仿生复眼动态测量及动态视觉感知机理研究

Non-contact measurement based on machine vision is a new technology of dynamic testing technology (such as aero engine dynamic testing). With the development of technology, large field-of-view (FOV) imaging and high dynamic visual perception is still the bottleneck of the vision based dynamic measurement technology. The insect eye has a unique advantage because of its compact size, large viewing angle, and high dynamic visual perception. This proposal plans to mimic the insect compound eyes using crystal cone lens design and the optical fiber array. By using total reflection characteristic of the optical fiber bundles and the flexibility of fibers, curved compound eye system can be designed. The proposal will research the advantage of wide FOV imaging and mainly focus on the mechanism of high dynamic visual perception, explore the application of bionic compound eye system in dynamic object detection, and promote artificial compound eyes to practical engineering design.

基于机器视觉的非接触式测量是动态测试技术（比如航空发动机动态测试）的新技术。随着技术的发展，大视场成像与高动态视觉感知仍然是基于视觉的动态测量技术的瓶颈。昆虫的复眼因其体积紧凑、可视角度大、并且具有高动态视觉感知能力而具有独特的优势。本项目拟通过对昆虫复眼的仿生，以基于晶锥透镜及光纤束阵列的仿生复眼系统为研究载体，利用光纤全反射传输光信号的特点以及光纤的柔韧性，制作曲面型复眼系统，研究曲面型复眼在大视场成像方面的优势。并重点研究复眼系统高动态视觉感知能力的创新机理，探索仿生复眼系统在动态物体检测方面的应用，推动仿生复眼向实际工程的实用化设计。

本项目系统研究了基于生物复眼的人造仿生复眼成像系统。以空间物体三维位置探测、大视场范围光线收集以及超分辨率成像为目标，设计制造基于光纤束的人造仿生复眼系统开展实验研究。本项目的特色之处在于：首先，受到蜜蜂复眼结构特点的启发，设计并制作了类似蜜蜂复眼的光纤型复眼，采用了一种将虚拟圆柱模型与神经网络结合的方向标定方法，建立了有效的模型来检测目标的空间三维位置；其次，提出了复眼式光线聚光器模型，并更进一步提出了光锥型与复合抛物面型复眼式聚光器，极大改善了球壳型聚光器，为复眼在光伏建筑一体化等新的应用领域发展提供了新思路；最终，结合计算成像技术，设计了一种复眼成像新方法，有效提高了分辨率，为人造复眼的设计提供了新的思路。本项目着重于应用基础理论的创新性研究，项目成果对方向探测、能量收集以及特殊环境下成像等方面有着显著的经济意义和科学价值。