[发明专利]基于深度等高线的图像的振动触觉表达方法

权利要求书

1.一种基于深度高线等的图像的振动触觉表达方法，其特征是包括步骤：

1)利用摄像头从物体正面采集图像，假设图像的像素为X×Y；

2)对图像进行灰度化与去噪处理，然后采用从明暗恢复形状SFS算法提取图像中每个像素点的深度信息；

3)将图像沿深度方向，正向投影到二维平面上，把深度相同的像素点连成有限条等高线，构成等高线图；

4)将图像深度信息映射到二维振动触觉刺激阵列，所述二维振动触觉刺激阵列是由N×M个点构成，每个点通过振动装置产生可控振动，通过各个振动点，用振动刺激使用者的触觉，使使用者感知图像；

图像的像素和二维振动触觉刺激阵列满足X∶Y＝N∶M。

2.根据权利要求1所述方法，其特征是所述步骤4)中，图像深度信息映射到二维振动触觉刺激阵列：将等高线图等分成N列M行共N×M个区域，每个区域对应一个振动装置，振动装置的振动强度由该区域对应的深度值决定：若深度区域内有等高线经过，则其对应的振动电机就有相应的振动，并且振动强度与深度值对应，深度值越大，振动强度越强，等高线间深度区域所对应的振动电机的振动强度与外面一条等高线对应的振动强度相同。

3.根据权利要求1所述方法，其特征是所述步骤2)中，对图像进行灰度化的方法是：首先提取图像像素点(x，y)的RGB分量，然后根据以下公式计算出该像素点的灰度值G(x，y)：

G(x，y)＝0.30×R(x，y)+0.59×G(x，y)+0.11×B(x，y)(1)

其中，x代表像素点在图像中的横坐标，y代表像素点在图像中的纵坐标，R(x，y)、G(x，y)、B(x，y)分别代表像素点(x，y)的红色分量值、绿色分量值、蓝色分量值。

4.根据权利要求1所述方法，其特征是所述步骤2)中，图像去噪的方法是采用3×3的中值滤波器，即将图像中位于3×3窗口内像素的灰度值进行排序，取中值作为窗口中心像素的灰度值。

5.根据权利要求1所述方法，其特征是所述步骤2)中，SFS算法选用Tsai&Shah的方法，利用后项有限差分方法将反射函数离散化：

E(x,y)=R(p,q)=1+pps+qqs1+p2+q21+ps2+qs2---(2)]]>

其中，G(x，y)为像素点(x，y)的灰度值，R(p，q)为反射函数，z＝z(x，y)是像素(x，y)的深度值；

p=∂Z∂x=Z(x,y)-Z(x-1,y)---(3)]]>

p=∂Z∂y=Z(x,y)-Z(x,y-1)---(4)]]>

将公式(2)改写成

0＝f(E(x，y)，Z(x，y)，Z(x-1，y)，Z(x，y-1))

＝E(x，y)-R(Z(x，y)-Z(x-1，y)，Z(x，y)-Z(x，y-1))      (5)

对公式(5)进行Talor展开，得到

0=f(Z(x,y))≈f(Zn-1(x,y))+(Z(x,y)-Zn-1(x,y))ddZ(x,y)f(Zn-1(x,y))---(6)]]>

其中，

df(Zn-1(x,y))dZ(x,y)=-1×((ps+qs)p2+q2+1ps2+qs2+1-(p+q)(pps+qqs+1)(p2+q2+1)3ps2+qs2+1)]]>

推导，可整理成如下的迭代格式：

Zn(x，y)＝Z^n-1(x，y)+Kⁿ(-f(Z^n-1(x，y)))(7)

其中，Kn=Sx,ynMx,yWx,y+Sx,ynMx,y2,]]>Mx,y=dfdZ(x,y)(Zn-1(x,y)),]]>

E是数学期望算子，W_x，y是一个非常小的非零数；

这样，经过数次迭代后，Zⁿ(x，y)就是对应像素点(x，y)的深度值。