1. 研究目的与意义（文献综述）

自上世纪60年代至今，随着网络技术、带宽和电子商务的发展，三维场景因其更加丰富、全面和生动的细节信息，正在逐渐取代传统的基于二维图像的表现方式。三维场景构建的研究涉及面非常广泛，包括了多媒体、网络、虚拟仿真等技术。它一般生成一个实时的三维尺度空间系统来展现三维场景，从而产生逼真的“虚拟环境”效果。机器视觉作为一种重要的测量手段而被广泛应用于现场工业检测、安防、航空导航等领域中。但随着应用领域的不断扩展，也对视觉系统的小型化、大视场等诸多方面提出了更高的要求。昆虫复眼以其大视场、小型化、高灵敏度等优势而逐渐成为视觉测量领域的研究热点。本文根据昆虫复眼成像特性，研制了一种小型仿生复眼系统，并结合传统机器视觉理论和图像处理方法实现了对近景目标的三维信息探测。

早在 2002 年，日本科学家 就提出了一种名为TOMBO 的平面单色复眼成像系统，并在接下来的十多年里该小组对 TOMBO 系统进行了不断的改进和完善。2008 年，Daisuke M.等采用 TOMBO 结构复眼，利用计算机仿真验证了采用光线追击方法通过最小化各子眼图像的区别，从一系列低分辨率离焦退化后的子眼图像可以重建出一幅高分辨率的三维图像。同时他们也承认，在实际实现中由于畸变和光照不均匀等原因会让情况更加复杂，需要建立更加合适的模型。2007 年，Duparre J.的团队首次提出了一种更加接近于昆虫复眼结构的球面人造复眼成像系统，利用曲面分布的微透镜阵列取代了平面结构，提高了边缘视场的成像质量，增大了视场角，但为了保证各通道图像均聚焦于平面 CCD 探测器，采用了传统的体透镜光学系统，对成像质量的提升相对有限。国内也有很多高校和科研机构已经开展了仿生复眼视觉系统在三维探测方面的研究工作，并且在诸多方面取得了卓有成效的研究进展。2007年，清华大学的陶圣利用全硬件实现了空间侧抑制的仿生复眼模型，数字部分采用触发响应模式，可准确判断目标运动方向，并测出角速度，具有较宽的速度探测范围和高灵敏度。2006 年，长春光机所的张红鑫等人在研究了曲面复眼成像系统的特点后设计了一层和多层曲面复眼结构，并在三层曲面复眼结构中引入了曲面场镜阵列，进一步改善了复眼边缘成像质量，同时也增大了整个系统的视场角。2006 年，南京航空航天大学的黄祝新利用多 CCD 相机模仿复眼子眼，通过直接剪切与组合实现大视场图像的快速拼接，再利用多目体视方法实现三维探测。2011 年，中国科技大学郭方等研发了一种用于目标定位的新型仿生复眼结构。建立了多子眼同时标定的数学模型，并提出了一种基于消逝点、目标共像点技术的复眼标定法，重新标定了视场空间内各个角度与图像传感器的坐标之间的对应关系。

2. 研究的基本内容与方案

本文主要基于仿生复眼的全视场探测特点需要搭建了一个全视场的视觉平台，为了实现对近景目标物清晰成像且能快速、高精度的进行三维测量，按照一定的设计原则研发出一种复眼系统，并且可以覆盖水平的全方位角度。 在子眼的的软件采集策略上采用先全局采样，发现运动目标后，再局部亚采样的算法，在探测功能上可以提高探测效率，而鱼眼产品一直全采样，在空闲状态浪费了时间，牵制了探测效率。采用这种策略可以大大节约算法时间消耗和空间消耗。并且需要在相邻子眼的重叠区在背景差分的基础上采用仿生复眼侧抑制原理。在目标边界很好地被勾画出来，并且和传统的边缘算子进行实验对比。并根据该复眼系统的成像特点搭建了标定、测量平台。通过比较多种标定方法，探索出适合于本复眼系统的标定方法。针对边缘子眼光轴与 CMOS 不垂直等问题，建立了一种新型图像畸变数学模型，有效的提高了边缘子眼的标定精度。为实现复眼系统的三维信息测量，建立多子眼三维探测模型，并通过比较双子眼的三维探测结果，探索了多子眼对三维测量的影响

3. 研究计划与安排

1-2月收集资料，初步了解研究内容。

3-4月完成研究，撰写专利。

5-6月准备毕业论文和答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]罗超. 仿生复眼式全景探测及跟踪系统研究[d].天津大学,2013.

[2]张雄. 基于小型复眼系统的近景三维信息测量方法研究[d].天津大学,2014.

[3]罗超,赵美蓉,王东,曹克雄.仿生复眼式全景探测及跟踪策略[j].中国图象图形学报,2013,18(12):1637-1643.