盡管光線條件不佳依然可以拍攝清晰的照片，拍攝快照而不模糊，識(shí)別交通標(biāo)志和道路標(biāo)記，或利用特定系統(tǒng)識(shí)別危險(xiǎn)情況-所有這一切如今都可以借助于現(xiàn)代相機(jī)而得以實(shí)現(xiàn)。然而相機(jī)或智能手機(jī)的靜態(tài)和視頻圖像質(zhì)量究竟如何?并且與其他供應(yīng)商的型號(hào)相比又如何呢?

　　最終用戶、智能手機(jī)和相機(jī)制造商、汽車或航空航天、醫(yī)療與安全或自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的公司-他們都對(duì)靜態(tài)和視頻圖像的質(zhì)量提出了較高的要求，并積極尋求這些問題的答案。 DxOMark Image Labs公司直面這些問題并尋求提供解決之道。該公司為客戶提供咨詢服務(wù)和完整的圖像質(zhì)量測試實(shí)驗(yàn)室解決方案。此類解決方案由硬件、軟件和測試協(xié)議組成，并且可確?？芍貜?fù)的、與操作人員無關(guān)的結(jié)果。DxOMark Image Labs市場營銷副總裁Nicolas Touchard在接受PI Karlsruhe的采訪中，介紹了評(píng)估靜態(tài)和視頻圖像質(zhì)量的方法以及如何在圖像穩(wěn)定技術(shù)的測試中使用PI六足位移臺(tái)。

　　衛(wèi)星通信是否滯后?

　　推動(dòng)20世紀(jì)90年代后期第一次光子學(xué)繁榮的舉措是以跨越海洋和大陸的長途光纜取代基于射頻(RF)信號(hào)的昂貴、滯后且受限的衛(wèi)星通信鏈路。上了一定年齡的讀者可能會(huì)記得長途電話不僅費(fèi)錢而且惱人的日子：在呼叫者的講話與向被呼叫者的傳送之間通常存在明顯的停頓，反之亦然。這是因?yàn)楹艚惺峭ㄟ^衛(wèi)星按路線傳送的，而1962年的Telstar1等地球同步衛(wèi)星距離過遠(yuǎn)，因此很容易感知到從地球基站到衛(wèi)星再返回的中轉(zhuǎn)時(shí)間。容量有限，每分鐘定價(jià)很高，而且我們所回憶起的數(shù)據(jù)速率可能真正處于石器時(shí)代。

緊湊型、音圈驅(qū)動(dòng)、柔性鉸鏈導(dǎo)向的快速轉(zhuǎn)向鏡。(來源：PI)

　　演示：基于壓電陶瓷的雙軸快速轉(zhuǎn)向鏡(S-335型號(hào))將激光束引導(dǎo)至8x8的光纖矩陣中，從而展示自由空間光通信中光束控制所需的機(jī)械基礎(chǔ)。

　　光纖網(wǎng)絡(luò)

　　環(huán)繞地球的光纜布線迅速以我們今天享受的大容量高速全球網(wǎng)絡(luò)取代了之前脆弱且有問題的鏈路。這是部署互聯(lián)網(wǎng)的真正關(guān)鍵推手：除此之外，基于光子學(xué)的物理蜘蛛網(wǎng)同樣是為您帶來本文的萬維網(wǎng)的基礎(chǔ)并使之成功落地。從某種意義上說，我們今天看到了實(shí)現(xiàn)地球的全球通信基礎(chǔ)設(shè)施全覆蓋這一奇跡的第一縷曙光：新一代通信節(jié)點(diǎn)的龐大天基網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施。這些節(jié)點(diǎn)由數(shù)以千計(jì)部署的小型衛(wèi)星組成，以環(huán)繞整個(gè)地球。它們不僅鏈接到地面站，而且相互鏈接，因此有望將數(shù)據(jù)快速高效地從地球上的任何一點(diǎn)傳送到任何其他點(diǎn)。我們的愿景是為每輛汽車、每一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)設(shè)施、每一個(gè)集裝箱和拖拉機(jī)牽引拖車裝備，甚至每頭牛提供連接性，以實(shí)現(xiàn)一系列夢(mèng)幻般的應(yīng)用。

