基于视场分割的仿生复眼系统设计方法

刘 贝,何博侠

(南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094)

0 引言

大视场成像系统在智能监控[1]、导航定位[2-3]以及国防军事[4-5]等领域具有广阔的应用前景。如智能监控系统需要检测并识别行人和车辆[6]；无人驾驶汽车可以通过全景图像来进行导航定位[7]；无人机需要大范围内搜寻并跟踪运动[8-9]。目前，传统的大视场成像方法主要有圆柱投影法[10]、鱼眼透镜[11]、旋转拼接法[12]和折反射成像系统[13]等。鱼眼透镜和折反射系统通常采用单一的低分辨率、大畸变的图像传感器，因此，所成图像分辨率低且具有相当大的畸变；旋转拼接成像系统成像耗时长且只能采集静物，具有低效率和实时性差的缺点。

昆虫复眼因其结构紧凑、视场大和高分辨率等优点被广泛关注，目前复眼系统主要有基于微透镜阵列[14-15]和基于相机阵列2种形式。传统微透镜复眼由于微透镜结构的特殊性存在着加工困难、分辨率低的缺点，不具有工业实用性。随着相机的高分辨率、宽动态和集成化发展，采用相机阵列实现复眼成为一种更加可行的选择。传统多相机仿生复眼设计中常将相机视角简化为圆形，需要对相机原始视场进行切割，无疑会降低相机利用效率。因此，本文提出一种直接采用相机原始矩形视场进行视场分割的设计方法，首先分析单个“子眼”相机视场与总视场的关系，然后利用矩形视场水平、垂直方向的视场角对预定半球视场进行纬度层和经度层的分割，确定各相机在半球体上的位置和方向。……