[发明专利]用于大视场三维运动探测的神经拟态仿生曲面复眼系统

说明书

用于大视场三维运动探测的神经拟态仿生曲面复眼系统，涉及仿生光学和三维探测技术领域，解决现有神经拟态视觉传感器依然是基于传统CCD/CMOS架构的平面视觉传感器，无法实现与仿生曲面复眼光学系统有效集成等问题，包括仿生曲面复眼阵列、支撑基底、神经拟态曲面探测器、数据读出电路和数据处理电路；支撑基底用于固定仿生曲面复眼阵列和神经拟态曲面探测器，神经拟态曲面探测器由排列在曲面上的多个对运动引起的光强度变化敏感的神经拟态探测元组成；仿生曲面复眼阵列由排列在曲面上的多个透镜组成；透镜对光线聚焦后通过支撑基底上的通光孔汇聚到神经拟态探测元上；本发明实现大视场三维动态的实时探测，同时具有全天候、低功耗、高动态范围的优点。

技术领域

本发明涉及仿生光学和三维探测技术领域，具体涉及一种用于大视场三维运动探测的神经拟态仿生曲面复眼系统。

背景技术

大视场三维动态实时探测在自动驾驶、机器人/无人机导航、目标识别和跟踪、监视预警等领域有着迫切需求。而传统基于“帧”的平面CCD/CMOS视觉传感器视场小、速度慢且只能获取二维信息丢失了深度信息，加上后续图像处理复杂导致需求资源多、功耗高，无法满足大视场三维动态实时探测需求。为了解决这一问题，需要引入新型视觉传感器研究。

在自然界中，除了人眼这种单眼视觉系统之外还存在着一种复眼视觉系统，其主要分布于节肢类动物中-如蜻蜓、蜜蜂、果蝇以及雀尾螳螂虾等。和人眼结构不同，昆虫复眼是由很多排列在曲面上的小眼组成，具有视场大、体积小、对运动目标敏感等特性。昆虫复眼的这些特性在昆虫飞行、捕食、躲避天敌追捕等活动中优势显著，从而引起研究人员的广泛关注，人工仿生复眼也成为仿生视觉中的一个研究热点。

仿生复眼成像系统的研究解决了很多传统单孔径光学系统无法解决的问题，同时由于传统平面CCD/CMOS视觉传感器的限制，仿生复眼系统尚无法实现对运动目标敏感、功耗低等生物复眼的特性。神经拟态视觉探测器和传统平面CCD/CMOS视觉传感器不同，是启发于神经元传输特性的一种仿生视觉传感器。它突破了传统视觉传感器基于“帧”的概念，使用基于事件驱动的异步输出方式来捕获场景动态变化来实现高实时性、对运动敏感、功耗低和动态范围广特性[29]。神经拟态视觉探测器在场景中光强发生变化时，产生一些像素级的输出称为“事件”，每个事件包括时间t、地点(x,y)、和事件极性p也就是光强亮度变化(上升p＝1,下降p＝-1)。但这种神经拟态视觉传感器依然是基于传统CCD/CMOS架构的平面视觉传感器，无法实现与仿生曲面复眼光学系统有效集成。

热释电材料是一种只对变化的辐射产生响应的压电材料，很适合对运动物体的探测并且能够在几千赫兹频率下输出高分辨率信号。不同于硅基量子探测器，热释电晶体在很宽的光谱范围-从紫外光(100nm)到可见光、红外光一直到太赫兹-都有响应。只要为热释电晶体镀上合适的吸收层，可以实现全光谱的探测。重要的是热释电晶元可以实现曲面排列，故本发明提出一种基于热释电材料的神经拟态曲面探测器设计方案。其与曲面复眼光学系统集成，实现用于大视场三维运动探测的神经拟态仿生曲面复眼系统制作。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，实现大视场、全天候、高动态范围、三维动态实时探测以及降低系统功耗，本发明提出一种用于大视场三维运动探测的神经拟态仿生曲面复眼系统。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

用于大视场三维运动探测的神经拟态仿生曲面复眼系统，包括仿生曲面复眼阵列、支撑基底、神经拟态曲面探测器、数据读出电路和数据处理电路；所述支撑基底是用来固定支撑仿生曲面复眼阵列和神经拟态曲面探测器；

所述神经拟态曲面探测器由排列在曲面上的多个对运动引起的光强度变化敏感的神经拟态探测元组成；

所述仿生曲面复眼阵列由排列在曲面上的多个透镜组成；

所述透镜对光线聚焦后通过所述支撑基底上的通光孔汇聚到神经拟态探测元上；