　　自由空間光通信與射頻(RF)通信

　　由于帶寬有限以及射頻信號(hào)缺乏精密的聚焦能力，已經(jīng)開發(fā)出基于激光束的作為傳統(tǒng)衛(wèi)星通信補(bǔ)充的光通信。光通信不僅提供更高的吞吐量，而且能耗更低(衛(wèi)星無法接入電網(wǎng))。此外，光通信具有更高的安全性，因?yàn)楣庑盘?hào)高度集中，不易被竊聽，并且直接傳輸降低了干擾的風(fēng)險(xiǎn)，而這種現(xiàn)象在射頻波段內(nèi)非常普遍。

夏威夷航天飛行實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的CubeADCS實(shí)驗(yàn)(采用PIglide HB球面空氣軸承)

　　衛(wèi)星間鏈路是通過蛛絲激光束實(shí)現(xiàn)的，每顆衛(wèi)星均跟蹤并鏈接到其相鄰衛(wèi)星。該領(lǐng)域的領(lǐng)軍者之一是SpaceX，其配備激光的衛(wèi)星，創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體上證實(shí)，以單個(gè)有效載荷發(fā)射的142顆衛(wèi)星包括實(shí)施公司的衛(wèi)星間激光鏈路1 2。復(fù)雜的鏈路拓?fù)湟押喕癁閅ouTube上的視頻3，感興趣的讀者可以在社交媒體4上找到許多資源來探索有效的方法。其他參與者包括Amazon、Momentus、Fraunhofer IOF、Arribada Initiative、Outernet以及Lacuna Space。谷歌的氣球運(yùn)載項(xiàng)目Loon5采用以寬帶覆蓋地球的亞軌道方法，而Facebook取消了基于無人機(jī)的Aquila項(xiàng)目。這些項(xiàng)目還采用了基于激光的互連方法。重要的是，直接互連可避免阻礙廣播方法推進(jìn)應(yīng)用的頻譜擁擠問題，以及令人煩惱的監(jiān)管限制和延遲。

　　外太空光通信(DSOC)

　　美國航空航天局表示，“未來的人類和機(jī)器人外太空探險(xiǎn)必須以最快速、最高效的方式與地球上的任務(wù)管理人員進(jìn)行溝通?！逼淠繕?biāo)是提供高清視頻流以及必要的運(yùn)行參數(shù)，這是穿越太陽系遙遠(yuǎn)距離時(shí)作出關(guān)鍵任務(wù)決策所必需的。激光通信的目標(biāo)是在不增加尺寸或功耗的前提下將數(shù)據(jù)速率提高到當(dāng)前速率的100倍。然而，盡管激光可以承載比射頻傳輸更多的信息，甚至比基于毫米波長的下一代6G太赫茲移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)所能承載的還要多，但其傳播速度受相同的物理定律約束，這意味著與太陽系末端的實(shí)時(shí)通信是一個(gè)相對(duì)的概念，因此需要板載人工智能才能快速作出決策。有關(guān)NASA和DSOC的更多信息。

　　地球上的無光纖光子學(xué)

