本发明专利技术涉及一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置和方法，属于人机交互领域。触觉反馈方式包括振动、静电力和空气压膜效应触觉反馈，可单向改变法向力、双向改变切向力。装置包括定位单元、处理单元、信号加载装置和交互单元。定位单元，用于获取手指位置信息并发送给处理单元；处理单元根据接收到的位置信息得到驱动触觉反馈信号的参数，并发送给信号加载装置；信号加载装置产生对应的驱动信号，同时驱动交互单元；交互单元可以改变手指受到的切向力和法向力，使手指感知多元触觉力作用。本发明专利技术采用多元触觉反馈方式，通过改变手指受到的不同触觉力再现特定六点制盲文，可有效地提高盲人阅读的效率和准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置和方法
本专利技术涉及人机交互领域，具体涉及一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置和方法。
技术介绍
盲人无法和正常人一样通过视觉观察周围的事物，主要依靠耳朵的听觉以及皮肤的触觉获取外界信息。长期以来，透过点字板、点字机、点字打印机等在纸张上制作出不同组合的凸点而组成的纸质版盲文供盲人学习使用，但是针对盲文的书籍数量少，品种单一，体积大且笨重，盲人不仅难以获取，而且使用起来也很不方便，这极大限制了盲人群体整体文化水平的提高。触觉再现技术是人机交互领域的研究热点，随着计算机及相关软硬件技术的发展，针对盲人的知识获取以及信息交流等问题，目前已经存在一些实现触觉再现的装置和方法。2011年，美国迪斯尼研究中心利用静电力触觉反馈装置和静电力触觉渲染方法，分别采用调频、时间映射和空间分离三种调节方式分别对凸起的盲点进行渲染，但是当盲人用户使用手指触摸显示屏时，手指无法保持水平或垂直的移动，所以无法准确检测到六个盲点的相对位置，致使盲人用户无法准确辨别出盲文。中国专利“一种显示盲文的方法及显示装置”(申请号：201510176136.2)公开了一种显示盲文的方法及显示装置，通过压电式振动器阵列实现盲文显示，装置结构复杂，不易集成在终端上，且压电式振动器仅能实现单一的触觉力变化，再现盲文效果不很理想。中国专利“一种应用于盲文阅读的触觉再现装置和方法”(申请号：201410481501.6)公开了一种应用于盲文阅读的静电力触觉再现装置和方法，该方法将一方盲文划分为盲点区和背景区，又进一步将盲点区的每个盲点划分为圆环区域和内圆区域，其中圆环区域始终加载静电力触觉反馈信号，通过控制内圆区域信号的有无实现盲文的凸点与非凸点，进而实现盲文符号的渲染，此方法虽可有效地提高盲人阅读的效率，但是仅采用静电力触觉反馈信号的有无实现盲文再现，盲文的凸点与非凸点差异不明显，限制了盲文识别率，并且触感单一，亦无法为盲人提供丰富的触觉体验。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置和方法，以解决现有盲文装置的复杂、不便携性和盲文触觉再现方法的盲文识别率受限等问题。本专利技术采取的技术方案是，一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置，包括：(1)定位单元，包括具有定位功能的装置，用于定位获取手指的位置信息，并将该信息发送到处理单元；(2)处理单元，包括各种多媒体终端，用于输出视觉信息，同时对手指位置处的图像进行触觉渲染，将得到的触觉反馈驱动信号参数发送到信号加载装置；(3)信号加载装置，根据驱动触觉反馈信号参数生成相应的驱动信号，并利用该信号驱动交互单元；(4)交互单元，可以改变手指受到的切向力和法向力，使手指感知多元触觉力作用。本专利技术所述的交互单元中，改变手指所受法向力的方式包括但不局限于振动触觉再现；改变手指所受切向力的方式包括但不局限于静电力触觉再现、空气压膜效应触觉再现。一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现方法，将一方盲文分为盲点区域和背景区域，不同区域下根据不同灰度值分别施加不同的触觉反馈信号，实现盲文触觉再现。本专利技术所述的背景区域和盲点区域如下：(1)背景区域，灰度值为g0；(2)盲点区域，灰度值为g1或g2，当灰度值为g1时，表示盲文凸点；当灰度值为g2时，表示盲文平点。本专利技术所述的触觉反馈信号，包括振动触觉反馈信号，静电力触觉反馈信号和空气压膜效应触觉反馈信号。本专利技术所述的施加不同的触觉反馈信号，其加载方式包括以下步骤：1)根据所获取的手指位置信息计算该点处灰度值Gr：其中，R、G、B为图像红、绿、蓝颜色分量；2)根据该点处不同的灰度值施加不同的触觉反馈信号，包括以下步骤：(1)当手指触摸到背景区域时，计算得到该点灰度值Gr为g0，信号加载装置不向交互单元施加任何触觉反馈信号；(2)当手指触摸到盲点区域时，信号加载装置向交互单元施加振动触觉反馈信号，对手指产生振动触觉感受，得知六个盲点的相对位置；当计算得到该点灰度值Gr为g1，信号加载装置再向交互单元施加静电力触觉反馈信号，产生增大摩擦力触感，即对手指产生振动与静电力结合的触觉感受，表示盲文凸点；当计算得到该点灰度值Gr为g2，信号加载装置再向交互单元施加空气压膜效应触觉反馈信号，产生减小摩擦力触感，即对手指产生振动与空气压膜效应结合的触觉感受，表示盲文平点；(3)通过步骤(2)对六个盲点的触摸感知，得知一方盲文各个盲点为凸点或者平点，便得知此盲文符号表达的具体含义。本专利技术所述振动触觉反馈信号、静电力触觉反馈信号和空气压膜效应触觉反馈信号，均为周期性的方波激励信号。