“兆易创新杯”第二十届研电赛光载信息专项赛参赛说明
一、赛道背景光载信息产业由可见光通信与光计算产业调整而来，重点发展光通信、光感知、光存储、光计算、光显示等核心领域。通过光电融合技术，发挥光子信息载体的高速、低耗、高保密等优势。依托新型光学材料、高性能器件及通信网络技术的突破，推动“感-通-算-显-康”全链路协同创新，加速与人工智能、物联网等技术融合，赋能新质生产力发展。从产业发展需求角度出发，本届研电赛技术类竞赛新增“光载信息专项赛”。 二、赛道描述 （一）光载信息专项赛作为竞赛技术类竞赛赛道之一，赛程赛制与作品提交要求和技术竞赛要求一致。详细信息请阅读《参赛说明》。 （二）光载信息专项赛围绕五个单元技术（光感知/光通信/光计算/光显示/光健康）及其一体化技术（非全体化）为主题，构建及拓展以光为载体的未来信息产业愿景、应用及需求的先进信息技术创意。例如面向多模态信息探测感知、高速可靠数据传输、低功耗海量数据处理、实时信息交互显示、特定光谱促进健康调节的方案、元器件、设备、系统或软件。 （三）光载信息专项赛采用开放命题，重在评价技术方案的原创性、创新性和先进性、软件或硬件系统的完整性和可展示性。参赛作品包括但不限于如下技术方向： １.光通信技术。包括不限于：红外通信、激光通信、可见光通信、紫外通信、光纤通信、光学相机通信、可见光成像通信、无线光通信组网、先进的信道编解码算法、新型多址技术、序列设计、波形设计、超大规模MIMO、信道建模、高性能收发机设计、光通信穿戴设备、LiFi热点接入等。 ２.光感知技术。包括不限于：激光感知、红外光感知、可见光感知、紫外光感知、光纤光感知、光场成像感知、光纤传感等。 ３.光计算技术。包括不限于：经典光计算、光量子计算、光存储，低能耗算法架构等。 ４.光显示技术。LED/LCD/OLED/Mini-LED/Micro-LED显示、激光显示、光波导技术、光场成像、全息显示、光场成像显示、虚拟/增强/混合现实显示、裸眼3D等。 ５.光健康技术。包括不限于：与光照相关的视觉反应、节律调节、情感干预等健康照明技术，类太阳光随动照明装置等。 ６.感/通/算/显/康/照一体化（非全体化）技术。包括不限于：高精度可见光定位照明装置、实时信道状况感知辅助通信、自动捕获跟踪对准（APT）的通感一体化、感通照显一体化激光车灯、面向一体化的信道建模/波形设计/协议流程，协作感知和数据融合，通感安全和隐私保护技术等。 ７.空天地海一体化技术。包括不限于：水下潜航器、无人机及地面（或水面）平台之间的多域光通信等。 ８.光电元器件模块设计和工艺技术。包括不限于：超结构激光芯片和光源、衍射光学元件、投影镜头、成像镜头、（图像传感器）感光芯片、激光器、光探测器、扫描及光学部件（MENS微振镜、转镜、OPA硅光芯片、旋转电机）、光放大器、光耦合器、光隔离器、光滤波器、光调制器、波分复用器、光通信模块、激光雷达、LiFi/USB转接器，激光投影模组方案设计、光学成像模组方案设计等。 ９.光载信息感知方案算法设计。包括不限于：3D视觉感知方案、标定对齐等算法、人脸识别/活体检测算法、三维测量/三维重建算法、图形分割/图像增强优化算法、VSLAM算法、骨架/姿态识别/行为分析算法、沉漫式AR/虚拟现实算法等。 三、组织方式 １.技术类竞赛由开放式命题与企业命题组成，并设立“光载信息”专项赛，由参赛队自主选择作品命题。评审重点考察作品的创意和创新性，技术实现以及团队综合能力。 ２.“光载信息”专项赛作为技术竞赛的一部分，可与开放赛道或企业赛道同时报名。选报“光载信息”专项赛的团队，参评技术竞赛团队奖的同时，由“光载信息”专项赛专家组评定专项奖。“光载信息”专项奖候选队伍优先从决赛晋级队伍中产生。 ３.技术类竞赛设“光载信息”专项奖十名，总分最高团队直接入围“研电之星”挑战赛。获得专项奖团队奖励1000元，冠、亚、季军分别奖励5000元、3000元、2000元； 四、加分项 若参赛团队按以下要求完成作品，将获得额外加分： （一）方案场景创新性 １.