[发明专利]一种基于色彩空间变换的彩色图像纹理力触觉再现方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实技术中的力触觉再现领域，涉及一种基于色彩空间变化的彩色图像纹理力触觉再现方法。

背景技术

随着虚拟现实技术在外科手术方针、遥操作机器人控制、虚拟制造等领域的广泛应用，纹理力/触觉再现受到了越来越多的关注。纹理力/触觉再现技术通过反馈接触物体时的接触力将物体表面纹理特性反馈给操作者，实现操作者对虚拟对象的感知合操纵。

基于图像处理的方法是目前纹理力触觉再现领域的研究热点。图像的纹理表面建模方法首先利用图像处理算法获得图像中物体表面纹理的特征信息，根据这些特征信息获取纹理表面轮廓。

目前，针对彩色图像纹理的力触觉再现技术大多把彩色图像转化为灰度图像，利用灰度的变化表征纹理信息。LeMercier等提出了四种像素灰度与对应点三维高度的映射方法，重建纹理图像所反映表面的微观三维几何形状，进而完成力/触觉的渲染。吴涓和宋爱国等设计了高斯滤波器对灰度图像进行空间滤波，将高频部分作为纹理表面高度图。Vasudevan等提出了一种基于灰度图像处理的纹理力/触觉再现模型，提出力渲染掩膜的概念，通过子图像与力渲染掩模相乘，直接向操作者反馈该区域的纹理力。单纯基于灰度处理的彩色图像纹理力触觉再现方法使得虚拟纹理的触觉属性仅与物体表面轮廓变化在光照下形成的明暗分布有关，忽略了本质颜色分布特性，丢弃了物体外观图像的颜色特征，无法提供全面、有效的纹理信息，导致力触觉再现的失真。

发明内容

技术问题：本发明提供一种结合色彩与空间感心理学效应，利用彩色图像色调和饱和度信息对其进行区域分割，对分割区域分别进行三维轮廓恢复、饱和度补偿调节后将三维轮廓高度图映射至虚拟三维表面不同高度层进行力触觉渲染、感知的基于色彩空间变换的彩色图像纹理力触觉再现方法。

技术方案：本发明的基于色彩空间变换的彩色图像纹理力触觉再现方法，包含以下步骤：

步骤(1)提取彩色图像的色调信息和饱和度信息，计算颜色信息图C_M；

步骤(2)依据所述步骤(1)中获得的颜色信息图C_M，对原彩色图像进行阈值分割，划分为前进色区域Gadv和后退色区域Grec；

步骤(3)对原彩色图像进行灰度处理，根据从明暗恢复形状的方法分别对步骤(2)所得分割结果进行三维轮廓恢复，得到进色区域三维轮廓高度图Zadv和退色区域三维轮廓高度图Zrec；

步骤(4)利用原彩色图像饱和度分量分别对步骤(3)所得结果进行补偿调节，利用双边滤波算法进行去噪处理，得进色区域三维轮廓高度图Zadv_com和退色区域三维轮廓高度图Zrec_com；

步骤(5)将步骤(4)所得三维轮廓高度图Zadv_com和Zrec_com映射至两个高度层，拼接后得到原图完整的三维轮廓高度图Z；

步骤(6)根据步骤(5)获得的三维轮廓高度图绘制虚拟表面，构建力反馈模型；计算所得合力通过手控器反馈给操作者。

本发明中，步骤(1)的具体流程为：

首先将彩色图像由RGB色彩空间转换到HSV色彩空间，提取其色调通道分量，代表归一化色相角Hue，用色相角余弦值cos(Hue)表征图像的色调信息，提取其饱和度通道分量S，表征图像的饱和度信息。

图像的颜色信息图C_M(x,y)定义为如下形式：

CM(x,y)=Σ(i,j)∈wW(i,j)·C(i,j)]]>