大视场并列型仿生复眼光学系统

为了实现大视场微型仿生复眼系统的增材制造,对仿生复眼的成像原理、微透镜阵列与中继系统的设计以及复眼系统的机械结构进行了研究。根据仿生复眼的光学原理设计出单个微透镜,并完成微透镜阵列。通过设计中继系统,使曲面阵列所成的曲面像转换成平面像,从而被平面探测所接收。将微透镜阵列与中继系统组合并对其进行优化。为了满足复眼系统3D增材制造工艺,对其机械结构进行设计。整个复眼系由3481个紧密拼接的正六边形微透镜组成,每个微透镜的视场为4°,通光口径为110μm,整个复眼的视场为123.7°。在120 lp/mm处,复眼各视场的MTF值均大于0.3,各视场点列图的RMS半径均小于艾里斑半径。该系统成像质量良好,公差分析结果表明其像质满足成像要求,满足增材制备工艺需求。     

仿生光学复眼设计及其制造技术研究新进展

仿生光学复眼具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高、可测速等优点,在国防尖端装备及民用工业中有着广泛的应用前景,因而引起国内外学者的广泛关注。简要分析昆虫复眼的特征原理,归纳仿生光学复眼的结构、功能及其分类;详细阐述国内外学者在仿生光学复眼优化设计和制造技术方面取得的最新研究成果,并通过对仿生光学复眼成像试验结果的综合分析与讨论,得出仿生光学复眼在采用微透镜阵列进行设计存在的缺陷以及采取特种加工方法制造等加工工艺存在的不足;论述仿生光学复眼采用截面六边形高次曲面进行设计的优点以及采取超精密加工方法制造存在的优势,给出研制过程中对其曲面进行造型与加工的新思路,可为光学复眼的进一步研究提供有益参考。     

仿复眼视觉系统的研究进展

复眼是昆虫重要的光感受器,由成千上万的小眼构成,具有大视野的动目标快速检测能力。仿复眼的多孔径系统在机器人视觉导航、大视角测量和全景成像等领域应用广泛。首先介绍了复眼的生物机理、成像特性及现有的大视场成像系统;其次介绍了微透镜阵列的仿复眼光学设计现状,分析了微透镜阵列的大视角与多景深的全景成像质量,指出目前曲面微透镜一体化制造存在的成像缺陷;最后提出结合曲面与平面微透镜阵列实现大视角、多景深分辨率的仿复眼系统的可行性。该成像系统不仅可以实现全景范围内的清晰成像,而且还具有全景范围内的目标位置估计能力。     

仿生复眼接收系统设计与实验

以生物视觉成像和目标识别为研究背景,深入研究了光学复眼的结构与拼接以及基于光纤耦合的光信号接收成像技术,并设计了一种可应用于凝视激光雷达的新型光学复眼接收系统.通过模仿昆虫复眼结构形式,该系统由16个透镜阵列构成,全视场角为2°.利用Zemax软件完成了光学系统设计,结合光纤耦合技术接收光信号,对复眼探测结果进行了实验...     

人工复眼的研究进展

复眼是自然界中常见的一种视觉器官,常见于节肢动物中,其有着极高的视场角、低像差、低失真、高时间分辨率、高空间分辨率和无限景深等优点,近些年受到较大的关注。概述了最新的复眼制作工艺和成像系统,介绍了常用的制作复眼透镜的工艺技术,同时还介绍了复眼透镜的成像系统。最后,对人工复眼系统的研究进行了展望。     

基于视场分割的仿生复眼系统设计方法

针对传统大视场成像设备难以兼顾高分辨率和实时性的问题,通过模仿昆虫曲面多目复眼结构,提出一种基于多相机阵列的球面复眼设备设计方法.该方法利用相机原始矩形视场对预定视场进行分割,根据矩形视场存在水平、垂直 ２ 个视场角的特点,通过对球壳纬度层和经度层 ２ 个方向的分割,在无缝分割的前提下,最大限度地降低相邻相机间的重叠区域,提高相机的利用效率,降低系统复杂度.基于该设计方法,采用水平视场角、垂直视场角及分辨率为 ２００ 万的 ７ 个完全相同的相机制作了一款 ２ 层的仿生复眼,并利用该设备实现了视角为 ７９．５° ,分辨率为 １２００ 万的全景成像,证明了该设计方法的有效性.     

