本发明专利技术射流触觉图文显示装置及显示方法涉及一种用于为视障人群提供图文信息的装置和方法，尤其是藉助射流技术为视障人群提供视觉图文信息的射流触觉图文显示装置和显示方法。该装置中，鼠标键盘或摄像头（５）通过串并口或ＵＳＢ口与计算机（２）连接，操作者（１）通过鼠标键盘或摄像头选择期望的图文信息，计算机输出的图文信号通过串并口或ＵＳＢ口连接至射流触觉刺激装置（３），射流触觉刺激装置的输出信号通过控制线缆与射流触觉显示器（４）连接，最终将图文信息以射流触觉方式作用于操作者（１）的肌肤表面，使其获得对知识及周围环境的触觉认知。利用射流刺激所独有的压力－温度融合特性，本发明专利技术还可提供热觉或彩色图文信息的触觉显示。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于为盲人及弱视等视障人群提供图文信息的装置，尤其是藉助射流触觉技术为盲人及弱视等视障人群提供真实有效的图文信息的射流触觉显示系统及装置。
技术介绍
盲人和弱视人群的生存状态和生存质量反映着社会的良知和科技发展水平，也关系着社会的和谐与健康发展。让盲人和老年弱视群体恢复视觉能力，实现生活自理、提高生存质量并无障碍地融入到日常的社会生活中，不仅可以减低社会负担，而且也是盲人和弱视群体内心的真实诉求和国家政府义不容辞的责任，更是科学家进行人工视觉和视觉功能技术研究的初始原动力。总体来说，目前的视觉恢复研究主要有以下三个方向(1)电刺激视中枢方法。电刺激视中枢是最早也是比较合乎逻辑的科学尝试。二十世纪初德国神经外科学家发现对视皮质的一侧点状刺激可以在对侧视野产生静止的点状光觉。60年代的一项研究显示，借助手持光电池，将光信号转变为电刺激作用于视皮质，患者能够对光源进行有效跟踪。随后的很多研究工作也证实了患者对不同刺激的光幻视反应。1995年Shaw？提出将光电池接受的光转变为电刺激施加在大脑枕叶皮质的电极的设想，并申请了专利保护。DobelleInstitute(Portugal)Lda研制了一套基于电刺激视中枢方法可以让失明人重新获得视觉的装置。该装置包括一副在眼镜上的电视摄像机，它把图像信息传送到腰带位置的数据中心，并转变为电信号施加到植入脑部顶端视觉中枢的一片电极板。利用该装置，病人可以获得“管状视觉”的影像，相当于20/400(即0.05)的视力，但这个视力对于视障人士来说价值不大，对于大脑视皮质细胞发育不完全的先天性失明患者，该装置也是无效的，(2)采用人工视网膜的人工视觉。眼球底部视网膜上的视神经细胞的作用是通过化学作用，把接受到的视觉图像光信号转化成电信号，并通过视神经传送到视神经中枢，从而使患者获得视觉图像信息。人工视网膜本质上是对这一过程的模仿，它是将微电极阵列植入眼球后部，微电极阵列能够把视觉信息转换成电子脉冲并刺激相邻的神经节细胞，从而通过视神经把信息传入大脑，使患者感知到图像。对于由视网膜色素变性和老年性黄斑变性所致的光感受器-视网膜杆体细胞和锥体细胞丧失，这类装置可替代视网膜的部分功能。2001年7月2日，美国伊利诺州的医生对三名患有视网膜疾患的病人进行了一次人工视网膜植入手术，以恢复失去的视觉。手术采用的是华人科学家Dr.Alan Chow与VincentChow共同研制开发的硅晶片人造视网膜，直径为两微米。但是，来自麻省理工学院的Dr.Douglas B.Shire及领域内的很多科学家认为，该装置不足以产生刺激视网膜神经元所需的电流，尤其是患了病或退化中的视网膜神经元，因此，只有在把极强的光线照射到病人的眼睛时才能发挥效用，而哈佛大学眼科教授Dr.Joseph Rizzo忧虑的则是晶片的安全性和持久性，因为在盐份高的环境下，要把微型装置融合到人类的眼睛，并在数十年内维持高度可靠的运作，是非常困难的。“微电机械系统”界面及生物兼容性，尤其是微型系统封装，及其与生物环境在电子上和物性上的连接是该领域内长期而艰巨的研究课题。(3)采用触觉替代视觉。触觉替代视觉是指通过图像获取装置获取原本应该由患者视觉功能看到环境图像信息，以物理刺激的方式通过安装于患者肌体表面的触觉显示装置作用于患者肌肤(主要为腹部和后背)，从而让患者以触觉的方式“看”到其周围环境(Science News，2001)。触觉替代视觉方法不需手术，不仅安全，而且回避了脑视觉中枢刺激和人工视网膜方法的生物兼容性难题，因而一直吸引着非常众多的研究人员和科学家。利用触觉实现视觉功能替代是当前的一个研究热点，其研究工作涉及神经科学、计算机科学及仪器技术等多个领域，国际上有专门的研究学会，经常性学术研讨会每年多达数十个。