昆虫复眼的仿生研究进展

昆虫复眼的仿生研究进展

第32卷增刊Vol.32Suppl.

2006年8月OPTICALTECHNIQUEAugust 2006

光学技术

0010 03 文章编号:1002 1582(2006)S

昆虫复眼的仿生研究进展

徐琰,颜树华,周春雷,张军

对昆虫复眼的研究近况进行了综述,并展望了其发展趋势。

关

键

词:生物光学;昆虫复眼;人工仿生

中图分类号:Q63 文献标识码:A

(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073)

摘 要:作为生物光学发展的一个重要部分,对昆虫复眼的研究越来越重要,从结构、分类、人工仿生及应用等方面

Advancesinbionicstudyoninsects compoundeyes

XUYan,YANShu hua,ZHOUChun lei,ZHANGJun

(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha 410073,China)

Abstract:Asoneimportantpartofbiologicalopticstheresearchoninsect compoundeyesbecomesmoreandmoreimpor tant,therecentresearchingprogressesoninsect compoundeyesarereviewedfromaspectsofstructure,classifying,artificialbionicsandapplication.Inthemeantime,thefuturedevelopmentisforecasted.

Keywords:biologicaloptics;insect compoundeye;artificialbionics

1 引 言

生物界是个奇妙的世界,许多动物某些器官结构的精巧、功能的完善,令人惊叹不已。单透镜眼(如人眼)和多透镜眼(如蝇眼)是大自然在亿万年进化中的杰出创造。鉴于大多数动物在进化过程中都选择了复眼,说明复眼必然在某些方面比单眼有优势,诸如大视场、高时间分辨率、高敏感性等。近年来,固体探测器和数字计算科学的迅速发展,使单孔径光学系统在自动化、图像识别、军事目标探测等领域显得有些不尽人意[1]。复眼是天然存在的多孔径光学系统,这就从需要和类比的角度引起了国内外许多学者的极大兴趣。早在1891年,Exner就提出了复眼的光重叠理论[2];德国马克斯 普朗克生物控制论研究所创始人Reichardt教授提出了昆虫运动感知模型[3],该模型具有检测目标运动方向和速度的功能;1980年,美国科学家已经将昆虫复眼信息原理用于空对地导弹的制导研究,接着又研制出一次能拍摄1329张高分辨率相片的蝇眼照相机等

[4]

本结构如图1所示。一般地,每只复眼有几千个小眼,多则两万多个小眼,少则几十个小眼。从复眼的外面向内部由屈光器、感光器、隔光器和视觉中枢组成。

复眼中的小眼包括屈光器和感光器两部分。屈光器包括角膜和晶锥,它的作用是把光聚焦到感光器上,其本质相当于一个精致的微透镜。感光器由8个小网膜细胞组成,并围绕着小眼轴形成一束圆柱体,即小网膜,每个小网膜细胞伸出一根神经纤维与脑的视觉中枢相连。隔光器位于小眼之

间由主色素细胞和附色素细胞组成,其色素颗粒能够随着外界环境的变化而移动。隔光器能够控制和调节进入小眼内的光线。视叶是把复眼的感光器和脑联系起来的复杂神经网络,它一般分为三个突触层,从外向内分为薄板神经节、髓和小叶。

根据不同类型的复眼成像原理,可以把复眼分

图1 复眼结构的模式图

1 屈光器;2 感光器;3 基底膜;4 薄板神经节;

5 外交叉;6 髓;7 内交叉;8 小叶。

。

2 复眼的结构和分类

复眼由许多结构和功能相同的小眼组成,其基

收稿日期:2005 11 21 E mail:xuyan12xuyan13@

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50275145)

作者简介:徐琰(1982 ),男,江西省人,国防科技大学机电工程与自动化学院硕士研究生,主要从事二元光学技术的研究。

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