本专利技术为更好实现盲文触觉再现，融合振动、静电力和空气压膜效应三种触觉反馈方式，针对单个盲点，由于振动触觉反馈可以给手指提供触感较强的法向力，具有明显的提示作用，所以采用振动触觉反馈渲染盲点区域以提供六个盲点的相对位置；而静电力触觉反馈和空气压膜效应触觉反馈分别可以增大和减小手指受到的切向力，所以分别用来表示盲文凸点与盲文平点，静电力与空气压膜效应的结合，扩大了手指受到的切向力范围，增强了一方盲文的凸点与平点的差异性，提高了盲文识别率。振动、静电力和空气压膜效应的有效结合，也实现了主动与被动交互的结合，丰富了盲人用户的触觉交互体验。本专利技术具有以下优点：1、基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置，操作简单，体积小，便于携带；2、采用多元触觉反馈方式，实现了切向力与法向力的结合，拓展了触觉力交互维度；3、基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现方法，实时性高，可为用户提供较为真实的触觉体验。附图说明图1是本专利技术基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置的框图；图2是本专利技术信号加载装置的结构框图；图3是本专利技术交互单元的结构框图；图4是本专利技术静电力触觉反馈受力分析图；图5是本专利技术空气压膜效应触觉反馈受力分析图；图6是本专利技术振动触觉反馈受力分析图；图7是本专利技术盲文格式结构图；图8是本专利技术基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现方法的整体流程图；图9是本专利技术具体盲文示例图。具体实施方式一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置，包括：(1)定位单元10，包括具有定位功能的装置，用于定位获取手指的位置信息，并将该信息发送到处理单元；(2)处理单元11，包括各种多媒体终端，用于输出视觉信息，同时对手指位置处的图像进行触觉渲染，将得到的触觉反馈驱动信号参数发送到信号加载装置；(3)信号加载装置12，根据驱动触觉反馈信号参数生成相应的驱动信号，并利用该信号驱动交互单元；(4)交互单元13，可以改变手指受到的切向力和法向力，使手指感知多元触觉力作用。本专利技术所述的交互单元中，改变手指所受法向力的方式包括但不局限于振动触觉再现；改变手指所受切向力的方式包括但不局限于静电力触觉再现、空气压膜效应触觉再现。本专利技术所述处理单元11，包括液晶显示屏，用于呈现特定六点制盲文格式。本专利技术所述信号加载装置12，其主要功能单元如下：(1)核心控制器1201，用于存储方波、正弦波和锯齿波等常用波形，接收处理单元11传递过来的振动触觉反馈驱动信号参数：幅度A1、频率F1、波形W1；静电力触觉驱动信号参数：幅度A2、频率F2、波形W2；空气压膜效应触觉驱动信号参数：幅度A3、频率F3、波形W3；同时控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置，其特征在于，包括：(1)定位单元，包括具有定位功能的装置，用于定位获取手指的位置信息，并将该信息发送到处理单元；(2)处理单元，包括多媒体终端，用于输出视觉信息，同时对手指位置处的图像进行触觉渲染，将得到的触觉反馈驱动信号参数发送到信号加载装置；(3)信号加载装置，根据驱动触觉反馈信号参数生成相应的驱动信号，并利用该信号驱动交互单元；(4)交互单元，可以改变手指受到的切向力和法向力，使手指感知多元触觉力作用。
【技术特征摘要】
1.一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置，其特征在于，包括：(1)定位单元，包括具有定位功能的装置，用于定位获取手指的位置信息，并将该信息发送到处理单元；(2)处理单元，包括多媒体终端，用于输出视觉信息，同时对手指位置处的图像进行触觉渲染，将得到的触觉反馈驱动信号参数发送到信号加载装置；(3)信号加载装置，根据驱动触觉反馈信号参数生成相应的驱动信号，并利用该信号驱动交互单元；(4)交互单元，可以改变手指受到的切向力和法向力，使手指感知多元触觉力作用。2.根据权利要求1所述一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现装置，其特征在于，所述的交互单元中，改变手指所受法向力的方式包括但不局限于振动触觉再现；改变手指所受切向力的方式包括但不局限于静电力触觉再现、空气压膜效应触觉再现。3.一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现方法，其特征在于：将一方盲文分为盲点区域和背景区域，不同区域下根据不同灰度值分别施加不同的触觉反馈信号，实现盲文触觉再现。4.根据权利要求3所述的一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现方法，其特征在于：所述背景区域的灰度值为g0；所述盲点区域灰度值为g1或g2，当灰度值为g1时，表示盲文凸点；当灰度值为g2时，表示盲文平点。5.根据权利要求3所述的一种基于多元触觉反馈方式的盲文触觉再现方法，其特征在于：所述的触觉反馈信号包括振动触觉反馈信号，静电力触觉...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓颖，王晓翠，刘国红，曹德坤，张晨，宋瑞，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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