[发明专利]基于图像亮度信息力触觉交互纹理力再现方法

说明书

本发明公开了基于图像亮度信息力触觉交互纹理力再现方法，本发明结合计算机图像处理、虚拟现实技术与力触觉传感技术，通过算法优化，合理得对纹理接触力进行建模，对图像信息进行预处理，结合运动学原理，在虚拟接触点产生相应纹理的接触力，再将得到的相应纹理信息通过力触觉再现设备反馈给操作者，可以使操作者真实得感知物体表面纹理物理属性，从而达到重构物体表面三维纹理信息的目的。与已有的技术方法相比，该方法一定程度上提高了纹理再现效率和操作者真实感体验。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟现实技术下力触觉再现技术，尤其是一种基于图像亮度信息处理下纹理力再现方法。属于计算机图像处理、虚拟现实技术与力触觉传感技术领域。

背景技术

纹理是物体表面的微观几何形状、粗糙度等特性的综合描述。现实中，我们通过触觉直接感知物体的纹理信息，判断物体的一系列材质特点。随着虚拟现实技术在力触觉传感领域的广泛应用，以及一系列虚拟环境构造、虚拟物体仿真的实现，使得通过仪器捕捉现实物体的特点再通过力触觉交互系统将其输出得以实现。例如吴等人通过仪器实际测量纹理力再通过电压输出实现了力触觉的再现。这一领域技术的实现，也使得人们可以远程地对物体从外形到触觉多方位感知了解。对如今的远程购物体验、老建筑物纹理再现修复等方面都有一定的现实意义。

随着计算机视觉、图像处理技术的发展,如今可以通过对物体图像的预处理得到物体图像灰度值，进一步分离近似得到图像中呈现的物体纹理信息，从而使得物体的纹理信息的提取变得更容易。这一技术主要是将捕捉到的图像信息加以处理，在虚拟接触点结合运动学原理计算产生相应纹理的接触力，再将得到的相应纹理信息通过力触觉再现设备反馈给操作者，可以使得操作者真实地感知物体表面纹理物理属性，从而达到重构物体表面三维纹理信息的目的。

发明内容

目的：本发明专利通过算法优化，合理得对纹理接触力进行建模，对图像信息进行预处理技术，在虚拟接触点结合运动学原理产生相应纹理的接触力，再将得到的相应纹理信息通过力触觉再现设备反馈给操作者，使得操作者真实地感知物体表面纹理物理属性，从而达到重构物体表面三维纹理信息的目的。

技术方案如下：

(1)导入物体表面二维纹理图片，假设该二维纹理图片大小为m×n个像素，即图像横向像素个数为m，纵向像素个数为n；利用下述公式红绿蓝过滤器得到的亮度值将图像处理出红、绿、蓝三个分量R、G、B：

其中，λ表示波长，E(λ)表示输入过滤器的光或者射线，S_R、S_G、S_B是三个颜色过滤器；将RGB空间进行如下线性变换得到原图像亮度信息V：

V＝0.299R+0.587G+0.114B

其中0＜R＜1,0<G<1,0<B＜1

(2)运用去噪声高斯滤波器进行滤波去噪，噪声在图像处理中被看成一个高频信号,图像去噪可由下面的线性卷积实现:

其中，I、Ω、V(η,ξ)分别表示：去噪后的图像像素块顶点亮度信息值、整个图像平面、原图像亮度信息；

H(x₁,y₁)为高斯滤波算子，其表达式为：

其中选定的参数σ表征高斯滤波宽度，决定图片处理平滑程度；

(3)通过均值法对每个像素块周围区域的亮度值求区域平均值，近似估算该像素块顶点的亮度值：

以像素块D_0,0为例：