[發(fā)明專利]一種生物視覺感知機(jī)制研究用實驗裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110500100.0
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113311941A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢強(qiáng);陸古月;王爽杰;徐勝
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G01L5/00
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發(fā)明提供一種生物視覺感知機(jī)制研究用實驗裝置，包括高速圖像采集與分析模塊、虛擬場景顯示模塊、生物力測量模塊；虛擬場景顯示模塊包括由四塊曲面屏幕及計算機(jī)，生物力測量模塊采用在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的實驗力傳感檢測裝置；生物力測量模塊包括力學(xué)采集裝置、鉸接懸掛臂裝置和信號采集調(diào)理模塊組成；高速圖像采集與分析模塊包括高速采集工業(yè)相機(jī)，高速采集工業(yè)相機(jī)位于生物觀察標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境正右方并連接計算機(jī)，本發(fā)明的虛擬顯示場景可以根據(jù)現(xiàn)實中的生物的位姿變化產(chǎn)生的力與力矩的變化，改變虛擬場景中的相應(yīng)的空間位姿，并通過視覺刺激反饋給現(xiàn)實中生物實現(xiàn)生物行為和虛擬場景互動，構(gòu)成一個完全交互式的虛擬現(xiàn)實閉環(huán)實驗系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物行為采集、分析及仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物視覺感知機(jī)制研究用實驗裝置。

背景技術(shù)

虛擬顯示場景的作用是利用計算機(jī)圖形和動畫技術(shù)提供人工視覺刺激，通過使用虛擬方法生成的刺激物，增加研究對象沉浸感，研究人員課通過研究動物視覺運動控制中的行為來設(shè)計自動導(dǎo)航機(jī)器人、和多智能體人工智能。

現(xiàn)有技術(shù)往往采用非反饋方式的虛擬場景，比如視頻回放等，這種方式影響生物的沉浸體驗，導(dǎo)致實驗對象產(chǎn)生非正常的反應(yīng)行為，影響實驗結(jié)果。而且，現(xiàn)有技術(shù)研究生物飛行軌跡往往采用多角度高速相機(jī)進(jìn)行抓拍，并且需要在特定的環(huán)境下進(jìn)行，不能針對特定角度研究生物的飛行姿態(tài)，并且不能記錄研究對象的視場信息，降低了生物視覺的研究性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種生物視覺感知機(jī)制研究用實驗裝置，以解決背景技術(shù)中所提出的缺陷或問題。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的實施例提供一種生物視覺感知機(jī)制研究用實驗裝置，其特征在于，包括高速圖像采集與分析模塊、基于力-行為反饋的虛擬場景顯示模塊、生物力測量模塊三個模塊；

其中，所述基于力-行為反饋的虛擬場景顯示模塊包括由四塊曲面屏幕及用于搭建虛擬場景的計算機(jī)，四塊所述曲面屏幕組成一整塊封閉的圓環(huán)狀屏幕，所述圓環(huán)狀屏幕用于為生物提供不同虛擬環(huán)境的視覺信息；用于虛擬場景搭建的所述計算機(jī)安裝有能夠輸出四個視頻信號的視頻數(shù)據(jù)接口，所述計算機(jī)通過四個視頻數(shù)據(jù)接口與四塊曲面屏幕通過高清數(shù)據(jù)線相連接，所述計算機(jī)包括主機(jī)和顯示器；所述計算機(jī)通過四塊曲面屏幕所形成的圓環(huán)狀屏幕提供虛擬現(xiàn)實場景；

所述生物力測量模塊采用在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的實驗力傳感檢測裝置；所述生物力測量模塊包括力學(xué)采集裝置、鉸接懸掛臂裝置和信號采集調(diào)理模塊組成；所述力學(xué)采集裝置包括扭矩力學(xué)傳感器，所述扭矩力學(xué)傳感器固定連接在鉸接懸掛臂裝置上，所述鉸接懸掛臂裝置在扭矩力學(xué)傳感器下方設(shè)置有用于固定實驗生物的粘連棒；所述信號采集調(diào)理模塊用于將力學(xué)采集裝置、扭矩力學(xué)傳感器產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號并隔離傳送到計算機(jī)，并有效地抑制設(shè)備之間信號干擾；

所述高速圖像采集與分析模塊包括高速采集工業(yè)相機(jī)，所述高速采集工業(yè)相機(jī)位于生物觀察標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境正右方并通過GigE-USB3.0接口數(shù)據(jù)線連接計算機(jī)，所述高速采集工業(yè)相機(jī)用于對實驗觀察環(huán)境下生物飛行姿態(tài)的圖像采集，并將圖像傳送到計算機(jī)中分析生物在飛行中的空間位置以及連續(xù)時間內(nèi)偏離預(yù)設(shè)位置方向的偏航角度，該偏航角度可用于矯正生物飛行中現(xiàn)實環(huán)境下與虛擬環(huán)境下產(chǎn)生的空間位姿的偏差。

進(jìn)一步的，所述計算機(jī)接收到信號采集調(diào)理模塊的信號后，將力信號變化轉(zhuǎn)換為虛擬場景中生物的位姿改變，將扭矩信號的變換轉(zhuǎn)換為虛擬場景中生物偏航角的變換，并將虛擬場景中的位姿和偏航角的變換成圖像的運動變換，且根據(jù)力信號和扭矩信號的變化率越強(qiáng)圖像運動變換越強(qiáng)，在連接正常場景的變換反饋給現(xiàn)實中的實驗生物，由此形成閉環(huán)系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述計算機(jī)安裝有圖像采集處理軟件與高速采集工業(yè)相機(jī)所對應(yīng)的程序功能包。

進(jìn)一步的，所述高速采集工業(yè)相機(jī)通過一相機(jī)支撐架支撐，所述相機(jī)支撐架包括第一底座、垂直固定在底座上的第一豎直桿及垂直于第一豎直桿的固定橫桿，所述高速采集工業(yè)相機(jī)固定在固定橫桿的自由端部，所述固定橫桿通過一第一套管套接在第一豎直桿的外側(cè)并通過一第一螺栓進(jìn)行定位在第一豎直桿上。