无法克服的缺点。音码输入易学不快;形码输入, 字根规律性不强, 记忆困难。

本发明就是克服以往汉字输入法的缺点, 提供一种简单、快速、易学、易记的汉字输入法。具体的办法是, 用字简音、非字部件读音、非字部件与英文字母形似神似, 以及万能码A, 取代以往形码输入难记的字根, 并将音码和形码科学地有机地结合起来和轻松地分隔开来, 并用结构码和词性码加以限制, 同时辅助以声调码、六书码、笔画数码这三种由0～9组成的数字码, 进行精确选择, 免去了翻页的麻烦。此外, 在拆码字根中设置了所有一画的基本笔画, 无奈之时, 可进行一画拆码基本笔画输入, 也可进行“造字”输入, 消除了输入死角。对于日期、数字、数值的输入, 采用阿拉伯数字加“标志键”简单快速输入。同时提供各种查询, 帮助初学、方便学习和工作。

本发明的特点是:1) 各种基本码设置, 简单、易学、易记;2) 输入方法简单、多样、快速;3) 输入采用主、副码两段输入, 利用副码和数字码进行精确选择, 免去了翻页之苦;4) 设置了全拆码输入, 不知道读音, 输入照样可快速进行;5) 拆码字根中设置了所有一画的基本笔画, 无奈之时, 可进行一画拆码基本笔画输入, 此外还可进行“造字”输入, 彻底地消除了输入死角;6) 对日期、数字、数值的输入采用阿拉伯数字加“标志键”的输入办法, 输入简单、快速;7) 可进行多种查询, 方便学习和工作;8) 输入可按字数分类, 给程序编写带来极大方便。

联系人:骆太各

地址:湖南省宁远县水市镇下早和洞村9组

全息视频会议研究 篇4

现实生活中, 人们之间交流的最主要且最重要的方式为语音通话。人们可以依此直观快速的表达观点传递信息。然而视频通话先已因互联网设备的普及而助手可得, 却迟迟未成为主流通讯方式, 不仅仅因为所需数据流量较多 (大多数固定生活地点覆盖wifi) , 因为通话者周围环境可能涉及隐私, 亦或是视频通话时所传递的信息并不比语音通话所传递的显著增多, 且最主要的是与通话是手机贴近耳朵不同, 远程视频通话无法给使用者显示出距离感, 大多数人们通过手机大小的平面屏幕观看一个活动幅度较小的动态头像。而人类之间交流很主要的一个元素即为领地意识, 通过个体之间的距离, 或是身体的倾向, 可以潜移默化的影响人们之间关系的疏密。而普通视频通话拉近距离时仅能在一个距离使用者任意距离的小屏幕上看到一个被扭曲的面孔, 更无法实现握手甚至拥抱等等的肢体交流。因此在一些人们之间关系需要强烈紧密交织的场景, 譬如商业谈判或是朋友聚会, 爱人之间的约会, 都需要正式的, 线下的接触与交流, 只为获得更多直观的细节。

大量实验证明3D的交流可以更加全面完整的模拟人们日常的人际交往, 因此可以使聊天者获得更高的使用满意度。基于此, 实现全真模拟先下交流的工具急需研发。

2 材料与方法

2.1 3D拍摄方法

人类视觉系统主要通过两种方式实现3D识别, 其一为物体或视角的移动, 此方式为大多数共有, 甚至部分动物仅能识别运动的物体进而感知深度。但依赖这种方式仅能获取大致的位置信息, 并且物体的大小很难有直观的判断。并且人们在视频通话当中身体的移动幅度不大, 同时缺乏其他运动物体以相对比较, 因此在2D屏幕之下视频时, 人们很难将这些信息完美的在大脑中还原成立体影像, 影响通话的真实性。另一种3D识别方式即为双目视觉, 通过两只眼睛在不同角度获取图像, 人类的大脑可以通过比对这两组图像之间的差异直接感知深度, 利用三角法确定物体相对自身的大小, 且可以获取更加丰富的信息以合成3D模型。

