專利名稱：基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力觸覺人機(jī)交互裝置，尤其涉及一種基于振動(dòng)觸覺的盲人導(dǎo)航人機(jī)交互裝置及其交互方法，屬于盲人導(dǎo)航人機(jī)交互領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，觸覺再現(xiàn)則是其中的重要組成部分，隨著研究的深入，觸覺再現(xiàn)將更多地進(jìn)行實(shí)用性的研究。物體的一個(gè)非常重要的觸覺特征是它具有表面紋理信息，人們可以通過觸摸物體獲得這種感覺。在虛擬現(xiàn)實(shí)或遙操作領(lǐng)域，將虛擬或遠(yuǎn)地的物體紋理信息再現(xiàn)并作用于操作者手部，不僅可以增強(qiáng)系統(tǒng)的臨場(chǎng)感，而且可以幫助操作者識(shí)別不同特性的虛擬物體。虛擬紋理再現(xiàn)技術(shù)近幾年已成為虛擬現(xiàn)實(shí)和遙操作領(lǐng)域研究的前沿技術(shù)。觸覺是人的皮膚與外界刺激物接觸所引起的一種皮膚感覺，包括對(duì)皮膚的壓覺和振動(dòng)覺，是盲人感知外界事物和補(bǔ)償視覺缺陷的主要途徑之一。觸覺在盲人定向行走以及認(rèn)識(shí)外界事物、閱讀盲文中起著重要作用。盲人使用觸覺不能感知到事物的顏色、亮度和觸覺范圍之外的事物，但他們的觸覺可以感知到事物的溫度、硬度、質(zhì)地等。目前，還未出現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的盲人輔助裝置，基于超聲波或雷達(dá)式的導(dǎo)盲裝置并未能取得良好的應(yīng)用效果，盲人的行動(dòng)范圍在沒有他人輔助的情況下仍然比較局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)盲人或弱視力者獨(dú)立出行的問題，而提出一種融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器。該感知器的結(jié)構(gòu)包括圖像采集模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器、振動(dòng)模塊、中央處理模塊和電源，其中圖像采集模塊和運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出均連接中央處理模塊，中央處理模塊的輸出連接振動(dòng)模塊，電源分別給中央處理模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器和振動(dòng)模塊供電。優(yōu)選地，圖像采集模塊采用兩個(gè)CMOS圖像傳感器組成雙目攝像頭。優(yōu)選地，中央處理模塊采用嵌入式DSP+ARM處理器。優(yōu)選地，振動(dòng)模塊采用三個(gè)振動(dòng)致動(dòng)器組成。優(yōu)選地，電源采用鋰電池供電。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果1、實(shí)時(shí)性好?；趯?duì)攝像頭讀入速度的控制，障礙物參數(shù)得以實(shí)時(shí)更新，可以很好地控制振動(dòng)器的振動(dòng)參數(shù)，從而具有較好的實(shí)時(shí)性。2、表達(dá)準(zhǔn)確。以不同的振動(dòng)觸覺表達(dá)不同的環(huán)境信息，給使用者真實(shí)直觀的感受， 更好的起到一種代替眼睛的作用。3、操作簡(jiǎn)便。全自動(dòng)設(shè)置，使用時(shí)只需握住感知裝置即可，無(wú)需其他復(fù)雜操作。4、便攜性好。體積小，重量輕，便于攜帶。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，圖中標(biāo)號(hào)1、2為雙目攝像頭。圖2為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括圖像采集模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器、振動(dòng)模塊、中央處理模塊和電源，圖像采集模塊和運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出均連接中央處理模塊，中央處理模塊的輸出連接振動(dòng)模塊，電源分別給中央處理模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器和振動(dòng)模塊供電。圖像采集模塊是由兩個(gè)CMOS圖像傳感器組成的雙目攝像頭，中央處理模塊采用嵌入式DSP+ARM處理器。下面提供一個(gè)實(shí)施例在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明設(shè)置于一個(gè)尺寸為113*55*22mm的塑料外殼中。