虾蛄眼识别圆偏振光分析

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1、第14卷第3期光学与光电技术V0I_14。No．32016年6月OPTICS&OmELECTR0NICTECHNOLOGYJune，2016文章编号：1672—3392(2016)03—0073—05虾蛄眼识别圆偏振光分析刘智颖丁秋伟(长春理工大学光电工程学院，长春130000)摘要与其他复眼相比，虾蛄眼可以识别圆偏振光，这种特性对于偏振探测和目标识别的研究有很大的帮助，并为进一步仿生虾蛄眼偏振模型奠定了基础。首先利用斯托克斯算法与偏振光强吸收相结合，对虾蛄眼识别圆偏振光机理进行解析；其次，通过对虾蛄眼的生物特征参数进行了测试，获得微绒毛尺寸；最

2、后，根据所测得的特征参数，在VirtualLab中模拟虾蛄眼识别圆偏振光的光路，得到模拟结果R145所吸收的能量为957．87W，R2367所吸收的能量为OW，S。为1，为90。，判断出圆偏振光的旋向，从而验证虾蛄眼识别圆偏振光机理的解析。关键词虾蛄眼；圆偏振光；斯托克斯矢量；微绒毛中图分类号Q692文献标识码AStocks参数对虾蛄眼的偏振视觉进行了测试[4]。在1引言对虾蛄眼偏振视觉实验验证的基础上，昆士兰大学虾蛄(OdontodactylusScyllarus)，又名螳螂与英美两国的研究人员联合开发出一种模仿虾眼的虾，一种属于口足目甲壳动物

3、的挖沟捕食性海虾，全新相机，能对捕捉到的影像进行处理，将原本看不可以追踪和杀害其他口足目动物、环节动物、软体到的信息转化为人类可视的颜色信号[5唱]。目前，昆动物和鱼[1]。其眼睛的中频段由6行被放大的小士兰大学脑研究所与美国华盛顿大学医学院、美国眼组成，导致虾蛄能够看到任何其他动物都无法看马里兰大学巴尔的摩分校以及英国布里斯托大学共到的圆偏振光。同研发仿虾蛄眼相机技术。1973年，Eguchi教授观察到在甲壳类动物的小上述文献表明虾蛄眼已经以其独特的视觉特眼中小网膜细胞以两种形态存在：一种是位于感杆征引起很多生物学家的注意，虾蛄复眼不仅可以识束

4、远端的较短的R8细胞；一种是位于在R8细胞下别线偏振光还可以识别圆偏振光；并且虾蛄是生活面的R1-R7细胞，是感杆束的主要组成部分，并且在浅水的生物，所以其偏振视觉的研究为液体中偏该处的感杆束由正交排列的微绒毛组成。在此基础振光成像和偏振探测提供有力的依据。本文将对上，MarshallE。]指出在甲壳类动物的眼睛可以被中频虾蛄眼识别圆偏振光的机理进行分析。段分成背部半球和腹部半球，并且中频段第5、6行2虾蛄眼的生理结构的R1～R7细胞通常可以判别偏振光的灵敏度，灵敏度判别的关键在于这些细胞形成的两个微绒毛基2．1虾蛄眼的光通道团可以组成正交感杆层

5、，如果对正交感杆层进行比每个小眼的基本组成相同，为一个角膜、一个较，则可以分析圆偏振光的类型。随后，研究发晶椎、小网膜、色素细胞和基膜，如图1所示。其中现[3]，在虾蛄眼中频带5、6行中的感光细胞R1~R7组成小眼的各个部分的功能各不相同，角膜可以收可以接受线偏振光，但是这些线偏振光是圆偏振光集光束；晶锥可以限制成像的视场角，即角膜和晶经过R8细胞转换而得到的，此时R8细胞相当于四锥组合体可视为屈光装置，具有聚光的作用；小网分之一波片。同时期，Kleinlogel将Stocks公式引膜一般由8个小网膜细胞(感光细胞)组成，每个小入，对虾蛄眼的偏振

6、识别方式进行了描述，并通过网膜细胞膜向内突出的微绒毛为感光结构，则小网收稿日期2015一i0—13；收到修改稿日期2015—12—27作者简介刘智颖(1981-)，女，教授，主要研究方向为光通信、光学设计、光学测量等。E-mail：lzy@cust．edu．CI'I基金项目吉林省自然科学基金(2O13O101O32JC)资助项目74光学与光电技术第14卷膜起着感光的作用；色素细胞具有隔光作用。8个当一个快轴与微绒毛平行的四分之一波片，将圆偏小网膜细胞垒加形成一长束，中央部分突出的微绒振光转换成线偏振光，第6行的微绒毛平行于中频毛汇合形成感杆束。光

7、经过屈光装置会聚到感杆段，第5行微绒毛垂直于中频段，两者互相垂直。束，感杆束对光进行分析，并将光信息汇总到轴突RI~R7，可分为两类细胞，如图3所示，R1，传输给视觉神经进行分析与处理，从而达到对光的R4，R5为第一组细胞，其微绒毛与R8的微绒毛成接受，将所有小眼对外界事物的成像进行结合，得-45。；R2，R3，R6，R7为第二组细胞，其微绒毛与出外界目标的镶嵌图像。R8的微绒毛成45。。R84，5—吼1．1，3，6，7，第5行第6行(a)第5行微绒毛方向(b)第6行微绒毛方向图3微绒毛方向Fig．3Directionofthemicrovill

8、i虾蛄眼识别圆偏振光的机理Basementmembrane以第6行小眼为例，对虾蛄眼识别圆偏振光进图1眼睛的纵向截面示意图行解析。设平行