多层曲面仿生复眼成像系统的设计

邹成刚, 张红霞, 宋 乐, 范 阳, 张以谟

(天津大学 a. 精密仪器与光电子工程学院； b. 光电信息技术教育部重点实验室;c. 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072)

0 引 言

随着光学成像系统应用领域的不断拓展, 人们对其性能指标的要求也不断提高, 诸如一些监测装置所用的光学系统, 需要同时达到视场角大, 体积小等要求, 这对传统的单孔径成像系统无法实现, 如广角镜头要通过10片以上的透镜组合实现180°的大视场角成像, 这无疑增加了整个系统的体积与重量, 而且这种光学系统的畸变很大, 图像变形严重。

自然界中的生物复眼由成千上万个成像单元构成, 将每个成像单元定义为复眼的一个子眼, 这些子眼排布在一球面或椭球面基底上, 每个子眼对不同方向物空间的成像使复眼拥有较大的视场角[1,2]。不同于单孔径成像系统, 生物复眼属于多孔径成像系统, 通过对多通道子眼图像的融合[3], 可实现大视场角的成像以及对目标物体的实时跟踪[4,5]。而且由于不同方位的子眼对不同方向的物空间进行成像, 整幅图像的分辨率一致。受到生物复眼的启发, 人们提出了一种基于微透镜阵列的仿生复眼成像系统, 如文献[6-9]中提到的平面型仿生复眼结构, 这种形式的复眼透镜能达到的视场角很小, 失去了复眼大视场的特点, 因此, 很难得到广泛应用。为了提高仿生复眼的视场角, 研究人员提出了与生物复眼更加近似的单层曲面型仿生复……