開題報告-基于昆蟲視覺的汽車防撞預(yù)警畢業(yè)論文

題目背景、研究現(xiàn)狀和研究意義（選題背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究意義。）1.1研究背景和意義汽車作為一種靈活方便的交通工具，受到越來越多人的青睞，然而，汽車在給人們帶來方便的同時，隨之而來的問題也顯而易見，如交通事故、環(huán)境噪聲、大氣污染、能源消耗、道路擁擠等等。其中最直接、嚴重影響人們生活的當屬交通事故帶來的危害，它輕則對人造成驚嚇，重則危及生命，并造成巨大的經(jīng)濟損失。近年來，隨著我國公路特別是高速公路的飛速擴展和汽車保有量的迅速增加，交通事故引起的損失也急劇地升高。雖然，國家已經(jīng)采取一些措施來預(yù)防交通事故，而且有些成效。根據(jù)交通事故的分析得到，80%以上追尾事故是由駕駛員未能保持相應(yīng)的安全距離引起的。歐洲的一項研究表明：汽車駕駛員能在有碰撞危險前0.5s得到“預(yù)警”，就可以避免至少60%的追尾事故和30%的迎面撞車事故；若有1s的“預(yù)警”時間，則可避免90%的事故發(fā)生?？梢?，若能預(yù)知即將發(fā)生的交通事故，并做好防范工作，可以極大地減少交通事故發(fā)生。過去，為減小交通事故發(fā)生時的經(jīng)濟損失和對人造成的傷害，汽車安全技術(shù)主要考慮被動安全技術(shù)，如設(shè)置安全帶或安全氣囊等，而這些被動安全措施是在事故發(fā)生時刻對車輛和人員進行保護，有很大的局限性?，F(xiàn)在，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車主動安全技術(shù)越來越受重視，汽車主動安全是指事故前的安全，即實現(xiàn)事故預(yù)防和事故回避，以避免或減少事故的發(fā)生。汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)作為主動安全技術(shù)之一，目的是減少駕駛員的負擔和判斷錯誤，對于提高交通安全減少交通事故將起到重要作用。顯然，此類技術(shù)的研究開發(fā)在高速公路防撞領(lǐng)域具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景[1]。1.2昆蟲生物視覺機理的國外研究現(xiàn)狀1.2.1昆蟲的視覺機理應(yīng)用研究國外已對飛行昆蟲的視覺和導航機理進行了多年的研究。美國軍方,美國航空航天局,以及英國國防部都對蒼蠅的視覺與飛行控制進行了探索,并希望開發(fā)出能夠作為微型間諜的“蒼蠅機器人”。1996年,美國國防高級研究計劃局資助了一個為期三年的微型飛行器研制項目,希望建造一個長度不超過巧厘米的飛行器,能夠在諸如建筑物、隧道等確定的范圍內(nèi)自主運動并進行環(huán)境觀察。哈佛大學,加州大學伯克利分校己經(jīng)開發(fā)出了仿生蒼蠅的微型飛行器。法國國家科學研究中心參照蒼蠅視覺系統(tǒng)設(shè)計的電子眼已經(jīng)應(yīng)用于飛行機器人,能夠巧妙靈活地躲避障礙；日本科學家已研制出一種蒼蠅視覺芯片,用于輪式機器人的導航控制中。澳大利亞在飛行昆蟲視覺的研究上處于世界領(lǐng)先水平,澳大利亞昆士蘭大學的Srinivasan教授對昆蟲,尤其是蜜蜂的視覺機理和導航方法進行了20多年的研究,他試圖弄明白,蜜蜂小小的腦子是如何處理導航問題的。他們的研究己經(jīng)用于多種自動導航系統(tǒng)的研制,比如幫助無人偵察機根據(jù)地形航行并保持水平,小型機器人在狹窄地帶中的行進,以及全景成像和監(jiān)測系統(tǒng)。目前,蜜蜂的進攻性行為己成為Srinivasan教授研究的重點,他希望將其研究成果運用于改善導彈的導航技術(shù)[4]。