基于非均一型微透镜阵列的仿生光学系统设计

发布时间：2021-07-22 00:13

　　在生物圈中,各种生物的眼睛均有着不同的特点,在视觉成像方面,不同生物的眼睛成像方式均不同。生物复眼具有视场大、体积小、动态灵敏度高等特点。科研工作者们基于生物复眼的特点在仿生复眼方面做出了重大的贡献。目前,仿生复眼领域的快速发展,在军事、医疗、照明、无人驾驶等领域均具有着重要应用。仿生复眼作为一种多孔径光学成像系统,能够在大视场下对目标进行识别成像等功能。本文针对曲面仿生复眼与平面图像传感器的匹配问题和六边形拼接结构的非均一型曲面仿生复眼的光阑问题进行了深度研究,提出了一种环形阵列的曲面非均一型仿生复眼结构,通过Zemax软件对所设计的仿生复眼结构进行了仿真模拟,验证了其成像特性,并基于该系统提出了一种该复眼的支撑方式和图像拼接的方法。本论文主要的研究内容包含了以下三个方面:1)通过对生物复眼的结构组成和各功能特性分别进行了深入研究,了解了生物复眼的成像原理。此后,基于生物复眼的中各部分功能组织,对应的设计出各个光学器件,建立了仿生复眼的数学模型。2)由于平面型仿生复眼视场角较小的缺点,设计了一种六边形拼接结构的非均一型曲面仿生复眼光学系统。通过提出了一种全新的六边形模型阵列算法,并在... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

常见的昆虫复眼结构

2a)b)c)图1.1常见的昆虫复眼结构a)苍蝇复眼b)蜻蜓复眼c)蜜蜂复眼生活中常见的这几种昆虫复眼主要由四部分构成：角膜、晶锥、感杆束、色素细胞[18-19]。生物复眼的内部组成结构，如图1.2所示。图1.2复眼内部结构角膜是复眼的最外部结构，整体按网状排布，有很好的透光性[20]。子眼的角膜一般为正六边形，各个角膜之间紧密连接，如图1.3为蜜蜂复眼切片之后对角膜放大1000×之后的角膜照片。

3图1.3放大1000×蜜蜂角膜图晶锥位于角膜后侧，形如透明圆锥状结构，主要作用是通过调节改变形状来控制光通量，具有很好的折光性能[21]。感杆束作为子眼的感光部位，具有良好的视觉定向特性，由多个感杆聚合而成，在不同环境下，通过膨胀和收缩来适应环境中的光强变化。色素细胞主要分布在感杆和晶锥周围，主要用于调节感杆之间接收外界的光线，使子眼适应不同环境中的光强[22]。子眼接收斜射的光线时可以防止相邻子眼之间的光线干扰，相当于光学系统的光阑。1.2.2生物复眼的分类和特点根据生物复眼成像的原理不同，将其分为两大类：生物并列型复眼和生物重叠型复眼[23]。如图1.4所示，生物并列型复眼的每个子眼都是一个独立的单孔径成像光学系统，均有着特定的视场区域和感光区。生物重叠型复眼的每个子眼也拥有着特定的成像区域，但是感光区为所有子眼共同所有，所以同一个感光单元可以同时接收到来自多个以上子眼的光信号[24]。a)b)图1.4两种复眼结构a)生物并列型b)生物重叠型并列型复眼又可以分为：简单并列型、透明并列型与无焦并列型。重叠型复眼可


本文编号：3296047