国内全息技术科研询证报告(二)——丁茹博士

2021-01-13

1 引言

根据上一期报告对国内全息技术相关科研活动的分布、技术演化、科研现状以及成果转化现状等做出了初步的分析,可知全息技术在我国的宏观布局现状,包括地域特征、产业分布、技术演化、专利和科研成果趋势等。本期报告将从国内科研实体、学术人才、企业现状以及国内政策及标准这几个维度,对全息技术进行更全面深刻的剖析。

2 国内科研实体

通过对科技成果、基金、专利、科技论文等的综合分析,推荐出创新要素大三元中的机构和人员数据,包括:企业、企业产品、科研院所、高校、杰出专家、企业专家。

2.1 企业分析

通过对科技成果、基金、专利、科技论文等的综合分析,推荐出和技术方向高度相关的企业及企业内部的技术人才。排名越靠前,该机构及专家和全息技术的相关度越高。 

 2.2 科研院所

通过对科技成果、基金项目、专利、科技论文等的综合分析,推荐出和技术高度相关度相关的科研院所及院内部技术人才,排名越靠前,该机构对全息技术的相关度越高。


2.3 高校

通过对科技成果、基金项目、专利、科技论文等的综合分析,推荐出和技术高度相关的高校及校内技术人才,排名越靠前,该机构对此项技术的相关度越高。


3 知名专家分析

3.1 高校科研院所专家

通过透析行业权威以及学术影响力较高的专家及其研究领域,可以获悉全息技术目前所处的研究现状。3.2 企业专家

H指数(H index)是一个混合量化指标,可用于评估研究人员的学术产出数量与学术产出水平。被引频次是指该专家所发表的论文被引用的总次数。总成果数包括专利和科研项目3.3 “全息防伪”与“全息存储”相关技术简介

3.3.1 全息防伪

防伪与我们的生活息息相关,将全息技术应用于防伪领域可以大幅提高防伪效果。历史上第一个将全息图片作为防伪标识的产品是Johnny Walke Whishy(一种威士忌),该酒的销售额较以前增加了45%。上世纪90年代全息防伪迎来首个鼎盛时期,无论高档商品促销、名优商品的防假冒或有价证券(如信用卡、钞票、护照签证)的防伪和加密以及图书、印刷、印染、装潢、纪念邮票和广告标牌等等,都普遍采用激光模压技术。该技术在八十年代末九十年代初传入我国,1990年至1994年期间,全国各地引进生产线上百条。

主要全息防伪技术。

1. 激光全息标识定位烫印技术

全息烫印的原理是:在烫印设备上通过加热的烫印模头将全息烫印材料上的热熔胶层和分离层加热熔化,在一定的压力作用下,将烫印材料的信息层全息光栅条纹与PET基材分离,使铝箔信息层与承烫面黏合,融为一体,达到完美结合。

2. 全息标识上的加密技术。

该技术是在防伪标识中设置特殊的加密记号以增强防伪效果。其原理是在物体与全息底板之间加一个编码器,使得物光发生畸变;只有用该特定的解码器才能重现物体,否则,只能出现一些散斑。因此,该技术具有较高的防伪功能,常用于一般商品的防伪。

3. BOPP激光全息防伪收缩膜包装防伪技术。

该技术是发展起来的新型防伪技术。由于该技术对BOPP收缩膜基材有特殊要求,购买和开发BOPP生产设备造价昂贵,从而在源头上堵住了造假者制假的可能性和可行性。激光全息防伪收缩膜在生产中首创采用宽幅全息透明模压技术与加密全息图像防伪技术相结合,并巧妙解决了热压与基材热收缩的矛盾;在使用中通过BOPP防伪收缩膜两个表面提供热封,将被包装物整体包裹;在拆包时必须先撕开BOPP防伪膜,而这样也就破坏了原防伪膜的完整性。由于该防伪手段技术层面复杂、防伪力度高,工艺精细、外观精美,被中国防伪行业协会激光全息技术专业委员会给予很高的评价。BOPP生产线高昂的价格和热封型热收缩膜复杂的加工工艺,加上透明全息防伪图像和隐秘的微缩密码,使得那些分散的中小型工厂极难制假。