然而因目前3D扫描技术扔很难实现实时的对动态对象的扫描。多个摄像机同步实时建模的运算量过大, 普通的个人计算设备只能靠大幅度降低清晰度和帧数以实现, 无法增强原有2D视频的用户体验。虽然可以使用单一摄像机利用运动识别3D的原理进行扫描建模以减少数据总量, 但依靠运动速度建模也远远达不到实现帧数正常的视频通话。如若本系统仅利用立体摄像机而非多摄像头的3D扫描仪, 同于观看实时的3D电影, 因此可以巧妙的避免计算机的巨大运算量, 而利用人脑合成最终的3D影像。

仅使用两个摄像头, 一左一右平行放置, 距离接近正常人瞳距的平均值, 而摄像头视角也应接近人类视角水平120°, 垂直60°以保证图像始终在视野范围之内。应实现可以将左眼正常做看到的周围环境完全覆盖掉, 而显示此录像设备的左侧摄像机画面, 而右眼所应看到的画面也可被相应的摄像机所取代, 相当于将两只眼睛远程移动到了摄像机的位置, 因此可以看到真切的图像。

2.2 3D显示方法

显示端虽然可以使用任何3D显示器, 但大多都有较为严重的缺点。裸眼3D:立体效果不佳, 像素密度大多不是很高, 且观看者不可以大幅度的左右移动, 也对观看距离有所限制, 以上特点是使用者位置过于固定, 很有可能阻碍通常交流的正常进行。普通偏振3D显示器以及互补色式3D (anaglyphic 3D) :不仅需要佩戴透光率较低的眼镜, 而且所看到对象的大小需要依赖屏幕的大小而决定, 还原1:1比例的人所需的屏幕大小因现有3D屏幕大多非透明, 只能使用大于对象大小的屏幕实现立体效果融入到周围环境, 不然透过一个较小的屏幕观看将挡住周围大部分环境信息以实现3D面对面通话效果, 而且摄像机的摆放位置也较为尴尬, 只能放置在不被屏幕遮挡的视线之内, 而放置于屏幕与观看者之间不仅会挡住用户观看屏幕的视线, 而且会使拍摄距离比显示距离近, 此时对方如果需要还原同样大小的对象, 则需要使用更广阔的屏幕来放大人物以拉近距离, 况且在多人通话时需要更多块屏幕以同时显示所有人物, 成本以及便携性都将限制这种方式的实施。全息投影:大多数技术对颜色还原的并不真实, 而且至今只有亚利桑那州大学的研究人员实现了实时录制以及显示, 但帧数仅为0.5, 即每两秒钟显示一张静态图像, 技术过于不成熟无法量产以及投入实际应用。虚拟现实头戴设备:虽可以完美显示对方3D环境, 或是显示对方融入己方周围环境之后的影像, 但因需要佩戴较为笨重且不透明的眼镜, 致使对方无法看到佩戴着的双眼以及脸部大部分细节, 严重阻碍了视频是的良好体验以及人们之间面对面交流的直观性和流畅性。考虑到以上几点问题, 本系统使用增强现实眼镜以在显示任意大小3D效果的同时透明镜片保证了面部表情的有效识别。所述增强显示眼镜为Moverio BT-200或Holo lens类装配可以完全覆盖双眼视角的透明显示屏。

2.3 3D通话的模式

基于以上设备:双目视觉摄像头, 增强现实眼镜, 可以直接实现3D通话, 仅需要将左右眼镜片分别显示两个摄像机所拍摄下的画面即可。但是这种方式有重大的问题:对方的背景与自身的背景将会有重合:两种解决方式:将对方画面通过云计算等方式从单一的角度建立片面的, 部分的3D模型, 再分析出人物的位置与画面显示其3D的画面, 但这种方式虽然较3D扫面节省部分资源, 但所需的成本依然很高, 且画面不清晰。而可以利用intel的realsense技术, 调用其SDK中通过双摄像头拍摄去背景的功能, 再将两个均被去掉背景的画面分别显示到镜片之上, 即可完美的实现远程与单一的某一个或多个3D人物对话。

