仿生复眼目标探测系统目标成像位置算法的分析

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’Sdegree㈣堕黜～中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：1一，签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校

2、有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。幺开口保密(——年)作者签名：签字日期：1≈。考9-口J弓．占．牛导师签名：签字日期：≥碰』与幽目录摘要第一章绪论1-1引言1．1．2生物复眼的结构和功能1．1．2复眼的分类和特点1．1．3仿生复眼技术的应用和发展1．2复眼技术在目标探测中的优势和意义1．3论文内容和章节安排第二章复眼目标探测系

3、统2．1总体结构及组成2．1．1光学结构及设计2．1l3机械结构2．1．3电学结构2．2信息融合计算目标位置2．2．1成像模型2．2．2目标定位数学模型2．2．3物像位置关系标定2．3本章小结第三章目标成像位置算法3．1现有的目标成像位置算法3．1．1形心法和灰度重心法3．1．2曲面及曲线拟合法3．1．3数字相关定位法3．2目标成像位置算法的改进3．2．1坐标变换3．2．2仿生复眼成像系统坐标系和符号定义3．2．3复眼成像机制分析3．2．4在偏歪成像模型中用焦点附近三维光场的理论仿真复眼像斑3．2．5能量对称法计算光斑重心3．3本章小结第四章实际目

4、标成像位置的计算4．1实验原理4．2实验平台45ⅢⅣ●oo吃。喝加nun埔H幻加组船孔龉弱弱弱勰∞∞∞％骢铊躬目录4．3实验步骤4．3．1光源、透镜和CCD平面初始位置调校4．3．2实验过程一4．4数据处理及结果4．4．1图像预处理4．4．2数据结果4．5本章小结第五章总结与展望参考文献在读期问发表的学术论文与取得的研究成果464748505354555859摘要生物学界昆虫复眼的视觉特点激发了科学家们研究模仿的兴趣。模仿生物复眼结构设计成像系统，是希望可以获得体积小、视场大、能够快速跟踪移动物体的系统特性。本论文研究的仿生复眼目标探测系统目前已经

5、能够实现物点的三维定位以及物体轮廓测量，目标定位的精度在2％。提高目标定位系统精度主要依靠两个两方面：一是提高系统物像标定的精度；二是提高目标像点位置的计算精度。本文的研究内容主要集中在物像标定关系确定后，如何改进目标像点位置的计算精度上。通过分析仿生复眼的成像机制，我们了解到目标探测定位系统的成像面上的目标像点是具有一定尺寸的像斑，形状大小与仿生复眼视觉系统中子眼的位置和成像光束角度相关。成像光斑的定位方法：灰度重心法、曲面拟合法、几何中心法、图像匹配法等都有其适用条件。因为像斑形状的无规律性，简单套用上述光斑位置的计算方法是不适宜的。为此，论文

6、从像斑能量分布的角度出发提出了一种较为适于复眼成像位置计算的方法：能量对称法。这种方法以主光线在像斑上的坐标定义像斑重心，以主光线像点是像斑能量积分的对称中心的原理来获得像斑重心(即像斑位置)。为了研究算法的可行性，论文应用能量对称法对理论模拟像斑和实验像斑进行了实际计算，计算表明理论像斑位置可以通过能量对称法准确得到；利用实验像斑位置计算入射光线角度也达到了较为理想的计算精度0．5％。论文采用传统的灰度重心法同步计算，与能量对称方法形成对比。论文中仿生复眼成像机制的分析、偏歪成像模型的建立也是论文的一个主要研究内容。在偏歪成像模型建立的基础上，应

7、用焦点附近三维光场理论，我们成功地仿真了仿生复眼像斑，为检验重心算法提供了理论模型。实验检验像斑重心算法的部分，为了获得质量良好的数据图像，直方图规定化、高斯滤波等方法被一一应用。关键词：复眼；目标定位；像斑重心；能量；直方图规定化第1章绪论第一章绪论视觉是动物最重要的感观，80％～90％的外界信息通过视觉系统传入动物大脑，动物们通过视觉感知外界物体的大小、形状、明暗、颜色、动静等，从而帮助动物完成各种动作以趋利避害。昆虫种类、数量繁多，分布最广，它们拥有微小而简单的大脑，却对应着十分丰富的行为。昆虫的视觉结构与其它动物的视觉结构有着很大的不同，生

8、物学家证明了昆虫对移动物体的快速反应和捕捉能力和这种独特视觉结构有关。基于生物学家对昆虫视觉原理的研究成果，仿制和昆虫视觉