随着电子监控,手机摄影,图像识别,人工智能的飞速发展,实际应用对成像系统提出了更高的要求,光学成像系统朝着微型化,紧凑化,集成化方向发展。传统的光学成像系统通常采用透镜组成像,镜片数多,体积大,结构复杂,难以实现与各种小型化系统的集成和融合。人们受到自然界中天然复眼的启发,在微透镜阵列发展的基础上,研究仿生曲面复眼,曲面复眼的视场角大,景深大,结构紧凑,在高速移动的物体信息捕捉方面有很高的灵敏度。在过往的关于复眼的研究中,研究人员主要集中在研究复眼制备的工艺,并提出了一系列的复眼制备方法,例如激光直写,光刻胶热熔,湿法腐蚀等。在此基础上,本文提出相关创新性制备工艺,集成完整的复眼成像系统,开发出成熟的应用。以此出发,本论文创新研究内容与工作围绕以下三个部分展开,分别为:(1)曲面复眼相机设计与仿真:设计包括两部分设计,一部分是非均一曲面复眼的结构设计,通过设计确定复眼透镜参数,矫正单透镜离焦现象。另一部分是相机封装结构设计,包括镜头架,镜头座,侧壁和底座,满足尺寸要求和集成化要求,以及各项装调需求。仿真主要分为PDMS负压变形仿真和光学仿真。PDMS变形仿真可求出变形量与负压值之间的线性关系,确定透镜设计的理论基础。光学仿真则原理上验证设计可行性并进行优化。(2)曲面复眼制备:本论文依托实验室的技术积累和优势,提出了两种基于MEMS工艺的微透镜的设计方案与快速成型制备方法。一种是利用热压成型,可以制备矢高相同,口径不同的平面微透镜阵列,再通过气压辅助成型,将平面微透镜阵列转变为曲面复眼。另一种是通过双抽气式方法制备矢高口径都不同的曲面复眼透镜。这俩种方法把传统光刻、软光刻、热压,紫外固化和气压辅助成型等技术相结合,制备了曲率可以精确控制的曲面微透镜阵列,提高了曲面复眼的制备效率。(3)曲面复眼相机可行性应用开发:复眼的一大基本特点是其具有大视场,所以其一大应用就是大视场成像,需要在对复眼的各个子眼标定后,对各子眼图像进行拼接融合。由于图像拼接数据量大,处理时间过长,因此本论文着眼于与人工智能相结合,进一步研究对目标物的快速识别。曲面复眼成像系统同时也是一种多目视觉,灵敏度高,可以反馈目标物三维信息。