2024年度眼睛与仿生学教案教学设计.pptx

眼睛与仿生学教案教学设计12024/3/24

CATALOGUE目录课程介绍与目标眼睛结构与功能仿生学原理及应用眼睛在仿生设计中的应用实验方法与步骤课程总结与拓展延伸22024/3/24

01课程介绍与目标32024/3/24

眼睛与仿生学关系眼睛的生物结构与功能详细介绍眼睛的构造、视觉原理及其生物功能，为后续的仿生学应用打下基础。仿生学的概念与应用阐述仿生学的定义、发展历程以及在不同领域中的应用，引导学生理解仿生学的意义。眼睛与仿生学的结合通过案例分析，展示如何从眼睛的生物特性中汲取灵感，应用于仿生学研究和设计。42024/3/24

掌握眼睛的基本构造和视觉原理，了解仿生学的基本概念和应用领域，理解眼睛与仿生学的关系。知识目标培养学生观察、分析和解决问题的能力，提高学生的创新能力和实践能力。能力目标激发学生对自然科学的兴趣，培养学生的探索精神和团队合作意识。情感目标教学目标与要求52024/3/24

课程安排本课程共分为四个部分，包括眼睛的生物结构与功能、仿生学的概念与应用、眼睛与仿生学的结合以及实践项目。每个部分包含若干个子主题，逐步深入讲解。时间安排本课程计划用时32学时，其中理论授课24学时，实践项目8学时。具体的时间安排将根据学校的课程计划和学生的实际情况进行调整。课程安排与时间62024/3/24

02眼睛结构与功能72024/3/24

眼球结构及作用巩膜睫状体构成眼球壁外层，维持眼球形状和保护眼内组织。分泌房水和调节晶状体曲度，维持眼内压和清晰度。角膜虹膜视网膜位于眼球前部，透明无血管，具有屈光和保护作用。控制瞳孔大小，调节进入眼内的光线量。包含感光细胞，将光信号转化为神经信号传递给大脑。82024/3/24

光线通过角膜和晶状体折射，聚焦在视网膜上形成物像。视网膜上的感光细胞对光线进行光电转换，产生神经信号。神经信号通过视神经传递给大脑进行识别，形成视觉感知。视觉形成原理92024/3/24

折射定律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射角和折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。眼睛通过调节晶状体曲度来改变焦距，使得不同距离的物体都能在视网膜上清晰成像。光线在同种均匀介质中沿直线传播，遇到不同介质界面时发生折射。光线传播和折射102024/3/24

03仿生学原理及应用112024/3/24

研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。从古代模仿生物形态的初级阶段，到现代结合生物学、数学、力学、计算机科学等多学科的深入研究，仿生学经历了漫长的发展历程。仿生学定义及发展历程发展历程仿生学的定义122024/3/24

生物视觉系统的特点高灵敏度、高分辨率、宽视角、快速响应等。仿生设计的应用借鉴生物视觉系统的特点，设计出高性能的仿生眼睛，如人工复眼、鱼眼镜头等。生物视觉系统启发下的仿生设计132024/3/24

由多个小眼组成，具有宽视角、高灵敏度等特点，被应用于军事侦察、安全监控等领域。昆虫复眼模仿鱼眼的视角设计，具有超广角的视野范围，被应用于摄影、电影等领域。鱼眼镜头典型案例分析：昆虫复眼、鱼眼镜头等142024/3/24

04眼睛在仿生设计中的应用152024/3/24

人造瞳孔技术是通过模仿人眼瞳孔的调节功能，设计出能够自动调节光通量的仿生瞳孔。该技术主要应用于光学系统、摄像头、望远镜等领域，以提高成像质量和视觉效果。人造瞳孔技术的实现方式包括机械式、液晶式、微机电系统等多种方案。人造瞳孔技术162024/3/24

视觉传感器是一种能够模拟人眼视觉功能的传感器件，具有图像采集、处理、传输等功能。视觉传感器的设计需要考虑光学系统、图像传感器、数字信号处理器等多个方面。视觉传感器在机器人、智能家居、安防监控等领域有着广泛的应用前景。视觉传感器设计172024/3/24

图像处理算法优化图像处理算法是通过对图像进行数字化处理，提取有用信息并改善图像质量的技术。在仿生设计中，图像处理算法的优化可以提高视觉传感器的成像质量和识别准确率。图像处理算法的优化方向包括去噪、增强、分割、特征提取等多个方面。182024/3/24

05实验方法与步骤192024/3/24

高速摄像机、红外测距仪、仿生眼球模型、计算机等。实验器材搭建环境软件配置实验室或教室内，确保环境安静、光线适宜，准备好实验台和必要的电源插座。安装图像处理软件、数据分析软件等，确保计算机能够正常运行实验程序。030201实验器材准备和搭建环境配置202024/3/24

数据处理对采集到的数据进行预处理，如去噪、滤波等，以提高数据质量。数据采集使用高速摄像机和红外测距仪记录眼球运动数据，包括眼球位置、速度、加速度等。数据分析利用图像处理技术和数据分析软件对处理后的数据进行深