復眼是昆蟲的一種小巧而又精密的光學器官。復眼主要在昆蟲及甲殼類等節肢動物的身上出現,同樣結構的器官亦有在雙殼綱身上出現,每只復眼由排列在球面上的成千上萬的六角形的小眼組成,每個小眼與單眼的基本構造相同,即每個小眼都具有獨立的感光單元,由角膜,晶錐和感桿束組成,是一種多孔徑的光學成像系統。復眼的體積大小和小眼的數量及昆蟲視力有關系,復眼的體積越大,小眼的數量就越多,看東西的視力也就越強。復眼中的小眼的數目變化很大,從最少的只有一個小眼,到最多的有數萬個小眼。家蠅的復眼約由4000個小眼組成,蝶、蛾類的復眼約有28000個小眼。
多數昆蟲的復眼呈圓形、卵圓形或腎形。通常在昆蟲的頭部占有突出的位置,有些昆蟲的復眼在每側又分為上、下兩個,成為“四眼”昆蟲。一般昆蟲的成蟲和不全變態類的若蟲都有一對復眼,頭頂上還有1~3個背單眼。
昆蟲復眼視覺系統在原理上具有體積小、重量輕、視場角大、時間分辨率高、運動目標探測靈敏等優點。自然界中生物復眼擁有寬廣的視野,以及深度感知的能力,可以通過極大視場角、極小像差,以全景模式觀察周邊的事物。昆蟲通過單眼與復眼對外界光的變化做出反應,進行覓食、求偶、定向、休眠、滯育等活動。其中,光線強弱會影響復眼中色素細胞的狀態,光線強時色素細胞延伸,光線弱時色素細胞收縮,以此調節光的透過率。
生物界的復眼
1、復眼(Compound eye)是相對于單眼而言的,是昆蟲的主要視覺器官,通常在昆蟲的頭部占有突出的位置。多數昆蟲的復眼呈圓形、卵圓形或腎形。它由多數小眼組成。每個小眼都有角膜、晶椎、色素細胞、視網膜細胞、視桿等結構,是一個獨立的感光單位。軸突從視網膜細胞向后伸出,穿過基膜匯合成視神經。一些節肢動物門的復眼中含有色素細胞,光線強時色素細胞延伸,只有直射的光線可以射到視桿,為視神經所感受,斜射的光線被色素細胞吸收,不能被視神經感受。這樣每個小眼只能形成一個像點,眾多小眼形成的像點拼合成一幅圖像。光線弱時,色素細胞收縮,這樣通過每個 小眼射入的光線,除直射的光線到達視桿,光線還可通過折射進入其他小眼,使附近每個小眼內的視桿都可以感受相鄰幾個小眼折射的光線。這樣在光線微弱時,物體也能成像。家蠅的復眼約由4000個小眼組成,蝶、蛾類的復眼約有28000個小眼。小眼面的大小,不但在不同種的昆蟲中不同,而且同一個復眼中不同部位的小眼面也可不同,如雄性牛虻,復眼背面的小眼面較大;有些毛蚊(Biblio),其前后部的小眼面的大小也不同,可劃分為兩個區域。小眼面的形狀在不同昆蟲中差異很大,雄性介殼蟲的復眼僅由圓形小眼組成。這些變化與它們的生活習性等有關。
2、視覺傳感器。由多個光感或多個紅外傳感器組成。可以傳感一條線或一個面的光值或紅外線。
仿生學應用
隨著現代戰爭的發展,對精確制導信息處理技術的要求越來越高,ATR(自動目標識別)技術已成為精確制導技術發展的方向,而ATR技術的發展則是起源于人類對生物視覺的模仿。基于這一點,本文在對復眼的研究及討論的基礎上,提出了一些自動目標識別的技術。復眼作為一個現實中的生物的視覺系統,它首先具有一般生物眼睛的視覺系統功能,在此之外,還擁有其獨特的特點。本文就是從這兩點展開討論研究。首先,把復眼作為一般視覺系統看待,從圖像的預處理、圖像的分割、特征提取以及目標的分類與識別,這一系列的一般視覺處理過程來考慮。然后,根據對其復眼特有的特點的理解,提出了一種仿復眼的多模復合制導技術。本文所作的工作主要在以下幾個方面: 1、紅外圖像的預處理:首先介紹了傳統的圖像預處理方法,然后重點介紹和總結了前人關于側抑制機理在紅外圖像預處理中的應用。其中包括側抑制理論的數學模型、穩定性判據、時域特征、頻域特征、側抑制網絡突出圖像邊框、增強反差的功能以及在圖像分割中的應用。 2、紅外圖像的分割:首先系統地介紹了圖像分割的模型和分類,然后力求從圖像分割的自適應和魯棒的角度,仔細討論了最佳和模糊熵的圖像分割技術
參考資料 >
LAM | 仿生復眼的先進微納制造技術.澎湃新聞.2024-03-16
察顏觀色的復眼與單眼.中國科普博覽.2024-03-20
科技日報:新型仿生復眼 揭示昆蟲如何看世界.天津大學新聞網.2024-03-16
“從昆蟲視角看世界”!上理工這支科研團隊的研究成果登上《自然》子刊.新浪網.2024-03-16