视觉成像是一项使运动体感知能力倍增的技术。复杂干扰动态环境下，常规的视觉成像系统存在“速度慢、抗噪弱、精度低”的技术瓶颈，而突破这一技术瓶颈的路径大致可分为两条：一是提出新的智能感知和目标识别方法，二是开发新的光学传感设备。特别是模拟自然界中生物视觉(如人眼、蝇眼、鲎眼、蛙眼等)已成为解决视觉成像领域工程实际问题的重要手段。
鹰在所有的动物中以视觉极为敏锐而著称。无论“剑翎钩爪目如电，利吻新淬龙泉锋”，还是“爪利如锋眼似铃，平原捉兔称高情”；无论“雪爪星眸世所稀，摩天专待振毛衣”，还是“草枯鹰眼疾，雪尽马蹄轻”，都是对鹰眼视觉敏锐性的精准写照。鹰眼特殊的生理学结构特点和识别机制，与强干扰环境下的快速感知和目标识别技术需求十分吻合。
▲ 不同生物的眼睛外形
在生物视觉机理及仿生技术方面研究较多的是人、鹰、蝇、蛙以及鱼等生物的视觉系统。其中，鹰的视觉系统首屈一指，具有灵敏度高、视场大、探测距离远以及识别精度高等优点。
通过借鉴自然界中的鹰眼特殊机制，跨学科模拟鹰眼视觉信息处理机制，可为视觉成像技术提供一条新颖的关键技术途径。北京航空航天大学段海滨团队结合鹰眼生理结构和行为因素，在仿鹰眼视觉信息处理方法和系统方面积累了丰富的创新研究成果。
▲ 仿鹰眼视觉信息处理框架
鹰眼机制模型与鹰眼视网膜生理结构及信息处理通路密切相关，鹰眼独特的生理结构和机制是鹰眼视觉信息高效获取和处理能力的保证，为解决大视场、高分辨率和实时性三者之间的矛盾提供了一条有启发的关键技术途径。
北京航空航天大学段海滨教授依托所主持的国家自然科学基金、国家863 计划等项目，在仿生视觉领域既坚持“聚焦前沿，独辟蹊径”，又关注“需求牵引，突破瓶颈”，十余年来跨学科研究了仿鹰眼视觉模型、技术和系统，并应用于航空、航天等领域，形成了一定的创新研究积累。
《仿鹰眼视觉及应用》（段海滨，邓亦敏，王晓华著．北京：科学出版社，2021.1）是作者团队在仿鹰眼视觉研究领域部分创新性成果的系统总结，也是国际上第一部系统介绍仿鹰眼视觉技术的学术专著。
该书从鹰眼生物学机理和认知机制出发，建立了仿鹰眼强视力智能感知模型，发明了仿鹰眼视觉成像装置，并应用于空中自主加油、自主精准着舰等领域，尝试解决“何处有何物”(Knowing What is Where by Seeing)的视觉感知难题。全书既突出了创新性又有相对系统性，既有理论性又有实用性，该书的出版对于仿生视觉成像技术的发展与应用必将起到重要作用。该书涉及内容在军、民等领域有着广阔的应用前景，适合相关领域的研究生、学者和工程技术人员参考。
中国科学院院士
2020 年4 月于武汉
《仿鹰眼视觉及应用》（段海滨，邓亦敏，王晓华著．北京：科学出版社，2021.1）共10 章，其内容基本构成了一个完整的封闭体系。本书核心内容分为仿鹰眼理论模型(对比度感应机制、颜色拮抗机制、交叉抑制机制)、仿鹰眼硬件装置和仿鹰眼典型应用三大部分，并在第10 章对该领域的研究前沿进行了分析和展望。
▲ 本书组织结构
具体来说，第一部分仿鹰眼理论模型分别对应第2 章仿鹰眼对比度感应机制的目标检测、第3 章仿鹰眼颜色拮抗与感受野轮廓提取、第4 章仿鹰视顶盖响应的初级视觉注意、第5 章仿鹰视顶盖-峡核调制显著图提取、第6 章仿鹰眼交叉抑制的动态目标感知。其中第2 章在分析鹰视觉系统的中央周边结构以及对比度感应机制基础上，提出了特征提取与目标检测模型；第3 章分析了仿鹰眼颜色拮抗与神经元感受野机制，提出了轮廓提取方法；第4 章从鹰视觉系统的视觉注意机制出发，提出了仿鹰视顶盖神经元响应统计特性的初级视觉注意模型；第5 章在分析视顶盖核团作用的基础上，提出了仿鹰视顶盖细胞响应统计特性的初级视觉注意计算方法；第6 章在分析鹰眼运动敏感特性以及交叉抑制机制基础上，建立了动态目标感知方法。
▲ 仿鹰眼双目目标跟踪和速度检测系统
第二部分仿鹰眼硬件装置对应于第7 章仿鹰眼-脑-行为视觉成像，本书在该章中给出了模拟鹰眼生理构造特点设计并建立的仿鹰眼-脑-行为视觉成像装置和仿鹰眼双小凹光学成像系统。
▲ 仿鹰眼-脑-行为视觉成像装置及方法框架
第三部分仿鹰眼典型应用对应于第8 章仿鹰眼视觉的空中加油目标检测、第9 章仿鹰眼视觉的自主着舰导引。其中第8 章给出了针对空中加油任务背景仿鹰眼视觉技术的应用验证；第9 章给出了针对着舰引导任务背景仿鹰眼视觉技术的应用验证。
▲ 仿鹰眼视觉的空中加油目标检测
本书按照分析、改进、应用、实现的研究路线展开，内容自成体系，取材新颖，撰写过程中力求以点带面，并注重知识的系统性。旨在为广大读者提供一部关于仿鹰眼视觉技术的较为系统的学术著作，为从事仿生视觉研究的科技工作者和广大读者提供理论基础、技术支撑和实践参考。
本文摘编自《仿鹰眼视觉及应用》（段海滨，邓亦敏，王晓华著．北京：科学出版社，2021.1）一书“前言”“序”“第1章 绪论”，有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-067138-7
责任编辑：钱 俊 孔晓慧
本书系统深入地阐述了仿鹰眼视觉原理、理论、模型、方法、技术、系统及典型应用。全书共10 章，首先概述了仿鹰眼视觉技术的新进展，在分析鹰眼生理结构和功能特点的基础上，研究并建立了鹰眼视觉理论模型，分析了鹰眼-脑-行为的通路特性，设计并实现了仿鹰眼-脑-行为视觉成像系统。针对目标识别、特征提取等关键技术难题，提出了仿鹰眼视觉强视力智能感知方法，并通过空中加油和自主着舰等典型应用场景验证了相关技术。本书突出前沿学科交叉，强调问题驱动和工程应用背景，力求使广大读者能快速掌握和应用仿鹰眼视觉的理论、模型、方法和关键技术。
本书可作为智能科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程、光学工程、电子科学与技术、仪器科学与技术、动物科学、认知科学、系统科学、航空宇航科学与技术等相关学科领域科研工作者、工程技术人员、高等院校师生的参考书，也可作为研究生和高年级本科生的教科书。
（本文编辑：刘四旦）
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