什么光学科技信息光学技术：在一些国家的军事行动中大显身手

用户投稿 2025年08月16日 15:18:04 5 0

信息光学技术：在一些国家的军事行动中大显身手

●信息光学技术，采用信息论的观点和方法研究光学系统并解决光学问题

●借助信息光学技术，光学探测设备不仅看得更远，还看得更细致、更高效

●信息光学技术在战场态势感知、战场适应性训练等领域具有极高的应用价值

今天，我们聊聊信息光学技术

■袁梓洋王金霞

信息光学技术发展时间轴线图。

2021年3月23日，一艘货轮卡在了埃及苏伊士运河，造成河道严重堵塞。世界各国利用光学探测卫星拍摄到的一组高分辨率大视场照片，在网上刷屏，其精度、视野和色彩饱和度对比，成为各方炫技的焦点。

空中客车公司的Pleiades卫星、长光卫星技术有限公司的吉林一号高分卫星拍摄的“作品”不分伯仲。得益于信息光学技术支持，吉林一号高分卫星的全色分辨率约为1米，可得到视野大于17千米的图像。

信息光学技术，是将信息处理中的相关理论与方法，如傅里叶分析、压缩感知、机器学习等移植到光学领域而形成的一种新型交叉技术。信息处理中的经典理论和技术手段，被引入光学领域后，实现了一系列突破性革命，给传统光学注入了新的生机。

诞生与成型

傅里叶分析，是信号处理领域的基石。将其引入光学领域进行研究，最早可追溯到1873年德国物理学家阿贝所提出的成像理论。该理论验证了提高显微成像分辨率的可能性，并在1906年被波特等研究人员验证。

受阿贝理论启发，研究人员认识到，光学成像系统与信息通信系统类似，也可分为信息收集、信息传递以及信息处理3个部分。从1930年开始，以傅里叶分析为基础的大量信息论成果被应用于光学系统中。

信息论的引入，不仅是以新的概念来理解熟知的物理光学现象，更孕育了一门技术性很强的交叉学科——信息光学。

信息光学领域中一个重要的理论基础，是利用探测器的采样信息，重建光学信号，以提升光学信号的完整性和传播效率。惠特克-香农采样定理要求，探测器的采样量需要足够大才能重建信号，其对硬件的要求非常高，极大限制了信息光学技术的成型。

2004年，压缩感知理论作为一个全新的采样理论，由艾曼纽·坎德斯以及陶哲轩等人提出。该理论证明了可用远低于惠特克-香农采样定理所要求的采样量，完美地恢复信号。因此，借助于压缩感知理论，信息光学中大部分技术便可降低高速采样压力，从而减少了光学信息处理、存储以及传输的成本，显著提高了成像效率。

随后，基于压缩感知理论而产生的信息光学技术如雨后春笋般涌现。比如，欠采样核磁共振成像、超薄成像、新型超分辨成像等。

传统的信息光学技术，大都依靠经验模型以及人工先验，不能较为真实、客观地刻画自然界的物理过程以及数据分布规律。深度学习作为机器学习领域中最热的研究方向之一，能利用深度神经网络，从海量数据中挖掘得到数据的内在规律，并提取数据特征。

因此，大量深度学习算法被引入信息光学技术之中，涌现出一系列从成像时间以及成像效果上大大超越经典算法的新方法。

发展与应用

评价望远镜成像质量的重要指标之一是分辨率。决定望远镜分辨率的主要因素是望远镜的尺寸以及观测光的波长。

在波长确定的情况下，望远镜尺寸越大，所能获得的分辨率越高。现实中，我们可制造的望远镜尺寸是有限的。看得更远的甚长基线干涉测量法，就可利用多台望远镜协同观测来间接增大望远镜尺寸。因此，借助遍布全球的天文望远镜，使用甚长基线干涉测量法，便可制造出一个尺寸和地球一样大的虚拟望远镜，从而大大增加探测距离。

2019年，借助于甚长基线干涉测量技术，事件视界望远镜首次拍到了黑洞照片，使人类深化了对于宇宙的认知。

1873年，德国物理学家阿贝指出了光学显微镜存在分辨率极限的概念。随着科学技术的不断进步，生物医学、材料学等领域对显微技术的发展提出了更高要求。但由于分辨率极限的存在，传统光学显微镜无法满足微纳尺度观测所需。扫描隧道显微镜等技术出现后，实现纳米量级的分辨率虽然成为可能，但仍存在对样品破坏性较大等缺点，并不适合对生物活体样品的观测。

