【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学成像领域，具体是涉及一种基于介电弹性体的柔性仿生成像系统及其自动聚焦闭环控制方法。
技术介绍
1、随着科学技术的不断发展进步，机器人已在工业、军事、医疗、服务等行业等到的研究及应用。对于机器人而言，视觉系统是其获取外部信息的重要组成部分。
2、目前，主流的视觉系统采用两个摄像机，通过控制两个摄像机的相对运动来获取图像，后续在对图像进行处理，视觉系统的变焦是通过不同凹凸镜的组合构成光学系统来实现。主流的视觉系统具有仿生特性差、结构复杂、响应速度慢等不足。近年来国内外学着提出了液体变焦透镜成像。
3、比如，2014年浙江大学的梁丹等人设计了一种基于大眼模型的聚合物可调透镜的生物学集成光学系统，光学系统的焦距范围为17.3到24.5mm。该系统集成了声圈驱动的变形透镜、pmma“角膜”透镜和一个商业图像传感器。该系统只实现了一个焦距的变化，并没有实现孔径变化，且驱动方式复杂。
4、比如，2016年petsch等人报道的工程眼球，其将液晶弹性体(liquid crystalelastomer，lce)驱动的可调虹膜和可变焦透镜、镜片组以及cmos传感器集成在一个直径为7cm的仿生眼球器件中。由于液晶弹性体响应速度慢，且焦距的变化范围最大仅为10％，此系统无法像人眼一样实现视觉的灵活调整。而且此系统中仍然具有大量的刚性结构，生物兼容性和耐冲击特性较差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现焦距的双向大范
2、本专利技术的上述目的之一通过以下技术方案来实现：
3、一种基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，包括柔性仿生镜头、cmos图像传感器、显示模块、图像处理与控制模块、高压模块；所述柔性仿生镜头整体由柔性材料制成；柔性仿生镜头包括前后依次固定连接的柔性透镜、第一柔性连接环、柔性可调光圈、第二柔性连接环、柔性变焦透镜、第三柔性连接环；所述柔性变焦透镜采用中间一层导电光学液体和两侧二层驱动薄膜的结构，通过对两层驱动薄膜单独控制，实现系统焦距的增加或减小以及像差的动态矫正；所述柔性可调光圈采用仿生虹膜结构，通过施加电压改变孔径大小；
4、所述柔性仿生镜头的后部与cmos图像传感器直接连接；cmos图像传感器与显示模块及图像处理与控制模块均通过usb连接；图像处理与控制模块与高压模块通过串口连接；高压模块与柔性变焦透镜和柔性可调光圈均通过导线连接；
5、所述柔性仿生镜头，用于采集图像信息；所述cmos图像传感器，用于接收柔性仿生镜头采集的图像信息并进行成像；所述显示模块，用于接收cmos图像传感器输出的图像，并进行显示；所述图像处理与控制模块，用于对cmos图像传感器输出的图像进行数据处理，并由控制模块发送相应的控制指令给高压模块；所述高压模块，用于根据接收到不同的指令实现不同的电压调节，并发出电控制信号给柔性变焦透镜实及柔性可调光圈，分别实现焦距调节和孔径调节。
6、而且，所述柔性透镜、柔性变焦透镜、柔性可调光圈、第一柔性连接环、第二柔性连接环和第三柔性连接环具有相同的外径。
7、而且，所述柔性变焦透镜包括第一柔性电极、第二柔性电极、第一介电弹性体薄膜、第二介电弹性体薄膜、第一柔性框架、第二柔性框架、第三柔性框架、透明导电填充液；三个柔性框架均为圆环形，第一柔性框架和第三柔性框架为薄片形；第二柔性框架的内孔采用锥孔，第二柔性框架的大端孔径与第一柔性框架的内孔孔径一致，第二柔性框架的小端的孔径与第三柔性框架的内孔孔径一致；第一介电弹性体薄膜的一侧胶合在第二柔性框架的大端，另一侧胶合在第一柔性框架的一侧；第一柔性电极嵌装定位于第一柔性框架的内孔中，并引出导线，所述第一柔性电极与第一介电弹性体薄膜固定连接；第二介电弹性体薄膜的一侧胶合在第二柔性框架的小端，另一侧胶合在第三柔性框架的一侧；第二柔性电极嵌装定位于第三柔性框架的内孔中，并引出导线，所述第二柔性电极与第二介电弹性体薄膜胶合连接；第一介电弹性体薄膜和第二介电弹性体薄膜将第二柔性框架的中空密封为填充腔，在填充腔内填充有透明导电填充液。