同时也可以利用增强显示眼镜内置陀螺仪检测头部运动, 以此将对方的画面虚拟的固定在生活环境之中的某一个特定的位置, 当头部并未直视那个方向是对方的画面即可隐出。用此方式可以实现在一个空无一人的圆桌上依次显示出每一个对话者的虚拟的全息图像, 从而达到模拟线下对话的目的。

2.4 立体声音

为达到更好的模拟效果, 可以在摄像头端配置双麦克风, 用以录制立体音效并通过耳机用以识别人物位置, 或在转动头部时产生左右耳时间差模拟出声源的相反移动, 以产生对话人物没有随头戴设备的移动变动位置的效果。

而因为耳机本身即为两个输出源, 覆盖在双耳表面以达到生成任何方位声响的功能。

2.5 使用方式

通过利用realsense去背景程序远程视频聊天API, 以及增强现实显示设备显示视频 (含音频) API以及三轴陀螺仪的调用接口, 即可实现全息多人3D视频通话。

3 结果

此系统暂时实现了仅可以看到对方正面的三体成像, 不过可以依靠三轴陀螺仪传递的头部转动信息水平的切换头戴设备中显示的联系人, 且可以使对方的影响虚拟的固定在一个位置, 虽然在电脑中并未形成对话者的3D模型, 但是想要拉近对方的影像可以简便的依靠单纯的放大缩小画面。因在放大对方画面的时候录制对方的双目视觉摄像机之间的距离也相应改变, 并不会出现缩小三维成像 (HYPO STEREO) , 或放大三维成像 (HYPER STEREO) 因瞳距与事物之间比例失调而形成的成像失真。

4 展望

上述系统与理想的全息会议还是有一定的出入, 人物的虚拟影像在现实中的位置应该是固定的, 不随另一个观察者的移动而改变。虽然此系统可以通过陀螺仪和加速器调试实现令对方坐在自己环境中的凳子之上, 但在大致前后移动的过程之中, 人物的距离感仅可以通过放大缩小来实现, 而在做围绕椅子运动的方向上, 对方只能继续显示正脸的画面, 并使这个画面一直以椅子的竖直方向为轴, 面对观看者旋转。这种体验并不能够完全达到理想的模拟效果。但是可以使用无人机等设备作为平台, 搭载双目视觉摄像机, 远程接受对方的移动信息, 并同步的做出模拟。因此可以在人脑的高度做出与观看者头部同一的运动轨迹, 因此即可达到几近完美的模拟线下交流体验, 未来甚至可以佩戴虚拟现实触感手套或服装以实现与同伴握手拥抱等真切的肢体动作。届时, 当此系统大量渗透到公司个人的日常工作生活之中的时候, 人们便没有什么理由交通, 那时我们不仅仅可以远程的传送文件和资料, 还可以通过互联网瞬时传送一个真实的人到任何地方。

摘要：目的 :不同于现有3D视频和3D模拟会议室, 通过实现3D虚拟对面视频通话, 该方法增加通过互联网远程联系的对象之间交流的亲密性以及视频清晰度。方法 :结合增强现实头戴设备及3D远程拍摄装置。结果 :可实现虚拟3D视频会议。

关键词：全息投影,3D视频会议,增强现实

参考文献

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全息指导小学生作文 篇5

过去，我在上作文课时，总是要学生如何突出中心、内容充实、语句生动，这样教虽用心良苦，出力不少，但到头来总是没有什么效果。其原因就在于，我只注意了教学生“怎么写”，而忽视了教学生“写什么”。这样的教学方法，使学生只死记一些带框框的写作条条，即使凑出一篇文章，也是干燥无味的。这样教下去，文章的具体内容写什么，说什么话，学生还是不知道。同时，由于小学生所掌握的材料缺乏，直接影响到写作技巧的发挥和语言的运用。如果学生没有可写的材料，学生就会无法可说，再好的技巧也没有了发挥之地；反之，只有具备充足的材料，学生才能有话可说，才能把写作技巧合理地、恰当地应用到作文中去。

