信息科学与技术导论之信息获取第三讲

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1、第三讲信息获取原理及相关技术信息获取是一切生物在自然界能够生存所不可缺少的基本环节，生物如不能从外界感知信息，就不能适当地调整自己的状态，进而改善与外界的关系来适应其变化。可以说从外界获取信息和利用信息的能力是一切生物得以生存的必要条件，生物越高级，摄取信息的能力就越高。如信息过程模型所描述，对于一个信息系统，信息获取是首要的工作，只有充分获得了各种信息，系统才能根据需要进行有效的工作。§3.1引言§3.1引言（续1）问题:对包罗万象的“信息”，人工系统如何才能有效获取？或者说如何才能转变成载体所能携带的信号形式？载体所能携带的信号形式？信息的获取方法信息获取的第一步就是信息的

2、“感知”，也就是“感受”事物运动状态及其变化方式的形式，感觉并知道这种形式的存在。对于人类而言，信息感知的功能是由人的感觉器官来承担的。可是，人类感觉器官存在着一些天然的缺陷，使人的感知功能在感受域、灵敏度和可信度上存在一定的局限，因此，我们需要根据信息感知的原理去研制具有更优异性能的人工感知系统，扩展和完善人类感知信息的能力.信息来源的主要途径(1)直接获取信息。直接获取信息主要是通过人的感官与事物接触，使事物的面貌和特征在人的大脑中留下印象，这是人们认识事物的重要渠道之一(2)间接获取信息。间接获取信息就是用科学的分析研究方法，鉴别和挖掘出隐藏在表象背后的信息。例如，通过人

3、与人之间的沟通，查阅书刊资利、广播电视、影视资料、电子读物等获取的信息。§3.1引言（续2）信息获取的首要环节是信息的“感知”信息的“感知”，即感知外部世界或事物运动的状态及其变化的方式，或者说是通过客体事物与认识主体的相互作用把事物的本体信息转变为信息系统所能处理的信息。就信息的“感知”而言，它只“感受”到了事物运动状态及状态变化方式的形式，并不“知晓”事物运动状态及其变化方式的逻辑含义和效用价值。§3.31引言（续3）信息感知的基本机制信息感知的基本机制在于要有某种组织或器官（在人工系统则是某种器件或系统）能够灵敏地感受到某种事物运动的状态及其变化的方式，也就是说，要有某种

4、组织或器件，能够在某种事物运动状态及其变化方式的刺激下产生相应的响应，而且，这种刺激与响应关系应当满足一定的条件。§3.1引言（续4）人类感知机制分析和实验都表明，虽然人的感觉器官在感知外部事物的信息方面具有十分精巧的工作机制，但同时也存在一些天然的缺陷，这主要表现在：感知区域有限；敏感度有限；分辨力不高。人眼仅能感受到波长为380~780nm的可见光，人耳也只能对20HZ~20KHZ范围的音频具有相应能力§3.1引言（续5）信息感知的过程和实现技术感知过程感知单元表示单元对事物运动的状态及其变化方式高度敏感，能够产生与“事物运动状态及其变化方式”相对应的实际响应。把感知单元的

5、实际输出响应通过适当的方式表示出来，便于观察、处理和利用。3.1引言（续6）信息感知的过程和实现技术研究结果表明人类视觉、听觉、嗅觉、触觉等感知的相应是以神经生理电信号表示的，问题：机器感知系统的敏感单元响应能否也用电信号表示?答案是肯定的，机器感知敏感单元响应不仅可以表示成电信号还可以表示成光信号。但表示成电信号有无与伦比的优势。§3.1引言信息感知的过程和实现技术实现技术感知单元实现表示单元实现为了感知可视的、可闻的、可嗅的…等信息就需要采用多种传感器。如温度传感器，气体传感器、湿度传感器……表示单元往往都把感知单元的输出响应转换为电信号或光信号的形式。在这个意义上，表示单

6、元可以被理解为“换能器”：非电（光）变化转换为电（光）变化。§3.2感知技术3.2.1非电量电测3.2.2信号处理3.2.3测量3.2.1非电量电测人们对工业、农业、医学、航空、航天、航海等各行各业中的很多“量”感兴趣，但这些量绝大多数都是非电量，如机械量（位移、尺寸、力、振动、速度等），热工量（温度、压力、流量等），成分量（化学成分、浓度等）和状态量（颜色、透明度、磨损量、裂纹等），要想将它们表示成电参数以便测量，就涉及到非电量电测技术。3.2.1非电量电测将被测的非电量变换成电量的装置称为传感器（Sensor）。也称为换能器、发送器、传送器、变送器、检测器、探头。传感器的任

7、务传感技术的重要性传感技术作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，信息系统离开了传感器就像人失去了视、听、嗅、触觉。传感器非电物理量电物理量传感器具有多种分类方法按工作机理分类：物理型、化学型、生物型等；根据能量转换情况分类：能量控制型传感器和能量转换型传感器。按照传感器的用途分类：位移、压力、振动、温度等传感器。根据转换过程可逆与否分类：单向和双向。根据传感器输出信号分类：模拟信号和数字信号。根据传感器使用电源与否分类：有源传感器和无源传感器。按照物理原理分类；可分为