随着光学应用范围越来越广泛,人们对光学成像系统的性能要求越来越高。单孔径的成像系统因其视场等特点的局限性,已经无法满足人们对大视场成像、目标精确定位和测量等应用需求。受启于昆虫复眼的小体积、大视场及对快速运动物体敏感等优点,人们开始了对仿生复眼的研究。复眼是由很多个小眼紧密规则排列构成,具备多个小眼同时对目标物体进行成像及很高的神经网络集中处理能力,因而可以实现在大视场成像的前提下对移动物体进行高精度定位和探测的能力。随着人们对仿生复眼的持续关注和探索研究,发现受传统基于平面微加工技术能力的制约,很难实现曲面微透镜阵列及基于曲面微透镜阵列的仿生复眼成像系统加工。针对该问题,本文创新性地提出了一系列解决方法,在实现曲面微透镜阵列加工的基础上,设计和加工出了基于曲面微透镜阵列的仿生曲面复眼成像系统,主要研究工作包括以下几个方面:首先,针对曲面微透镜阵列的加工难题,本文提出了一种新型基于柔性基底的软光刻复制方法,实现了在半球形基底上曲面微透镜阵列的制作。而后对所制作的曲面微透镜阵列进行了光学性能检测及成像实验,为后面的曲面仿生复眼成像系统的设计及应用提供了关键核心器件。其次,提出通过引入中继转像系统,配合制作得到的曲面透镜阵列和图像传感器,搭建了仿生复眼成像原型系统。中继转像系统的主要功能是像面变化,通过设计中继转像系统,将曲面透镜阵列所成的焦曲面像变换到探测器的焦平面上进行接收,同时对光学系统的像差进行了有效的校正。通过对仿生复眼成像系统进行成像效果实验,表明其可获得良好的成像质量。最后,针对胶囊内窥镜的应用需求,重新进行了仿生复眼成像系统的光学设计,实现了100°大视场的清晰成像,以满足胶囊内窥镜成像系统对微小型大视场光学成像系统的需求。本论文阐述的曲面微透镜阵列制作方法和曲面仿生复眼成像系统在包括医疗、军事、航空航天等领域都有很广泛的应用潜力。