專利名稱：基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，屬于振動觸覺技術 領域。
背景技術：
人類約60% 80%的信息是靠視覺感知的，其中的60% 70%的信息又是以圖 像方式獲取的。對于盲人，視覺障礙給他們的工作和生活帶來極大的不便，嚴重限制了 他們的生活空間。他們只能通過觸覺和聽覺獲取信息；而對于圖形圖像類的視覺信息， 他們一般靠閱讀盲文來感知。雖然已經有基于文字識別和語音提示的盲人計算機來幫助 盲人識別網頁上的文字信息，但他們仍無法有效感知影像圖形信息。如何讓盲人獲得一 定程度的視覺信息，是研究者急需攻關的難題。目前，圖像的非視覺再現技術研究主要 集中在聽覺和力/觸覺兩方面。對于盲人而言，失去了視覺，那么聽覺顯得更加寶貴， 因此利用聽覺獲取視覺信息有它的不足之處，且易受到外部環境的干擾。目前通過觸覺進行的刺激方式有水射流技術。該裝置體積較大，不易攜帶，結 構復雜，使用不便。還有電刺激技術。該方法電壓高達200伏，受試者易存在心里顧慮，且當連續 刺激達到10多分鐘以后，電刺激電壓閾值會有一個明顯的上升過程，上升穩定以后的電 刺激閾值會上升60-270%。
發明內容
發明目的
本發明目的正是基于上述原因，解決背景技術中的缺陷，提供一種基于振動電機陣 列的嵌入式圖像感知裝置。它不僅要求體積小巧，準確度高，而且應該安全，舒適。技術方案
為了實現上述發明目的，本發明采用的方案為
一種基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，包括圖像采集模塊，圖像處理及振 動編碼模塊，觸覺表達模塊。其中，圖像采集模塊給圖像處理及振動編碼模塊提供圖 像，圖像處理及振動編碼模塊處理完圖像，得到圖像的邊緣信息，對并振動方式進行編 碼，把控制信號發送給觸覺表達模塊，其中
上述圖像采集模塊包括攝像頭和USB接口。用于向圖像處理模塊提供圖像。上述圖像處理及振動編碼模塊包括嵌入式處理器ARMll，SDRAM內存，Flash 存儲器，擴展IO 口。用于對圖像進行處理，分析得到振動電機陣列的信息，生成各個點 各個時間段的PWM信號，對振動電機進行編碼。上述觸覺表達模塊包括控制光耦隔離，振動電機陣列。作用于受試者后背部， 產生觸覺感知信息。
與現有技術相比，本發明具有如下優點
1、觸覺表達采用動態振動編碼，受試者判斷準確，且有效避免觸覺刺激的長時間適 應性困難。2、結構簡單，體積小巧，方便攜帶。3、電壓等級小，用小型振動電機組成陣列式振動，安全，舒適。4、具有USB接口，可直接讀取U盤，移動硬盤中的圖片文件，不局限于攝像 頭，圖像來源廣泛。5、功耗低，可長時間使用。6、振動強度可調節，可表示復雜信息。
圖1是本發明的系統結構框圖。圖2是本發明中圖像處理及振動編碼模塊的系統結構框圖。圖3是本發明中圖像處理及振動編碼模塊的軟件流程圖。圖4是本發明中觸覺表達模塊的示意圖。圖5是本發明中觸覺表達模塊的振動時序圖。具體實施方案
一種基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，包括圖像采集模塊1，圖像處理及振 動編碼模塊2，觸覺表達模塊3，其中，圖像采集模塊1連接圖像處理及振動編碼模塊2 的輸入端，圖像處理及振動編碼模塊2的輸出端和觸覺表達模塊3的輸入端連接。在本實施例中，所述圖像采集模塊1包括攝像頭和USB接口，可以通過攝像頭 實時采集圖像，也可以通過USB接口連接U盤來打開已有的圖片文件，圖像采集模塊1 給圖像處理及振動編碼模塊2提供圖像；
所述圖像處理及振動編碼模塊2包括嵌入式ARMll處理器，SDRAM內存，Flash存 儲器，擴展IO 口，應用程序保存在Flash存儲器中，當開始后，把程序讀出，放入內存中 執行，先通過攝像頭或U盤采集到圖像，經過灰度化，去噪，邊緣檢測，二值化，得到 需要表達的信息，再映射到8X8振動電機陣列上，得到需振動的電機序號，并對振動方 式進行編碼，調節電機的振動強度，振動時間，圖像處理及振動編碼模塊2把控制信號 發送給觸覺表達模塊3 ；
所述觸覺表達模塊3包括光耦隔離，振動電機陣列，ARMll系統和振動電機陣列之 間用光耦隔離，并采用兩組電源，分別供電，控制信號經過電流放大，驅動振動電機， 所選的振動電機直徑為10毫米，厚度為4毫米，排布成8X8的陣列，電機水平與垂直之 間的間隔均為4厘米，振動電機陣列固定在受試者后背處，和皮膚緊密接觸，觸覺表達 模塊3可通過多種振動編碼方式表達圖像信息；
所述觸覺表達模塊3的一種振動編碼方式為每個電機振動時間為200毫秒，間隔為 100毫秒，依次振動。下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述