因此，我纠正了过去的片面做法，实行全息指导并侧重教小学生“写什么”，收到较好的效果。下面以让学生写《难忘的一件小事》为例，我谈谈在讲解了“怎么写”之后，如何有计划、有目的地启发和引导学生明白“写什么”。

一、典型引路，使学生有写作素材

我先给学生读了两篇事先准备好的小范文：一篇是讲“我”不小心打破了热水瓶，当妈妈回来问起时却说了谎话，说是小花猫碰到地上打破的。在妈妈的教育下，“我”最后说了实话，承认了错误，受到了妈妈的称赞。另一篇是讲“我”口袋里装着香皂去水池洗脸，当另一位同学问自己带香皂没有时，“我”以为那位同学是想借自己的香皂用便说没带，而那位同学却把他的香皂递过来说：“我带了，你用吧！”讲完之后，我因势利导：“这两篇小作文所用的材料都是我们日常生活中的零碎小事，却使我们受到了深刻的教育，而且难以忘怀。”然后，我提问：“《难忘的一件小事》你们想怎样写?写什么?”学生纷纷举手发言。郑磊同学站起来说:“在一个严寒的冬天, 下课时, 我们在教室里蹦跳追逐, 不小心一个同学的脚将我绊倒, 头碰到讲台水泥做的棱角上, 伤口有10厘米长, 鲜血直流。班主任老师发现后, 先让我用手帕压紧伤口, 又用自行车将我带到门诊缝口包扎。这件事使我终生难忘。”孙倩同学说:“在一个星期六的下午, 我和姐姐一起去外婆家, 路途中发现一群羊在地里啃麦苗。我俩经过一个多小时的撵、追、哄、赶, 最后把羊驱出了麦地。村里的一位奶奶夸我们是个懂事的孩子。我听到这话心里像吃了蜂蜜一样, 现在回忆起来, 心里总是又甜又美。”这些不显眼的容易被遗忘、被忽视的小事, 正是作文所需要的宝贵素材, 小事虽小, 但小中见大, 能回味出深刻的道理。学生一旦捕捉到手, 写入文章, 必然会有事可叙, 有情可抒, 有理可议, 且写起来也会言之有序, 有条不紊, 内容也自然丰富起来。

二、口述作文, 使学生之间得到相互启发口述就是让学生当场把自己想起来的素材简略讲出来。教师可在平时作文素质较差, 写、说气氛淡薄, 没有形成习惯的班级中采用这种方法, 让学生当场口述。如果刚开始遇有一定困难时, 教师可事先在下面培养两三位基础相对较好的同学, 先让他们进行口述, 他们的口述会起到相互启发、相互点燃的作用。习惯逐步形成后, 气氛会越来越浓, 学生的思想情绪会越来越活跃。事实证明, 在口述作文时, 学生讲的素材都很有意思, 有的甚至很精彩, 很有价值。如有一位同学讲, 在考试时想让同桌好友告诉自己答案, 但同桌就是不告诉自己答案。于是, 自己很生他的气, 不再理他了。后来, 好友来找自己谈心, 终于明白了是自己不对, 不仅恢复了友谊, 还纠正了思想上的错误。诸如此类的小素材, 像是各色各样的小花, 枝枝开放, 含露凝香, 学生听得津津有味, 并把自己过去经历过的沉淀在脑子里的生活经历开发了出来, 引起了连锁反应。

三、倡导学生阅读, 使学生语言得到丰富“阅读是写作之本”, 这句话很有道理, 文章像一盘营养丰富的美味佳肴, 多读可以增长知识, 积累生活素材, 可以学到布局谋篇的方法, 可以学到丰富多彩、生动形象的语言。阅读和写作是相互促进的、相辅相成的。因此, 我们教师应经常让学生阅读作文指导类刊物, 并鼓励他们背熟和摘抄一些段、篇、章, 这样对提高学生的写作水平能起到很好的作用。在写作文时, 学生在有话可说的基础上, 再加上真情实感以及从阅读中学到丰富多彩的好语言 (包括比较文雅的文学语言和通俗的群众语言) , 学生的表达能力就会得到提高, 语言也会生动形象了。

