天津大学本科生毕业设计(论文)开题报告_余蓝涛_final

天津大学本科生毕业设计（论文）开题报告

分辨率高达300帧/秒，是人眼的十倍以上），该特性使得昆虫对于运动物体的反应极其灵敏，有利于捕食猎物和逃离天敌的攻击。 人眼对于较高速运动目标不能够精确感知，主要原因如下：

1. 人眼对于图像信号的采样频率很低，大约认为每秒24帧的画面为移动物体，因此采样频率约为24Hz 。（T=1/24s ）。在时间轴上相对较宽的采样间隔之内，高速运动的物体对人眼的成像移动位移相对较大，容易导致运动模糊。

2. 人眼的感光区域内的像元密度是非均匀，非线性的。人眼分辨率最高的处是视网膜的中央凹（fovea ），像元密度最大，灵敏度最高。但是中央凹区域仅仅限于较小的视场，对准的角度极为有限。

图1：复眼与单眼在不同视场角下的分辨率的比较

神经科学研究表明，人眼在观察移动场景的时候，会通过多类的感官将眼球对准目标区域，使之在中央凹出成分辨率最高的图像，这种现象称为扫视现象。由于这个原因，人眼发现移动目标后，感知并跟踪它，需要额外的时间开销。

正是因为以上两个原因，人眼不适合感知高速运动物体。同时，对于低速运动的物体，由于单孔径系统的固有弱点，对于空间运动目标的成像是全局的，而没有实现对不同的区域时间进行细分，导致对于微小角度的分辨力差，因此人眼对于极低速目标的感知能力同样有限。数据显示人眼对于移动目标的感知范围仅限于3’/s – 35°/s 的区间。

二、国内外发展现状（1000字）

人工复眼视觉理论是集机械学、生物学、光电子和信息科学等多学科为一体的前沿领域。在复眼器件和系统研究领域中，2000年，Jun Tanida 领导的日本大阪大学研究团队提出了名为TOMBO(Thin Observation Module by Bound Optics)的复眼单色成像系统1，整体上是呈平面结构，子眼为矩形分布，可实现图像的超分辨率重构、目标的立体视觉。

分辨率

视场角

单眼

复眼

0° -180° -90° 90° 180°

ΔФ

D

R eye

图2：并列型复眼成像示意图

这里需要着重强调的是，就角度估算而言，复眼系统关注的重点不是成像分辨率，而是目标能否在感光元件上实现质点化的成像。运动学研究中通常希望把运动目标当作一个质点来加以估计，同样道理，图像的细节和纹理信息在该系统下处于次要位置。

在单孔径系统中，所强调的通常是分辨率，通常而言目标在单孔径系统的成像相对复眼透镜的单个子眼成像较大，这就导致了图像在移动过程中需要实现在较大片的成像区域中处理图像，冗余信息较多。而在本课题所研究的复眼成像系统中，如图3中的系统所示，对于理想情况，每个子眼只对一个较小的、不重叠的空间角区域成像。

复眼透镜

孔径光阑

光锥

高速图像探测器

图3：实验装置示意图

考虑到物体的大小并非无穷小，空间的一个点最多可在相邻的3个子眼上成像。由于复眼透镜的焦距较小（由大视场角和探测器像面尺寸所约束），且由于复眼透镜的小型化，导致每个子眼成像较小，当子眼密度较高时，每个子眼所成的像可被视为质点，这样可以在硬件层面获得较高的角度分辨率；当子眼数量较少时，物体在单眼的成像是

多目标跟踪 图4：各关键部分实现示意图目标成像 高速相机采集 图像分割及二值化 形心提取 聚类分析 移动角度信息 空间深度信息角速度和速度计算