昆虫复眼显微镜观察技术及其应用

蜻蜓的复眼

蜻蜓的复眼中一共有两万只到一万八千只左右的小眼睛，是一般昆虫复眼的十倍。

蜻蜓的视觉非常灵敏，其头部的大部分都被一对大大的复眼占据了。每个复眼是由许多小眼组成，数目由10至3万个不等。每一小眼都是一架小型照相机，周围的物体不断被摄入，形成图象。它能看到6米以内的东西。

整个复眼为球形，其弧形的表面可照顾到各个方向，加之蜻蜓的大脑袋能自如转动，使蜻蜓的视野非常开阔。

复眼除了能感受到物象外，还能测速，当物体在复眼前移动时，每一小眼依次产生出反应，经过加工，就能根据连续出现于小眼中的形象和时间，确定出目标物体的运动速度。

蜻蜓的眼睛是复眼，每个小眼睛都是一个视觉单位分集光和感光两部分，由小眼传入的光点刺激视神经，造成光点的影象，与电视荧光屏上由许多光点组成的图象相仿。

复眼的优点是能够为动物提及广阔的眼界，并可以有效的计算自身与所观察物体的方位、距离，从而由利于复眼类昆虫作出更快速的判断和反应。复眼的空间分辨率往往不及人的眼睛，但时间分辨率上也要优越许多，能高10倍。

复眼把这些局部集合到一起，看东西的速度就特别快。而且构造非常奇特：上部分看远处,下部分看近处.这样它在空中捕捉小虫时,便能得心应手,百发百中,从不落空.再配合头部左右转动，有这样两只敏锐的大眼睛，也便于提防要捕捉蜻蜓当食物的敌人。这也使得它们成为昆虫界的捕虫高手。

所有陆生脊椎动物（如猫、狗等）都有简单的眼睛，而有视力的昆虫以及其他一些生物的眼睛却拥有特殊复杂的结构，称为“复眼”。

复眼由小眼（Ommatidia）组成，小眼是一个细小的独立感光结构，由角膜、晶状体及感光细胞组成，能够分辨光暗及颜色，但无法有效成像。昆虫的小眼面一般呈六角形，它的数目、大小和形状在各种昆虫中差别很大，雄性介壳虫的复眼仅由数个圆形的小眼组成。复眼视觉所看到的影像其实是由众多小眼所提供的信息组成。

昆虫的复眼结构。请注意，复眼由数百或更多单独的小眼组成，在某些方面，这些眼睛的结构比人眼结构更复杂。1

视觉--昆⾍--复眼

昆⾍界

1.复眼（Compound eye）是相对于单眼⽽⾔的，它由多数⼩眼组成。每个⼩眼都有⾓膜、晶椎、⾊素细胞、视⽹膜细

胞、视杆等结构，是⼀个独⽴的感光单位。轴突从视⽹膜细胞向后伸出，穿过基膜汇合成视神经。⼀些节肢动物的复眼中含有

⾊素细胞，光线强时⾊素细胞延伸，只有直射的光线可以射到视杆，为视神经所感受，斜射的光线被⾊素细胞吸收，不能被视

神经感受。这样每个⼩眼只能形成⼀个像点，众多⼩眼形成的像点拼合成⼀幅图像。光线弱时，⾊素细胞收缩，这样通过每

个 复眼

⼩眼射⼊的光线，除直射的光线到达视杆，光线还可通过折射进⼊其他⼩眼，使附近每个⼩眼内的视杆都可以感受相邻⼏个⼩

眼折射的光线。这样在光线微弱时，物体也能成像。家蝇的复眼由4000个⼩眼组成，蝶、蛾类的复眼有28000个⼩眼。⼩眼

⾯的⼤⼩，不但在不同种的昆⾍中不同，⽽且同⼀个复眼中不同部位的⼩眼⾯也可不同，如雄性⽜虻，复眼背⾯的⼩眼⾯较

⼤；有些⽑蚊（Biblio），其前后部的⼩眼⾯的⼤⼩也不同，可划分为两个区域。这些变化与它们的⽣活习性等有关。 2.

视觉传感器。由多个光感或多个红外传感器组成。可以传感⼀条线或⼀个⾯的光值或红外线。

⼈眼是进化了的复眼

●⼀直以来，我们都认为“复眼”只是“昆⾍”等的专利，⼈的眼睛是“单眼”/“摄像头眼”。 ●因为像“蜻蜓”、“苍蝇”的“眼睛”在显

微镜下，是由很多个“独⽴眼睛”构成的⼀个“整体眼睛”，每个“独⽴眼”都发挥着⼀个“眼睛”的“功能”。⽽我们⼈类的眼睛在“显微

镜”下是⼀个像“单孔摄像头”的“眼睛”，所以⼈们就将我们的“眼睛”说成是“摄像头眼”。 ●然⽽当您做完以下的实验，您即将

改变以前的看法。我们拿⼀根不细不粗的线，如⽿机线。然后闭上⼀只眼睛，将⽿机线凑到“眼前”，这时候，你将会发现，你

是可以“透过”⽿机线，看到“后⾯”的东西的，⽽且就算是它编成了“⽹状”，我们也依然能够透过它，看到背后的东西。然⽽“摄

复眼阵列概念

复眼阵列是一种仿生学技术，它是以昆虫的复眼为蓝本设计的人造复眼。复眼是昆虫独有的视觉系统，它具有多个小型独立的成像单元，可以增加视野范围和分辨率。在工程应用中，复眼阵列被用来提高机器视觉的分辨率和视野范围。