H.Ogmen等人通過吸取大量新的有關(guān)復眼視覺系統(tǒng)神經(jīng)機理的成果，提出了建立在果蠅神經(jīng)功能基礎(chǔ)上的運動檢測“細胞”模型；日本的ShiroOgata等人成功研制了多孔徑仿復眼光學傳感器；美國加州大學伯克利分校Luke教授領(lǐng)導的一個研究小組宣布，他們發(fā)明了外觀和功能上都與昆蟲復眼一樣的人造“昆蟲眼”。日本的JunTanida等在2000年提出了一種基于蜻蜓的復眼結(jié)構(gòu)設(shè)計的TOMBO(thinobservationmodulebyboundoptics)小型成像系統(tǒng),這個系統(tǒng)首先獲取分離的單元像,然后對單元像的幾何參數(shù)進行估算,根據(jù)所得的幾何參數(shù)把像定位于屏上,在各個像素之間進行的插值,再用高通濾波器完成最后的像。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊,方便組裝,視場大等優(yōu)點。德國弗勞恩霍夫應(yīng)用光學和精密機械研究所的科學家制造了一種厚度僅為0.4mm的人工復眼成像系統(tǒng),視場角可以達到70°×10°。系統(tǒng)具有多個成像通道,每個通道按照自己的視角進行成像,然后在像面組合成完整的像?？茖W家們已經(jīng)把該系統(tǒng)與一個影像分析裝置相連接,并貼附在銀行卡上。這樣,銀行卡在被使用時就可以“看到”持卡者,從而防止被陌生人盜用[2]。1.2.2昆蟲的偏振視覺導航機理研究國外已對生物偏振敏感導航機理進行了多年研究。Frisch于1949年首次發(fā)現(xiàn)蜜蜂可以利用紫外偏振光進行導航。瑞士蘇黎世大學的whener教授主要研究和探索沙螞蟻導航方式。他發(fā)現(xiàn)沙螞蟻可以借助天空中的偏振光導航定位。在離巢穴較遠時,沙螞蟻通過天空中的偏振光判斷方向,尋找自身與巢穴的對應(yīng)方位,因此,沙螞蟻能夠在數(shù)百米外覓食而能夠近似于一條直線返回巢穴。而當?shù)竭_巢穴附近時,沙螞蟻根據(jù)記憶中巢穴附近的地標,經(jīng)過與當前視覺圖像進行景象匹配后準確找到巢穴入口。2002年,Whner教授獲得了瑞士的最高科學獎一MarcelBenoist獎。蘇黎世大學還開發(fā)了仿生沙螞蟻的無線機器人,該機器人能夠探測天空中的偏振光,并且能夠提取和處理在行進過程中拍攝的地標圖像。Froy,steven等人的研究表明,北美帝王蝶在遷徙時依靠太陽羅盤進行導航,同時利用紫外偏振光修正太陽羅盤的導航性能。Labhart,Petzold和Helbling發(fā)現(xiàn),蟋蟀頭背部復眼邊緣有一個平坦發(fā)白區(qū)域?qū)ζ窆馓貏e敏感。Labhart和Meyer認為不同種類昆蟲的復眼結(jié)構(gòu)的差異導致偏振光羅盤具有多源性。也有文獻指出,某些種類的蜘蛛(如狼蛛)可以利用沒有成像功能的小眼感知紫外偏振光[4]。1.2.3仿生算法研究國外已經(jīng)提出了許多昆蟲視覺導航機理的模擬算法,如根據(jù)蜜蜂的視覺原理,srinivasan提出了一種圖像插值算法,該算法通過簡單的計算過程來測量光流和估計自身運動;受昆蟲視覺神經(jīng)啟發(fā)的Reichardt模型及其改進方法,己被用于圖像的局部運動檢測:Franceschini借鑒家蠅的視覺機理提出了視覺導航算法和仿真復眼的光流傳感器。在應(yīng)用上,這些基于昆蟲視覺的導航方法已經(jīng)用于各種機器人和交通設(shè)備的自動導航,尤其用于類似飛行昆蟲的無人駕駛飛機上。然而,上述基于昆蟲的光流導航方法均為自主導航,需要采用路徑積分法來求取絕對位置信息,即首先計算每一步的位移,然后通過累加法求取總位移,再與初始位置相比較獲得當前位置。因此,這些導航方法將不可避免地產(chǎn)生累計誤差,且隨時間積累,使得導航系統(tǒng)在長期使用后產(chǎn)生較大位置偏差。為了修正這種累計誤差,目前常用的方法是將自主導航與輔助導航相結(jié)合,建立所謂的組合導航系統(tǒng)。