复眼系统的大视场平像面拼接方法

传统曲面仿生复眼中继系统需要承担大视场子眼拼接造成的弯曲像面转换成平像场的任务,给系统设计带来一定难度。针对上述问题提出一种大视场复眼平像面拼接排列的方法,并对该方法进行数学描述。通过构建子眼个数、系统总视场角以及后续合理选取光中继系统参数之间的平衡模型,重点分析中继系统景深与复眼拼接像面光程差之间的关系,得出复眼平像面的拼接方式产生的光程差在典型光中继系统的可接受景深范围内,可以有效地降低中继光学系统设计压力的结论。并基于上述理论设计一种单子眼的视场为16°、整体视场为96°的复眼光学系统进行实践验证。系统最终实现畸变小于2%,传递函数在中心视场达到衍射极限,边缘视场接近衍射极限的良好像质,证明了该拼接理论可行。     

三光束激光干涉光刻法制备生物复眼表面微结构

许多生物复眼表面具有大视场、高时间分辨率、高反射率以及超疏水、防雾等优异性能,工程应用潜力巨大.仿生学研究表明,复眼表面微观结构对其特定功能的实现具有关键作用.本文利用三光束激光干涉光刻技术在单晶硅基底表面制备了仿腹色蜉复眼表面微结构,并讨论了激光能量及曝光时间对加工表面形貌的影响,从而获得了20μm特征尺寸下最优激光加工工艺参数为激光能量为40 m J,曝光时间为15 s为最优试验条件.     

并列型复眼与多孔径光学系统

对国内复眼仿生学的发展做了简要的回顾,定义了复眼光学系统的视场角、角分辨能力和其通光孔径.理论计算了蜻蜓复眼的有效视距,分别给出了在蜻蜓复眼的有效视距之外的点目标以及在其有效视距之内的长条状目标的通光孔径,说明了并列型复眼多孔径光电系统具有定向和跟踪能力.最后展望了复眼仿生学应用.     

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.     

硅基液晶投影系统的LED光源照明系统设计

硅基液晶(LCOS)空间光调制器件的特点是反射光成像,要求照明光束发散角小,均匀性好。对此,设计了由抛物型反光碗、复眼透镜、偏振分光棱镜、聚光镜等组成的用于LCOS的照明系统,对抛物反光碗以及复眼透镜各参数的设计原理做了详细分析,具体包括光源出射角度,光源的总体长度,所需均匀照亮的尺寸,抛物反光碗各参数对出射角度的影响,其实现原理主要包括复眼透镜匀光理论。设计要求光源出射角度小于10°,总体长度为220 mm,均匀照明面积为20 mm×20 mm,最后给出聚光透镜组的设计结果,使光线聚焦到LCOS表面,照度值要达到0.35 lx/m2,其不均匀度在15%以内。进一步使用Lighttools软件,对其进行仿真,由照度曲线图和照度栅格图可知,设计结果满足设计要求。     

复眼图像超分辨率重构中配准算法研究进展

高分辨率图像能够提供更多的图像细节和更清晰的图像质量,因此模仿生物复眼高分辨率这一特性、研究复眼超分辨率对于航天侦查和军事目标的识别具有重要意义。近年来亚像素级图像配准作为超分辨率重构中的关键步骤成为了研究热点,新的配准算法层出不穷。图像配准作为复眼图像超分辨率重构技术中至关重要的一步也是超分辨率重构中的一个难点,图像配准的精度以及图像配准算法的运算复杂程度直接影响着超分辨率重构的质量和效率。文中总结了近年来国内外超分辨率重构中配准算法的研究进展,介绍了图像配准技术和复眼超分辨率重构技术的基本原理和应用背景,阐明了课题的研究目的、意义以及发展前景,并且重点研究与分析了目前主流的配准算法以及各自的优缺点,并对今后的研究趋势进行了展望,同时为今后的配准算法研究提供了重要参考。     

紧凑折反式仿生复眼及图像快速拼接识别算法

针对多相机阵列复眼质量大与图像数据生成量高的问题,开展多通道-单探测器构型的大视场仿生复眼成像系统及其图像快速拼接识别算法的研究。通过光路折反与光程归一的方式,实现多视角子眼共像面与分区成像。根据折反式复眼成像特征,提出特征图级下基于区域结构相似性的图像快速拼接算法。配合目标识别卷积神经网络,实现紧凑空间下大视场全局图像的快速重建与目标识别。所提出的复眼系统有效光学视场角为138°×75°、光学尺寸为29.78 mm×19.74 mm×6.86 mm、全局图像拼接速度为0.011 s。紧凑型折反式仿生复眼具有体积小、视场大、计算开销少的特点,能够为载荷与算力受限的小型无人设备与低速弹箭提供广域视觉成像与快速图像拼接识别能力。     

基于超精密复眼加工的光场成像研究

复眼透镜是光场成像系统中的关键光学元件。提出一种针对复眼透镜的新型设计加工方法:该设计方法可根据不同的相机参数,优化复眼透镜的设计参数,提高成像质量;该加工方法主要包含超精密车削加工和模压注塑两道工艺,并对车削加工工艺进行了改良。在光场相机的基础上,对光场成像中合成孔径以及数字重聚焦等关键问题进行了深入探讨。试验结果表明,设计加工的复眼透镜阵列具有较高的精度和较好的一致性,可有效实现光场成像的核心功能。     

大视场自由曲面复眼设计研究

在大视场小体积的人造复眼结构中,倾斜的边缘子眼成像时存在较大的轴外像差。提出一种复眼结构,利用光线在子眼中的折转与自由曲面矫正像差,提高了边缘子眼的成像质量,进而增大了复眼结构的视场角。设计出5组子眼对180°视场成像,每组对应特定的视场范围。利用光学仿真软件CodeV对5组子眼分别做了光学仿真,得到了各组子眼的像差曲线,光学传递函数MTF曲线。结果表明,在整个180°视场范围内,频率为100 lp/mm时,MTF值均大于0.2,畸变在30%以内,复眼具有良好的成像质量。