这时，光学超分辨率技术的出现，突破了分辨率极限。利用光学显微镜，能观测到尺寸在十几纳米的活体生物结构，实现了“看得更细致”的目标。2014年诺贝尔化学奖颁给了艾力克·贝齐格等3名物理学家，以表彰他们在光学超分辨显微方面做出的巨大贡献。

而信息光学领域，能够看得更高效的数据驱动成像技术，则是指利用数据驱动算法，比如模式识别、深度学习等方法，来提升传统光学系统成像效率。凭借算力强大的硬件及海量的数据作支撑，以深度学习为代表的数据驱动算法，自2012年AlexNet网络赢得了ImageNet图像分类比赛第一名后，就在信息科学领域掀起了新高潮。数据驱动算法以其强大的特征提取以及泛化能力，被广泛应用于信息光学领域。如超光谱成像、相干衍射成像、傅里叶叠层成像等。

在数据驱动算法辅助下，传统光学系统既能显著提升成像效率，又能减少对数据的采样。

“从军”与前程

当前，大量信息光学技术已应用于军事领域，在一些国家的军事行动中大显身手。这一技术“从军”的代表作，为各国研发的合成孔径雷达、穿墙透视雷达以及采用的全息影像技术。

——合成孔径雷达。合成孔径雷达是一种新型高分辨率雷达，用于扫描得到物体的二维或三维信息，尤其是在能见度极低的气象条件下，依然能得到高分辨率图像。

合成孔径雷达利用天线在目标区域上的运动，并以信息处理的方法，来提供比传统固定波束扫描雷达更精细的空间分辨率。因此，合成孔径雷达通常被安装在飞机、航天器等移动平台上。对于固定的天线尺寸和方向，因距离更远的物体会保持更长的照明时间，为此合成孔径雷达具备为更远物体创建更大合成孔径的特点，从而使其拥有较广的搜索范围。

在20世纪50年代后期，合成孔径雷达一般装载在RB-47A和RB-57D战略侦察飞机上。经过近70年的发展，合成孔径雷达技术已经成熟，不少国家有了自己的合成孔径雷达发展计划，各种新型体制合成孔径雷达应运而生，在军事领域发挥着重要作用。

——穿墙透视雷达。现代战场上，错综复杂的建筑和墙体是城市巷战的最好掩体。在当前的军事应用中，有一种穿墙透视雷达，能发射穿透力较强的高频电磁波，对墙体进行扫描探测。这种雷达的探测器通过接收经过漫反射的回波信号，并利用算法计算得到墙体背后的情况，从而使掩体内的军事人员和设施无处遁形。

如以色列的XAVER400穿墙透视雷达，能穿透以水泥、石膏、混凝土等为材质的墙体，其探测范围最远可达20米。它可同时检测静止和移动对象，并提供相关房间面积和基础设施元素的信息。

——全息影像技术。这是利用干涉和衍射原理记录并再现物体三维图像的一种技术。利用全息投影技术，观众无须佩戴3D眼镜，便可从任何角度观看影像的不同侧面，所观看的3D影像拥有极强的空间感和真实感。未来战场上，在具有跨越物理域、信息域、认知域等多域精确作战特点的情况下，全息影像技术将有着特殊应用价值。

全息影像技术应用到未来作战场景中，可将现代化信息系统的仿真三维战场环境，以沉浸方式呈现，以便更直观、更全面地为指战员决策提供战场态势感知支持。同时，利用此技术，可开展战场适应性训练，以提高指战员的战场适应能力。

除此之外，利用全息影像技术还可研制出幻觉武器，如伪造轰炸机、航母、无人机蜂群等作战武器蜂拥而至的场景，伪造重要军事目标的虚拟影像等，以达到迷惑敌人、引发意识混乱、摧毁敌人战斗意志的目的；对武器装备进行视觉伪装，如飞行器能实现与天空融为一体的效果，从而达到视觉隐身目的；在战场上虚拟假目标，从而吸引误导敌军火力，降低对手的打击效率等。

