[发明专利]一种大视场曲面复眼立体摄像装置

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种仿生复眼立体视觉装置，尤其涉及一种大视场曲面复眼立体摄像装置。

背景技术

自然界生物的视觉系统主要有两类：一类是单眼双目视觉系统，靠双目间的视差产生立体视觉，主要存在于人和脊椎动物身上；另一类是昆虫的复眼视觉系统，具有大视场、高时间分辨率和对运动的高灵敏度。

相对而言，单眼双目视觉系统的结构比复眼视觉系统简单，但是单眼双目视觉系统也相应的存在许多不足，例如：难以同时获得大视场和高分辨率，二维平面成像会丢失物体的立体信息，不能最大限度发挥光学系统并行处理的特点，不具备类似生物视觉的目标自动检测、判断和跟踪的能力，受衍射极限等因素的影响成像系统体积大等。

为了解决单孔径光学成像系统中存在的技术缺陷，人们研究了仿生复眼的多孔径成像系统，以期达到如下目标：（1）协调或者解决高分辨率与大视场间的矛盾，建立新型的光学成像机制；（2）充分发挥光学系统的并行处理特点，并根据多孔径视场重叠等特点，利用序列图像处理技术实现对运动目标的自动捕获、检测、判断和定位跟踪；（3）实现对目标物体或场景的高分辨率立体图像重建。

近年来，国内外学者针对多孔径仿生复眼成像系统投入了大量的研究工作，技术成果也在动目标监测、目标红外测距、立体相机、立体窥镜等领域初步得到应用。上海交通大学和西安交通大学用柔性和热塑性的材料在曲面上制作了微透镜阵列，但是由于目前的图像传感器均为平面，曲面上的微透镜阵列与平面图像传感器耦合有困难。中北大学分别制作了PDMS（聚二甲基硅氧烷）材质的微凸透镜模、栅格模和外围包裹模，并在栅格模的空腔中插入直径80μm的光纤，最后加压形成曲面的微透镜阵列，依靠光纤传输图像信号到图像传感器平面上。这种方法实现了球面透镜阵列与平面图像传感器的耦合，但是光纤直径较粗，使图像的分辨率远低于图像传感器本身的分辨率。美国的一个国际合作研究团队用柔性材料制作了微透镜阵列，并在半球面上用光电二极管制作了图像传感器，在仿生复眼的研究中取得了跨越式的进步，但是这项研究目前还处于研发阶段，技术并不成熟，难以实用。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种大视场曲面复眼立体摄像装置。有效的解决了目前仿生复眼视场小、分辨率低、实用性差等问题。

本发明的技术解决方案是：

一种大视场曲面复眼立体摄像装置，其特殊之处在于：包括CCD相机以及设置在CCD相机上的CCD图像传感器，还包括柔性聚合物传像光纤阵列、用于固定柔性聚合物传像光纤阵列的锥形套筒和空心半球壳体；

上述空心半球壳体与CCD图像传感器通过锥形套筒固定连接；

上述柔性聚合物传像光纤阵列设置在锥形套筒内部；

上述空心半球壳体上设置若干通孔，通孔上设置有梯度折射率透镜；

上述柔性聚合物传像光纤阵列由若干可弯曲的柔性聚合物传像光纤组成；

上述柔性聚合物传像光纤一端与梯度折射率透镜连接，另一端与CCD图像传感器相连；

上述柔性聚合物传像光纤由若干聚合物光纤组成；

上述空心半球壳体上的通孔外侧形状为圆形，内侧形状为正方形；

上述锥形套筒一端为圆形，另一端为矩形。

本发明的有益效果是：

1.视场大：由于本发明中的柔性聚合物传像光纤的特殊作用，能够把分布于球面上各个梯度折射率透镜所成的图像传输到图像传感器上，位于球面上的梯度折射率透镜可以覆盖将近180°，甚至更大的市场角度范围，充分解决普通平行透镜阵列视场角小的问题。

2.分辨率高：本发明利用聚合物材料制作成柔性传像光纤，按照设计结果，传像光纤中的单根光纤直径达到5μm，所传输图像的理论分辨率高达100lp/mm，接近目前一般的CCD或CMOS图像传感器的分辨率水平，相比现有的仿生复眼技术，具有较高的图像分辨率。

3.实用性高：本发明所设计的球面仿生复眼结构借助聚合物传像光纤的柔性，实现了非平行的梯度折射率透镜阵列所成的图像到平面图像传感器表面的顺利传输，能够充分利用现有的CCD和CMOS图像传感器，大大减少了仿生复眼技术研发的成本，也有利于推动仿生复眼技术的进一步发展。

附图说明

图1是本发明结构剖面示意图；

图2是本发明聚合物光纤拉伸过程示意图；

图3是本发明空心半球壳体结构示意图；

图4是本发明锥形套筒结构示意图；

图5是本发明大视场曲面复眼成像镜头结构示意图；