【摘要】：近年來光學(xué)成像技術(shù)在軍事領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、太空探索以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾�(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)的單孔徑成像技術(shù)存在視場(chǎng)小、視場(chǎng)邊緣圖像信息容易缺失等缺點(diǎn),為了克服這些缺點(diǎn),人們受到昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)的啟發(fā),提出了曲面仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、大視場(chǎng)、動(dòng)態(tài)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。然而傳統(tǒng)的曲面仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)存在視場(chǎng)角度受限、邊緣成像清晰度低等一系列問題,無法真正體現(xiàn)復(fù)眼成像系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),并且其制作過程較為復(fù)雜。為了克服這些問題,本文提出了兩種解決方案,可以便捷地實(shí)現(xiàn)曲面仿生復(fù)眼系統(tǒng)的制備及大視場(chǎng)成像。具體的研究?jī)?nèi)容如下:1.首先在伸縮變形的彈性體PDMS薄膜基底上,利用熱壓印的方法,制備了均勻的微透鏡陣列。然后通過彈性體的伸縮形變,實(shí)現(xiàn)了平面微透鏡陣列向曲面微透鏡陣列的轉(zhuǎn)換。結(jié)果表明利用該方法可以便捷地制備結(jié)構(gòu)均勻、形貌良好的曲面微透鏡陣列。光學(xué)性能檢測(cè)的結(jié)果表明該曲面微透鏡陣列具有很好的成像效果。2.為了解決均一微透鏡陣列存在的視場(chǎng)角小、邊緣成像清晰度低的問題,設(shè)計(jì)了一套像面變換系統(tǒng),利用該系統(tǒng)可以將焦曲面上的像變換成像在焦平面上,便于平面圖像采集器采集圖像信息。使用ZEMAX軟件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真,結(jié)果表明該系統(tǒng)在不同視場(chǎng)下的最大RMS半徑為5.58μm,有超過80%的能量集中于6.5μm的圓內(nèi),相較于其他像面變換系統(tǒng),本文所設(shè)計(jì)的變換系統(tǒng)在RMS半徑和能量聚集等方面得到提升。3.提出了漸變焦距微透鏡陣列的大視場(chǎng)曲面仿生復(fù)眼成像系統(tǒng),該系統(tǒng)的微透鏡陣列以圓心對(duì)稱分層排列,以按徑向外依次排列17個(gè)相鄰的微透鏡陣列,具有817個(gè)成像單元。根據(jù)相關(guān)幾何光學(xué)原理計(jì)算得出各級(jí)透鏡數(shù)據(jù),結(jié)合ZEMAX軟件仿真的結(jié)果表明,該系統(tǒng)可以有效改善邊緣成像質(zhì)量,成像視場(chǎng)可達(dá)到128°×128°。
【圖文】：

逐漸進(jìn)化成了極其復(fù)雜的視覺結(jié)構(gòu)，為了滿足不同生物的生存需求，復(fù)雜的眼部結(jié)構(gòu)進(jìn)化成為兩大類：?jiǎn)窝劢Y(jié)構(gòu)和復(fù)眼結(jié)構(gòu)。人眼組織作為單眼結(jié)構(gòu)中最典型的代表（圖1-1），具有復(fù)雜而又齊備的組織結(jié)構(gòu)和功能，人眼主要是由外膜、中膜和內(nèi)膜三大部分組成：外膜為眼球纖維膜，厚而堅(jiān)韌，保護(hù)眼球，與眼內(nèi)容物共同維持眼球形狀；中膜為眼球血管膜，內(nèi)含血管和色素，中膜可以營(yíng)養(yǎng)眼球和使眼球內(nèi)部形成屏蔽光線的暗箱，有利于光色感應(yīng)；內(nèi)膜為視網(wǎng)膜，用于感光。前兩部分分別附于虹膜內(nèi)面，無神經(jīng)成分，不感光，稱視網(wǎng)膜盲部，視網(wǎng)膜視部附于脈絡(luò)膜內(nèi)面，，后連視神經(jīng)，前達(dá)鋸狀緣，與盲部相接，是神經(jīng)組織膜，有感光作用。人類的眼睛是通過眼部肌肉的收縮與舒張活動(dòng)來控制晶狀體焦距，然后通過視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將視野內(nèi)的信息傳遞到大腦

與單眼結(jié)構(gòu)不同，昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)屬于多孔徑成像系統(tǒng)，通常由小而精密、成百上千甚至更多的子眼組成，根據(jù)相關(guān)研究，昆蟲的每個(gè)子眼的直徑范圍大約在10 μm~140 μm之間,相鄰子眼之間的夾角大約在1°~4°之間。圖1-2顯示的是果蠅復(fù)眼，這些尺寸較小的子眼（圖1-3）“鑲嵌”在一個(gè)半球型表面的結(jié)構(gòu)上，每個(gè)子眼負(fù)責(zé)采集目標(biāo)物的一部分圖像，通過子眼的部分像元組合在一起形成一個(gè)完整的目標(biāo)物圖像。圖1-2 果蠅的復(fù)眼圖1-3 復(fù)眼子眼形狀昆蟲復(fù)眼所具備的高靈敏度特性使得昆蟲具有及其敏銳的觀察力，例如：當(dāng)有物體快速閃過時(shí)，人眼通常需要花費(fèi)0.05秒才能辨識(shí)出目標(biāo)物的形狀以及大小，而擁有復(fù)眼的果蠅僅需花費(fèi)0.01秒；此外，子眼的曲面陣列分布的特點(diǎn)使得復(fù)眼結(jié)構(gòu)具備了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單眼結(jié)構(gòu)的視場(chǎng)范圍
【學(xué)位授予單位】：聊城大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O439;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2666050