复眼阵列由许多微型摄像机和透镜组成的阵列，每个摄像机和透镜都与一个电子显微镜类似，可以管理一个像素区域。一般而言，复眼阵列根据昆虫复眼的特点而设计，建立了一种独特的成像单元布局方式。

在复眼阵列中，每个成像单元都可以控制光线的进入和退出。每个成像单元内部都由微型透镜和光传感器组成，在光传感器收集光线的过程中，透镜将光线导入光传感器，从而产生像素图像。随着阵列中成像单元的数量增加，复眼阵列的分辨率和视野范围都会增加。

复眼阵列的特点主要有以下几个方面：

1.高分辨率。复眼阵列可以通过增加成像单元数量和缩小单元的尺寸来提高分辨率。一些复眼阵列已经可以提供数千万像素的分辨率水平。

2.广阔的视野。由于成像单元的多样性和分布方式，复眼阵列可以提供广阔的视野范围。这对于机器视觉应用非常重要，可以帮助机器进行更全面的图像获取和分析。

3.多目标追踪。由于每个成像单元在阵列中的独立性，复眼阵列对于同时对多个目标进行跟踪非常有效。

4.低功耗。复眼阵列的每个成像单元都非常小，因此每个电路的功耗也很低，可以极大地节省能源。

复眼阵列在工业机器视觉、无人机和机器人技术等领域中有着广泛的应用。在工业视觉中，复眼阵列可以用于远程检测和实时故障检测。在无人机和机器人技术中，复眼阵列可以帮助无人机和机器人快速获取周围环境的信息，进行智能导航和目标追踪等操作。

总之，复眼阵列是一种非常有前途的仿生学技术。虽然现在的复眼阵列系统仍然面临一些技术挑战，例如如何有效地集成成像单元等问题，但它未来的前景是非常广阔的。相信复眼阵列将在未来的工业生产、无人机和机器人领域中有着更广泛的应用。

第1篇

一、实验目的

通过本次实验，了解昆虫的基本形态结构，观察昆虫的头部、胸部、腹部等部位的特征，以及昆虫的足、翅等运动器官，从而加深对昆虫形态结构的认识。

二、实验材料

1. 昆虫标本：蝗虫、瓢虫、蝴蝶等；

2. 放大镜；

3. 记录本；

4. 镜台；

5. 毛刷。

三、实验步骤

1. 观察昆虫整体形态

首先，观察昆虫的整体形态，了解昆虫的体型、颜色、翅膀等特征。例如，蝗虫呈绿色或棕色，体型扁平，翅膀狭长，具有保护作用。

2. 观察昆虫头部

使用放大镜观察昆虫头部，了解头部的基本结构。昆虫头部主要由以下部分组成：

（1）触角：昆虫的触角具有触觉和嗅觉功能，可以感知周围环境。蝗虫的触角较长，呈丝状；瓢虫的触角较短，呈锤状。

（2）复眼：昆虫的复眼具有成像功能，可以观察周围环境。蝗虫的复眼较大，呈圆形；瓢虫的复眼较小，呈椭圆形。

（3）口器：昆虫的口器包括上颚、下颚、舌等，用于取食。蝗虫的口器为咀嚼式口器，适合咀嚼植物；瓢虫的口器为刺吸式口器，适合吸取植物汁液。

3. 观察昆虫胸部

使用放大镜观察昆虫胸部，了解胸部的基本结构。昆虫胸部主要由以下部分组成： （1）翅：昆虫的翅具有飞行功能，分为前翅和后翅。蝗虫的前翅狭长，后翅薄膜状，适合飞行；瓢虫的前翅硬质，后翅薄膜状，适合跳跃。

（2）足：昆虫的足分为前足、中足和后足，均分节，具有运动功能。蝗虫的足发达，适合跳跃；瓢虫的足较短，适合行走。

4. 观察昆虫腹部

使用放大镜观察昆虫腹部，了解腹部的基本结构。昆虫腹部主要由以下部分组成：

（1）气门：昆虫的气门用于呼吸，位于腹部。蝗虫的气门呈圆形，瓢虫的气门呈椭圆形。

（2）生殖器官：昆虫的生殖器官位于腹部，用于繁殖后代。

5. 观察昆虫足、翅等运动器官

观察昆虫足、翅等运动器官，了解其运动方式。例如，蝗虫的足适合跳跃，瓢虫的翅适合飞行。

四、实验结果与分析

1. 昆虫头部具有触角、复眼、口器等结构，具有触觉、嗅觉、视觉等功能。