對于昆蟲來說,它們也已經(jīng)進化出了許多用于累計誤差修正的輔助導航方法。cheung等人根據(jù)昆蟲的一般運動,證明了利用外部“羅盤”可有效降低導航的不確定性;collett根據(jù)對蜜蜂的研究,提出了使用全景圖像匹配求取絕對位置的快照模式到;Lambrinos通過學習沙螞蟻的行為,設(shè)計了使用偏振光定位的“方向羅盤”[4]。1.2.4人工復眼的研究飛行昆蟲視覺機理研究及應(yīng)用的另一個重要方面是昆蟲復眼的研究和人工復眼的研究及其應(yīng)用。眾shnasamy[6'l運用蜻蜓復眼全境探測的優(yōu)勢,提出了一種快速運動目標跟蹤的解決方案。由于相鄰小眼之間會存在景象重疊,該方法能夠在大場景下以0.1象素級的誤差跟蹤快速運動的物體。由于人造復眼的全景探測,Neulnalm利用線性方程組實現(xiàn)了與場景無關(guān)的6方向自身運動估計算法。提出一種基于人造復眼成像系統(tǒng)的碰撞避讓算法。該算法在采集到的圖像中,計算出視場中出現(xiàn)的物體個數(shù),物體個數(shù)的變化,以及被激活的小眼中心位置的變化,從而估算出碰撞的可能性,當碰撞可能性較大時,就開啟防撞系統(tǒng)。Alzenberge通過運動主體自身引起的光流變化來粗略估計運動速度和角度,并基于每一次的運動速度和角度進行導航。在該文中,算法根據(jù)自身速度調(diào)整視野范圍。Martinl68]通過weightlessnetworks確定自身位置,當主體向指定位置移動時,該網(wǎng)絡(luò)輸出將會單調(diào)遞減,直到最后達到指定位置,在移動過程中,如果引入超生探測器,將會更有效地避免主體與環(huán)境中障礙物的碰撞[4]。日本的Tanida等制造了平面微透鏡陣列的復眼系統(tǒng)TOMBO:(thinobservationmodulebyboundoptics)。這種系統(tǒng)直接在一個大面陣的CCD/CMOS圖像傳感器上制造一個緊密排列的平面微透鏡陣列,微透鏡各個通道之間用一個隔離層分割開,防止光線串擾。因而每一個微透鏡與其相應(yīng)的隔離單元以及它所對應(yīng)的圖像傳感器的一部分就組成了一個微型相機,最終結(jié)果等效于多個微型相機組成的相機陣列。這些相機拍攝的場景之間存在很大的重疊度,通過采樣、反向投影法等疊加算法,這些微型相機拍攝得到的低分辨率的圖像可以重構(gòu)出高分辨率的圖像。該課題組利用TOMBO裝置進一步研究了復眼的超靈敏度、指紋識別等應(yīng)用。該系統(tǒng)在很緊湊的尺度內(nèi)就實現(xiàn)了高分辨率成像,但是受限制于平面微透鏡陣列結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)的視場角非常小。自對齊曲面微透鏡陣列為了獲得真正與昆蟲復眼類似的大視場角成像的人工仿生復眼,需要釆用曲面分布的微透鏡陣列。美國加州大學伯克利分校的Jeong等人模仿昆蟲、節(jié)肢動物等復眼的子眼及其結(jié)構(gòu),利用一種自對齊波導技術(shù),使用紫外光固化光敏樹脂制作了可以與實際昆蟲復眼尺度相當?shù)那嫖⑼哥R陣列,微透鏡的尺度僅為約10/xm.這是仿生復眼技術(shù)上的一項突破,但是由于沒有合適的能與曲面微透鏡陣列配合工作的圖像傳感器(類似于人類的視網(wǎng)膜,昆蟲復眼中曲面排布的觀光細胞陣列),因此尚未達到能夠成像的實用階段。采用光纖傳像束陣列的復眼系統(tǒng)DragonflEye:同樣是為了解決曲面分布的微透鏡陣列與平面圖像傳感器之間的矛盾,美國杜克大學的課題組釆用了光纖束作為中繼光學系統(tǒng),將空間不同方向的入射光成像到平面探測器上。該系統(tǒng)的特點是充分利用了光纖可以彎曲的特點,因而可以較低的成本達到控制光線“彎曲”入射到平面圖像傳感器上的目的,其成像質(zhì)量也比較高。其存在的問題是,由于每個子眼的視場角都很小,為了達到較大的視場角,需要上百個子眼同時對空間進行成像,因而涉及到較復雜的光纖束安裝、裝配、對準等問題[2]。