[发明专利]一种并列型仿生复眼窝区成像方法和系统

说明书

本发明涉及一种并列型仿生复眼窝区成像方法和系统，属于仿生成像领域。包括渐变折射率透镜阵列、光圈阵列和平面图像传感器。渐变折射率透镜阵列由若干个渐变折射率透镜按照行列式排布组成。采用渐变折射率透镜阵列作为光学系统的成像单元，通过设计和优化渐变折射率透镜的光学参数(包括轴心折射率，折射率分布常数以及长度)，形成不同的成像分辨率，具有中间高分辨率、边缘低分辨率的特性，实现窝区成像功能。本发明不仅具有厚度小、体积小、成本低、加工简单等优点，而且还能实现中间高分辨率，边缘低分辨率的窝区成像。

技术领域

本发明涉及一种并列型仿生复眼窝区成像方法和系统，属于仿生成像领域。

背景技术

分辨率和实时性是成像系统的一对矛盾，传统的成像系统具有相同的分辨率，因此高分辨率意味着需要大数量像素，而处理大数量像素需要较长的处理时间，如何平衡分辨率和实时性是目前成像系统需要解决的一个重要问题。窝区成像由于其能够只对局部视场高分辨率成像、而对其他视场低分辨率成像，因此能够有效的压缩成像数据量。目前实现窝区成像的方式较多，主要方法包括空间光调制器、MEMS反射镜、不同分辨率的多通道光学系统等。复眼是昆虫的眼睛，它由若干个聚集在一起的小眼组成，每个小眼都对目标进行成像。昆虫的复眼具有大视场、小体积、对运动目标敏感等优点。并列型复眼是复眼的一种成像形式，并列型复眼的每个光学通道单独对目标成像，互不干扰。它具有结构简单、体积小、成像视场大等优点。目前人们提出了多种并列型仿生复眼的结构，包括TOMBO、APCO、eCley、oCley等系统。这些系统多采用微透镜阵列作为复眼的光学成像单元，一方面，由于微透镜阵列具有一定的焦距，图像传感器需要安装在微透镜阵列的焦距位置才能清晰成像，增加了系统的整体厚度，另一方面，而且现有的并列型仿生复眼各个光学通道具有相同的分辨率，难以实现窝区成像。

渐变折射率透镜具有不同的折射率分布的特点，具有体积小，容易加工和装配、价格低等优点，非常适合于微型光学系统，具有广泛的应用前景，而且通过优化渐变折射率的结构参数，一方面可以将工作距离降为零，即成像面为渐变折射率透镜的后端面，能够有效的减小成像距离，进而缩短系统厚度；另外一方面，可以将各个光学通道的分辨率设计为非均匀分布，使得对感兴趣的局部区域进行高分辨率成像，对不感兴趣区域进行低分辨成像，具有窝区成像的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种并列型仿生复眼窝区成像方法和系统，该方法能够实现基于渐变折射率透镜阵列的并列型仿生复眼成像，且具有结构简单、体积微小、成本低廉等优点和窝区成像的特点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于渐变折射率透镜阵列的并列型仿生复眼成像方法如下：采用渐变折射率透镜阵列作为光学系统的成像单元，通过设计和优化渐变折射率透镜的光学参数(包括轴心折射率，折射率分布常数以及长度)，使得每个渐变折射率透镜的成像面为其端面，而且每个渐变折射率透镜的焦距是不一样的，从而相对孔径和成像视场不一样，实现具有非均匀分辨率的窝区成像功能。

一种并列型仿生复眼窝区成像方法和系统，具体步骤如下：

步骤一、采用渐变折射率透镜阵列作为光学系统的成像器件；

渐变折射率透镜的折射率n_r分布为抛物线型，表示为：

其中n₀为轴心折射率，A为渐变折射率透镜的折射率分布常数，r为极半径。

渐变折射率透镜的入射光线和出射光线满足式：

其中，r₁为入射光线在渐变折射率透镜前端面的位置，r₂为出射光线在渐变

折射率透镜后端面的位置，z为渐变折射率透镜的长度，为入射光线与光轴的