[發(fā)明專利]一種融合觸覺感知功能的視頻聊天方法和終端

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510141243.1
• 申請日: 2015-03-29
• 公開（公告）號: CN104717449B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫曉穎;吳賽文;王慶龍;董楊瑞;王婷婷;龍慧;陳建
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H04N7/14
• 分類號: H04N7/14;G06F3/041
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種融合觸覺感知功能的視頻聊天終端，其特征在于包括：

核心處理器，通過數(shù)據(jù)接口連接各個設(shè)備，控制采集、發(fā)送、接收和顯示視頻數(shù)據(jù)，并對接收的視頻數(shù)據(jù)進行處理，提取其觸覺特征信息，接收手指位置信息，控制觸覺激勵信號生成器產(chǎn)生相應(yīng)的觸覺信號；

位置檢測裝置，采用光學(xué)定位裝置，用于獲取手指觸摸面板的位置坐標，通過USB接口傳送給核心處理器；

視頻顯示屏幕，通過VGA接口連接到核心處理器，用于顯示視頻數(shù)據(jù)；

觸覺再現(xiàn)面板，觸覺再現(xiàn)面板分為三層，由上至下依次為透明絕緣層，透明導(dǎo)電極板、透明玻璃板，透明導(dǎo)電極板和觸覺激勵信號生成器連接，向透明導(dǎo)電極板上加載變化的激勵信號，手指可以在觸覺再現(xiàn)面板上感受不同的觸覺刺激；

觸覺激勵信號生成器，通過UATR接口連接到核心處理器，接收核心處理器發(fā)送的指令信息，生成相應(yīng)的觸覺激勵信號，加載至觸覺再現(xiàn)面板；

視頻采集卡，通過USB接口連接到核心處理器，接收處理器的指令信息，用于配置攝像頭采集視頻的格式和參數(shù)，并將視頻數(shù)據(jù)傳輸給核心處理器；

攝像頭，用于采集用戶的視頻數(shù)據(jù)；

網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，通過PCI接口連接到核心處理器，用于轉(zhuǎn)發(fā)和接收視頻數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種融合觸覺感知功能的視頻聊天終端，其特征在于：所述位置檢測裝置、視頻顯示屏幕和觸覺再現(xiàn)面板在空間上的分布為：從上到下依次為位置檢測裝置、觸覺再現(xiàn)面板、視頻顯示屏幕，且位置檢測裝置采用邊框定位，手指可直接觸摸到觸覺再現(xiàn)面板，觸覺再現(xiàn)面板為透明的結(jié)構(gòu)，人眼可直接觀看視頻顯示屏幕，不受遮擋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種融合觸覺感知功能的視頻聊天終端，其特征在于：觸覺激勵信號生成器包括通訊接口、信號發(fā)生器、功率放大器和安全電路，信號發(fā)生器通過通訊接口接收核心處理器發(fā)送的指令信息，根據(jù)指令信息生成相應(yīng)的激勵信號，通過功率放大器放大后由輸出接口加載至觸覺再現(xiàn)面板，安全電路用來限制過載的電壓或電流。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種融合觸覺感知功能的視頻聊天終端，其特征在于：觸覺激勵信號生成器的安全電路包括過壓保護電路、限流保護電路：

所述的過壓保護電路包括電熔絲F、穩(wěn)壓管Vz、電阻R1和受控二極管T，輸入信號端正極、電熔絲F、穩(wěn)壓管Vz、電阻R1、輸入信號端負極依次串聯(lián)連接組成回路，受控二極管T并聯(lián)連接到穩(wěn)壓管Vz和電阻R1形成支路的兩端，穩(wěn)壓管Vz和電阻R1的公共端連接到受控二極管T的受控端；

所述的限流保護電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、三極管P1、和場效應(yīng)管P2，輸出信號端正極、電阻R2、電阻R3、輸出信號端負極依次串聯(lián)連接組成回路，所述的電阻R4、三極管P1所形成支路并聯(lián)連接在電阻R2和電阻R3所形成支路兩端，電阻R2和電阻R3的公共端連接到三極管P1的基極端，所述的場效應(yīng)管P2和電阻R5串聯(lián)連接所形成的支路并聯(lián)連接到所述的電阻R4和三極管P1串聯(lián)連接所形成支路的兩端，電阻R4和三極管P1的公共端連接到場效應(yīng)管P2源極端；

