在機器人、醫(yī)療設備、航空航天、制導武器、光電子等高科技領域的迅速發(fā)展下,由于單眼鏡頭已無法滿足多模式拍攝、全息拍攝、快速追蹤拍攝等多種場合應用需求,多鏡頭集成光學元件的應用逐漸成為視覺系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。仿生復眼具有靈敏度高、結構緊湊、分辨率高等優(yōu)點,被廣泛應用于微型追蹤器、微型飛行器、醫(yī)療影像等精密視覺領域。但是現(xiàn)有的仿生復眼結構存在著光能透過率低、視場角小、圖像缺失或重疊等問題,導致仿生復眼成像質量較低,應用領域受限。為解決上述問題,本文建立了一種高透光率、大視場角、精準成像的曲面仿生復眼模型,并開展了結構分析設計、邊緣像質優(yōu)化、微米級一體化加工以及光學性能測試等研究工作。首先,本文通過昆蟲復眼中各組成元件的仿生分析,提出一種由微透鏡陣列層和針孔陣列層耦合的曲面仿生復眼結構,該仿生復眼的理論視場角可達107.48°×97.97°。本文對所設計復眼結構進行了光線追蹤、光能透過率分析以及模擬成像檢測,結果表明:該復眼結構與單層曲面復眼結構相比,相鄰子眼通道間的光學信息串擾的現(xiàn)象明顯減少;與平面仿生復眼相比,光能透過率更高;該仿生復眼結構具有較高的分辨率,但邊緣處的子眼成像質量較差,這是目前... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

復眼和拍照效果[24]

芻竦玫耐枷瘢?淝邐?然姑?有得到有效處理，研究工作仍需繼續(xù)。為了耦合曲面復眼與平面光電傳感器，LukeP.Lee團隊于2003年，采用軟光刻的方法制作出微流體運輸模板，在其內部采用注塑成型的方法，獲得焦距可調的微透鏡陣列。2004年，該團隊在此基礎上，將焦距可調的光學原理應用在了復眼的仿生設計中，并成功的加工出了焦距可調的雙凸微透鏡陣列和新月型的微透鏡陣列，使球面微透鏡陣列中出現(xiàn)的像差問題得以解決。2005年，為了對自然界中的復眼直接表征，該團隊制造出了由微透鏡、隔離物和波導組成的人造子眼成像單元，如下圖1.2所示，光學特性測試結果表明，該子眼具有±0.75°接收角的單峰角靈敏度[27-28]。2006年，他們提出了由折射聚合物微透鏡，導光聚合物錐體和自對準波導組成的子眼成像通道，每一個子眼的光軸都根據(jù)與中心光軸的空間角度，指向特定的方向，構成的曲面仿生復眼系統(tǒng)，可以獲得類似于天然復眼的寬視野[29]。該團隊將成焦距可調的子眼透鏡替代傳統(tǒng)的均一化子眼，隨后在子眼通道結構中不斷的補充準直波導元件來改進仿生復眼結構，獲得了具有±0.75°接收角單峰角靈敏度的子眼結構，已經(jīng)達到對昆蟲復眼仿生的效果，但是他們應用氣壓差法來控制曲面基底的曲率半徑，那么制備出的復眼結構，其曲面基底的曲率半徑尺寸精度還需要進一步提高。圖1.2人造復眼的照片[28]

第1章緒論5為了研究并列型和重疊型仿生復眼的成像機理，2006年，長春光機所張紅鑫老師的團隊關于重疊型仿生復眼和并列型仿生復眼，在成像原理方面的相同點和不同點作出了相應的研究工作，并提出在復眼結構的仿生中引入曲面場鏡陣列，設計了單層曲面仿生復眼成像系統(tǒng)和三層曲面仿生復眼成像系統(tǒng)，如圖1.3所示，三層復眼結構的仿生設計進一步提高了單層復眼的邊緣像質，視場角也擴大了很多[30]。同年，該團隊為了對比重疊型復眼和并列復眼在靈敏度及光能量利用率方面的區(qū)別，采用Zemax光學仿真軟件，對二者進行了光線追跡分析,證明了重疊復眼的靈敏度和光能量利用率均比并列復眼具有優(yōu)勢[31]。2007年，在前期仿真結果的基礎上，分析了在重疊型復眼中，梯度折射率（GRadientINdex，GRIN）介質與光學特性的關系，并對重疊型復眼的光學結構作出仿生設計[32]。2009年該團隊繼續(xù)研究GRIN介質，對重疊型復眼中光線會聚情況及靈敏度的影響，獲得了GRIN介質適用于重疊復眼的合理條件[33]。該團隊通過對復眼結構的設計以及仿真研究，獲得了視場角分別達到60°和88°的單層仿生復眼成像系統(tǒng)和三層仿生復眼成像系統(tǒng)，改進了仿生復眼邊緣的成像效果，分析了GRIN介質與復眼光學性能的關系，但是圖1.3中的光學復眼模型與真實復眼略有差別，而且相鄰子眼之間有縫隙，所以整個視場內的光學信息是否有缺失，還需要有所研究。圖1.3張紅鑫團隊設計的仿生復眼模型：(a)單層微透鏡陣列的仿生復眼結構模型；(b)三層微透鏡陣列的仿生復眼結構模型[30]；綜上所述，目前所設計出的仿生復眼結構與真實的復眼結構還存在很大的差別，如：自然界中的每一個子眼的表面都是不規(guī)則的曲面，而目前大多數(shù)研究人員設計出的三維模型對這種“不規(guī)則”還是不能進行完全

【參考文獻】：
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[5]雙絞合六邊形鋼絲網(wǎng)加筋土擋墻設計理論與試驗研究[D]. 黃向京.中南大學 2010

碩士論文
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