（作者系军事科学院研究员）

来源：中国军网－解放军报

“黑科技”＋“跨界破圈” 蔡司光学以创新引领全生命周期眼健康管理

“孩子们，上网课时，你们知道应该注意些什么吗？”一段生动的护眼动画过后，温和的声音在展厅内响起。孩子们纷纷响应，“要坐直，保持屏幕距离”、“记得休息眼睛，不要长时间盯着屏幕！”

这是2024年蔡司光学科技特展中“名医对话小记者”互动环节的一幕。孩子们带着童真和好奇，学习护眼知识，收获满满。

8月8日至12日，第二届蔡司光学科技特展在广州塔开启。本次展会以“你所见的，不凡如你”为主题，通过互动展示、沉浸式体验和近20场多元化科普讲座，全面呈现眼健康管理新发现和前沿光学科技成果。本次展会迎来超过一万人次访客，包括视光行业专业人士、眼健康从业者和广大市民朋友。

中国眼镜协会副理事长江波在开幕式致辞中表示，中国眼镜从业者持续致力于通过优质的产品与服务为消费者提供解决方案，相信蔡司光学科技特展可以向观众展示光学科技的奥秘和魅力，更能持续唤起消费者对眼健康的关注。

引领全生命周期眼健康管理新时代

测眼轴、查度数、验光……蔡司眼镜的全套验配设备前都排起了长队，不少亲子家庭积极向视光专家了解护眼知识，检查小朋友的眼健康情况。更有视光专家通过不同场景的趣味互动，为新中年观展者解读用眼难题。

近年来，随着电子产品的普及、人口老龄化的加剧和生活方式的转变，一系列眼健康问题正悄然加剧。正如中华医学会眼科学分会眼视光学组组长吕帆教授在开幕式上强调，眼睛的问题贯穿我们的一生，从小朋友到年长阶段，每个时期都需要关照眼健康。吕帆教授还为广州日报的小记者们带来科普宣讲《为什么要近视防控》，将眼视光专业知识以通俗易懂的方式娓娓道来，并耐心解答了孩子们遇到的护眼疑问。

当前，眼健康工作已经从单一的预防和治疗，进化至全面的眼健康管理。这个理念强调了眼健康管理的连续性与综合性。蔡司光学科技特展正是此理念的一次鲜活诠释与强力助推。蔡司致力于为不同年龄段的消费者提供个性化的眼健康管理服务，在展会上以互动体验和寓教于乐的方式，生动地走进了公众的生活。

跨界碰撞出光学与生活新体验

在为期五天的展览中，蔡司邀请到来自不同领域的嘉宾讲者，与观众分享关于光学与生活的独到见解。从金像奖摄影大师的授课，到古典音乐的演奏；从新媒体艺术的探索，到人工智能在眼健康领域的应用……跨领域的交流拓宽了公众的视野，让人们对世界的认知更加多元和深刻。

“今年的展览增加了更多互动体验，非常有个性，让我忍不住拍照打卡。”26岁的CICI在现场深度体验后对工作人员说道。与首届特展相比，2024蔡司光学科技特展在互动体验感上进一步升级，更加注重参与感和科普性。比如说，通过沉浸式的光影之旅，为大家在繁忙的都市节奏中定格珍贵记忆，巧妙地将重视眼健康的信息融入日常生活，让每个人都自然而然地关注并呵护自己的双眼。

蔡司光学中国区董事长、总裁彭伟表示，“我们最早通过数字平台、媒体等与消费者间接接触，但是‘百闻不如一见’，让消费者直接感受光学科技，与消费者直接对话、面对面沟通仍是必不可少的。”

深耕本土创新驱动未来

蔡司有着178年的悠久历史，秉承工匠精神和创新理念，成为全球光学与光电行业的技术先锋。从最初的精密光学仪器制造商，发展成深耕半导体制造技术、工业质量与研究、医疗技术和光学消费品市场等领域的全球性集团，持续引领光学科技的前沿探索。据彭伟介绍，1995年蔡司光学在广州建立第一家公司，便聚焦于中国眼健康产业生态下的本土创新机会。从最初的一个工厂逐渐发展为集智能制造、高端个性化定制、产业科技创新、全球检验中心及中国标准测试中心等多位一体的健康视光产业生态圈。

立足于全球技术的前沿，蔡司光学将持续推动本土化创新，通过与合作伙伴紧密协作，推动视光学领域的技术革新，为消费者带来更高品质的产品和服务体验。

更多内容请下载21财经APP