目前国内外进行触觉研究的刺激方式主要有(1)气动刺激。气动刺激触觉的最大缺点在于其带宽较小，约10Hz；(2)振动刺激。振动刺激触觉的不足之处是结构复杂不便安装或妨碍手指的正常运动，此外，振动式触觉反馈的能量转换效率低，易引起过多的发热与疼痛，高频振动时噪音也较大；(3)神经肌肉刺激。神经肌肉刺激触觉不同于其它方式的触觉显示方法，它并不是刺激患者皮肤，而是将电刺激直接施加于体感皮层，存在损坏神经肌肉系统的可能性；(4)电刺激。电刺激触觉具有体积小，便于安装和与计算机连接的特点，深受研究人员青睐，缺点在于极易引起不舒服的电刺痛感觉，动态范围小，一致性较差。在前一个国家自然科学基金项目中，我们依据以色列魏茨曼研究院神经生物学专家Ehud Ahissa博士关于大脑关于触觉信息的获取是由空间和时间两个通道的数据同时编码而成的最新科学发现(Nature，2000)，率先提出了基于时空双通道的触觉显示方法，较好地消除了触觉显示的刺痛感和时间适应性困难。但由于电触觉采用电流直接作用于人体，电压高达正负70V，很多受试者均存在心里紧张及顾虑，从而影响电刺激触觉效果，增加触觉显示难度。鉴于此，我们提出了基于斜坡触觉理论的水射流触觉显示技术，该方法为该领域内国内外首次提出。所谓水射流触觉显示技术，是指利用以一定速度喷射的水流施加在患者肌体表面，以形成一定强度的压力斜坡分布，同时由于水流可以带走一定的热量，又可以形成一定的温度斜坡，两种因素交互作用，在患者肌体表面形成清晰的压力-温度融合触觉感受。在实际的研究中，还可以尝试在水流速度稳定的水流柱中施加一定强度的低频振动或声波作用，以引起患者皮肤表面压强分布瞬时变化，从而消除触觉时间适应性。水射流触觉不存在气动触觉的低带宽问题，没有振动触觉的发热和噪音问题，不会损伤肌肤，也不会导致患者肌体组织的刺痛感，易于为患者所接受，并且可以形成其他触觉所没有的压力-温度融合触觉，具有明显的优势。美国政府对本项目研究所属领域的研究工作非常关注，能源部“生物及环境研究办公室”为田纳西州的奥克里季国家实验室(Oak Ridge National Laboratories)等多家机构和实验室为相关研究提供了为期三年的巨额资金资助。美国抗盲基金会及欧洲和日本的政府部门也分别有相应的经费资助计划对相关研究工作给予重点支持。相比之下，我国在该领域的研究工作仍属于小范围的个别研究。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是针对盲人和弱视人群的视障问题，提供一种触觉替代视觉的射流触觉图文显示系统及装置，该触觉显示装置通过水射流刺激为操作者提供触觉图文感觉，并具有安全舒适触感清晰有效的特点。技术方案本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是依据利用基于水射流刺激方法的触觉显示技术，将盲人和视障人群视觉所无法感知的文字、图形信息以人工触觉的方式作用于操作者腹部或背部的大面积肌肤表面，使用户通过触觉真实地感受到视觉信息，实现对知识及周围环境的认知。所谓水射流触觉再现技术，是指利用以一定速度喷射的水流施加在操作者指端的肌体表面，以形成一定强度的压力斜坡，同时由于水流可以带走一定的热量，又可以形成一定的温度斜坡，两种因素交互作用，在操作者指端形成清晰的触觉感受。在具体实施中，还可以在水流速度稳定的水流柱中施加一定强度的低频振动，以引起操作者皮肤表面压强瞬时变化，从而消除操作者触觉刺激的时间适应性。由于水射流触本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于射流技术的触觉图文显示装置，其特征在于该系统与装置包括计算机（２）、射流触觉刺激装置（３）、具有Ｎ×Ｍ阵列的射流触觉显示器（４）和鼠标键盘或摄像头（５），其中鼠标键盘或摄像头（５）通过串口或ＵＳＢ端口与计算机连接，计算机（２）与射流触觉刺激装置（３）之间通过并行口或串行口或ＵＳＢ端口连接，射流触觉刺激装置（３）通过控制线缆与射流触觉显示器（４）连接，射流触觉显示器（４）的传感信号传给操作者（１），操作者（１）控制鼠标键盘或摄像头（５）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：帅立国，周芝庭，姜昌金，周山明，王雪梅，许艳芳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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