8、而且，所述第一柔性框架和第三柔性框架的厚度均小于0.1mm；所述第一柔性电极为不透明电极或柔性透明凝胶电极，当第一柔性电极采用不透明电极，其材质采用碳粉、石墨烯、银纳米线或金属粉末，其形状为环形；当第一柔性电极采用柔性透明凝胶电极，其形状为圆形或环形；所述第二柔性电极为柔性透明凝胶电极，所述第二柔性电极形状为圆形。
9、而且，所述柔性可调光圈包括第四柔性框架、第五柔性框架、柔性开放框架和第三介电弹性体薄膜；所述第四柔性框架、第五柔性框架和柔性开放框架均呈圆环形；所述柔性开放框架由环形框架边及连接框架边内侧沿圆周方向均布设置的大于等于4块以上的偶数块扇形片构成，相邻的扇形片之间留有间隙，多块扇形片区域构成开放区，多块扇形片内部围成孔径可调的中心孔；所述第三介电弹性体薄膜由环形框架边及连接框架边内侧沿圆周方向均布设置多块扇形介电弹性体薄膜片构成，所述第三介电弹性体薄膜以多块扇形介电弹性体薄膜片与柔性开放框架的数块扇形片一一对应的方式粘接于柔性开放框架的开放区，第三介电弹性体薄膜的两侧涂覆有黑色电极；第四柔性框架和第五柔性框架与柔性开放框架的两侧粘连连接。
10、而且，所述柔性开放框架由厚度由小于0.2mm的pet塑料片经激光切割制得。
11、本专利技术的上述目的之二通过以下技术方案来实现：
12、一种基于上述介电弹性体的柔性仿生成像系统的自动聚焦闭环控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
13、步骤1、通过柔性仿生镜头采集图像信息；
14、步骤2、通过cmos图像传感器将接收到的柔性仿生镜头采集的图像信息进行成像，并将成像图像传输至显示模块进行显示及传输给图像处理与控制模块；
15、步骤3、通过图像处理与控制模块对采集到的图像进行清晰度评价和自动聚焦算法的控制，并发出相应的控制指令，以电压为控制步长，控制模块调节高压模块的输出值；通过高压模块驱动柔性变焦透镜，改变第一介电弹性体薄膜和第二介电弹性体薄膜表面曲率，实现焦距变化，形成闭环控制，直到完成聚焦。
16、而且，进行聚焦的闭环控制过程为：
17、1)在第一介电弹性体薄膜和第二介电弹性体薄膜均未驱动的情况下，获取第一帧清晰度值f(1)；
18、2)给第一柔性透明离子凝胶体和透明导电填充液通电，驱动第一介电弹性体薄膜，对第一介电弹性体薄膜施加步长δv，获取第二帧清晰度值f(2)；
19、3)比较f(2)和f(1)大小；若f(2)>f(1)，则认为清晰度增加，未达到峰值点，继续对第一介电弹性体薄膜施加步长δv，此时清晰度值大于前一点清晰度的值，直到f(i本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：包括柔性仿生镜头、CMOS图像传感器、显示模块、图像处理与控制模块、高压模块；所述柔性仿生镜头整体由柔性材料制成；柔性仿生镜头包括前后依次固定连接的柔性透镜、第一柔性连接环、柔性可调光圈、第二柔性连接环、柔性变焦透镜、第三柔性连接环；所述柔性变焦透镜采用中间一层导电光学液体和两侧二层驱动薄膜的结构，通过对两层驱动薄膜单独控制，实现系统焦距的增加或减小以及像差的动态矫正；所述柔性可调光圈采用仿生虹膜结构，通过施加电压改变孔径大小；
2.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述柔性透镜、柔性变焦透镜、柔性可调光圈、第一柔性连接环、第二柔性连接环和第三柔性连接环具有相同的外径。
3.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述柔性变焦透镜包括第一柔性电极、第二柔性电极、第一介电弹性体薄膜、第二介电弹性体薄膜、第一柔性框架、第二柔性框架、第三柔性框架、透明导电填充液；三个柔性框架均为圆环形，第一柔性框架和第三柔性框架为薄片形；第二柔性框架的内孔采用锥孔，第