3.3.2 全息存储

激光全息存储技术是一种既能并行读/写、提高数据速率、又能增大存储容量的海量存储技术。

20世纪60年代末发现光折变效应后,在光折变晶体中进行全息存储一度成为热点。1975年,美国RC公司报道了在1cm 铌酸锂晶体中存储500幅全息图的实验。美国Northrop公司于1991年在掺铁铌酸锂晶体中存储并高度保真再现了500幅高分辨率军用车辆全息图。1992年,有在同样的铌酸锂晶体中存储1000页的数字数据,并无任何错误地复制到数字计算机的存储器。1994年美国加州理工学院在1cm 掺铁铌酸锂晶体中记录了10000幅全息图。同年,斯坦福大学的一个研究小组把经压缩的数字化图像视频数据存储在一个全息存储器中。IBM公司也研制出一台灵活而稳固的高分辨率的自动全息存储系统试验台。目前,我国主要在研制利用二值空间光调制器实现多灰阶全息存储的方法,它可近一步提高存储密度与读出数据的传输速率。另有人正在研究体全息相关器的内容寻址功能的相关研究,它可以并行快速地进行关联检索,并具有很大的提升潜力。

美国斯坦福大学的HDSS WORM演示平台。2000年,美国斯坦福大学为DARPA 投资实施的HDSS 项目开发了高传输速率、高容量的全息光盘存储系统,如下图所示。该系统采用了IBM公司的铁电液晶空间光调制器(FLC SLM)记录二维数据,最高分辨率为1 024×1 024 像素,采用Kodak公司的CCD作为探测器,其分辨率与SLM匹配,最大帧数为1 000 fps。利用脉冲倍频Nd∶YAG 激光器(波长为532 nm)进行记录和读出,光盘安装在精密的空气静压轴承上,使用精密光电轴角编码器系统的全息信道解码传输速率可达1 Gbits/s,使用1 次写入多次读取(WORM)的光致聚合物作为存储介质,容量为120 GB。由于较厚的介质(如LiNbO3晶体)的存储容量受到介质动态范围和噪声的影响要多于复用技术,而较薄的介质(如光致聚合物)则不然,所能存储全息图的数量在很大程度上由复用技术决定。经常在较厚介质中使用的角度复用技术在这里效果不大,需要使用其它复用技术,例如移位或旋转复用技术, 该系统采用的是散斑-移位复用技术。

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图1 美国斯坦福大学的HDSS WORM演示平台系统


全息存储器可望存储几千亿字节的数据(目前光盘是6.4亿字节数据),而且具有高保真度,并以等于或大于 bit/s速度传送数据,可在100微秒或更短时间内随机选择一个数据页面。目前,我国全息存储技术的研发与产业化正在蓬勃发展。


4 政策标准

4.1 国家/行业标准

[1]GB/T 38278.6-2019.全息防伪产品技术条件 第6部分:冷烫印全息防伪箔[S].2019-12-10


[2]T/ZZB 0372-2018.全息防伪产品[S].2018-06-22


[3]ISO/IEC 11695-1-2015.识别卡 光存储卡 全息记录方法 第1部分:物理特性[S].2015-05-15


[4]ISO/IEC 11695-1-2015.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.第1部分:物理特性[S].2015-05-01


[5]ISO 17901-1-2015.光学和光子学 全息摄影 第1部分:全息照片的衍射效率及相关光学特性的测量方法[S].2015-06-29


[6]BS ISO/IEC 11695-1-2015.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.物理特性[S].2015-06-30


[7]ISO/IEC 11695-2-2015.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.第2部分:可到达光学区域的尺寸和位置[S].2015-04-01


[8]ISO 17901-2-2015.光学和光子学 全息摄影 第2部分:全息记录特性的测量方法[S].2015-06-29


[9]BS ISO/IEC 11695-2-2015.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.可到达光学区域的尺寸和位置[S].2015-05-31