　　回到地球上，正在重新啟動(dòng)使用“無光纖光子學(xué)”配置點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)方法。地面自由空間光通信的首次商業(yè)嘗試是在20世紀(jì)90年代后期的光子學(xué)熱潮中進(jìn)行的，由Terabeam、Optical Crossing、AirFiber和朗訊的OpticAir等創(chuàng)新者推動(dòng)。遺憾的是，在可預(yù)見的未來通過鋪設(shè)“暗光纖”來滿足最終業(yè)務(wù)開通的容量需求之后，當(dāng)時(shí)由長途電信這一單一應(yīng)用推動(dòng)的光子學(xué)繁榮進(jìn)入了沉寂期，因此這些企業(yè)遭受了與許多其他企業(yè)同樣的命運(yùn)。那些日子已不復(fù)返了。從社交網(wǎng)絡(luò)到流媒體，從個(gè)人化醫(yī)療到物聯(lián)網(wǎng)，從工業(yè)4.0到自動(dòng)駕駛車輛，通信行業(yè)已經(jīng)意識(shí)到由大量應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)需求呈指數(shù)增長。盡管該行業(yè)在2002年之后的十年間暫時(shí)遭遇了陣痛，但自由空間光通信背后的原理依然有效，這從根本上類似于可追溯到18世紀(jì)7的光學(xué)電報(bào)(盡管速度當(dāng)然要快得多)：信息在從一個(gè)地面位置傳送到另一個(gè)地面位置時(shí)以光閃爍的方式編碼。這為在不同位置之間快速配置安全、專用的光子互連提供了巨大的潛力，例如在擁擠的城市中從建筑物到建筑物，或者是更廣泛網(wǎng)絡(luò)的“最后一英里”。二十年前，此類互連需要大幅擴(kuò)展的光束—孔徑通常為200毫米量級(jí)的望遠(yuǎn)鏡—既是為了針對(duì)鳥兒偶爾遮斷光束的容錯(cuò)性，也是為了人眼安全。今天，新一波的創(chuàng)新者正在利用這個(gè)時(shí)代更先進(jìn)的糾錯(cuò)算法和更高效的電子器件來實(shí)現(xiàn)成本更低但速度更快的實(shí)施。新加坡的Transcelestial就是一個(gè)例子，其提供吞吐量高達(dá)10吉比特每秒的緊湊型桿裝收發(fā)器。

　　為什么選擇快速轉(zhuǎn)向鏡?

S-331超高動(dòng)態(tài)壓電陶瓷偏擺轉(zhuǎn)向鏡平臺(tái)

　　由于激光束的發(fā)散度較低，因此必須尋求準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)解決方案，以在衛(wèi)星到衛(wèi)星鏈路、地面到衛(wèi)星或外太空通信中覆蓋的遙遠(yuǎn)距離內(nèi)保持光束準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。除了可以通過衛(wèi)星姿態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的粗略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外，還需要高速精細(xì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來應(yīng)對(duì)來自衛(wèi)星的振動(dòng)(例如穩(wěn)定系統(tǒng))。

　　采用差動(dòng)壓電陶瓷(PZT)促動(dòng)(推/拉)的快速轉(zhuǎn)向鏡的基本設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)之一是角度對(duì)溫度變化不敏感。(來源：PI)

　　不同負(fù)載下長焦S-335.2SH快速壓電陶瓷轉(zhuǎn)向鏡的諧振頻率：1英寸反射鏡，?英寸反射鏡，空載。S-331等裝置具有更高的工作頻率，但角度范圍更小。(來源：PI)

　　在地球到衛(wèi)星的通信中，大氣湍流是另一個(gè)可能導(dǎo)致光束偏離其原始路徑的因素。在接收端，激光束被耦合到單模光纖中，這需要非常高的精度以避免光功率損失。壓電或電磁快速轉(zhuǎn)向鏡(FSM)可以提供低至納弧度范圍的角度分辨率以及高達(dá)kHz范圍的機(jī)械帶寬。反射鏡結(jié)構(gòu)緊湊、快速且準(zhǔn)確，因此足以應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用中的常見干擾。盡管壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)式FSM可提供更高的分辨率和帶寬，但電磁單元(通常是音圈驅(qū)動(dòng)式FSM)可實(shí)現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)向角度。自20世紀(jì)90年代以來，PI的快速轉(zhuǎn)向鏡技術(shù)已應(yīng)用于地面和天基測試與實(shí)施。PI的解決方案提供基于壓電或電磁驅(qū)動(dòng)的高效快速設(shè)計(jì)，包括各種公開可用的現(xiàn)成產(chǎn)品和保密的定制產(chǎn)品，未來還會(huì)推出更多。