11.4　视觉仿生学的其他应用

11.4.1　鸽眼电子模型

鸽眼也有灵敏的视觉，它能在人眼视觉所不能及的距离上发现目标。鸽子眼睛视网膜上的6种神经节细胞，能分别对刺激图形的某些特征，如亮度、凸边、垂直边、边缘、方向运动和水平边等方面的刺激产生特殊的反应，所以鸽眼还能发现某一方向上的运动目标。人们对方向运动检测器具有特别的兴趣，这是因为它只能对某一方向的运动物体产生响应，而对反方向的运动视而不见。根据鸽眼的这些视觉原理制成的鸽眼电子模型，可以大大改进图像识别系统的性能。利用鸽眼能够发现定向运动目标的特性而制成的鸽眼雷达系统，能够快速发现飞入国境线的敌方飞机，而对飞出去的飞机不起反应，由此提高效率和准确度。此外，电子鸽眼还可用在计算机视觉系统或生产流水线上，自动挑选出不合格的工件，或自动消除无关的图像信息，如图11‐7所示。

图11‐7　电子鸽眼检测流水线示意图

11.4.2　蛙眼雷达

青蛙眼睛的视网膜，至少存在5种视觉细胞，分别提取图像的不同特征。这种特殊结构使蛙眼只对运动的物体敏感，对静止不动的东西则视而不见。模仿这一机理，可研发出运动目标跟踪技术及系统，如图11‐8所示，这样的跟踪系统只对运动目标（如手）敏感并实现实时检测，而对静止的目标（如房间背景）熟视无睹，因此可以大大提高运算速度和跟踪效率。

图11‐8　仿生蛙眼的运动目标跟踪技术

在此基础上，可进一步研发出电子蛙眼或蛙眼雷达，在许多场合发挥神奇的作用，特别是在军事领域具有非常重要的意义。采用蛙眼雷达，可以快速而准确地识别处于运动状态的飞机、坦克、汽车和导弹等目标，而无须对静止的地面建筑进行探测处理，也大大提高了雷达的探测信噪比、准确性和识别效率，甚至可以识别敌我飞机和真假导弹等（图11‐9）。

国外投入使用的一种人造卫星自反差跟踪系统，也是模仿蛙眼的原理制成的。在阿波罗登月计划中，要把拍摄到的大量照片发回地球，数据量十分巨大。但由于采用了蛙眼的信息处理方式，只将序列图像中不相同的或有变化的信息抽提出来，等同于蛙眼所见的运动变化的目标，而将图像中相同的信息作为静止的背景，从而大大压缩了信息发送量，并更好地克服了遥远距离发送过程中地噪声干扰，获得了理想的效果。

图11‐9　蛙眼及蛙眼雷达示意图

11.4.3　电子鹰眼

鹰眼的敏锐程度在鸟类中算得上是出类拔萃，其视力同样数倍于人类，而且视野非常广阔。在二三千米高空翱翔的雄鹰，可以很容易发现地面上的兔子等猎物。而在相同高度飞行的飞行员，单凭肉眼几乎不可能发现地面上如此不起眼的目标。如果能研制出一种类似于鹰眼的搜索系统，就能够大大提高飞行员的视力，扩大观察的视野。另外，如果在导弹的头部装配“电子鹰眼”系统，它就能像鹰眼一样自动寻找和识别地面目标，提高打击的准确性。(www.daowen.com)

11.4.4　猫眼夜视仪

猫眼在黑夜中也拥有非常良好的视觉功能，根据它对微弱光线的接收和检测机理，发明了各种各样的“猫眼夜视仪”。从字面上翻译，夜视仪应该叫做微弱光图像增强器，它不同于根据目标发出的红外线进行探测和观察的红外夜视仪，其核心部件是能将微弱光信号增强的光电倍增管等元器件，据此将微弱光线下的景物转变为明亮可视的场景并显示出来。按照夜视仪的技术发展水平，可分为三代产品。第一代夜视仪大都使用阴极真空管作为光电耦合倍增元件；第二代使用更小更好的平板型光电耦合元件代替真空光电管，图像增强放大倍率达到25000～50000倍，在微弱光线环境下的观察能力远高于第一代；第三代使用砷化镓作为光电耦合元件，阳极管表面镀有镧离子膜来延长使用寿命，目前属于尖端产品，主要装备军方。

从1996年起，美国的多种型号的先进战斗机都装备了BAE系统公司研制的“猫眼夜视仪”。在海湾战争中，美空军依仗精良的夜视装备频频发起夜间进攻，空袭基本均从日落到凌晨的夜间进行，飞行员的夜间能见度可达11公里。装备有第三代夜视仪的直升机，可在夜间做超低空飞行，既可以快速躲避雷达，又能够更加准确地打击目标。

11.4.5　鱼眼镜头

鱼眼通常位于头部两侧，大多无眼睑，不能闭合，眼睛的晶状体呈圆球形。鱼的视觉调节靠的是晶状体位置的前后移动，而不是改变晶状体的曲率半径。由于鱼眼的特殊结构，使它们在水中能够看到很大的视场范围内的景物，而不必翻身或转弯。

根据鱼眼的成像原理，人们设计出鱼眼镜头（图11‐10）。鱼眼镜头也叫全景镜头，属于短焦距超广角镜头，只是比普通超广角镜头焦距更短，视场角更大。鱼眼镜头的视场角等于或大于180°，有的可达230°。它的焦距非常短，通常在6～16mm（标准镜头是50mm左右），故而景深特别大，从镜头前1m到无限远的距离都可以形成清晰的物像。

图11‐10　鱼眼（左）与鱼眼镜头（右）

鱼眼镜头的拍摄范围极大，能使景物的透视感得到极大的夸张。鱼眼镜头原是为天文摄影的需要而设计的，现在也用于摄取大范围的全景照片或取得富有想象力的特殊效果。用鱼眼镜头拍摄的照片，虽然存在较严重的桶形畸变，但有时这种效果反而能使画面显得别有一番情趣，如图11‐11所示。

图11‐11　鱼眼镜头及全景镜头的拍摄效果图

总之，人类和动物的视觉系统是一个高度发达而又无比灵巧的感觉与知觉系统，有关视觉系统的结构和功能，还有许多课题需要更深入地研究，视觉信息应用技术的发展方兴未艾。本书就视觉及视觉信息应用技术的一些重要内容展开讨论，意在抛砖引玉。可以预言，随着科技的发展，人类必将逐步揭开视觉系统的无穷奥秘，也必将发展出更多更好的视觉应用技术，在日常生活、生产、科研乃至人类社会的各个领域获得更广泛的应用。