光纤传像式复眼的设计及其应用
发布时间：2021-01-21 13:53
自然界中昆虫的复眼具有许多优点,其中包括大视场、对动态物体高度灵敏、结构紧凑等。除此之外,方向导航也是复眼的重要特征之一,这使得昆虫能够快速、准确地探测到物体的方向。因此,曲面仿生复眼在探测目标方位方面具有很大的潜力。目前曲面仿生复眼在目标探测方面仍存在很大困难。难以采集准确无畸变的信息,而且在大视场中目标的方向与所获得的图像之间的存在严重的非线性关系。现有仿生复眼系统只是为目标定向检测提供了定性分析,而且没有比较合适的标定和检测方法。在本文中,受到蜜蜂复眼结构特点的启发,设计并制作了类似蜜蜂复眼的光纤型复眼。在光纤型复眼中,我们将光纤作为它的中继系统,这充分利用光纤的传输特点和柔韧性。光纤的使用解决了曲面的成像面与平面传感器不兼容的问题,保证了信息传输中不会发生干扰,而且也避免了子眼之间会发生串扰。光纤型复眼的这些优点保证了信息的准确性,这为之后的目标方向检测提供了重要的前提条件。曲面仿生复眼获得的图像与目标的方位之间存在着严重的非线性关系,需要建立有效的模型来检测目标的方位。我们采用了一种将虚拟圆柱模型与神经网络结合的方向标定方法,它可以建立起了采集的图像与空间中目标方向之间的非线...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TOMBO的结构示意图[24]
第一章绪论5用采用消失点和z变换图像中心标定技术实现了目标跟踪，但是该系统结构复杂，制作要求较高。2019年，天津大学YELONGZHENG等提出了圆顶光锥式复眼视觉系统[47]。他们设计了一种新型的圆顶光锥，其顶部为球状，下方为锥形结构,由大量直径为6μm的光纤制作而成。复眼视觉系统的总体结构如图1.5c所示，由曲面复眼透镜、光阑和圆顶光锥组成。通过分析光的位置和强度分布，提出了一种获取目标三维位置的算法，从而实现了目标的3D轨迹跟踪及测量。(a)CurvACE原型[42](b)DragonflEye示意图及实验图[44](c)复眼视觉系统的总体结构[47]图1.5各种方案的仿生复眼Fig1.5Bioniccompoundeyesforvariousschemes1.3主要研究内容在本文工作中，基于生物复眼的结构，开发了一种充分利用光纤的传输特性和柔韧性的光纤型复眼，并采用虚拟圆柱模型与神经网络结合的标定方法对其进行标定，使该系统能够快速准确地检测目标的方向。受到蜜蜂复眼结构的启发，在该设计使用了光纤作为中继系统，使信息传输的准确性与视场角都得到了提升。本文中我们采用了一种将虚拟圆柱模型与神经网络结合的方向标定的方法来对光纤型复眼进行标定，使其实现了对目标方向的检测。该方法是在相同的世界坐标系中将光纤型复眼作为整体进行标定，因此不需要准确的了解子眼之间的相对位置和轴向，也就不需要单独标定每个子眼。该方法使得标定过程更加简洁，而且这些优点有效地减少了标定误差，从而有助于提高目标定位检测的精度。
第二章光纤型复眼的系统设计8第二章光纤型复眼的系统设计2.1曲面复眼的中继系统介绍仿生复眼根据结构可分为平面仿生复眼和曲面仿生复眼。平面仿生复眼的结构比较简单，而且中间不需要任何的中继系统就可以在图像传感器上成像。曲面仿生复眼上透镜在曲面上的排列结构决定了成像面是一个与曲面球壳同心的曲面，如图2.1所示。曲面的成像面与平面图像传感器之间存在着矛盾，这会导致最终的成像结果出现模糊、边缘畸变严重等问题。为了提高最终的成像质量，目前多数的方案主要是在成像面与图像传感器之间设计图像传输的中继系统，以此来将曲面的成像面转换为平面，使成像面最大程度的达到图像传感器的采集要求。图2.1曲面仿生复眼的成像面[37]Fig2.1Imagingsurfaceofcurvedbioniccompoundeye目前国内外学者采用的方案有很多，比如采用透镜组、多层曲面透镜阵列等方案，这些方案的明显改善了曲面仿生复眼的成像质量。中科大的研究团队提出了在曲面透镜阵列下方使用弯月透镜来改变光的传输路径，以此来改善成像质量，如图2.2所示[48-50]。采用该方案还需要考虑光线偏折后的串扰情况，为了使光束在不发生透镜间串扰的情况下聚焦于图像传感器的期望区域，设计了一个厚度渐变的弯月透镜作为中继器件。图2.2中科大的弯月透镜方案[48]Fig2.2ThemeniscuslenssolutionadoptedbytheUniversityofScienceandTechnologyofChina
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于不同BP网络层数的双目立体视觉标定研究[J]. 金伟龙,周美英. 光学技术. 2015(01)
[2]3D打印技术的发展分析[J]. 江洪,康学萍. 新材料产业. 2013(10)
[3]多通道大视场目标定位仪的研制[J]. 郭方,王克逸,吴青林. 光学精密工程. 2013(01)
[4]塑料光纤技术发展与应用分析研究[J]. 陈鹏. 电信科学. 2011(08)
[5]基于神经网络的大范围空间标定技术[J]. 田震,张玘,熊九龙,王国超. 光学学报. 2011(04)
[6]基于柔性立体靶标的摄像机标定[J]. 孙军华,刘震,张广军,魏振忠,江洁. 光学学报. 2009(12)
[7]昆虫复眼的结构和功能[J]. 冷雪,那杰. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2009(02)
[8]仿生学概念及其演变[J]. 岑海堂,陈五一. 机械设计. 2007(07)
[9]基于BP神经网络的姿态测量系统摄像机标定[J]. 蔡盛,李清安,乔彦峰. 光电子.激光. 2007(07)
[10]仿生学的现状和未来[J]. 孙久荣,戴振东. 生物物理学报. 2007(02)