如圖1所示，本發明包括圖像采集模塊，圖像處理及振動編碼模塊，觸覺表達模 塊。其中，圖像采集模塊向由ARMll系統組成的圖像處理及振動編碼模塊提供圖像，圖 像處理及振動編碼模塊處理圖像，得到控制信息，并生成PWM信號控制觸覺表達模塊。如圖2所示，圖像采集模塊包括攝像頭和USB接口，圖像處理及振動編碼模塊 包括嵌入式ARMll處理器S3C6410，SDRAM內存，Flash存儲器，觸覺表達模塊包括 控制光耦隔離，振動電機陣列。如圖3所示，圖像處理及振動編碼模塊首先從Flash中啟動嵌入式操作系統，加 載USB攝像頭驅動程序，接著從攝像頭或U盤中取得圖像，將彩色圖像轉化成灰度圖， 灰度化選取公式Gray = 0.30XR+0.59XG+0.11XB (R、G、B是彩色圖像的三基色)。再 對圖像進行去噪，圖像去除噪音的方法之一是對圖像進行濾波，較常見的有均值濾波、 中值濾波、Laplace濾波等，考慮去除噪音的效果和邊緣保留的平衡，選取中值濾波。為 了獲得物體的輪廓，需要再進行邊緣檢測，本系統選用Sobel算子用于邊緣檢測。獲得邊 緣檢測圖像后，對其進行二值化，灰度值小于或等于閾值(取125)的賦值0，而大于閾 值的賦值255。這樣使圖像輪廓更加清晰，便于后處理。然后把圖像按8X8分塊，判斷 每一塊是否包含黑白兩色，若是，則該塊圖像對應的點為觸覺表達點；若否，則不是表 達點。再對表達點的表達方式進行編碼，然后產生64路占空比不同的PWM信號，控制 信號經過電流放大，驅動振動電機陣列，讓使用者感受到圖像的邊緣信息。如圖4所示，觸覺表達模塊為8X8的振動電機陣列。進行簡單圖形的表達， 一種編碼方式為，當表達一個正八邊形時，觸覺表達采用動態編碼，從1號振動電機開 始，將表達圖像邊緣輪廓的電機依次振動，直到16號振動電機，并可調節每個振動電機 振動的時間及相鄰起振的時間間隔，使受試者獲得對圖像邊緣信息的感知。如圖5所示，觸覺表達模塊表達圖像邊緣輪廓的電機依次振動，當前編碼方式 設置為每個電機振動時間為200毫秒，間隔為100毫秒。
權利要求
1.一種基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，其特征在于包括圖像采集模 塊(1)，圖像處理及振動編碼模塊(2)，觸覺表達模塊(3)，其中，圖像采集模塊(1)連接圖像處理及振動編碼模塊(2)的輸入端，圖像處理及振動編碼模塊(2)的 輸出端和觸覺表達模塊(3)的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，其特征在于 所述圖像采集模塊(1)包括實時采集圖像的攝像頭和可連接U盤來打開已有圖片文件的 USB接口，圖像采集模塊(1)給圖像處理及振動編碼模塊(2)提供圖像。
3.根據權利要求1所述的基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，其特征在于 所述圖像處理及振動編碼模塊(2)包括嵌入式ARMll處理器，SDRAM內存，Flash存 儲器，擴展IO 口，應用程序保存在Flash存儲器中，當開始后，把程序讀出，放入內存中 執行，先通過攝像頭或U盤采集到圖像，經過灰度化，去噪，邊緣檢測，二值化，得到 需要表達的信息，再映射到8X8振動電機陣列上，得到需振動的電機序號，并對振動方 式進行編碼，調節電機的振動強度，振動時間，圖像處理及振動編碼模塊(2)把控制信 號發送給觸覺表達模塊(3)。
4.根據權利要求1所述的基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，其特征在于 所述觸覺表達模塊(3)包括光耦隔離，振動電機陣列，ARMll系統和振動電機陣列之 間用光耦隔離，并采用兩組電源，分別供電，控制信號經過電流放大，驅動振動電機， 所選的振動電機直徑為10毫米，厚度為4毫米，排布成8X8的陣列，電機水平與垂直之 間的間隔均為4厘米，振動電機陣列固定在受試者后背處，和皮膚緊密接觸，觸覺表達 模塊(3)可通過多種振動編碼方式表達圖像信息。
5.根據權利要求1所述的基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，其特征在于 所述觸覺表達模塊(3)的一種振動編碼方式為每個電機振動時間為200毫秒，間隔為 100毫秒，依次振動。
全文摘要
本發明提供一種基于振動電機陣列的嵌入式圖像感知裝置，包括圖像采集模塊，圖像處理及振動編碼模塊，觸覺表達模塊。其中，圖像采集模塊為攝像頭和USB接口，將采集到的圖像發送給圖像處理及振動編碼模塊；圖像處理及振動編碼模塊為ARM11系統，對圖像進行處理，得到控制信息，并對振動方式進行編碼，再控制觸覺表達模塊；觸覺表達模塊由8×8振動電機陣列組成，通過作用受試者后背處，可以使受試者獲得對圖像的感知。
文檔編號A61F9/08GK102018594SQ20101052089
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者吳偉雄, 吳涓, 宋振中, 宋愛國, 張小瑞, 許俊超 申請人:東南大學