浅谈全息术及其应用 篇6

从1948年盖伯提出全息术的思想到1960年激光器的出现, 再到后来的激光记录、白光再现, 短短半个世纪, 全息术的发展如雨后春笋般显示出强大的生命力。近年来全息术已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中, 特别是在生物科研、医学、商业、军事等领域已显示出特殊的优势。

2、原理及优点

全息术的原理其实很简单, 它的基础和核心是全息照相。普通照相是用光学镜头把物体成像在感光胶片上, 经过冲洗印相得到与物相似的平面像, 它记录的是物的各点的光强分布。全息照相不用镜头成像, 它的基本方法是把一束激光用分束器分成两束, 一束激光直接照在感光胶片上, 称为参考光束, 另一束光照明被摄物体, 再漫反射到胶片上, 这束光称为物光。物光与参考光在胶片上叠加起来, 形成干涉图, 这样的胶片经过冲洗后就得到全息照片。

全息照相底片并没有物体形象, 是一片极细的各种条纹构成的图案, 若用原参考光去照射, 便可得到原物体的空间 (三维) 再现影像, 一般可得到一个虚像和一个实像。

全息术之所以被广泛应用推广, 是因为它具有不可替代的优点:一、全息图形象生动, 由于它是物体“冻结”在空间的光像, 记录时储存的是物光的相位信息, 再现的时候, 全息图能如实的呈现出物体的三维立体图像, 仿佛看到真正的物理一样清晰逼真。二、全息图息图上任何局部的点, 都记录了来自空间每一点的振幅、相位信息, 所以全息图能够做到死而不“已”, 即使记录载体有缺损或部分损伤, 也并不影响整个像的再现, 依旧可以形成完整的像。三、信息容量大, 同一张全息感光板可多次重复曝光记录, 并能互不干扰地再现各个不同的图像。

3、应用

从全息术思想的提出到今天, 全息已经和多个学科交叉融合, 形成了全息干涉计量、全息显微、全息显示、全息储存、模压全息等技术, 并在人们的生产生活中得到广泛应用。

3.1 工业检测中的应用

全息干涉的相干光束是由同一系统产生的, 因而可以消除系统的误差、降低对光学元件的精度要求。全息干涉计量能实现高精度非接触无损三维测量, 对任意形状、任意粗糙表面的三维漫反射表面的物体, 都能相对分析测量到波长数量级的水平, 同时还可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比, 从而探测物体在一段时间内发生的任何变化。全息干涉测量技术已与莫尔技术、光电检测技术、CCD数据采集技术、计算机技术等结合起来, 实现了自动、快速、准确的实时测量。目前, 全息干涉计量分析在无损检验、尺寸形状和等高线的检测、振动分析等领域中已得到广泛的应用。

3.2 生物科研领域的应用

一般显微镜对于生物样品在高倍率观察时, 只能聚焦在很小的视场深度上, 且样品只能做得很薄, 因而易发生形变, 影响观察效果。用全息显微术无须制备标本物的薄片, 甚至是对一些活的标本物也可以进行显微观察, 再现像具有立体性, 能显示样品的细节。全息显微术主要有两种形式:一种是将全息技术和显微镜结合, 称为“全息显微镜”, 数字全息显微镜可以直接观测到纳米尺度的分辨率, 即时得到样品三维型貌, 并且是无接触式的无损测量。一种是利用全息图本身的特性来进行放大, 称为“全息放大”。如一般记录时用短波长的光, 再现时用长波长的光, 则可放大S倍 (S等于再现光与记录光波长之比) 。这等于将全息图作了相应的调整, 可以实现图像放大。

