随着工程技术的发展,视觉成像与信息处理系统在生活中得到了广泛的应用。经过长期的进化,人眼形成了独特的光学结构与视觉信息处理机制,为仿生视觉系统研究提供了新的思路和方法。本文对人眼的光学结构、成像机理与视觉信息处理机制进行系统性的分析,提出新型仿人眼光学系统设计与视觉注意建模方法,研制出基于高分子聚合物材料的固液混合多层可调透镜、仿人眼变焦距光学成像系统和仿生可调节人工晶状体,并建立基于双通道与特征融合的视觉注意模型,进行相关的仿真与实验研究,促进仿人眼视觉技术在光学、眼科学与图像处理中的应用与发展,主要内容如下:第一章,阐述本课题的相关研究背景、目的与意义,介绍仿人眼视觉技术方面的研究内容与概况,着重对变焦距光学系统、人工晶状体与视觉注意模型的国内外研究现状和主要方法进行阐述,分析仿人眼光学系统与视觉注意机理研究所面临的主要问题,并给出本课题的主要研究内容。第二章,针对可调光学透镜设计与制作的关键问题进行研究,提出新型基于高分子聚合物材料的固液混合多层可调透镜的结构原理,并对其制作工艺和调节过程展开深入研究。首先,对人眼的生理特点与光学模型进行介绍与分析,根据高分子弹性聚合物材料的特点,提出固液混合多层可调透镜的结构原理;然后,对聚合物材料的本构关系进行分析,并提出可调透镜的制作方法与工艺流程;最后,搭建可调透镜实验平台,对可调透镜的形变特点、成像效果、调焦过程进行测试,得到可调透镜负载-曲率半径-焦距的非线性变化曲线,并完成透镜光学特性的仿真实验与定量分析。第三章,根据人眼的光学结构与调焦特点,提出仿人眼光学成像系统的实现原理与研制方法。首先,进行仿人眼光学成像系统的整体结构与调焦方案设计,提出基于仿生变焦镜头的光学成像系统的实现原理与设计方法;然后,根据系统的结构特点,对关键组件进行原型样机的设计与制备;最后,针对仿人眼光学成像系统的调焦控制问题,设计仿人眼光学成像系统的焦距控制平台,对成像系统的调焦范围、成像效果、光学特性进行实验测试与仿真分析,得到仿人眼光学系统的成像特点与焦距调节规律。第四章,将聚合物可调透镜用于变倍成像系统中,提出基于聚合物可调透镜的变倍成像系统,对系统的结构特点与调节机理进行研究。针对基于可调透镜光学变倍成像系统的设计优化问题,对系统的像差理论进行分析,得出基于可调透镜的变倍系统像差优化的特点与一般原则。最后,对原型样机的变倍效果、成像质量与光学特性进行测试、仿真与分析,得到位移负载-焦距-变倍数的变化特点与调节规律。第五章,针对人眼视觉调节能力退化问题,提出仿生可调节人工晶状体的结构原理与制作工艺。首先,对人眼晶状体的结构特点与形变机理进行研究,分析晶状体的光学模型;再根据人眼晶状体特点与应用需求,提出仿生可调节人工晶状体的设计方法,并对其光学结构、制作工艺进行研究;最后,搭建仿生可调节人工晶状体测试平台,对其形变特点、调节能力、成像效果、表面粗糙度等进行实验测试与分析。第六章,对人眼的视觉注意过程与颜色拮抗机制进行分析,模拟人眼视觉感知过程的多通道特性与神经生物学机理,提出基于双通道与特征融合的视觉注意建模方法。利用多尺度对比度特征和位置特征建立预注意通路,基于高斯金字塔与多特征融合建立后注意通路,通过加权整合机制生成总显著图并确定注意区域。对算法基本原理、显著性度量和特征融合方法进行研究,与传统的视觉注意模型的处理结果进行比较,通过实验对本文模型的有效性进行验证与分析。第七章,对全文进行总结,阐述本课题的主要研究结论与创新点,并对课题后续的研究工作做出展望。