4.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述第一柔性框架和第三柔性框架的厚度均小于0.1mm；所述第一柔性电极为不透明电极或柔性透明凝胶电极，当第一柔性电极采用不透明电极，其材质采用碳粉、石墨烯、银纳米线或金属粉末，其形状为环形；当第一柔性电极采用柔性透明凝胶电极，其形状为圆形或环形；所述第二柔性电极为柔性透明凝胶电极，所述第二柔性电极形状为圆形。
5.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述柔性可调光圈包括第四柔性框架、第五柔性框架、柔性开放框架和第三介电弹性体薄膜；所述第四柔性框架、第五柔性框架和柔性开放框架均呈圆环形；所述柔性开放框架由环形框架边及连接框架边内侧沿圆周方向均布设置的大于等于4块以上的偶数块扇形片构成，相邻的扇形片之间留有间隙，多块扇形片区域构成开放区，多块扇形片内部围成孔径可调的中心孔；所述第三介电弹性体薄膜由环形框架边及连接框架边内侧沿圆周方向均布设置多块扇形介电弹性体薄膜片构成，所述第三介电弹性体薄膜以多块扇形介电弹性体薄膜片与柔性开放框架的数块扇形片一一对应的方式粘接于柔性开放框架的开放区，第三介电弹性体薄膜的两侧涂覆有黑色电极；第四柔性框架和第五柔性框架与柔性开放框架的两侧粘连连接。
6.根据权利要求5所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述柔性开放框架由厚度由小于0.2mm的PET塑料片经激光切割制得。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的介电弹性体的柔性仿生成像系统的自动聚焦闭环控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于权利要求1-6任一所述的介电弹性体的柔性仿生成像系统的自动聚焦闭环控制方法，其特征在于：进行聚焦的闭环控制过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：包括柔性仿生镜头、cmos图像传感器、显示模块、图像处理与控制模块、高压模块；所述柔性仿生镜头整体由柔性材料制成；柔性仿生镜头包括前后依次固定连接的柔性透镜、第一柔性连接环、柔性可调光圈、第二柔性连接环、柔性变焦透镜、第三柔性连接环；所述柔性变焦透镜采用中间一层导电光学液体和两侧二层驱动薄膜的结构，通过对两层驱动薄膜单独控制，实现系统焦距的增加或减小以及像差的动态矫正；所述柔性可调光圈采用仿生虹膜结构，通过施加电压改变孔径大小；
2.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述柔性透镜、柔性变焦透镜、柔性可调光圈、第一柔性连接环、第二柔性连接环和第三柔性连接环具有相同的外径。
3.根据权利要求1所述的基于介电弹性体的柔性仿生成像系统，其特征在于：所述柔性变焦透镜包括第一柔性电极、第二柔性电极、第一介电弹性体薄膜、第二介电弹性体薄膜、第一柔性框架、第二柔性框架、第三柔性框架、透明导电填充液；三个柔性框架均为圆环形，第一柔性框架和第三柔性框架为薄片形；第二柔性框架的内孔采用锥孔，第二柔性框架的大端孔径与第一柔性框架的内孔孔径一致，第二柔性框架的小端的孔径与第三柔性框架的内孔孔径一致；第一介电弹性体薄膜的一侧胶合在第二柔性框架的大端，另一侧胶合在第一柔性框架的一侧；第一柔性电极嵌装定位于第一柔性框架的内孔中，并引出导线，所述第一柔性电极与第一介电弹性体薄膜固定连接；第二介电弹性体薄膜的一侧胶合在第二柔性框架的小端，另一侧胶合在第三柔性框架的一侧；第二柔性电极嵌装定位于第三柔性框架的内孔中，并引出导线，所述第二柔性电极与第二介电弹性体薄膜胶合连接；第一介电弹性体薄膜和第二介电弹性体薄膜将第二柔性框架的中空密封为填充腔，在填充腔内填充有透明导...
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