1.3昆蟲生物視覺機理的國內(nèi)研究現(xiàn)狀在國內(nèi),中國科學院生物物理研究所吳衛(wèi)國、吳梅英等在昆蟲復眼的形態(tài)學、生理學、光學等方面做了大量的工作；田麗娟等采用了昆蟲復眼透鏡陣列處理器和非干光源實現(xiàn)圖像矩陣的正交變換，為光神經(jīng)計算提供了一種可能實現(xiàn)的新途徑；西北大學物理學系高愛華等提出了用自聚焦平面微透鏡陣列和CCD器件可組成多孔徑光學仿復眼系統(tǒng)，說明利用計算機和圖像卡的處理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)并列型復眼的圖像采集功能，并對平面微透鏡陣列的多重成像進行適當?shù)奶幚韥砟M并列型復眼的“鑲嵌像”；孫桂華等利用計算機技術(shù)實現(xiàn)了蜻蜓復眼功能演示系統(tǒng)；李文元等采用計算機技術(shù)與生物科學結(jié)合的方法模擬了昆蟲復眼的視覺系統(tǒng)，與其它方法相比，該模擬結(jié)果更具真實性和可視性；張講社等基于對生物復眼幾何結(jié)構(gòu)的模擬，提出了一類新穎而有效的數(shù)據(jù)處理方法——方向量子化方法，該方法適宜于處理由高維數(shù)據(jù)所表示的凸體的幾何外形，具有簡潔有效、適用廣泛、半動態(tài)維護簡便和易于在各種并行計算模型上實現(xiàn)等優(yōu)點；蘆麗明等通過介紹蠅的復眼的結(jié)構(gòu)與功能，類比于復眼，從功能上模仿，利用兩個調(diào)制盤與一個成像探測器，構(gòu)造一個導彈引頭上的多模導引的應(yīng)用，使導彈能夠獲得目標的三維空間結(jié)構(gòu)，并提出了一些在此基礎(chǔ)上的解決方案及方法；中國科學院西安光學密機械研究所的田維堅、姚勝利等人提出了平面自聚焦透鏡陣列中的運動目標速度計算公式；中國科技大學的高媛媛等利用兩個結(jié)構(gòu)和性能完全相同的黑白CCD攝象機相隔一定距離并排放置，同時拍攝一個運動的玩具小車，然后通過圖像處理及計算獲得了該運動小車的運動速度及三維坐標；北京理工大學的王永松等根據(jù)復眼大視場的原理，設(shè)置了一個平面全視場的目標探測單元。該探測單元主要是由六個透鏡和六個CCD組成一個軸線共面的正六邊形的環(huán)行探測陣列，每個光電探測單元（由一個透鏡和一個CCD組成）視場為60o，整個探測單元的視場就變?yōu)?60o，可以測出地面運動物體相對探測單元中心的角度與角速度[3]。1.4汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4．1汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的國外研究現(xiàn)狀在歐洲，歐盟委員會支持的改進車輛駕駛支持系統(tǒng)人機界面項目組(EhancedHumanMachineInterfaceforonVehicleIntegratedDrivingSupportSystem，EUCLIDE)開發(fā)的一套防撞預(yù)警系統(tǒng)，目的是在能見度不好的情況下(例如：黑天、有霧天氣或雨天等)，即將發(fā)生碰撞事故前，向駕駛員發(fā)出警報以避免發(fā)生碰撞事故。這一系統(tǒng)根據(jù)安裝在車上的紅外線傳感器和毫米波雷達傳感器所采集的信息來確定前方車輛，并可以實現(xiàn)兩級預(yù)警：一級是緊急預(yù)警，即當主車需要立即制動以阻止即將發(fā)生的碰撞時調(diào)用該級預(yù)警。在北美洲，美國加利福尼亞大學的先進高速公路運輸合作伙伴項目組（PartnersforAdvancedTransitandHighways，PATH）和卡耐基梅隆大學機器人學院聯(lián)合開發(fā)的集成防撞預(yù)警系統(tǒng)可以實現(xiàn)公交車的前向和側(cè)向防撞預(yù)警功能。