光电成像设备的应用场景越来越复杂,对于成像系统探测识别的远距高速、视场、分辨率等要求越来越高,传统成像系统已经不能满足当前的应用需求。具有大视场、小体积、高灵敏度等特点的仿生复眼系统开始受到广泛关注。平面仿生复眼无法发挥生物复眼大视场的优势;曲面仿生复眼结构更接近生物复眼,但其所成的曲面像无法被平面探测器接收。为了解决以上问题,发挥复眼光学结构的优势,得到大视场、高分辨率的小型化成像系统,本文围绕曲面仿生复眼成像系统所进行的具体研究内容如下:首先,分析了仿生复眼系统的研究现状,提出改进方向;研究生物复眼基本类型和成像原理;设计曲面微透镜阵列排布方式,针对所采用的间隔型圆周分层微透镜阵列排布方式,建立间隔型曲面仿生复眼设计原理数学模型;分析子眼视场与相邻子眼光轴间夹角的关系;使用曲面微透镜阵列与转像系统相结合的成像方案解决曲面微透镜阵列所成的曲面像与平面探测器不匹配的问题。其次,对系统中主要像差进行理论分析,并提出解决方法;使用光学设计软件对该系统进行仿真分析及公差分析,使其像质及可加工性都满足要求,完成系统设计。最后,搭建仿生复眼成像系统实验平台并采集图像;使用像素重排与改进迭代反投影法相结合的超分辨重建算法进行图像处理,提高像质;采用主观和客观相结合的评价方法对图像质量进行评价。设计得到的大视场曲面仿生复眼光学系统总视场为152°,组合系统焦距为61.14 mm,角分辨率为2.304",系统总长为16.39 mm。相对于传统的大视场成像系统,其畸变更小,经处理后图像的各项评价参数均高于原图。