[10]BS ISO/IEC 11695-2-2015.识别卡 光存储卡 全息记录方法 第2部分:可访问光区域的尺寸和位置[S].2015-05-31


[11]BS ISO 17901-2-2015.光学和光子学 全息摄影 全息记录特性的测量方法[S].2015-07-31


[12]ISO/IEC 11695-2-2015.识别卡 光存储卡 全息记录方法 第2部分:可访问光区域的尺寸和位置[S].2015-03-16


[13]BS ISO 17901-1-2015.光学和光子学 全息摄影 全息照片的衍射效率及相关光学特性的测量方法[S].2015-07-31


[14]NY/T 2138-2012.农产品全息市场信息采集规范[S].2012-02-21


[15]GB/T 7962.3-2010.无色光学玻璃测试方法 第3部分:光学均匀性 全息干涉法[S].2011-01-14


[16]JIS Z8791-2011.全息图的衍射效能和相关光学特性测量方法[S].2011-01-20


[17]JIS Z8791-2011.全息图的衍射率和相关光学特性的测量方法[S].2011-01-20


[18]JIS Z8792-2011.全息图记录特性的测量方法[S].2011-01-20


[19]BS ISO/IEC 10373-9-2011.身份证.试验方法.光学存储卡.全息记录方法[S].2011-08-31


[20]GB/T 26708-2011.双向拉伸聚丙烯激光全息防伪膜[S].2011-06-16


[21]ISO/IEC 10373-9-2011.标示卡.试验方法.第9部分:光学存储卡.全息记录方法[S].2011-08-01


[22]JIS Z8792-2011.全息图记录特性测量方法[S].2011-01-20


[23]GB/T 17000-2009.全息防伪产品通用技术条件[S].2009-05-06


[24]BS ISO/IEC 11695-1-2008.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.物理特性[S].2009-02-28


[25]GB/T 23808-2009.全息防伪膜[S].2009-05-06


[26]ISO/IEC 11695-3-2008.识别卡 光存储卡 全息记录方法 第3部分:光学性能和特性[S].2008-10-22


[27]BS ISO/IEC 11695-3-2008.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.光学性能和特性[S].2008-12-31


[28]ISO/IEC 11695-2-2008.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.第2部分:可到达光学区域的尺寸和位置[S].2008-11-01


[29]ISO/IEC 11695-3-2008.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.第3部分:光学性能和特性[S].2008-11-01


[30]ISO/IEC 11695-1-2008.识别卡 光存储卡 全息记录方法 第1部分:物理特性[S].2008-10-22


[31]ISO/IEC 11695-2-2008.识别卡 光存储卡 全息记录方法 第2部分:可访问光区域的尺寸和位置[S].2008-10-22


[32]ISO/IEC 11695-1-2008.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.第1部分:物理特性[S].2008-11-01


[33]BS ISO/IEC 11695-2-2008.识别卡.光学存储卡.全息记录方法.可到达光学区域的尺寸和位置[S].2008-12-31


[34]GB/T 13654-2004.苏荣文;盛保信;王占华;马建国航空轮胎全息照像检测方法[S].2004-03-15


[35]GB/T 18733-2002.防伪全息纸[S].2002-05-21


[36]GB/T 18734-2002.防伪全息烫印箔[S].2002-05-21


[37]QJ 2915-1997.蜂窝夹层结构粘接质量激光全息检测方法[S].1997-01-01


[38]GB/T 17000-1997.防伪全息产品通用技术条件[S].1997-10-05


[39]BB 0008-1996.杜玲;哈流柱;刘守;蔡雪强;王跃;袁杰激光彩虹模压全息防伪标识[S].1996-05-24


[40]BB/T 0008-1996.激光彩虹模压全息防伪标识[S].1996-05-24


[41]GB/T 13654-1992.航空轮胎全息照像检测方法[S].1992-09-01


[42]HB 6625-1992.金属蜂窝胶接构件的激光全息无损检验[S].1992-10-04


[43]HB 5390-1987.陈兴民;朱建堂激光全息测定非金属结构材料泊桑比试验方法[S].1988-02-03


[44]GB/T 7962.3-1987.无色光学玻璃测试方法 光学均匀性全息干涉测试方法[S].1987-05-25


[45]ISO/IEC 11695-3-2017.身份证 光学记忆卡 全息记录方法 第3部分 光学特性和特征[S].


