受生物启发的人工视觉研究已经产生了具有低光学像差、宽视场和紧凑外形的创新机器人视觉系统。然而，在复杂背景和不同光照下的物体检测和识别方面仍然存在挑战。受猫科动物眼睛的启发，该眼睛具有垂直细长的瞳孔和绒毡层，本研究引入了一种人工视觉系统，旨在在单眼框架内实现卓越的物体检测和识别。该系统使用狭缝状椭圆孔径和半球形硅光电二极管阵列下方的图案化金属反射器，减少了过多的光线，提高了光敏性。这种设计在明亮的光线下实现了清晰的聚焦，在昏暗的条件下提高了灵敏度。理论和实验分析表明，该系统能够过滤冗余信息并在不同光照下检测伪装物体，这代表了单眼相机技术的重大进步和仿生学在光学创新中的潜力。

基于视觉的自动驾驶汽车、无人机和移动机器人的操作策略已经迅速发生了革命性的变化。这些机器人系统需要主动提取和分析用于物体检测/跟踪/识别的关键视觉信息，并对下一个动作进行自主决策，而不是被动地获取图像数据（例如形状、光强和颜色）。然而，在各种环境和照明条件下（例如，室内和室外以及白天和夜间），这些任务变得非常困难。这种可变性会严重影响目标对象与其背景之间的对比度，主要是由于明亮条件下的像素饱和度和黑暗条件下的低光电流。

物体通常会与其背景产生模糊的边界，这给检测和区分带来了挑战。当物体的纹理与其背景相似时，这些挑战可能会进一步放大，导致不希望的伪装效果。为了尽量减少这些问题，人工视觉系统通常采用计算机视觉技术，如高动态范围成像、后处理（即空间滤波和深度学习方法）和基于双目视觉的伪装破坏技术。然而，使用这些计算机视觉技术分离背景和对象需要高计算成本和大功耗。因此，非常需要能够自行打破伪装的硬件。

在自然界中，动物为了生存已经适应了生态复杂的环境。因此，通过长期进化，已经开发出针对其栖息地优化的独特视觉系统。这些自然视觉系统可以提供潜在的解决方案，以解决传统人工视觉系统在景深（DoF）、视场（FoV）和光学像差方面的局限性。例如，受鱼眼启发的渐变折射率球透镜在小尺寸内提供了宽视场。还提出了提高光敏性的策略，例如受象鼻鱼视网膜启发的光捕获微镜的设计和受螳螂虾眼睛启发的对数光响应策略。此外，受墨鱼眼睛启发的“W”形瞳孔补偿了垂直不均匀的照明，从而提高了成像质量。在这方面，研究人员提出了在不同光照条件下针对伪装破坏进行优化的自然视觉系统，旨在构建具有伪装破坏能力的先进人工视觉系统。

一些体型较小的伏击捕食者，往往有一个垂直的瞳孔（VP）。这些细长形状的瞳孔具有功能优势，例如不对称的DoF和对目标物体的高清晰度聚焦。这使得即使在自然环境中伪装猎物，也能很容易地检测到猎物。一些在黑暗环境中活动的动物，如猫头鹰和夜猫子，在视网膜后面有一个光子结构（即绒毡层），充当生物光反射器。因此，视网膜可以吸收来自绒毡层的入射光和反射光，这提高了在黑暗环境下识别目标物体的视觉灵敏度。家猫属于黄昏伏击捕食者，主要在黎明和黄昏活动，具有这两个独特的特征（即VP和绒毡层灵芝）。

在明亮的条件下，猫的瞳孔会收缩形成一个垂直的狭缝状形状，这可以防止多余的光线刺眼，同时实现伪装的破坏。在昏暗的条件下，瞳孔完全扩张成圆形，以确保足够的光接收，这种完全扩张的瞳孔也有利于伪装破坏。此外，绒毡层将穿过视网膜的入射光反射回视网膜。这就是为什么猫的眼睛在夜间发光。

研究人员介绍了一种受猫眼睛启发的人工视觉系统。人工视觉系统由两部分组成：一个具有定制孔径（例如椭圆形、全开口圆形和小圆形孔径）的光学透镜，以及一个结合了图案化银反射器的半球形硅光电探测器阵列。与猫的瞳孔类似，可变光圈调节入射光强度，实现不对称的自由度。该系统在目标成像方面表现出色，其独特的VP增强了物体与背景的对比度，为克服伪装提供了有效的解决方案。

光电二极管阵列的半球形形状类似于猫的视网膜，最大限度地减少了光学像差，并减少了对复杂透镜配置的需求。此外，使用超薄硅图像传感器导致的次优光敏性的挑战可以通过二次光吸收来解决。

受绒毡层启发的图案化银反射器集成在像素化有源区后面，这种人造绒毡层在可见光波长范围内的光吸收效率提高了52%。该系统可以调整其成像功能，类似于猫眼如何适应环境，并始终保持伪装破坏能力。成像演示和理论模拟证实了在各种光环境下高灵敏度的目标成像性能，证实了猫眼视觉系统的单眼伪装破坏特征。

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