随着微加工设备及工艺技术的不断提高和发展,微米尺寸光学器件的制备和应用成了一个重要研究领域,光学成像系统也朝着微型化、集成化和高性能的方向发展。受启于自然界节肢动物的复眼结构,国内外的学者把目光聚焦在了仿生复眼成像系统上。复眼成像系统具有小体积、多通道、大视场的特点,不仅能够观察多方位的信号,并对移动物体做出快速响应,而且还能根据各子眼之间接收到的信号差异计算出目标的空间位置,这使得复眼系统在空间导航、监控安防、医疗监测、信息提取等领域有着巨大的应用前景。近年来,研究人员提出了许多仿生复眼成像系统的设计和制备方案,一些设计方案能够实现优异的成像性能,却依赖于复杂的制备工艺或庞大的系统体积。采用曲面多焦距复眼透镜和平面图像传感器作为系统成像结构的设计,易于实现小型化集成,从而大大降低了系统制备装配的难度,但尚不能实现高精度多焦距复眼透镜的快速制备。这些都是仿生复眼成像系统在小型化集成的实际应用中,亟待解决的问题。本论文针对仿生复眼成像系统小型化集成和大视场成像的实用需求,从成像系统的多焦距结构设计、多焦距子眼的制备、曲面复制转移技术、多图像大视场拼接等方面开展研究。提出了一种多焦距曲面复眼的设计方法和非接触式热压、弹性模具转制结合的制备方法,完成了仿生复眼成像系统的小体积封装集成,满足了实时目标拍摄、同步图像拼接的需求。本文的具体研究工作如下:1)针对仿生复眼成像系统小型化集成中出现的制备难、体积大等问题,提出了一种采用多焦距子眼校正像曲面的复眼结构设计,在不添加其他光学结构基础上,以多焦距复眼单透镜实现了曲面复眼直接与商业级平面图像传感器直接适配,并通过建立多焦距复眼透镜模型,设定相关参数的约束条件,指出制备的关键和难点。随后研究了提升系统成像质量以及对其进行性能评价的方法,搭建了一套完整的复眼性能测试平台。2)针对多焦距复眼设计要求子眼曲率在一定范围内精确可控的问题,提出了一种基于非接触式热压的微透镜阵列制备方法,精确控制热压过程中微透镜曲率,即从研究聚合物流变机理和非接触式热压过程出发,分析影响透镜成型的工艺参数,通过设定聚合物填充高度解决了目前采用压差和压印时间控制透镜成型,无法获得高精度透镜曲率的问题。基于此方法,制备了焦距在0.16mm～6.25mm范围内精确可控的子眼透镜,并且在直径100-400mm的范围内,透镜高度在15μm-30μm有很好的一致性,适用于多焦距子眼的精确快速制备。3)针对多焦距复眼在曲面成型时,曲面成型曲率可控和子眼形貌转移复制精确的要求,提出了采用弹性模具转模、压差辅助成型的曲面转移复制方法,并通过实验得出曲率半径在15mm～100mm范围内可控,且子眼直径最大复制形变率不超过4.2%,实现了精确可控的曲面转移复制成型。基于此方法,制备曲面曲率为16.5、子眼焦距在0.23mm～2.09mm的多焦距复眼,并分析选用了匹配的图像传感器,完成了仿生复眼成像系统的制备,该系统最大分辨率为14lp/mm,视场角接近110°。4)针对仿生复眼成像系统的多焦距子眼成像拼接问题,研究了目前主流的几种特征点提取算法,分析了不同算法在提取特征点时的原理与特点,选取了在特征点提取时具有最优的尺寸、旋转不变性的SIFT算法,并采用了RANSAC算法优化关键点匹配正确率,以及渐入渐出融合的方式减少图像之间的缝隙和色彩亮度差异。还对成像系统进行了初步标定,为以后实现目标三维探测,进行了初步的探索。最后完成了仿生复眼成像系统的结构封装和程序封装,实现了实时目标拍摄、同步图像拼接的功能,但体积仅有29.01mm×29.18mm×43.46mm。