3.3 医学领域的应用

全息以它独特的优点解决了许多其他技术难以解决的问题, 为疾病的诊治作出了贡献。在眼科疾病的诊断过程中, 利用激光全息成像技术可以提供整个眼睛的三维立体图像, 并可以用显微镜对整个眼睛图像的不同位置 (如:角膜、前房、晶状体、玻璃体以及视网膜等) 进行逐层观察和研究。也可以利用激光全息成像技术提供眼睛各个部分单独的三维立体图像以做深入的检查。利用激光全息干涉测量技术可以准确地观测玻璃体皱缩、玻璃体条索的生长、白内障的发展、视网膜水肿的改变、黑色素瘤的生长或缩小以及角膜的微小病变和角膜应力等。

超声波检测是目前临床诊断中的一种重要的手段, 但它却难以记录和观测。采用激光全息技术, 让穿过人体检查部位的超声波作用在液面上, 同时把一束激光分成两束, 一束照射到液面上并被液面反射到摄像机上, 另一束作为参考光直接照到摄像机上, 这样摄像机便可以记录下带有声全息的干涉图, 再通过激光还原就可以得到超声波的全息图。利用这种全息诊断方法可以查出直径在lmm以上的乳腺癌, 有利于癌症的早期诊断和治疗。

3.4 商业领域的应用

在商业领域, 全息术最引人注目的成就, 也是最成功的应用是全息显示, 它以36.2%的年增长率迅速发展。全息照片可以十分逼真的展示物体的三维图像, 尤其是白光再现全息术, 它是走出实验室的最实用的全息术。现在民品商业开发主要集中在全息显示领域, 把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来, 展出时可以真实地立体再现文物, 供参观者欣赏, 而使原物妥善保存, 防止失窃。大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告, 亦可再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰, 它可再现人们喜爱的动植物, 如多彩的花朵与蝴蝶等。这些图片可用于投影、室内装潢、舞台布景、建筑等;层面X射线照相术、3DCAD技术、3D动画片等充分展示了全息术的创造性魅力和艺术美。显示全息经过四十多年的发展, 现正处在全面产业化的关键时刻, 它将围绕营造虚幻空间, 管理可见光线这两大主题形成自身的产业链, 为人们未来的生活带来视觉上的变化。全息术发展到今天, 使人们看到了日渐清晰的崭新产业。全息显示屏产业:这是一种新的显示方式, 显示全息将在大面积、高亮度、高清晰度、真彩色、三维立体显示等方面比现有L C D、LED、等离子等显示方式有革命性的突破。又如时装产业:可将全息图应用于各种纺织品中, 利用光衍射制造出绚丽多彩的时装面料及辅料。还有全息数码摄影及全息艺术品:无论利用脉冲全息还是数码全息技术, 制作精美的全息立体肖像及其他全息艺术精品都已经成为现实, 这是一种全新的艺术表现形式, 有着无限的发展空间。

把彩虹全息术与发展日趋成熟的全息图模压复制技术结合起来便形成了目前风靡世界的全息印刷产业, 产生了全息信用卡、全息商标、全息钞票、全息卡通、全息装饰、甚至全息服装等防伪及装潢装饰的全息图新应用。仿冒、伪造已是一个全球性问题, 伪造货币、信用卡、有价证券、证件、商标、标识、名优产品等犯罪活动遍及世界各地, 已成为全球一大公害。全息术实际上就是一种防伪的重要手段, 因为每一次拍摄全息图的各种环境参数都绝不会一样, 要使每毫米一千多线对的信息两次拍摄都完全一样是绝对不可能的, 因此对全息图来说, 只要稍加对比, 仿冒品和真品就大相径庭。

3.5 军事领域的应用

全息战是信息化战争的重要组成部分, 是克敌制胜的一大法宝。全息地图是机载相干雷达用高度相干的微波发生器, 一方面发出信号照射地面, 一方面发出一束参考波。飞机飞行时, 从飞机航线上每一点接收到的地面反射信号与另一束参考光束, 在感光胶片上叠加而产生一个相干图样, 这个图样就称为全息地图。这种逼真的地图特别有利于指挥员研究实地地形情况。另外, 用全息摄影的方法, 还可以制成全息缩微地图。过去一个战区需要一个大仓库存放的地图经过缩微, 甚至装在一个饭盒里就可以带走。

