11.3　复眼及其仿生学应用

人是世间万物之灵。人类拥有最发达、最复杂、最有智慧的大脑，而且人类具有思维、语言和创造性。尽管如此，就身体的某些器官所具有的某些功能而言，人类在许多方面还远远不及动物。鸟和许多昆虫会飞，人就不会飞；鱼类能够自由自在地在水中生活，人如果没有潜水设备就不能长时间待在水里；冬眠的动物可以几个月不吃不喝，人几天不吃东西就没有力气；此外，蝙蝠不用眼睛也能“看见”东西；海豚也具有类似的“声呐”。就视觉系统而言，鹰眼的视力是人类的6倍；苍蝇可以高速地互相追逐；猫和狗在夜间看东西依旧能够一清二楚；蜜蜂离开蜂巢很远依旧会找到回家的路；青蛙能够对活动的飞虫快速出击而对静止的目标熟视无睹。正因为许多动物拥有如此优越的视觉，多少年来人们一直期望能够模仿它们研发出同样美轮美奂的人造装置和系统。其中，苍蝇、蚊子、蜻蜓、蜜蜂等昆虫及其他一些动物的复眼结构和功能，是视觉仿生研究及应用的一个最活跃也最成功的领域。

11.3.1　蝇眼照排技术

苍蝇是令人生厌的害虫，然而在仿生学上，它的眼睛非同寻常，大有可取之处。模仿苍蝇的复眼结构，制作出由众多透镜构成的列阵，也称蝇眼透镜。用蝇眼透镜作镜头制作出的蝇眼照相机，一次性就可照出成百上千张相同的像来。在印刷照排技术中，这种蝇眼照相机特别有用（图11‐4）。例如，如果要印100张邮票，用由100个透镜构成的蝇眼透镜一次拍照即可完成，而不必像普通照相机那样一张一张地拍摄100次。蝇眼照排技术还可用来大量复制集成电路的模板，从而大大提高质量和效率。

图11‐4　蝇眼照排技术

11.3.2　复眼与地速测量仪

象鼻虫的复眼，是一个天然的速度测量计。它根据各个小眼的测量数据，计算出自身的飞行速度。人们发现在光照刺激（输入）与象鼻虫的反应（输出）之间存在一定的数学关系，将它用数学方程表示出来，就是象鼻虫对运动检测的自相关数学模型。据此研制出一种测量飞机相对于地面的飞行速度的仪器，命名为飞机地速测量仪，如图11‐5所示。这种仪器已经在飞机上使用，其构造是在机身上安装两个互成一定角度的光电接收器，或者在机头和机尾各装一个光电接收器，依次接收地面上同一点的光信号。根据两个接收器收到信号的时间差，以及当前的飞行高度，即可计算出飞机的速度。(www.daowen.com)

图11‐5　飞机地速测量仪原理

11.3.3　鲎眼图像增强器

鲎眼也长有两只复眼，每只复眼由约1000只小眼造成。小眼与小眼之间存在着交错的侧向神经联系，各个小眼的生理机能又彼此制约、相互影响。鲎眼的这一结构特点，使之产生明显的侧抑制作用，即当一只小眼受到光刺激时，周围的那些小眼便受到抑制。换句话说，周围的这些小眼对光刺激的反应，比正常情况下兴奋性要低。凭借这一特性，鲎能够将眼睛接收到的视觉信息予以提取和处理，并使边缘的反差增强，突出轮廓，使图像看起来更清晰，从而能够更准确地捕食或更有效地逃避敌害。

人们根据鲎眼的视觉特点，建立了称为哈特兰方程的侧抑制方程，由此研制成功了鲎眼图像增强器系统，可以将模糊的照片加工成轮廓鲜明、边缘突出的清晰图像，如图11‐6所示。

图11‐6　鲎眼图像增强示意图，（a）鲎，（b）原始图像，（c）增强图像