[發(fā)明專利]一種接觸面形變的傳感方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710047856.4
• 申請日: 2007-11-05
• 公開（公告）號: CN101427909A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阮剛
• 申請（專利權(quán)）人: 阮剛
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及機(jī)械量傳感領(lǐng)域，尤其接觸面形狀及其變化的觸覺傳感。

背景技術(shù)：

對于觸覺傳感，一般都是傳感壓力，本發(fā)明是傳感接觸面的形狀變化，如皮膚接觸物體感知物體的形狀及變化。對于曲面的形狀傳感一般都是靜態(tài)，本發(fā)明是動態(tài)，且可接觸施壓。典型的現(xiàn)成的傳感器技術(shù)難以適用的是中醫(yī)切脈傳感，難以有效地傳感面的變化和模擬實(shí)況。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明傳感接觸面的形狀變化的基本方法示例：如圖1在與1被測對象表面接觸的2傳感器接觸面的背面(稱為標(biāo)記區(qū)，最好是漫反射的)，從上部4標(biāo)記發(fā)射源以一定角度投射標(biāo)記到標(biāo)記區(qū)，在另一角度用5攝像裝置拍攝3標(biāo)記投影，以標(biāo)記陣列在攝像裝置靶面的位置(或其變化)，可以推算各標(biāo)記投影的空間位置(或其變化)，確定每個標(biāo)記中心位置近似坐標(biāo)，擬合后即成整個曲面。

另外，如果在標(biāo)記區(qū)投射雙縫的干涉條紋作為標(biāo)記，則投影點(diǎn)的和雙縫的距離與投影點(diǎn)的干涉條紋粗細(xì)成正比，據(jù)此也可以推算該投影點(diǎn)當(dāng)前所處位置。

根據(jù)上述被確定空間位置的投影點(diǎn)，可以運(yùn)算構(gòu)成整個曲面，可以表達(dá)為整個曲面的動態(tài)變化；也可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)作圖像處理、模式識別等幫助我們了解曲面變化的性狀特征；不經(jīng)坐標(biāo)計算，直接觀看或放大觀看拍攝的圖像，觀察接觸面的變化，也是應(yīng)用的一種方式。

以初始平面或未觸壓時的狀態(tài)所拍攝的標(biāo)記陣列圖像為基礎(chǔ)，根據(jù)發(fā)射源、攝像裝置和標(biāo)記投影面的位置關(guān)系，發(fā)射源所發(fā)射光線本身在標(biāo)記面投影的變化情況(微小的可以忽略)，計算實(shí)際工作時的各個標(biāo)記點(diǎn)位置。例如，從參照點(diǎn)數(shù)起，第n行、第m列的那個標(biāo)記投影，從原來標(biāo)記區(qū)初始平面時的位置(攝像裝置靶面的第j行第k列像素)變?yōu)榘忻娴牡趈1行第k1列像素，則可以計算出該點(diǎn)的空間位置，具體的計算這里不作推演，也可以不論初始狀態(tài)直接計算，可參考三角測距法。

標(biāo)記的排列的確定，是以標(biāo)記在不變位置的投影點(diǎn)為參照基點(diǎn)(如圖2的4標(biāo)記起始定位參照點(diǎn)，在筒體與接觸面連接的邊緣)，來逐個確定其他各個在變動面上的標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記的投影例如可以象國際象棋似的黑白塊交叉或有色(光)無色(光)交叉，或不同顏色交叉也可。對于有明確邊界的標(biāo)記投影陣列，也可以通過判別邊界來確定其排列。

標(biāo)記的投射方法：

1、圖案直接用光投射。即前面是透光和不透光相間的圖案(例如象國際象棋棋盤)，后面用光照射，使圖案投影到標(biāo)記面上。也可以使用能透過不同顏色光的膜塊交叉，例如相似圖像傳感器靶面的RGB排列等，但用單色光可以使光學(xué)設(shè)計簡單。

2、用互相垂直的光的干涉條紋投射。

a)以不同頻率的光分別投射出互相垂直的2組干涉條紋，2種顏色條紋相疊處變?yōu)樾碌牡?種顏色塊，加上暗條紋塊和原來2色的塊，作為標(biāo)記點(diǎn)。

b)或互相垂直的雙縫以相同顏色的光分2次投射采樣，2幀近似合成。

或者以條紋序號作為條紋坐標(biāo)，與實(shí)際像素位置配合計算。起始條紋的確定可以借助筒與傳感面連接的邊緣上的固定不動點(diǎn)的特殊標(biāo)記。

3、也可以用光柵編碼投射或莫爾條紋等。計算也如上有標(biāo)記投影的排列定位及空間高度位置計算。

另，干涉條紋粗細(xì)間隔會隨投影距離變化，這本身也可以作為計算投影距離的依據(jù)，從而可以推算投影點(diǎn)坐標(biāo)。

接觸面上的凸起峰阻斷入射光線和投影拍攝問題的解決：首先，如果具體應(yīng)用的峰坡的切向角度不太大，阻斷不了。如果有影響，我們可以設(shè)立多個發(fā)射源交錯覆蓋，例如：

1、對于發(fā)射標(biāo)記的實(shí)現(xiàn)方法，3個角度分別發(fā)射三種顏色的標(biāo)記(例如R、G、B)，分別計算其標(biāo)記陣列的各個標(biāo)記坐標(biāo)，既可以增加密度從而提高精細(xì)度，又可以互相補(bǔ)充被阻斷光線的缺失。

2、對于光的干涉條紋的實(shí)現(xiàn)方法，則可以在另一個對邊放置另外一對光的干涉條紋發(fā)射裝置，以不同頻率的光源發(fā)射。這樣分別以4種光色陣列定坐標(biāo)，作用和上面發(fā)射標(biāo)記相同。唯4種頻率干涉光條紋組合相交，會生出多種顏色需要區(qū)分清楚。

3、以上2種方法都可以改為在時間上交錯發(fā)射，這在攝像頭的拍攝幀速率足夠的情況下可以使用。即先以第一種角度投射拍攝，再換第二種角度投射拍攝，如此在攝像幀速允許的情況下，可換多種角度拍攝。沒有上面2種方法的顏色交叉處理問題。對一種角度拍攝中缺失的點(diǎn)可以其他角度拍攝的彌補(bǔ)，雖然時間上并不完全同時，但可以根據(jù)前后幀平滑補(bǔ)上。可以采用一種顏色的光投射，這也降低了光學(xué)設(shè)計要求。