一般的雷达系统能锁定目标的远近、大小、方位和速度, 可这还远远不够。它存在致命的缺陷。目标到底是什么呢?雷达上的黑点是飞机还是导弹, 抑或是一只翱翔的雄鹰?全息侦察系统可清晰地再现目标的三维立体图像, 这样可以有效地弥补雷达的不足, 防止敌人鱼目混珠, 为指挥官的准确决策带来极大的帮助。

全息技术不仅能在侦察上带来方便, 更能在瓦解敌军上大显身手。海湾战争时期, 美军利用全息成像的方法在天空中呈现出一个巨大的穆罕默德头像, 信奉伊斯兰教的伊拉克士兵在感到不可思议的同时纷纷放下武器向他们的真主朝拜, 美军不费吹灰之力便把放弃抵抗的对手擒住。目前, 全息技术在军事领域的运用虽然只是少数军事强国的专利, 但是随着全息术的普及和推广, 越来越多的国家已经注意到它巨大的军事价值。

4、结束语

全息术在20世纪得到了广泛应用, 一个以全息术为主体的新兴工业体系正在全球崛起, 相信在21世纪将会得到更大、更快的发展。

参考文献

[1]苏显渝, 李继陶.信息光学[M].科学出版社.1999

[2]于美文.光全息学及其应用.北京理工大学出版社[M].1996

[3]刘颂豪.光电子世界[M].湖北教育出版社.1997

[4]周海宪, 程云芳.全息光学[M]化学工业出版社.2006

[5]杨桂娟, 梅妍, 白亚乡.全息术及其应用[J].应用光学.2006:96-99

让3D全息投影技术走进课堂 篇7

一、什么是“3D全息投影技术”

也许很多人还不了解什么是“3D全息投影技术”。“3D全息投影技术”是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像, 是一种无需配戴眼镜的3D技术, 也被称为裸眼3D技术, 观众可以看到立体的虚拟世界。 (摘自百度) 其实它最初的原理来自“海市蜃楼”。看过《钢铁侠》和《复仇者联盟》的朋友一定对电影中未来科幻世界的先进技术感到惊叹。那让人炫酷的用手在空中操作的电脑界面就是运用了“3D全息投影技术”。一般而言这种立体电影或画面, 我们需要佩戴3D眼镜才能看到的, 而现在研究的这一系列产品就是将图像投射到视网膜的裸眼技术, 让人们不借助任何工具的情况下可以亲眼感受。

二、“3D全息投影技术”在现代社会的应用

这项技术现在已经广泛应用于舞台灯光设计和电影动画的制作, 以及博物馆和各种展会的现场展示。像两年前演唱会上周杰伦和邓丽君的隔空演唱, 2015年央视春晚李宇春演唱的《蜀绣》中同时出现5个李宇春和2016年辽宁卫视春晚中六小龄童《金猴闹春》的表演中变幻莫测的仙女、不停变装的孙悟空以及虚幻的背景等等都用到了类似的技术, 给观众真实而又玄幻的感觉。因为这项技术目前价格很高, 所以也被称为是春晚中最贵的节目。

在博物馆里我们可以运用这项技术“复活”各个时代的动植物, 例如把恐龙的生活生动的展现在观众面前, 身临其境, 让你感觉回到了“恐龙时代”;展会上, 运用3D全息投影技术可以将一辆概念车凌空悬起, 还可以变换角度, 让你360度全方位的了解它, 分析它。