此系統(tǒng)利用安裝在公交車前方和側(cè)面的激光掃描儀和攝像機檢測前方和側(cè)面的碰撞物。在亞洲，日本三菱汽車公司為卡車開發(fā)的防撞預(yù)警系統(tǒng)目的是在有可能發(fā)生危險的情況下提醒駕駛員，使駕駛員迅速做出相應(yīng)動作（例如：剎車、減速），以防事故發(fā)生。這一系統(tǒng)利用安裝在主車前方的激光雷達測距傳感器計算主車與前車的距離，并與安全距離進行比較實現(xiàn)兩級預(yù)警。其安全距離是根據(jù)前后兩車的相對速度計算得到的，并隨著速度的變化而變化。作為早期的車輛防撞預(yù)警系統(tǒng)，它對安全駕駛有一定程度的幫助[1]。汽車智能化與防撞預(yù)警息息相關(guān)，已經(jīng)風靡多年并取得諸多成果,例如奔馳公司和德國聯(lián)合武裝大學多年合作致力于開發(fā)自動駕駛車輛。他們開發(fā)研制的VaMp系列車使用基于視覺的傳感系統(tǒng),采用回旋曲線模型完成車輛檢測和跟蹤,利用卡爾曼濾波檢測車道線并跟蹤車輛運動的狀態(tài)矢量。車輛對稱性檢測用于檢測單目標障礙物并跟蹤,車輛陰影檢測方法用于檢測多目標障礙物并跟蹤_2]。意大利帕爾瑪大學在基于視覺傳感的智能駕駛技術(shù)開發(fā)上也位于世界領(lǐng)先地位,其ARGO系列測試車輛即以基于視覺傳感器進行開發(fā)出一套障礙物和車輛檢測的視覺系統(tǒng)。在美國,卡耐基梅隆大學在Navlab系列智能車上幵發(fā)出多套視覺系統(tǒng),分別為:SCARF,通過對非結(jié)構(gòu)化道路進行自適應(yīng)顏色分類進行道路識別;YARF,利用結(jié)構(gòu)化道路線及條紋等顯著特征進行道路模型的跟蹤、濾波及校驗;ALVIN,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法通過圖像信息控制車輛;RALPH,對道路模型建模識別道路[5]。1.4．1汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國在車輛防撞預(yù)警系統(tǒng)的研究上雖然起步較發(fā)達國家滯后，但借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，避免了很多彎路，再加上國家對智能車方面的大力扶持，發(fā)展非常迅速。在2007年，北京清華大學所開發(fā)的基于改進的目標跟蹤和危險評估的車輛前向防撞預(yù)警系統(tǒng)目的是在發(fā)生碰撞前提醒駕駛員以避免碰撞事故，其通過蜂鳴器發(fā)出嘟嘟的聲音警報和一組LED燈發(fā)出視覺警報。此系統(tǒng)利用雷達和激光傳感器檢測前方車輛。當前方車輛被兩個傳感器同時檢測到時，此車輛的縱向位置由這兩傳感器的數(shù)據(jù)融合得到，此車的橫向位置由激光傳感器數(shù)據(jù)得到，因為激光傳感器的角度測量精度要高于雷達傳感器。在考慮到惡劣天氣情況下提高檢測魯棒性時，當只有一個傳感器檢測到前方車輛，此車輛也被認為是障礙物。此系統(tǒng)采用融合算法處理來自雷達和激光的數(shù)據(jù)，使前方車輛的位置精度得到提高；此系統(tǒng)采用的改進的Kalman濾波跟蹤方法使實時性也得到提高，是國內(nèi)比較先進的防撞預(yù)警系統(tǒng)之一。另外，國內(nèi)其它一些高校和研究機構(gòu)如：吉林大學、上海交通大學、國防科技大學、北京理工大學、湖南大學、南京理工大學、東南大學、中科院智能所等在車輛防撞預(yù)警技術(shù)方向的研究也在進行中，并取得了一定的成果[1]。在防撞雷達方面，上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所已經(jīng)首次研制成功小型防撞雷達，其中關(guān)鍵的雷達前端芯片是國內(nèi)首次研制成功，擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)。