经过千百年的进化,人类已经形成了功能完备的视觉系统,其在快速精准跟踪目标、感知与识别处理、快速切换注视点等方面表现出独一无二的优势。机器视觉的出现使机器具备了与外界环境交互的能力,但其在准确感知、运动跟踪、快速识别处理等方面存在明显的局限性。因此,深入研究人类眼球运动的神经生理机制,结合运动控制算法及计算机视觉技术,从仿生学角度构造类似人眼功能的仿生双眼具有重要的研究意义。本文重点研究了仿生眼运动控制算法,包括以下工作内容:首先,分析了仿生眼研究的背景与意义,回顾并总结了仿生眼共轭运动、非共轭运动、反射性眼球运动以及复合眼球运动的研究现状,指出了仿生眼研究的特点以及目前仿生眼研究在软件和硬件上存在的主要问题,介绍了本文的主要研究工作及章节安排。第二,从神经生理学的角度出发研究眼球运动。分析了眼球的结构,指出了眼球每一部分的功能;分析了眼外肌驱动眼球运动的运动机制。重点介绍了眼球共轭运动、非共轭运动以及反射性眼球运动的参数指标及其神经控制机制,为搭建眼球运动控制模型提供理论支持。最后分析了人类的视觉传导通路。第三,深入研究了哺乳类动物平滑追踪运动的神经控制机制,根据其神经控制机理提出了一种带有时滞的平滑追踪信息融合控制方法。根据信息融合估计理论,通过融合二次型性能指标函数中包含的未来目标运动轨迹和控制能量的软约束信息,以及眼球系统状态方程和输出方程的硬约束信息,获得控制量的最优估计。所提控制方法可实现平滑追踪运动预测与学习的能力,不仅可以跟踪周期运动的目标,还可以跟踪非周期性运动的目标,并可解决图像处理、信号传递等过程中存在的时间延迟问题。通过对比仿真实验证明了所提方法的有效性。第四,在深入分析异向运动神经机制的基础上,改进了 Erkelens的模型,提出了一种具有预测与学习能力的异向运动模型。该模型利用RLS算法预测并学习当前目标异向,利用内部模块记录学习到的目标运动。所提方法同样可实现异向运动的预测与学习能力,不仅可以跟踪静止的目标,还可以跟踪连续运动的目标。通过对比仿真实验证明了所提方法优异的跟踪性能。最后,分析了扫视-异向复合眼球运动的运动特点及神经机制,分别建立了扫视运动与异向运动的神经生理学模型,在此基础上深入研究了扫视运动与异向运动的相互作用机制,建立了扫视-异向相互作用模型。该模型通过扫视相关的异向爆发神经元SVBN将两种运动结合起来,可以实现眼球在三维立体空间的目标跟踪。仿真实验结果符合扫视-异向运动的运动特征,双眼的运动速度满足眼球的运动位移大小和运动方向。