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《重庆大学》 2018年
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多焦距仿生复眼研究

罗家赛  
【摘要】:眼睛是生物观察外界的视觉器官,是大多数生物获取外界信息的主要途径。根据成像特性的不同,眼睛可以大致分为两类:人类所拥有的单眼和多数昆虫所拥有的复眼。研究发现昆虫复眼拥有独特的光学特性:体积小、质量轻、视场大、灵敏度高且具有偏光特性。这使得它在众多领域内能超越现有的单目系统。正因为它拥有非常广阔的潜在应用,越来越多的科研工作者投入到仿生复眼的研究中。一方面从新工艺、新结构、新材料等方面探索新的仿生复眼制备方法,另一方面由仿生复眼的成像特性研究新应用以及相关的衍生应用。本论文针对现阶段曲面仿生复眼与平面探测器的不匹配,提出了一种多焦距仿生复眼结构,并基于该结构设计相应的仿生复眼制备工艺以及图像处理方法。本论文主要的研究工作围绕以下几个方面展开:(1)首先对生物复眼进行深入研究,对复眼的结构组成与功能特性进行了分析研究,并阐述了复眼的成像原理。然后基于对生物复眼的研究,抽象出各结构对应的光学器件,建立了相应的光学原型。根据复眼的成像模式,进行相应的参数计算,推算出复眼的数学模型。随后基于数学模型在光学设计软件中建立光学仿真模型,进行一系列的模拟仿真,研究其成像特性并进行结构优化。最后利用光学软件分析仿生复眼结构存在的主要像差,以及对应的补偿方法,进一步完善结构设计,建立多焦距仿生复眼模型以解决曲面阵列与平面探测器的不匹配问题。(2)基于所设计的仿生复眼结构,提出两种微透镜阵列制备工艺。其主要技术基于软光刻工艺、3D打印技术与负压成型技术。软光刻工艺中,通过掩膜调控实现多焦距微透镜阵列的制备,自主设计注胶模具使阵列基底精确可控。基于3D打印技术与模压成型技术,实现了三明治结构仿生复眼的快速成型。该结构的微透镜阵列分布于曲面基底上,内外两层分别为自组装的外微孔阵列与二次注胶制备的内微孔阵列。这种结构能有效阻隔杂散光的干扰以及相邻间的串扰。由于工艺过程简单、周期短、成本低,利于量产从而推进仿生复眼的实用化。(3)最后对基于仿生复眼的大视场成像进行研究,提出一种基于SIFT算子与多单应性矩阵的大视场图像拼接算法。通过设计成像实验,验证算法的鲁棒性以及对大视场图像的拼接能力。实验证明该算法在各种干扰因素下拥有较好的鲁棒性,并能完成大视场下的图像拼接。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH74;TP391.41

【参考文献】
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【二级参考文献】
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