基于视觉光环的阵列化压力测量方法、装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于视觉光环的阵列化压力测量方法、装置及制备方法，包括：获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像；将光环图像输入至解耦网络模型，获取该模型输出的压力信号的感知数据；其中，解耦网络模型是基于柔性透明微柱阵列受标准压力信号作用后的样本光环图像以及对应的识别标签进行训练后获得的。本实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量方法，通过采集柔性透明微柱阵列的发生形变后产生的光环图像信息，并根据该光环图像获取施加于柔性透明微柱阵列的压力信号的感知数据，不易受到诸如温度或电磁干扰之类的外部环境的影响，更好地实现传感器的小型化和高集成度，并且压力检测灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉光环的阵列化压力测量方法、装置及制备方法
本专利技术涉及智能感知
及柔性触觉传感器领域，更具体地，涉及一种基于视觉光环的阵列化压力测量方法、装置及制备方法。
技术介绍
智能化的应用领域越来越广泛，但智能算法的处理离不开精确数据的获取，如智能机器人的智能化工作与其对外界环境的信息感知密切相关，精确的数据感知方法可以大大的增进机器人的智能化程度。目前，虽然机器视觉已得到迅速的发展，然而单纯的视觉感知系统依然存在众多问题，例如在不具有明显纹理特征、颜色相近的物品中，单纯的视觉感知系统无法实现较好的特征提取；在有强光干扰的环境中，单纯的视觉识别则会变盲；在进行一些精细、精密操作的时候，执行机构容易挡住视觉传感，从而造成视觉盲区等缺陷。有鉴于此，亟需提供灵敏度更高且不受检测环境干扰的压力测量方法，能够满足智能机器人实现更加精细、复杂任务的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于视觉光环的阵列化压力测量方法、装置及制备方法。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于视觉光环的阵列化压力测量方法，包括：获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像；将光环图像输入至解耦网络模型，获取由解耦网络模型输出的压力信号的感知数据；其中，解耦网络模型是基于柔性透明微柱阵列受标准压力信号作用后的样本光环图像以及对应的识别标签进行训练后获得的。作为可选地，上述获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像，包括：微柱和基底因受压力信号作用发生形变之后，在柔性透明微柱阵列底部形成凸面；利用设置于柔性透明微柱阵列底部的光源向所述凸面投射散射光线，散射光线经所述凸面反射至位于柔性透明微柱阵列底部的图像传感器；利用图像传感器对反射后的散射光线进行成像，生成光环图像信息，对光环图像信息进行分析，获取光环图像。作为可选地，在将光环图像输入至解耦网络模型，获取由解耦网络模型输出的压力信号的感知数据之前，还包括：向柔性透明微柱阵列施加标准压力信号，并获取柔性透明微柱阵列受标准压力信号作用后的样本光环图像；将样本光环图像输入至预训练解耦网络模型中，提取样本光环图像的图像特征，将图像特征与标准压力信号的感知数据相对应，建立识别标签；通过多次改变标准压力信号的参数，并获取每次改变后的光环图像；将每个不同的标准压力信号与相应的光环图像一一对应，构建训练样本标签集；利用练样本标签集对预训练解耦网络模型进行迭代训练，直至达到预设的训练次数或训练结果收敛，获取解耦网络模型。作为可选地，光环图像是由每个微柱和基底发生形变所形成的子光环图像所组成的。作为可选地，在每个微柱的顶端旋涂温变材料，温变材料的颜色随温度变化而变化；在获取柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像的同时，获取柔性透明微柱阵列的温度变化图像信息；基于图像处理算法，根据温度变化图像信息，获取柔性透明微柱阵列的实时温度。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于视觉光环的阵列化压力测量装置，该装置包括：柔性透明微柱阵列、图像传感器和图像处理装置；柔性透明微柱阵列由多个柔性透明的微柱阵列式布置在柔性透明的基底上构成；微柱受压力信号作用会发生形变，并相应的挤压基底，在柔性透明微柱阵列底部形成凸面；图像传感器用于获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像；图像处理装置用于将光环图像输入至解耦网络模型，获取由解耦网络模型输出的压力信号的感知数据。作为可选地，本专利技术实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量装置，还包括光源；所述光源和图像传感器设置于柔性透明微柱阵列的底部，并与柔性透明微柱阵列的底部距离预设间隔；光源分布于图像传感器的周边；光源用于向柔性透明微柱阵列投射散射光线；图像传感器用于接收由柔性透明微柱阵列反射的散射光线进行成像生成光环图像信息。作为可选地，本专利技术实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量装置，还包括透镜模组；透镜模组位于柔性透明微柱阵列与图像传感器中间；图像传感器还用于对光环图像信息进行分析，获取光环图像，并将光环图像上传至图像处理装置。第三方面，一种如第二方面所述的基于视觉光环的阵列化压力测量装置的制备方法，主要包括：将PDMS的预聚物与硅油按照需求比例搅拌混合，获取PDMS预聚物与硅油的复合物；将光刻胶旋涂在制备容器的内表面后进行曝光及显影处理；将柔性透明微柱阵列的预设图形，设置于制备容器的内表面的所述光刻胶上，制作柔性透明微柱阵列的模具；将PDMS预聚物与硅油的复合物和固化剂按照预设比例混合均匀后，浇筑与所述模具上，并加热固化后，倒模制成柔性透明微柱阵列；将柔性透明微柱阵列与图像传感器进行集成后，与图像处理装置通信连接。作为可选地，在倒模制成所述柔性透明微柱阵列之后，还包括：将温变材料和PDMS以预设的比例混合后，旋涂在每个微柱的顶端；加热，使温变材料旋涂物在微柱的顶端凝固成膜。本专利技术提供的基于视觉光环的阵列化压力测量方法、装置及制备方法，通过采集柔性透明微柱阵列的发生形变后产生的光环图像信息，并根据该光环图像获取施加于柔性透明微柱阵列的压力信号的感知数据，不易受到诸如温度或电磁干扰之类的外部环境的影响，更好地实现传感器的小型化和高集成度，并且压力检测灵敏度高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量方法的工作原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量装置的结构示意图；图4为不同厚度的基底在不同压力作用下所获取的光环图像膨胀率的关系示意图；图5为不同半径的微柱在不同压力作用下所获取的光环图像膨胀率的关系示意图；图6为不同杨氏模量的微柱在不同压力作用下所获取的光环图像膨胀率的关系示意图；图7为在不同压力作用下，光环图像膨胀率和微柱膨胀率的输出特性比对示意图；图8为本专利技术实施例提供的基于视觉光环的阵列化压力测量装置的制备方法示意图；图9为本专利技术实施例提供的另一基于视觉光环的阵列化压力测量装置的制备方法示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。目前，柔性三维力传感器主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉光环的阵列化压力测量方法，其特征在于，包括：/n获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像；/n将所述光环图像输入至解耦网络模型，获取由所述解耦网络模型输出的所述压力信号的感知数据；/n其中，所述解耦网络模型是基于所述柔性透明微柱阵列受标准压力信号作用后的样本光环图像以及对应的识别标签进行训练后获得的。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉光环的阵列化压力测量方法，其特征在于，包括：
获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像；
将所述光环图像输入至解耦网络模型，获取由所述解耦网络模型输出的所述压力信号的感知数据；
其中，所述解耦网络模型是基于所述柔性透明微柱阵列受标准压力信号作用后的样本光环图像以及对应的识别标签进行训练后获得的。