三、“3D全息投影技术”走进课堂

让我们来想象一下未来的课堂:教师可以在这种特定的软件支持下, 像《钢铁侠》的男主角那样实现空中操作系统, 用手指在空中的投影屏幕上的触摸选择, 打开界面, 转换画面等控制功能。将来的教室也不需要笨重的操作台。比如《美术鉴赏》或是语文课上讲到《苏州园林》, 老师在课前充分的准备后, 一座立体的苏州园林便呈现在学生面前, 亭台楼阁碧瓦, 小桥流水人家, 绿树环绕, 小径通幽, 学生们一定会惊讶的叫起来。老师还可以通过拉伸, 让园林放大、缩小、翻转、变化不同的角度。这样近距离的观察和感受是老师用再多的语言也无法描绘的。我们还可以把任意一个建筑投射到学生面前让学生欣赏, 埃及的金字塔、印度的泰姬陵、北京的故宫……它们对学生来说不在是图片, 而是一个立体的建筑, 给学生直观的感受。

地理或生物课上, 老师可以把一个地球或是整个银河系都投射在学生头顶上;把以前很难看到的海底生物或远古时代的动植物投射在教室里, 就像在现实世界里亲眼看到一样。在医学课上, 老师可以放大一个“跳动的心脏”或“血管”活生生的呈现在学生面前, 让学生观察的更清晰, 细致。在幼儿园里, 我们还可以利用这项技术“复活”迪斯尼的卡通人物和小朋友们一起唱歌、跳舞, 增加课程的乐趣, 还可以和孩子们互动、游戏, 小朋友们一定非常的喜欢!

另外, 我们可以利用“3D全息投影技术”在教室里“还原”一个博物馆或是美术馆;也可以在教室里创设一个近乎真实的3D游戏环境, 例如山洞, 丛林, 沙漠……它不仅增加了教学的趣味性, 提高孩子们学习的兴趣, 也解决了教室、学校相对封闭的环境, 教学中无法变换的地理位置等种种问题, 方便学生足不出户就能看到一个立体的世界。

这项技术一旦应用于办公、教育教学等各方面, 将颠覆传统的教学方法, 成为教育史上的一次技术革命。

四、“3D全息投影技术”在教学中的应用及未来的发展

3D技术正逐渐在知识创新, 深度学习, 虚拟实验, 技能训练等方面彰显优势, 为教育应用创新提供新环境, 新平台, 新资源和新工具。作为反映国际教育信息化发展趋势的美国新媒体联盟《地平线报告》, 2013年预测3D打印技术在未来4-5年将成为主流趋势, 并大面积的走进中小学课堂。如今越来越多的教学机构把建设“虚拟仿真实验教学中心”等硬件设施作为工作重点, 预计在未来的十到二十年, “3D全息投影技术”将慢慢走进教室, 走进我们的身边。

目前, 在国外, 美国Ocoee中学推出了3D教室, 阿卜杜拉国王大学建设了跨校园研究的3D立体显示数字化实验室。此外, 一些公司机构也开发了3D产品和系统, 旨在利用3D全息投影技术提高学校教学效果, 推动科研进步。国内3D全息投影技术也已经慢慢走进课堂并与3D打印等将构建成一个与众不同的3D教室。如兰州四中集声光, 数字投影系统等立体模型为一体的3D教室, 郑州二中创新班将平板电脑与四棱锥结合呈现的3D全息投影动画等等。

前不久, Magic Leap公司基本完成了C轮融资, 中国的阿里巴巴也有参投。Magic Leap表示他们的增强现实产品可以将“数字光场”投影到用户的眼睛上, 从而获得更强的真实感。还有其他几家公司包括微软也在研究相似的技术, 积极的开发3D裸眼技术的产品和教学工具。

虽然现在3D全息投影技术的价格还比较高, 3D的课程软件还有待开发, 3D的教学工具及其互动的教学方法还有待探讨, 但将来3D全息投影技术一定会广泛应用于教学的各个方面。

现在我们看来不可思议的事情, 在不久的将来会变成再平常不过的事。科技改变生活, 改变世界。这就要求我们的老师要与时俱进, 坚持不断的学习;除了专业知识以外, 还要学习科学技术, 以跟上时代的步伐。我们期待3D全息投影技术早日走进普通课堂, 期待3D教室给教学带来跨时代的改变, 给学生带来全新的视觉体验!

参考文献