[发明专利]一种基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统及方法

权利要求书

1.一种基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统，其特征在于，包括：

用于支撑和稳定传感系统整体的传感器支架；

设置于所述传感器支架上用于与外界物体接触和测力的弹性传感层；

设置于所述传感器支架上并位于所述弹性传感层下方的光源，所述光源从三个以上不同方向的照射到所述弹性传感层；

设置于所述弹性传感层的下方的图像采集装置，且所述图像采集装置与所述弹性传感层垂直布置，用于获取物体与所述弹性传感层接触前和接触后的图像；以及分别获取在不同方向照射条件下物体的图像，并将所获取的图像传输至处理器；

处理器，根据所述图像采集装置反馈的接触前、接触后的图像，利用粒子图像测速方法对所述弹性传感层中的接触力进行分析和重构，即通过所述弹性传感层表面粒子在不同接触力下的位移场变化来判断接触力的种类并计算大小；以及根据获取在不同方向照射条件下物体的图像，利用光度立体算法对物体表面形貌进行三维重建。

2.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统，其特征在于，所述传感器支架包括：

用于支撑所述弹性传感层的顶层；所述顶层为三角形檐状平台；

设置于所述顶层正下方的中间层；所述中间层的四角设有用于支撑所述光源的倾斜平台，以固定光源照射角度；所述中间层的中心位置设有用于固定所述图像采集装置的方孔；

设置于所述中间层下方支撑上方构件的底层。

3.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统，其特征在于，所述弹性传感层包括：

位于最底层的柔性透光基体；

设置于所述柔性透光基体上表面的深色标记层；

设置于所述深色标记层上表面的超薄透明保护层；

设置于所述超薄透明保护层上表面由金属粉末制成的反射层，所述反射层用于反馈物体的触觉信息和保护所述深色标记层；在不同接触力的作用下，所述反射层上粒子位移的方向和大小不同，且不同的粒子位移方向所呈现的结果与接触力的种类相关，所述粒子位移的大小与接触力的大小呈现线性关系。

4.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统，其特征在于，所述光源由多个LED或多个LD组成。

5.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统，其特征在于，所述图像采集装置采用USB相机。

6.一种基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感方法，其特征在于，包括采用权利要求1-5任意一项所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感系统进行。

7.根据权利要求6所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感方法，其特征在于，包括：

将物体与弹性传感层发生接触，在光源照射条件下，通过弹性传感层的反射层反馈物体的触觉信息，同时由图像采集装置获取物体与弹性传感层接触前后的图像，并将采集图像传输给处理器；利用粒子图像测速方法得出了物体与弹性传感层接触前后的表面颗粒流速信息，通过物体与弹性传感层接触前后粒子位移的变化，来判断接触力的种类及其大小；

利用光度立体算法对物体进行三维重建：通过图像采集装置分别获取光源从至少三个方向照射物体的图像，并将采集的图像传输给所述处理器，所述处理器利用多个光源在多个不同角度上拍摄的多个图像的光强度，计算得到物体表面有限微小单元的高度和方向梯度，恢复出图像上物体的三维信息，从而获取物体的表面形貌。

8.根据权利要求7所述的基于粒子图像测速法的多模态视触觉传感方法，其特征在于，所述处理器利用粒子图像测速方法得出了物体与弹性传感层接触前后的表面颗粒流速信息，通过物体与弹性传感层接触前后粒子位移的变化，来判断接触力的种类并计算大小，其中，

在一张图像瞬时速率一致的情况下，每个粒子的流速即代表位移信息；以不同长度的箭头表示物体与弹性传感层接触前后粒子位移的变化，经计算得到粒子位移的大小与接触力的大小呈现线性关系，并通过箭头所指方向的结果直观判定接触力的种类。