新颖的技术方案：采用独特的光载信息处理、传输或调制解调技术，如新型的光编码、复用和解复用技术，或是对现有技术进行创造性的改进和优化，以实现更高效、更可靠的光载信息系统。 ２.独特的应用场景：将光载信息技术应用于新的领域或解决特定的实际问题，如在航空航天、智能交通、医疗健康、工业物联网等领域的创新应用，展现项目的独特价值和市场潜力。 （二）技术难度与先进性 １.高水平的技术实现：涉及到先进的光电子器件、高速信号处理算法、高精度的光学测量与控制技术等，并且能够在项目中成功实现和应用，体现团队在光载信息领域的深厚技术积累和研发能力。 ２.突破关键技术瓶颈：针对光载信息领域中的关键问题或技术难点，如光信号的高带宽传输、低噪声放大、抗干扰性能提升等，提出有效的解决方案并取得实质性突破，对推动该领域的技术发展具有重要意义。 （三）实用性与市场价值 １.实际应用效果显著：参赛项目能够在实际环境中稳定运行，满足特定的应用需求，并具有良好的性能表现，如高数据传输速率、低误码率、长距离传输等，为相关行业或领域提供切实可行的技术支持和解决方案。 ２.市场前景广阔：对项目的市场需求、竞争态势和商业价值进行充分的分析和论证，具有明确的市场定位和潜在客户群体，能够在未来产生较大的经济效益和社会效益，吸引投资和产业合作的潜力较大。 （四）团队协作与分工 １.合理的团队构成：团队成员具备光电子、通信工程、电子信息、计算机科学等多学科背景，专业搭配合理，能够充分发挥各自的专业优势，共同完成项目的研发和实施。 ２.高效的协作机制：团队成员之间分工明确、协作紧密，在项目实施过程中能够有效沟通、相互配合，共同解决遇到的各种问题，展现出良好的团队合作精神和协同创新能力。 五、关键技术 光载信息专项赛主要涉及的关键技术领域主要包括： １.半导体激光器技术 ２.光电转换技术 ３.光信号传输技术 ４.光信号调制解调技术 ５.光信号复用解复用技术，包括不限于：波分复用、时分复用、空分复用、频分复用等 ６.光信号处理技术，包括不限于：光放大技术、光滤波技术等 ７.光显示技术，包括不限于：光波导技术、3D全息显示技术、光场成像及显示技术（投影仪阵列的光场拟合、多透镜集成成像光场显示等 ８.光感知技术，包括不限于：3D点云、激光雷达技术、双目立体视觉、光飞行时间、结构光等 ９.光计算技术，包括不限于：光逻辑门技术、光互连技术、光子神经网络技术、量子密钥分发技术、光量子计算技术、光存储技术等 六、应用场景（以往届研电赛作品为例） １.光通信应用场景举例（出自2024年研电赛开放赛道作品）《基于成像接收的单光子探测无线光MIMO通信系统》：本设计提出了一种光学成像接收的MIMO通信系统，建立了光域成像发射接收光学模型，并基于该模型搭建了FPGA实时系统验证了该系统的有效性，该成像接收模式减少了子链路间的干扰，降低了检测算法的复杂度。在发射端，上位机将待传输数据发送至信号处理模块，待传输数据由该模块中的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行里德-所罗门(RS)编码、插入帧同步和位同步码、8B/10B编码和串并变换处理后，得到4路并行传输的OOK信号，4路信号通过数字模拟转换器(DAC)模块将数字量转换为模拟量加载至2×2绿光LED阵列。调制光信号在经过长度为L的信道后到达接收端，由于成像透镜组的折射，会在接收靶面形成2×2的成像光斑阵列。接收靶面存在固定的2×2光纤阵列，光信号通过固定在矩形底座上的光纤耦合进入硅光电倍增管(SiPM)探测器。SiPM收到模拟信号后，通过模拟数字转换器(ADC)将模拟量转换为数字量传输至FPGA。FPGA将接收信号进行并串变化、8B/10B解码、确定帧同步和位同步码和RS解码处理后，发送至接收端上位机，系统完成通信。实验结果表明，该系统的通信速率可达20Mbps，实现了自由空间50m通信距离的条件下的数据传输，且系统的误码率小于FEC门限值。 ２.光感知应用场景举例（出自2024年研电赛开放赛道作品）《地图构建与自主定位导航多用途移动机器人》：本作品研制了地图构建与自主定位导航多用途移动机器人，满足多任务需求，提高移动机器人的交互控制能力。