自然界中生物的眼睛大致上可以分为两类:人类的单眼和昆虫的复眼。眼睛作为一种主要的目视光学系统,在对目标进行观察时,尽可能选择视场角较大的光学系统,便可以同时获得更多的图像信息。大视场成像光学系统在结构设计上可以采用单孔径结构和复眼光学系统结构。人类的单眼在几何光学中可对应为单孔径光学系统,根据几何光学的基本定律,单孔径光学系统的视场角越大,对应的系统焦距越小,边缘光学系统的畸变也就越大,成像质量就越差。因此,光学工程师在进行大视场光学系统设计时,若采用单孔径光学系统,通常需要对图像作畸变校正处理。单孔径光学系统通常受限于系统的体积和衍射极限,在有些需要大视场成像的地方,却难以正常投入使用。后来,生物学家通过研究发现昆虫复眼具有体积小、视场大、灵敏度高的特点,于是便对复眼展开了研究。目前,国内外的研究学者对于复眼的研究主要集中在工艺与结构上。虽然,已经有部分研究成果投入到实际的运用,但是仿生复眼理论与光学加工还存在较大的问题。本文就复眼光学系统的结构设计以及图像拼接技术展开相应的研究。曲面复眼结构相对于单孔径大视场光学系统,不仅提高了系统的分辨率,而且更容易获得图像的空间信息。本文采用单孔径光学系统与曲面复眼结构分别设计了一套光学系统。在设计单孔径光学系统时,采用已知专利中的结构进行焦距缩放,得到了80度视场的单孔径光学系统。在进行曲面复眼光学系统设计时,通过对昆虫复眼的生物特性与光学特性进行研究,得到了仿生复眼系统的结构模型。并通过仿生复眼理论公式结合视场拼接的临界条件,在满足80度视场角的情况下,设计了一套包含三环透镜组的复眼光学系统。理论分析完成后,通过光学设计软件ZEMAX对以上的两套光学系统进行光线追迹,采用软件自带的评价函数优化设计的系统,并通过弥散斑图像和调制传递函数曲线(MTF)进行像质评价。评价的结果显示,本文设计的光学系统满足目视成像光学系统的使用需求。在设计完成后,通过相应的结构与工业相机相结合分别模拟平面复眼光学系统与曲面复眼光学系统成像,并获得平面复眼图像与曲面复眼图像,为下一步的图像拼接打下基础。模拟实验完成以后,通过尺度不变特征变换算法(SIFT)提取图像的特征点,根据特征点确定的特征区域得到视场重叠区域的范围。最后将重叠的区域进行融合处理,以其中的一幅图像为模板,另一幅图像采取相应的变换,并作空间交叠融合后,两幅图像便完成了图像拼接。重复以上步骤,便可以完成多图像的拼接。结果表明,仿生复眼理论是可行的,并且拼接的视场无盲区。