[发明专利]一种应用于移动终端的静电力触觉再现方法和装置

权利要求书

1.一种应用于移动终端的静电力触觉再现方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)当手指触摸LCD显示屏时，红外定位单元检测到手指的位置(x，y)，并将此位置信息发送至ARM核心处理单元；

(2)ARM核心处理单元首先对LCD显示屏显示的M×N大小图像进行处理(M、N表示图像的像素点)，将此图像灰度化，灰度化矩阵L：

L=R+G+B3]]>

其中，R、G、B为图像红、绿、蓝颜色分量；

然后计算整个M×N大小的图像的平均高度值

L‾=1MNΣx=1MΣy=1NL(x,y)]]>

最后计算触摸位置(x，y)相对高度值H(x,y)：

H(x,y)=k×L(x,y)L‾;]]>

其中，k为常系数；

(3)判断触摸位置的高度信息，若H(x,y)>H′(x,y)，说明此处为凸起，则采用凸起几何模型的静电力触觉再现算法，若H(x,y)<H′(x,y)，说明此处为凹陷，则采用凹陷几何模型的静电力触觉再现算法；H′(x,y)为前一触摸位置的高度值；

(4)采用正弦高度模型分别对凸起和凹陷的几何形状建模：

凸起几何模型L_⊥：

L⊥=Hsinω+H,(-π2<ω≤3π2)]]>

凹陷几何模型L_Τ：

LT=Hsinω+H,(5π2<ω≤9π2)]]>

(5)凸起和凹陷的几何模型仅反映了图像的高度信息，实际在静电力触觉再现系统中，表面高度的相对变化量是产生触觉纹理或是轮廓的反馈力的关键，因而对凸起几何模型和凹陷几何模型求导，使其变为梯度模型：

凸起梯度模型

▿⊥=dL⊥dω=d(Hsinω+H)dω=Hcosω,(-π2<ω≤3π2)]]>

凹陷梯度模型

▿T=dLTdω=d(Hsinω+H)dω=Hcosω,(5π2<ω≤9π2)]]>

(6)利用韦伯-费希纳静电力触觉模型映射凸起和凹陷梯度模型的驱动电压振幅，其中，韦伯-费希纳静电力触觉模型：

▿=KlgU+A]]>

其中，为凸起或凹陷梯度模型，U为静电力触觉再现控制单元的驱动电压的振幅，K和A为常数，A代表静电力触觉系统的最小刺激阈值电压，K和A实际中可采用实验的方法测得；

所以，凸起梯度模型对应的驱动电压振幅U_⊥：

▿⊥=KlgU⊥+A,(-π2<ω≤3π2)]]>

U⊥=10▿⊥-AK=10Hcosω-AK,(-π2<ω≤3π2)]]>

凹陷梯度模型对应的驱动电压振幅U_Τ：

▿T=KlgUT+A,(5π2<ω≤9π2)]]>

UT=10▿T-AK=10Hcosω-AK,(5π2<ω≤9π2)]]>

(7)驱动信号以U_⊥和U_Τ为振幅，形式采用调幅波，则驱动信号的波形为：

V⊥(t)=U⊥(1+macosΩt)cosΩct=10Hcosω-AK(1+macosΩt)cosΩct,(-π2<ω≤3π2)]]>

VT(t)=UT(1+macosΩt)cosΩct=10Hcosω-AK(1+macosΩt)cosΩct,(5π2<ω≤9π2)]]>

其中，m_a为调制系数，取m_a＝1，t为时间，Ω_c为载波信号频率，取Ω_c＝20KHz，Ω为调制信号频率，频率范围20～500Hz，典型值为240Hz；

将此凸起模型调制信号形式与凹陷模型调制信号形式根据手指的位置(x，y)，传送至静电力触觉再现控制单元，然后驱动静电力触觉再现交互单元中的静电力触觉再现面板，手指可以产生明显凸起或是凹陷的触觉感。

2.一种应用于移动终端的静电力触觉再现装置，其特征包括：静电力触觉再现交互单元、静电力触觉再现控制单元、红外定位单元以及ARM核心处理单元；

(1)所述静电力触觉再现交互单元包括LCD显示屏、红外定位框和静电力触觉再现面板；

所述LCD显示屏主要用来显示图像信息；

所述红外定位框由红外定位单元来驱动，用于实时获取手指位置信息；

所述静电力触觉再现交互单元中的静电力触觉再现面板分三层结构，由上到下依次是：透明绝缘层、透明导电极板、玻璃底板；所述透明导电极板采用氟掺杂锡氧化物，经磁控溅射技术均匀喷涂在玻璃底板上，氟掺杂锡氧化物层厚度0.185um±0.005um，透光率为94％；所述透明绝缘层采用聚醚砜，厚度为2um，介电常数为3.5，经磁控溅射技术均匀喷涂在透明导电极板上；

(2)所述静电力触觉再现控制单元，采用数字信号处理器；使用两片D/A转芯片根据直接数字式频率合成技术，生成波形、频率、幅度可变的控制信号；该控制信号经过高压放大芯片，将控制信号放大到峰峰值0—400V可调的高压信号；波形种类可为正弦波、方波、锯齿波、三角波、调幅波、调频波等，频率范围为20～20KHz，用以驱动触觉再现面板，产生静电力触觉；

(3)所述红外定位单元用于驱动红外定位边框，实时检测手指触碰触觉再现交互屏的位置，并将检测到的位置信息发送给ARM核心处理单元；

(4)所述ARM核心处理单元以ARM处理器为核心，主要负责根据红外定位单元传来的手指触碰图像的位置信息，然后提取该位置的轮廓、纹理等信息，再根据静电力触觉算法，将要生成的静电力驱动信号信息发送给静电力触觉再现控制单元，从而产生静电力触觉。