博士论文
[1]仿生曲面复眼系统设计及其图像处理研究[D]. 史成勇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2017
[2]用于目标三维探测的复眼系统设计研究[D]. 马孟超.中国科学技术大学 2014
[3]光固化三维打印成形材料的研究与应用[D]. 刘海涛.华中科技大学 2009
本文编号：2991284
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TOMBO的结构示意图[24]
第一章绪论5用采用消失点和z变换图像中心标定技术实现了目标跟踪，但是该系统结构复杂，制作要求较高。2019年，天津大学YELONGZHENG等提出了圆顶光锥式复眼视觉系统[47]。他们设计了一种新型的圆顶光锥，其顶部为球状，下方为锥形结构,由大量直径为6μm的光纤制作而成。复眼视觉系统的总体结构如图1.5c所示，由曲面复眼透镜、光阑和圆顶光锥组成。通过分析光的位置和强度分布，提出了一种获取目标三维位置的算法，从而实现了目标的3D轨迹跟踪及测量。(a)CurvACE原型[42](b)DragonflEye示意图及实验图[44](c)复眼视觉系统的总体结构[47]图1.5各种方案的仿生复眼Fig1.5Bioniccompoundeyesforvariousschemes1.3主要研究内容在本文工作中，基于生物复眼的结构，开发了一种充分利用光纤的传输特性和柔韧性的光纤型复眼，并采用虚拟圆柱模型与神经网络结合的标定方法对其进行标定，使该系统能够快速准确地检测目标的方向。受到蜜蜂复眼结构的启发，在该设计使用了光纤作为中继系统，使信息传输的准确性与视场角都得到了提升。本文中我们采用了一种将虚拟圆柱模型与神经网络结合的方向标定的方法来对光纤型复眼进行标定，使其实现了对目标方向的检测。该方法是在相同的世界坐标系中将光纤型复眼作为整体进行标定，因此不需要准确的了解子眼之间的相对位置和轴向，也就不需要单独标定每个子眼。该方法使得标定过程更加简洁，而且这些优点有效地减少了标定误差，从而有助于提高目标定位检测的精度。
第二章光纤型复眼的系统设计8第二章光纤型复眼的系统设计2.1曲面复眼的中继系统介绍仿生复眼根据结构可分为平面仿生复眼和曲面仿生复眼。平面仿生复眼的结构比较简单，而且中间不需要任何的中继系统就可以在图像传感器上成像。曲面仿生复眼上透镜在曲面上的排列结构决定了成像面是一个与曲面球壳同心的曲面，如图2.1所示。曲面的成像面与平面图像传感器之间存在着矛盾，这会导致最终的成像结果出现模糊、边缘畸变严重等问题。为了提高最终的成像质量，目前多数的方案主要是在成像面与图像传感器之间设计图像传输的中继系统，以此来将曲面的成像面转换为平面，使成像面最大程度的达到图像传感器的采集要求。图2.1曲面仿生复眼的成像面[37]Fig2.1Imagingsurfaceofcurvedbioniccompoundeye目前国内外学者采用的方案有很多，比如采用透镜组、多层曲面透镜阵列等方案，这些方案的明显改善了曲面仿生复眼的成像质量。中科大的研究团队提出了在曲面透镜阵列下方使用弯月透镜来改变光的传输路径，以此来改善成像质量，如图2.2所示[48-50]。采用该方案还需要考虑光线偏折后的串扰情况，为了使光束在不发生透镜间串扰的情况下聚焦于图像传感器的期望区域，设计了一个厚度渐变的弯月透镜作为中继器件。图2.2中科大的弯月透镜方案[48]Fig2.2ThemeniscuslenssolutionadoptedbytheUniversityofScienceandTechnologyofChina
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于不同BP网络层数的双目立体视觉标定研究[J]. 金伟龙,周美英. 光学技术. 2015(01)
[2]3D打印技术的发展分析[J]. 江洪,康学萍. 新材料产业. 2013(10)
[3]多通道大视场目标定位仪的研制[J]. 郭方,王克逸,吴青林. 光学精密工程. 2013(01)
[4]塑料光纤技术发展与应用分析研究[J]. 陈鹏. 电信科学. 2011(08)
[5]基于神经网络的大范围空间标定技术[J]. 田震,张玘,熊九龙,王国超. 光学学报. 2011(04)
[6]基于柔性立体靶标的摄像机标定[J]. 孙军华,刘震,张广军,魏振忠,江洁. 光学学报. 2009(12)
[7]昆虫复眼的结构和功能[J]. 冷雪,那杰. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2009(02)
[8]仿生学概念及其演变[J]. 岑海堂,陈五一. 机械设计. 2007(07)
[9]基于BP神经网络的姿态测量系统摄像机标定[J]. 蔡盛,李清安,乔彦峰. 光电子.激光. 2007(07)
[10]仿生学的现状和未来[J]. 孙久荣,戴振东. 生物物理学报. 2007(02)
博士论文
[1]仿生曲面复眼系统设计及其图像处理研究[D]. 史成勇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2017
[2]用于目标三维探测的复眼系统设计研究[D]. 马孟超.中国科学技术大学 2014
[3]光固化三维打印成形材料的研究与应用[D]. 刘海涛.华中科技大学 2009
本文编号：2991284
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/2991284.html
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