國內(nèi)在控制中主要針對車輛的某一特定系統(tǒng)建立局部車輛動力學模型，如ABS、發(fā)動機、變速器、直道與彎道行駛系統(tǒng)動力學模型，不能直接用于汽車防撞預(yù)警與巡航系統(tǒng)的開發(fā)。應(yīng)用于汽車電子中的雷達產(chǎn)品以超聲波、激光方式為主，毫米波雷達產(chǎn)品不多。中國科學院上海微系統(tǒng)所研制出的毫米波雷達系統(tǒng)具有重量輕、體積小和全天候等特點，工作頻率35GHz，測距范圍>100m，測速范圍>100km/h，采用了先進的DSP技術(shù)[6]。二、研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（研究目標、主要內(nèi)容。）2.1研究內(nèi)容1．確定仿生對象，研究其視覺成像機理，作為防撞預(yù)警的探測原理2．仿生復眼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方案3．汽車防撞預(yù)警方案2.2研究目標1.確定昆蟲視覺成像原理和復眼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方案2.基于昆蟲視覺條件下，確定汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架三、研究方案3.1蜻蜓視覺成像自然界中，很多生物都具有復眼視覺結(jié)構(gòu)。復眼是由成千上萬個小眼組成的，將所有小眼對外界的成像進行結(jié)合，得到的是目標的鑲嵌圖像。復眼具有視野范圍大，接近360度全視場成像的特點，且以蜻蜓復眼為例，蜻蜓復眼對外界的偏振光極其敏感，可以感知外界目標反射的偏振光，并對偏振圖像信息進行分析，得出外界目標的運動的速度和方位。對于自然界中昆蟲復眼的視覺系統(tǒng)來說，以蜻蜓復眼為例，蜻蜓在水面高速飛行的過程中，能夠迅速準確的區(qū)別水面和水面上的食物，并對食物進行定位和追蹤。在整個捕食的過程中，蜻蜓復眼需要對水面信息進行采集，然后將所得的外界信息通過視覺神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X的視覺中樞，完成對所采集信息的處理。目前，仿生學科的發(fā)展十分迅速，我們通過對人工仿生復眼的光學結(jié)構(gòu)組成的研究，以及對復眼視覺系統(tǒng)處理機制的仿制，試制了許多仿復眼系列裝置，并已經(jīng)應(yīng)用到相關(guān)的行業(yè)和領(lǐng)域中。但由于昆蟲復眼是自然界中存在的一種十分精密的光學結(jié)構(gòu)和視覺系統(tǒng)，并且受到現(xiàn)今相關(guān)的技術(shù)和工藝的限制，使得在目前條件下，制成一種具有復眼光學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和視神經(jīng)信息處理機制的精密裝置仍然十分困難[7]。受昆蟲復眼多個子眼通道同時捕捉目標物信息的原理啟發(fā)，人工復眼成像系統(tǒng)應(yīng)運而生，更被應(yīng)用到三維定位技術(shù)中，國內(nèi)外許多小組也取得了不少進展[10]。StanfordUniversity的Levoy小組開發(fā)出集陣相機人工復眼成像系統(tǒng)，采用空間大范圍稀疏分布進行成像，可實現(xiàn)超分辨率合成和實時三維成像，但該系統(tǒng)體積龐大，數(shù)據(jù)采集和傳輸復雜，不利于便攜式應(yīng)用[11-12]。YorkUniversity設(shè)計出一種基于光纖傳遞的復眼結(jié)構(gòu)探測器，可以快速檢測大視場范圍內(nèi)運動目標的方位和速度，但該系統(tǒng)制作工藝比較復雜，技術(shù)要求高，成本高，目前還只是在實驗階段[10].