基于光场相机的深度面光场计算重构

光场相机与传统相机不同,通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,实现在采集物方光强的同时记录光线方向。为了重构物方光场,研究了基于光场相机的深度面计算重构算法,对该算法所采用的焦点堆栈、投影切片定理进行研究。首先,对四维光场定义及光场相机工作原理进行分析;建立了相机内部深度面重构模型,分析了投影切片定理在深度面获取的应用,并推导出不同深度面图像表达式;根据得到不同深度位置图像,研究了计算重构算法,搭建了含有微透镜阵列的微型单相机光场采集系统,采集原始光场,利用本文方法实现了物方光场的逆向重构。实验结果表明:利用本文重构算法,光场相机采集的物方光场可通过滤波计算方法逆向重构,通过重构光场数据可获得物方场景深度信息。本文深度面获取算法较其他算法节省30%以上的时间,各深度面图像峰值信噪比在25~30dB之间,实现了高精度、稳定可靠的计算光场重构。     

液体微透镜阵列的驱动控制及其制造工艺研究

<正>液体微透镜阵列具有超光滑表面和大范围的连续变焦优势,在现代生物,医学治疗、军事感知等领域有广泛的应用前景。针对常规静态成像系统的视场角小、图像重叠、景深小等问题,本研究提出了液体复眼式图像传感器,对三维光场信息进行实时/域提取,实现了动态景深、超高分辨率的真三维成像和智能监控。液体复眼作为新型图像传感器的核心部件,是实现大视场、实时/域可变焦性能的关键。本研究有效结合纳米压印技术和液体自组装方法,开发了大面积、高密度复眼的定向/     

光场图像重构算法仿真

根据光场成像原理,对非聚焦型光场相机和聚焦型光场相机的成像原理和采样模式进行了分析,对比了两种光场成像系统的成像特点。针对不同类型光场相机的信息采样特点,推导了非聚焦型光场相机空域平移叠加重聚焦算法及聚焦型光场相机基础图像重构算法,并在MATLAB中对两种图像重聚焦算法进行了仿真验证,实验证明两种算法都可以有效获得任一景深清晰的像,可为光场成像技术的应用提供借鉴。     

基于相机阵列的三维集成成像记录系统

基于三维集成成像理论以及相机阵列和显示透镜阵列之间的对应关系,利用几何成像理论和光线追踪方法对不匹配全光学集成成像记录系统进行了理论分析,得到了主要记录参数(记录距离和相机间隔)和集成成像显示特性之间的关系。提出了一种非匹配系统中相机阵列记录系统参数的设计方法,并设计了相机阵列记录系统。计算得到了系统的关键参数为记录距离49.6cm,相机间隔25mm。对提出的方法进行了实验验证,结果表明,提出的相机阵列光学记录系统能够完整记录场景的三维信息,三维显示特性基本达到了设计指标,相机阵列的主要记录参数与集成成像三维显示特性的关系符合理论分析,验证了提出方法及系统设计的可行性。提出的系统可为不匹配全光学集成成像系统显示提供大场景、高分辨率微图像阵列。     

基于双经度模型的鱼眼图像畸变矫正方法

针对鱼眼镜头拍摄图片桶形畸变大的问题,提出了一种基于双经度图像畸变矫正算法,以改善其视觉效果。首先,在未知镜头视角大小且鱼眼图像非圆形的情况下,利用鱼眼图像特征求得球面中心及其半径,并对半径大小做优化处理以减弱极点畸变;在此基础上采用双经度模型方法,通过正交投影策略将鱼眼图像映射到球面上,转化为球面横向经度和纵向经度坐标,从而投射为以横向、纵向双经度坐标为基础的正方形平面图像,实现图像的快速、精确变换。最后,利用2个实例验证了该文所提算法的有效性和可行性。     