2.根据权利要求1所述的基于视觉光环的阵列化压力测量方法，其特征在于，所述获取在柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像，包括：
所述微柱和基底因受所述压力信号作用发生形变之后，在柔性透明微柱阵列底部形成凸面；
利用设置于所述柔性透明微柱阵列底部的光源向所述凸面投射散射光线，所述散射光线经所述凸面反射至位于所述柔性透明微柱阵列底部的图像传感器；
利用所述图像传感器对反射后的散射光线进行收集，获取光环图像信息，对所述光环图像信息进行处理，获取所述光环图像。


3.根据权利要求1所述的基于视觉光环的阵列化压力测量方法，其特征在于，在将所述光环图像输入至解耦网络模型，获取由所述解耦网络模型输出的所述压力信号的感知数据之前，还包括：
向所述柔性透明微柱阵列施加标准压力信号，并获取所述柔性透明微柱阵列受所述标准压力信号作用后的样本光环图像；
将所述样本光环图像输入至预训练解耦网络模型中，提取样本光环图像的图像特征，将所述图像特征与所述标准压力信号的感知数据相对应，建立所述识别标签；
通过多次改变标准压力信号的参数，并获取每次改变后的光环图像；
将每个不同的标准压力信号与相应的光环图像一一对应，构建训练样本标签集；
利用所述练样本标签集对所述预训练解耦网络模型进行迭代训练，直至达到预设的训练次数或训练结果收敛，获取所述解耦网络模型。


4.根据权利要求1所述的基于视觉光环的阵列化压力测量方法，其特征在于，所述光环图像是由每个所述微柱和基底发生形变所形成的子光环图像所组成的。


5.根据权利要求1所述的基于视觉光环的阵列化压力测量方法，其特征在于，在每个所述微柱的顶端旋涂温变材料，所述温变材料的颜色随温度变化而变化；
在获取柔性透明微柱阵列受压力信号作用后，由微柱和基底发生形变所形成的光环图像的同时，获取所述柔性透明微柱阵列的温度变化图像信息；
基于图像处理算法，根据所述温度变化图...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭霄亮，石晓晓，俞度立，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11