因此，在人工仿復眼研究方面，我們還有大量的工作要做，對昆蟲復眼的視覺系統(tǒng)功能的模擬仍是未來仿生學的研究重點。3.2人工仿復眼的視覺系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用隨著各學科技術(shù)的交叉發(fā)展和融合，仿生學越來越受到各國學者的廣泛關(guān)注，并通過對自然界中一些動物特性的研究和模擬，將所制產(chǎn)品逐漸應(yīng)用到相關(guān)的工業(yè)和軍事領(lǐng)域中。在本論文中，主要是通過對自然界中昆蟲復眼特征和功能的學習和模擬，對蜻蜓復眼的光學成像結(jié)構(gòu)和視覺信息處理機制進行研究，并在此基礎(chǔ)上試制一種模擬復眼成像特點的成像裝置，并期望在相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用。我們的目的旨在模仿昆蟲在捕食的過程中，其能夠?qū)\動目標進行快速檢測、識別和追蹤的能力。主要表現(xiàn)在信息采集、信息處理和目標定位三部分。它的結(jié)構(gòu)主要有：1.采集運動目標場景信息的攝像機（CMOS）和鏡頭；2.對圖像和視頻信號處理的處理軟件；3.能夠?qū)崿F(xiàn)目標定位的算法。這種仿生復眼視覺系統(tǒng)由幾個CMOS攝像頭排列成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠構(gòu)成360度的大視場視角。DSP控制攝像機對外界的圖像信息進行采集，在此基礎(chǔ)上，形成一個完整的圖像采集系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的排列呈環(huán)狀[7]。3.3實現(xiàn)昆蟲視覺與汽車預(yù)警系統(tǒng)的整合方案一個完整的汽車自動防撞系統(tǒng)一般由三個部分組成:(l)信號采集系統(tǒng):它可以檢測出本車車速、與前車間距以及其它道路狀況,一般是通過雷達、激光、聲納、視頻、紅外等技術(shù)實現(xiàn)的;(2)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):它可以提煉出數(shù)據(jù)中的有用信息,一般是通過通用處理器或者專用數(shù)字信號處理器對采集的數(shù)據(jù)信息進行處理分析而實現(xiàn)的;(3)執(zhí)行機構(gòu):它根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果采取相應(yīng)措施防止汽車碰撞事故的發(fā)生,比如報警、鎖死方向盤、自動剎車等。對于信號采集,考慮到短距離雷達、聲納設(shè)備和紅外設(shè)備價格昂貴且污染輻射較大,激光設(shè)備探測距離短且極易受環(huán)境因素干擾,而相對地視頻技術(shù)具有符合人的認知情況,同時價格便宜、信息量廣、無污染等獨特優(yōu)勢[8]。視頻的獲取采用仿生蜻蜓復眼的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。運動目標提取需要滿足以下兩個判斷準則,即區(qū)域運動軌跡的長度最小和可靠性測度最小。前一個準則可將相對攝像機較遠的目標區(qū)域或者相對攝像機靜止的目標區(qū)域排除;后一個準則將不同區(qū)域但屬于同一類的目標排除(如路面或天空)。這里,可靠性測度與目標區(qū)域的一致性有關(guān),一致性越高則可靠性測度越小。而對于運動目標,其可靠性測度較高。由此,可檢測出前方運動的車輛[9]。因此,采用視頻信息作為汽車自動防撞系統(tǒng)的信息源已成為當前智能汽車的最佳選擇之一。視頻技術(shù)在帶來大量有用信息的同時,也會增加許多無用的信息量,但是在當前計算機硬件設(shè)備以及嵌入式設(shè)備的處理速度、存儲容量大大提高及價格相對便宜的今天,視頻信號的處理速度得到了極大的提高,為視頻處理分析的發(fā)展提供了良好的發(fā)展空間。