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第一章 信息传感基础 1.1 信息 1.1.1 信息是什么 定义:音讯;通信系统传输和处理的对象,泛指消息和信号的具体内容和意义,通常须通过处理和分析来提取 信息(information)in是接收到消息,formation是整理成章.即信息是把我们不明确的知识弄清楚后,整理成章再传递给需要获取信息的人 数据--观测的产物,是从自然现象中搜集的原始材料,以怎样(How much)、多少(How many)、哪个(Which)、是或不是(Yes/No)的方式来表现 数据与信息的 联系:信息由数据推断而来,数据是信息的素材. 区别:信息更有用,可以回答谁、何时、何地、什么、多少的疑问,是有意义和目的的数据. 信息的特点: 1.没有尺寸 (极小的空间能容无限多的信息) 2.没有重量 (无重量,信息传递时几乎不需要能量) 3.容易复制 (信息必威体育官网网址很重要) 4.差异性 (信息包含在事物的差异之中.有差异就有信息,没有差异就没有信息) 信息的价值 1.在必要的时候,必要的场所,有了必要的量,信息才有价值 2.有用的信息必须是完整的、精确的、相关的和及时的. 一旦发生突发事件时,这种信息就成了重大新闻,信息量也就增大了.也就是说,信息量与其本身的概率成反比,与意外性和新颖性成正比. 人类如何获取信息 借助视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉器官从外界直接获取信息,再通过大脑分析和判断后作出相应反应 人类信息的来源:视觉信息;听觉信息;触觉信息;味觉信息;嗅觉信息 1.1.2 视觉信息 视觉 定义: 辨别外界物体明暗和颜色特性的感觉 刺激: 光,人眼可以感受的电磁波的波长范围是380-780纳米(即可见光) 分辨力:人眼可分辨所看到的物体的大小、明暗、远近、形状、轮廓、细节等情况 视觉的重要性 1.视觉是人类获取外界信息的最主要、最重要的途径 2.人类从外界获得的信息约80％是从视觉中得到的 图像 视觉信息的主要呈现形式(照片,绘画,电影等) 人眼感知的局限 敏感域(范围)有限(只在可见光范围之内无法直接感知红外或紫外光) 敏感度(灵敏度)有限(很难在微弱光照条件下产生正常的感知响应) 分辨率不高 视觉的扩展 将非可见光(红外波段、紫外波段、X光波段等)的电磁波信息转换成人眼可见的视觉信息(例:X光片,CT图片 ,红外图像等);增强微弱的视觉信息(例:显微镜);将不可视的宏观信息缩小为人眼可视的视觉信息(例:航空航天的遥感图像) 由此延伸的传感设备用途:将不可视的听觉、触觉等信息转换为优先的视觉信息;示例:B超图像、水下声纳图像 1.1.3 听觉信息 听觉 定义:辨别外界物体声音特性的感觉 刺激:声波振动 重要性:人类从外界获得的信息约有 13％是从听觉中得到的 声波 声源体发生振动引起的四周空气的振荡;属于电磁振动,可以借助各种介质向四面八方传播;传导与介质的阻抗有关,阻抗越小,传导越好 声波分类 声音:每秒20-20000Hz的声波;次声波:低于每秒20Hz的声波;超声波:高于每秒20000Hz的声波 人耳感知的局限 敏感域(范围)有限 (对3000赫兹以上和300赫兹以下频率的声音信号不敏感 ) 敏感度(灵敏度)有限 (对声音的变化不灵敏,如声音强度变化小于一定的值,就难以听出) 分辨力不高(所能分辨的声信息级有限) 听觉的扩展 超声传感器(机器人探测距离 ,工业探伤);声压传感器(检测安全,汽车防盗);声表面波传感器(石油勘探 ,无损检测) 1.1.4 触觉信息 触觉 辨别外界刺激接触皮肤情况的感觉 狭义的触觉 触觉:刺激轻轻接触皮肤触觉感受器所引起的肤觉 压觉:增加压力使皮肤部分变形所引起的肤觉 振动觉:刺激以其一定频率的振动接触皮肤所引起的肤觉 广义的触觉 热觉、冷觉、湿度觉、痛觉和滑觉等 触觉的重要性 人类从外界获得的信息约有3％是从触觉中得到的 触觉感知 空气的温度和湿度的大小、分布及流动;不同物体给人的不同刺激程度;物体的振动、冷暖程度、质感强度等;物体的形状和大小等 主要的触觉信息 温度、湿度、压力和重量 触觉的扩展 温度传感器(电饭锅,微波炉);湿度传感器(微波炉);压力传感器(机器人插物);重量传感器(电子秤 );机器人传感器(压觉传感,滑觉传感) 1