多用途移动机器人系统包括硬件和软件两个方面。在硬件层面，系统以高性能的NvidiaJetsonOrin为主控制器，基于LivoxMid-360激光雷达及其内置的惯性测量单元，使用FAST-LIO算法实现了高精度定位与地图构建。设计阿克曼式移动机器人导航框架，采用AStar全局路径规划算法以及DWA局部路径规划算法，实现高效的自主导航与自主避障决策功能，解决移动机器人自主控制问题。在软件层面，设计多用途移动机器人管理软件，优化任务分配调度流程，解决移动机器人控制系统的管理效率与用户友好交互问题。同时引入多路光学摄像头和语音播放等多模态交互模块，提升系统的智能人机交互能力。本系统的创新点在于:（1）采用高精度地图构建与定位算法。通过对算法的部署应用，实现移动机器人在复杂环境下的精准定位、路径规划和障碍避让。（2）研制机器人多功能与一体化设计。实现移动机器人自主导航、巡检与物资运送等功能模块的高效整合与操作简化。（3）构建机器人管理软件与交互系统。实现移动机器人的任务分配调度、功能执行与信息交互。 ３.光显示应用场景（光感知/成像显示一体化）举例（出自2024年研电赛开放赛道作品）《激光超声和深度学习融合的三维缺陷成像》：提出了一种非侵入、非接触性镍合金缺陷检测系统，该系统融合了新型深度学习网络与波前调控双通道探测非线性激光超声技术，实现了镍合金微米级损伤的实时检测与超分辨三维成像。创新点如下：1提出了一种基于微米级光栅掩模板与4f系统的脉冲激光波前调控技术，通过精确调控激光波前，实现了非线性信号的显著增强；2针对实际扫描系统应用中速度提升问题，提出了一种基于Labeview可视化控制程序的实时探测缺陷定位与步进扫描超分辨三维成像结合的技术，提升了缺陷定位与精确成像的速度；3构建深度学习网络实现缺陷的超分辨率三维成像，结合深度残差网络与嵌入SE模块实现高准度自动特征提取4.利用了缺陷的反射与透射波的差异，提出双通道探测信号融合算法，通过多尺度数据融合，提高了内部缺陷的识别率。5针对少样本情况下网络训练困难这一问题，构建了高保真度的有限元仿真模型用于提供虚拟样本训练网络，同时用RBF-Adaboost替换常见的全连接BP神经网络，提高网络的性能和泛化能力，为解决复杂非线性问题和大规模数据处理提供了一种有效的解决方案 ４.光健康应用场景举例（感康照一体化）《室内类太阳光随动照明系统》：采用全光谱LED照明光源设计灯具，尽可能地模拟自然太阳光的光谱分布，使灯光在颜色温度和显色指数上接近太阳；灯具中集成实时时钟（RTC）、光敏传感器和被动红外运动传感器，其中光敏传感器可以检测周围环境的光照强度，运动传感器则可以检测被照对象的运动状态。根据应用环境需要，室内灯具会通过检测现场自然光亮度、现场是否有人、RTC时间及对应时间段晴朗天气下自然光的色温等环境参数，灯具自动开启并输出适宜亮度和色温的灯光。这样，即便室外风雨交加、乌云密布，室内的光环境仍然是遵循晴朗天气下，随着太阳光色温的变化而随动，通过光照而实现对人的情绪效益和心理疗愈。 ５.感/通/算/显/康应用场景举例智慧办公室：感知环境亮度，自动调节显示屏亮度，改善用眼健康（感显康一体化）；灯光充当LiFi热点实现设备可见光通信互联和高效数据传输（感通照一体化）；探测室内光线、空气及温湿度状况，结合全光谱照明设备，自动营造健康的、安全的、类太阳光环境（感康照一体化）；感知人来及可见光定位/离开/人聚密集度等状况，实现按需照明及人员考勤和空位管理（感照一体化）。智慧商场：利用可见光通信功能，实现商场室内定位和导航。在仓库和物流中心，工作人员亦可通过光定位系统快速定位货物的位置（感通一体化）；光标签用于货物的识别、分拣和追踪，手机扫描货物的光标签，以溯源货物详细信息；感知货物品类，调整光照颜色，美化货品卖相以促销（感通显照一体化）；收银台平板的3D视觉感知功能识别顾客人脸，再和支付平台通信，实现快速刷脸支付（感通一体化）；探测室内光线、和临窗商柜光强，调整照明设备的亮度输出，实现商场个柜台的恒照度照明，优化商场购物体验（感康照一体化）。