因此,在本汽車自動防撞系統(tǒng)中，我們采用人工仿生復眼能利用復眼的視覺神經(jīng)系統(tǒng)，采集視頻信號作為道路狀況分析的信號源，快速、準確的處理視覺信息，從而實現(xiàn)對運動目標的實時定位和全視場跟蹤。常用的視頻信號處理方法主要有兩種,一種是基于PC的通用計算機構(gòu)建的處理系統(tǒng),常使用視頻采集卡獲取數(shù)字視頻信號,利用PC系統(tǒng)處理器的高性能以及高存儲設(shè)備,可以很方便完成視頻圖像的處理分析與存儲，此處采取模仿昆蟲視覺處理機制的算法來處理視頻圖像的處理，實現(xiàn)對汽車的定位和預(yù)警。鑒于PC系統(tǒng)具有體積大、價格高、功耗大等一系列缺點,而嚴重影響了在汽車自動防撞系統(tǒng)中的實用性；另一種方法是采用專用數(shù)字信號處理器DSP構(gòu)建嵌入式視頻處理系統(tǒng),采用高性能的DSP芯片擴展必要的外圍設(shè)備構(gòu)建視頻信號實時處理系統(tǒng)。這種方案可以克服通用計算機處理器的上述弊端,因此在本汽車自動防撞系統(tǒng)中,采用以DSP處理器為核心的嵌入式視覺系統(tǒng)來完成視頻信號的處理分析。執(zhí)行機構(gòu)主要完成的操作為報警以及方向盤、剎車、油門等設(shè)備的控制。根據(jù)需要可以采用語音報警裝置、聲光報警裝置以及步進電機控制油門、剎車、方向盤等控制系統(tǒng),執(zhí)行機構(gòu)可以為多個模塊組成,而這些模塊由統(tǒng)一的微控制器來協(xié)調(diào)運作[8]。參考文獻[1]鄧鶴.基于飛行昆蟲視覺機理的導航新方法[D].武漢：華中科技大學，2011[2]馬孟超.用于目標三維探測的復眼系統(tǒng)設(shè)計研究[D].合肥：中國科學技術(shù)大學，2014[3]刑強.仿昆蟲復眼結(jié)構(gòu)的運動目標位置檢測[D].南京：南京航空航天大學，2010[4]盧文玉.基于視覺的車輛防撞預(yù)警研究[D].南京：南京航空航天大學，2011[5]任貝.基于視覺傳感的前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與試驗驗證研究[D].長春：吉林大學，2014[6]朱琦.汽車防撞預(yù)警與巡航系統(tǒng)的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2009[7]張瑞.基于蜻蜓復眼偏振成像的水面弱小目標檢測方法[D].南昌：南昌工程學院，2015[8]周密.基于DSP的汽車視覺防撞系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學，2010[9]顧柏園.基于視覺的前方車輛探測技術(shù)研究方法綜述[J].公路交通科技，2005（10）[10]劉艷.人工復眼成像三維定位系統(tǒng)設(shè)計[J].光電工程，2014（5）[11]VaishV，WilburnB，JoshiN，etal.Usingplane+parallaxforcalibratingdensecameraarrays[C]//Proceedingsofthe2004IEEEComputerSocietyConferenceonComputerVisionandPatternRecognition，2004，1：I-2-I-9.[12]WilburnB，JoshiN，VaishV，etal.Highperformanceimagingusinglargecameraarrays[C]//ACMTransactionsonGraphics，2005，24(3)：765-776.基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用\t"_bla