[46]GA 4-1991.经济特区居民身份证用模压全息加密标志[S].


[47]GOST 8.506-1984.ГСИ。凸起的球面镜。用移动全息干涉法测量曲率半径和表面形状偏离球面的局部偏差的方法[S].


[48]ISO 11695-3-2008.识别卡 光学记忆卡 全息记录方法 第3部分:光属性和特性第一版[S].


[49]ISO 11695-2-2008.识别卡 光学记忆卡 全息记录方法 第2部分:尺寸和位置的访问光区域的第一版[S].


[50]ISO 11695-1-2008.识别卡 光学记忆卡 全息记录方法 第1部分:物理特性第一版[S].


[51]GJB 3595-1999.药柱包覆层粘接质量激光全息无损检测方法[S].


[52]BS ISO/IEC 10373-9-2011.识别卡 测试方法 第9部分:光存储卡 全息记录方法[S].

4.2法律法规

[1]国家文物局关于鲁土司衙门旧址壁画和天花板画全息数字化图像采集工程立项的意见.2016-07-04


[2]中国人民银行公告2013年第7号 关于废止《中国人民银行关于统一启用“银联”标识及其全息防伪标志的通知》等3件规范性文件和宣布《中国人民银行关于印发〈2001年银行卡联网联合工作实施意见〉的通知》等2件规范性文件失效的公告.2013-06-28


[3]陕西省发展和改革委员会关于全息主动网络安全防御技术及产品项目备案确认的通知.2005-05-09


[4]关于统一启用“银联”标识及其全息防伪标志的通知.-


[5]中国人民银行关于统一启用“银联”标识及其全息防伪标志的通知.2001-03-13


[6]山西省物价局关于痔全息注射液价格的批复.2000-05-10


[7]关于进口食品卫生监督检验工作使用激光全息防伪标志.


[8]卫生部药政局关于“国家中药保护品种”建议采用激光全息防伪标记的函.1993-03-10


[9]卫生部药政局关于“国家中药保护品种”建议采用激光全息防伪标记的函.


[10]卫生部关于进口食品卫生监督检验工作使用激光全息防伪标志的通知.1994-02-01


5 小结

通过对全息技术相关的科研机构、企业、知名专家及政策标准的分析,初步能够得到以下结论:

(1)广东、北京、浙江、上海、江苏及湖北的全息产业相关企业较为密集,形成经济增长极。

(2)武汉华工图像技术开发有限公司、京东方科技集团股份有限公司、山东泰宝防伪技术产品有限公司为行业龙头企业。

(3)国内的全息技术虽然起步较晚,但研究动作大都围绕着全息技术的分支——计算全息技术展开,广义上说,计算全息是全息技术与自动化控制技术、空间光调制技术、现代计算机技术及数字图像处理技术相结合而产生的一种新兴技术。

(4)近年来,有关计算全息技术的应用有众多新成果,本报告能够体现出,动态计算全息术、彩色全息术、计算全息术运算技术、计算全息图数字再现及制作、计算全息光学加密技术、计算全息编码技术、计算全息三维显示技术(裸眼3D技术)等方面研究的一直保持的着最新进展。

(5)中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、中国科学院物理研究所、北京理工大学、清华大学、苏州大学、上海理工大学、天津大学等为国内顶尖全息技术人才的主要汇聚地。

(6)国内产业化相对成熟的“全息防伪”及“全息存储”技术是国家出台相关行业/国家标准最多,也是政策法规最完善的两大技术领域。

(7)“计算全息三维显示技术”是高校和企业的研发热点,研究内容主要包含动态全息显示和静态大尺寸高分辨率全息显示两个方面。动态全息主要使用空间光调制器SLM实现全息三维显示,目前的研究热点包含全息图快速计算,彩色全息显示方法,大视角大视场全息显示等方面。研究全息新型材料和器件,实现大尺寸全息的显示是未来的重要研究领域。