智能驾驶：光感知实时检测道路上的障碍物，自动避让外，还并通过光通信将信息传递给周围车辆和路上基础设施及交通管理中心(V2V和V2I)，以便及时采取措施；或者接收基础设施发来的路况信息（V2I），以便提前规划行车路径（感通一体化）；后方车辆光感知，实时监测前方车辆的行驶速度、加速度、转向角度等状态参数。当前方车辆出现异常行驶行为，如超速、急刹车、急转弯等时，本车的通感一体化设备能够及时感知并向车辆驾驶员（V2V）和路上基础设施发送预警信息（V2I），提醒附近驾驶员注意安全驾驶，同时交通管理部门也可以根据这些信息对违规驾驶行为进行监管和处罚（感通一体化）；车载激光雷达感知车车间距，激光车灯提供路面照明的同时，将距离数据直观地显示在路面，提醒保持安全车距，降低追尾风险;车车间通信，相互报告前后车距，提前预防连环大追尾（感通照显一体化）；地下停车场空位检测、定位感知、车位引导、自动泊车（感通一体化）。七、产业发展情况 一、深圳市＂光载信息＂产业发展情况（一）产业集聚效应显著深圳的龙岗区作为光载信息产业重点承载区，已聚集了近130家相关企业，形成了涵盖上游核心器件、中游关键设备、下游应用场景的较完善产业链条。如华为技术、深光谷科技、中科光芯等光通信领域企业，矽电半导体、海创光学、奥伦德元器件等光感知企业，以及康冠、兆驰、艾比森、聚飞光电为代表的光显示领域企业均汇聚于此。（二）技术创新能力突出在深圳市科技创新局的指导支持下，清华大学深圳国际研究生院发起成立了深圳市光载信息产业联盟，旨在组织成员单位合作开展技术攻关，推动知识产权共享，开展对外技术合作与交流等，以提升深圳光载信息产业的创新能力和影响力。此外，龙岗区还成立了光载信息产业智库，以清华大学深圳国际研究生院信息与数据研究院为智库单位，吸引高层次人才开展创新活动，推动产业提档升级。（三）政策支持力度大深圳市科技创新局与龙岗区人民政府签署合作协议，2024年至2026年市区两级将投入1.8亿元财政资金用于“光载信息”专项市区联动项目，推动未来产业集聚，培育新质生产力。 二、全国＂光载信息＂产业发展情况（一）市场规模持续增长光载信息产业涵盖的光通信、光显示、光感知等领域市场规模不断扩大。据中研普华产业研究院报告，2024年光传输设备市场规模预计达到1473亿元，且随着5G、物联网、云计算等新兴技术的发展，未来几年市场规模将持续扩大。（二）技术创新不断推进： １.高速率传输技术：光传输设备和光模块不断向更高速率发展，如800G、1.6T等高速光模块逐渐商用化，满足了数据中心等领域对大容量、高速数据传输的需求。 ２.小型化与集成化技术：为适应数据中心高密度部署等需求，小型化、集成化的光通信器件成为发展趋势，光电共封装技术等不断涌现，提升了系统性能和集成度。 ３.新材料与新技术应用：硅光子技术、光子集成技术、薄膜铌酸锂调制器等新材料与新技术的应用，推动了光载信息产业的技术升级，提高了光器件的性能和可靠性。（三）产业竞争格局清晰 ４.光传输设备领域：国内的华为、中兴、烽火通信等企业凭借强大技术实力和市场份额占据行业领先地位；国际上的诺基亚、思科、爱立信等企业在全球拥有广泛客户基础和品牌影响力。 ５.光通信器件领域：竞争格局较为分散，国内外众多企业参与其中，如Finisar、Lumentum等厂商在光模块市场积极布局，加大研发投入以争夺市场份额。 ６.应用领域不断拓展：光载信息产业除在传统电信网络领域保持稳定应用外，还在数据中心、云计算、5G承载网、物联网、智能制造、智慧城市、具身机器人、低空经济等众多新兴领域得到广泛应用，为产业发展提供了广阔空间。 ７.区域发展特色鲜明：除深圳外，国内还有一些地区形成了具有自身特色的光载信息产业集群。例如北京在科研创新方面具有优势，众多高校和科研机构为光载信息产业的技术研发提供了强大支撑；上海在光通信、光显示等领域拥有一批具有国际竞争力的企业，产业国际化程度较高；武汉在光通信领域有着深厚的技术积累和产业基础，是我国重要的光通信产业基地之一。