仿生光学复眼设计及其制造技术研究新进展

仿生光学复眼具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高、可测速等优点,在国防尖端装备及民用工业中有着广泛的应用前景,因而引起国内外学者的广泛关注。简要分析昆虫复眼的特征原理,归纳仿生光学复眼的结构、功能及其分类;详细阐述国内外学者在仿生光学复眼优化设计和制造技术方面取得的最新研究成果,并通过对仿生光学复眼成像试验结果的综合分析与讨论,得出仿生光学复眼在采用微透镜阵列进行设计存在的缺陷以及采取特种加工方法制造等加工工艺存在的不足;论述仿生光学复眼采用截面六边形高次曲面进行设计的优点以及采取超精密加工方法制造存在的优势,给出研制过程中对其曲面进行造型与加工的新思路,可为光学复眼的进一步研究提供有益参考。

图像拼接的仿生复眼光学系统设计

为解决单孔径光学系统受单一探测器尺寸约束,大视场与高分辨率性能相互制约的问题,利用ZEMAX软件设计了一种3*3仿生复眼光学系统,基于SIFT特征匹配算法对经系统所得图像的特征进行提取和匹配,利用RANSAC算法优化匹配对,计算单应矩阵,实现图像的拼接。设计得到的3*3仿生复眼光学系统总视场为22.6°,系统组合焦距为40 mm。系统传递函数在100 lp·mm^(-1)处高于0.4,系统均方根半径最大为12.79μm,系统最大畸变为0.309%,位于视场边缘。该系统结构简单、畸变小,能够满足图像拼接的精度要求。

仿生复眼成像系统角度误差

为了实现仿生复眼成像系统的误差分析,介绍了一种误差分析的方法。建立了数学模型,通过找出坐标系的基底转换矩阵实现大地坐标和以子眼为原点的坐标系之间的转换,推导出当仿生复眼工作时其旋转角度与各参量之间的数量关系式,即系统的测量方程。运用函数误差方法将测量方程转化为误差函数方程,从而进行误差分析。并且搭建了实验,采集了实验数据,通过比对理论计算值与实际测量数据验证该分析方法的可行性。计算得系统理论旋转角度误差为3′14″,实际测得的旋转角度误差3′15″,理论计算值与实际测量值基本一致,证明该误差分析方法是可行的。

仿复眼视觉系统的研究进展

复眼是昆虫重要的光感受器,由成千上万的小眼构成,具有大视野的动目标快速检测能力。仿复眼的多孔径系统在机器人视觉导航、大视角测量和全景成像等领域应用广泛。首先介绍了复眼的生物机理、成像特性及现有的大视场成像系统;其次介绍了微透镜阵列的仿复眼光学设计现状,分析了微透镜阵列的大视角与多景深的全景成像质量,指出目前曲面微透镜一体化制造存在的成像缺陷;最后提出结合曲面与平面微透镜阵列实现大视角、多景深分辨率的仿复眼系统的可行性。该成像系统不仅可以实现全景范围内的清晰成像,而且还具有全景范围内的目标位置估计能力。

基于“蛾眼”灵感的抗反射微纳结构表面技术

飞蛾眼睛表面所覆盖的纳米级结构对光的吸收作用,启发了人们对亚波长结构与光作用的思考。抗反射技术可减少光能在传播过程中的损失,被广泛应用于光学系统、太阳能电池、光电子设备、显示屏幕、窗口元件等领域。蛾眼抗反射微纳结构表面概念的提出为光学抗反射技术的发展提供了新的思路与契机。简要回顾了蛾眼抗反射微纳结构表面技术的基本概念、技术发展情况,并对各种应用于抗反射微纳结构表面的加工技术进行了总结与归纳,对一些新的技术发展方向进行了讨论。

Design of a new bionic diamond bit and its experimental study

Bionics was applied in the design of the impregnated diamond bit. Based on previous resehrch and the 63# bit matrix formula, a new non-smooth bionic impregnated diamond bit with a single circular ring was designed and manufactured, and also tested indoor. The results were satisfactory. During its shape contacted surface system, non-smooth shape display some structure merits such as decreasing resistance. It was obvious that the drilling efficiency of the bionics bit is much higher than that of ordinary＇s one, and so does the working life of bionic bit.

计算成像技术及应用最新进展

计算成像技术(CIT)是一类有别于传统光学成像"所见即所得"的信息获取和处理方式的新体制成像方式。随着新型光电器件的发展和硬件计算能力的提升,计算成像技术在光电成像领域呈现出蓬勃发展的趋势。计算成像技术通过对光场信息进行采集和计算,达到传统成像无法企及的信息利用率和解译度,满足"更高(分辨率)、更远(探测距离)、更大(光学视场)"的光电成像需求。从成像全链路的信息获取与丢失过程出发,通过透过散射介质成像、偏振成像及仿生成像等几种典型的计算成像方式对光场多物理量信息获取和解译进行分析,详细介绍了计算成像技术的方法原理及实现途径。根据成像技术的发展趋势,前瞻性地提出了计算光学系统设计和超大口径望远镜的设计思想。计算成像技术在提高成像分辨率、扩大探测距离、增大成像视场及减小光学系统体积和功耗等方面具有明显的优势,有望穿透云雾、活体生物组织等实现更远距离、更大深度的成像,应用前景广阔。