所述的限流保護電路的電阻R2和電阻R3所形成支路并聯(lián)連接到受控二極管T的兩端。

5.一種融合觸覺感知功能的視頻聊天方法，其特征在于包括下列步驟：

1)終端一與終端二建立數(shù)據(jù)連接；

2)終端一采集終端一用戶的視頻數(shù)據(jù)，將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至終端二；

3)終端二獲取終端一轉(zhuǎn)發(fā)的視頻數(shù)據(jù)，并對其進行實時處理，提取視頻中的觸覺特征信息，具體處理算法如下：

第一步，對視頻數(shù)據(jù)的處理主要是對視頻幀的處理，假設(shè)該視頻中某一視頻幀P_i×j，該視頻幀大小為i×j個像素，i為視頻幀像素行數(shù)，j為視頻幀像素列數(shù)：

采用加權(quán)平均法對視頻幀P_i×j進行灰度化，得到每個像素點的灰度值h_m,n，計算公式為：

h_m,n＝0.30×R_m,n+0.59×G_m,n+0.11×B_m,n

其中R_m,n、G_m,n和B_m,n為像素點P_m,n的紅、綠、藍三個顏色分量，m，n是該像素點的坐標值，m∈{0,1,...,i-1}，n∈{0,1,...,j-1}得到灰度視頻幀H_i×j：

第二步，對灰度視頻幀H_i×j進行梯度化處理，采用后向差分算法：

▽_xh_m,n＝h_m,n-h_m-1,n

▽_yh_m,n＝h_m,n-h_m,n-1

梯度定義為：

F[h_m,n]＝[▽_xh_m,n+▽_yh_m,n]^T

梯度的模值為：

$|F\[h_{m,n}\]|={\[{\left({\▿}_x{h}_{m,n}\right)}^2+{\left({\▿}_y{h}_{m,n}\right)}^2\]}^{\frac{1}{2}}$

最后，得到梯度模值視頻幀F(xiàn)_i×j：

將視頻幀的灰度值和梯度值相加，得到梯度增強視頻幀E_i×j：

計算公式為：

e_m,n＝h_m,n+f_m,n

將梯度增強視頻幀E_i×j進行歸一化，得到包含視頻幀的觸覺特征信息歸一化梯度增強視頻幀S_i×j：

計算公式為：

$s_{m,n}=\frac{e_{m,n}}{max\left(E_{i\×j}\right)-min\left(E_{i\×j}\right)}$

4)終端二為終端二用戶在視頻顯示屏幕上顯示某一原始視頻幀P_i×j的視頻信息，獲取終端二用戶手指觸摸的位置坐標(Px,Py)，通過空間變換矩陣將位置坐標(Px,Py)轉(zhuǎn)換為該視頻幀的像素點坐標(m,n)，并調(diào)取該點像素值s_m,n，根據(jù)激勵信號幅度變化的范圍，計算該像素點下的觸覺激勵信號幅度值V(t)，使用戶二用戶的手指可以感知該像素點相應(yīng)的觸覺力刺激F_e，通過手指移動觸摸，可感知其他像素點對應(yīng)的觸覺力刺激，實現(xiàn)融合觸覺感知功能的視頻聊天，計算公式為：

$(m,n)=\stackrel{\‾}{H}\·(Px,Py)$

V(t)＝(V_max-V_min)×s_m,n

$F_e=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{AV}}^2\left(t\right)}{2\mathrm{\α}}$

其中，V_max是觸覺激勵信號生成器能夠產(chǎn)生的最大幅度值，V_min是觸覺激勵信號生成器能夠產(chǎn)生的最小，幅度值ε₀為真空絕對介電常數(shù)，A為手指與導(dǎo)電極板接觸面積，α為人體手指角質(zhì)層介電常數(shù)。