基于透鏡畸變效應(yīng)的仿人眼掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 驁，曹 杰，郝 群，陳傳訓(xùn)，高貫磊

（北京理工大學(xué) 光電學(xué)院 機(jī)器人與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

引言

激光雷達(dá)通過發(fā)射信號掃描待測目標(biāo)所在區(qū)域，并接收返回信號來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測、識別和成像[1-3]。激光雷達(dá)對目標(biāo)的掃描方法多采用行列式掃描、弓形掃描、仿人眼掃描等方法[4-5]。其中，仿人眼掃描相比于其他掃描方法具有旋轉(zhuǎn)與尺度不變性、背景信息壓縮及變分辨率信息獲取的優(yōu)點(diǎn)[6-7]，近年來被用在激光雷達(dá)、目標(biāo)識別與自動(dòng)聚焦等領(lǐng)域[8-11]。

目前，仿人眼采樣的方式有利用MEMS鏡、復(fù)眼鏡頭、旋轉(zhuǎn)雙棱鏡等方式[12-14]。利用MEMS鏡實(shí)現(xiàn)仿人眼掃描的方式無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)大光斑與多線掃描，利用復(fù)眼鏡頭的掃描方式存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、無法改變掃描密度和步進(jìn)角度的缺點(diǎn)，利用旋轉(zhuǎn)雙棱鏡的掃描方式無法實(shí)現(xiàn)多線掃描，且雙棱鏡的安裝誤差會影響掃描精度與準(zhǔn)確度。基于以上原因，本文提出一種利用透鏡自身畸變實(shí)現(xiàn)不同視場入射光斑放大，同時(shí)利用阿貝棱鏡旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)仿人眼掃描的方法。

本文首先對仿人眼掃描原理及系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，然后對利用透鏡畸變效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非均勻仿人眼光斑掃碼進(jìn)行了理論分析，建立了透鏡表面面形求解方法，同時(shí)對仿人眼掃描系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，該方法可以通過旋轉(zhuǎn)阿貝棱鏡實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的仿人眼掃描。

1 仿人眼掃描系統(tǒng)

仿人眼掃描的原理是基于人眼視網(wǎng)膜的非均勻特性，在中心位置感光面積小、分布密集，在外圍的感光面積大、分布稀疏。……