曲面复眼成像系统的研究

研究了两种曲面复眼成像系统,并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统,使其边缘视场的成像质量进一步提高,视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹,两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9 mm×0.9 mm×0.5 mm和0.9 mm×0.9 mm×0.75 mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。     

视线跟踪系统中CCD摄像机的自适应调节

分析了视线跟踪系统中光源、摄像机、眼睛角膜及光斑的几何位置关系,提出了眼睛跟踪策略和一种调光、变焦、聚焦相结合的CCD物镜自动调节方法。对捕获图像进行处理,依据图像灰度均值控制光圈,以适应外部环境光强变化;利用SMD算子大步幅快速粗聚焦,提取图像中光斑信息控制云台瞄准、跟踪眼睛,并进行变焦控制,可在用户头肩图像中自动定位眼睛,适应用户头部位置变化;在眼睛区域自动确定检测窗,在检测窗内使用FSWM聚焦算子判断图像清晰度,实现自动聚焦。若图像中能提取瞳孔信息,则依据瞳孔边缘梯度均值实时调整聚焦。实验表明,在不同外部环境光强及用户在不同使用位置情况下,CCD摄像机通过自适应调节,可实时跟踪眼睛并捕获到清晰眼睛图像。     

基于UG的二次配光透镜产品结构设计

文中分析了二次配光透镜的设计思路.以一款多鳞片透镜为例,讲解了基于UG的透镜造型设计整个过程,包括自由曲面的多鳞片的输出、复眼面的设计、安装结构设计要点等,并总结了设计中常见问题和处理方法,对透镜的设计和其他工业产品设计都有很好的参考价值.     

基于视网膜光反射的实时人眼定位研究

基于视网膜光反射,提出了一种只需要简单算法的实时人眼定位方法.通过确定人眼相对于点光源的空间方位的实验,证明了该人眼定位方法的可行性.在这种人眼定位方法中,如果在点光源形成的锥形照明区域中没有人眼,那么CCD接收的图像将是一个均匀的暗背景图像,且图像中没有亮斑存在;如果在该锥形照明区域中有人眼,那么CCD接收的图像将是...     

基于新的系统数学模型的三维形貌测量法

提出新的测量系统数学模型,将投影仪投射光场视为由相位值唯一标识的光投射面的集合所形成的空间,将摄像机成像模型视为一种由成像点图像坐标确定的成像射线形成的集合,将被测点视为所对应的投射面与成像射线的交点。以此为理论基础,采用逆向求解法建立投影仪的数学模型,避免显示标定投影仪的复杂操作过程。将离心畸变与径向畸变分解为两个独立的过程顺序求解,再使用小孔成像模型建立消除畸变后的摄像机数学模型。采用平面靶标自由移动法采集足够多的标定数据,对标定靶的尺寸与位置要求不严,并且在不要求标定数据充满整个视场空间的情况下仍可获得完整的标定结果。本标定过程对系统位置无任何严格要求,同时摆脱对精密位移装置的需求,并有效地消除摄像机与投影仪镜头畸变所产生的标定误差。     

基于机器视觉的芯片编号识别算法

针对芯片检测过程中芯片编号形状小、人眼无法识别的现状,开发了一套芯片编号识别系统。系统以机器视觉技术为基础,配备高分辨率Basler相机、高倍率镜头以及高性能点光源,能实现高分辨率图像采集;利用Hough直线检测对图像进行水平旋转,利用图像轮廓查找算法对兴趣区域进行提取分割,利用帧差法对兴趣区域与标准库进行比较,找到最匹配的图像,其标签为识别结果。实验结果表明,运用系统的图像处理算法可以代替人眼通过高倍放大镜识别,改进了芯片检测工艺,大大提高了芯片检测的效率。