CMOS 雙目攝像頭設(shè)置于外殼前端，用于獲取使用者所指向場(chǎng)景的初步圖像；運(yùn)動(dòng)傳感器采用Xsens公司的MTX-28A53G253D0F定位裝置，用于獲取使用者的手臂動(dòng)作；振動(dòng)模塊是由三個(gè)振動(dòng)致動(dòng)器組成，三個(gè)振動(dòng)致動(dòng)器分別提示外界環(huán)境(路況)的凸起障礙、凹陷障礙和行動(dòng)障礙，每個(gè)振動(dòng)器的振動(dòng)頻率和幅值會(huì)根據(jù)使用者與障礙物的距離而變化， 距離越近則振動(dòng)越強(qiáng)烈；電源采用鋰電池設(shè)置于外殼尾部；中央處理器采用TI公司的 TMS320C6A8168DSP+ARM 處理器。攝像頭的拍攝有角度或焦距限制，以減少較遠(yuǎn)處不必要的拍攝，攝像頭同時(shí)具有測(cè)距功能。本發(fā)明的工作流程如圖2所示，雙目攝像頭獲取前方環(huán)境畫面，中央處理器將每一幀的畫面圖像進(jìn)行信息編碼和特征提取，檢測(cè)出拍攝環(huán)境中的障礙位置，并區(qū)分不同障礙的前后位置。在處理圖像信息的同時(shí)，中央處理器也處理運(yùn)動(dòng)傳感器獲得的運(yùn)動(dòng)信息，將處理后的圖像信息和運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行合成，推算出最近的障礙與使用者的距離信息，以此產(chǎn)生不同的信號(hào)脈沖來(lái)控制相應(yīng)的振動(dòng)致動(dòng)器進(jìn)行觸覺振動(dòng)。例如，1號(hào)振動(dòng)器振動(dòng)，表示前方路況有凸起障礙，應(yīng)注意躲避。本發(fā)明采用基于雙目視覺的三維重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行障礙物特征提取，步驟如下1)雙目攝像頭獲取一組前方環(huán)境畫面；2)對(duì)畫面進(jìn)行標(biāo)定、校正、濾波、去噪；3)對(duì)預(yù)處理后的畫面進(jìn)行閾值分割操作，提取障礙物所在區(qū)域；4)對(duì)同一組(兩幀)圖像進(jìn)行分析處理，提取障礙物的大小和遠(yuǎn)近信息，區(qū)分不同障礙的前后位置。
權(quán)利要求
1.一種基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器，包括中央處理模塊和電源，其特征在于 還包括圖像采集模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器和振動(dòng)模塊，其中圖像采集模塊和運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出均連接中央處理模塊，中央處理模塊的輸出連接振動(dòng)模塊，電源分別給中央處理模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器和振動(dòng)模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器，其特征在于所述圖像采集模塊是由兩個(gè)CMOS圖像傳感器組成的雙目攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器，其特征在于所述中央處理模塊采用嵌入式DSP+ARM處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器，其特征在于所述振動(dòng)模塊是由三個(gè)振動(dòng)致動(dòng)器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器，其特征在于所述電源采用便攜式電池供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于振動(dòng)觸覺的環(huán)境信息感知器，屬于盲人導(dǎo)航人機(jī)交互領(lǐng)域。該感知器的結(jié)構(gòu)包括圖像采集模塊、運(yùn)動(dòng)傳感器、振動(dòng)模塊、中央處理模塊和電源，圖像采集模塊采用CMOS雙目攝像頭，圖像采集模塊和運(yùn)動(dòng)傳感器分別給中央處理模塊提供環(huán)境圖像信息和運(yùn)動(dòng)信息，中央處理模塊將兩種信息進(jìn)行處理合成，得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制振動(dòng)模塊進(jìn)行振動(dòng)，給使用者以觸覺提示。本發(fā)明基于力觸覺再現(xiàn)技術(shù)實(shí)時(shí)地檢測(cè)和表達(dá)環(huán)境信息，以振動(dòng)觸覺進(jìn)行提示反饋，為盲人或弱視力者在較小的設(shè)備上進(jìn)行環(huán)境感知提供了有效的解決方案。
文檔編號(hào)A61F9/08GK102217990SQ201110106340
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者徐晨曦, 趙浩, 陸熊 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)