苍蝇比你反应快，或因看世界的方法更简单

□陈 曦 张 华

　　我们拍苍蝇的时候，苍蝇会非常迅速地飞走，你知道苍蝇是怎么看到威胁并迅速做出反应的吗?

　　近日，天津大学精密仪器与光电子工程学院的研究人员研制了新型仿生复眼视觉系统，通过对复眼结构及探测方法等多个层面的模拟，发现昆虫可能是根据目标发出的光强度来探测目标轨迹，其复眼结构基于光能分布的目标空间定位方法，能在极短时间内感知物体迫近。该研究成果发表在国际期刊《光学快报》上，美国光学学会对其进行了专题报道。

还原昆虫视觉系统

　　“昆虫复眼视觉系统体积小、重量轻、视场角大、时间分辨率高、运动目标探测灵敏，这使其具有其他成像方法无法比拟的优势，然而昆虫复眼快速感知物体目标运动轨迹的机理还不明确。” 课题负责人宋乐副教授介绍说，“自然界昆虫复眼的尺寸极小，理论上并不能够进行清晰的成像，但昆虫普遍具有很强的趋光性，而且相对于清晰成像而言，光强的信息量比较小，这对需要极短反应时间来保证生存的昆虫来说，具有重要的意义。我们希望通过仿生系统来探索并证实这种特性。”

　　研究团队利用单点金刚石切削法，在聚甲基丙烯酸甲酯上制作了表面有169个子眼的仿生复眼。子眼采用六边形微透镜阵列密接排布，以避免产生子眼间盲区;同时，子眼面形采用非球面，通过对非球面的优化，进一步降低了光学像差。这种仿生复眼可模拟昆虫复眼功能，每个子眼均可作为独立的视觉感受器。子眼半径约1毫米，169个子眼形成一个尺寸约为20毫米的组件，其视场角可达90度。

　　研究人员通过在构成复眼的曲面透镜和图像探测器之间放置一个锥形导光器件，使表面弯曲的复眼可以均匀地接收来自不同角度的光。锥形导光器件由多束光纤熔接而成，具有传像功能，可在提供无畸变图像传输的同时，实现图像缩放。“采用这种策略，一方面可将复眼透镜所成的曲面像转化为平面像以便平面探测器接收，另一方面可将复眼透镜所成的大视场图像等比压缩为较小的像，以使其能够全部无损地成像于小尺寸平面探测器上，实现耦合，从而降低了对平面探测器的技术要求。”宋乐介绍说。

可应用于各种领域

　　这种新型仿生复眼能够快速探测目标的空间位置，未来可以应用于智能机器人、无人驾驶、飞行器、生物医疗等领域。“无人驾驶汽车会遇到许多突发事件，例如行人突然出现，前方车辆急停或者急拐弯等等。若将仿生复眼系统应用于无人驾驶汽车上，则可以辅助实现快速探测或自动躲避。”宋乐介绍说。

　　复眼系统本质是一种单相机三维定位系统，与传统的多目立体视觉系统相比，复眼系统的体积较小，可实现紧凑空间内的立体探测，例如医用内窥镜等领域。

　　此外，这种复眼结构还可以应用于光伏系统的高效能量转换。宋乐解释说：“我们知道，太阳能电池板的能量转换与光线入射电池板的角度有关。若将复眼系统引入光伏系统，则可以利用复眼对光线的大视场接收能力，提高其能量转换效率。”

　　(据《科技日报》)