图像色调温度触觉反馈的手控装置设计#耿万培，吴剑锋，李建清，刘海洋，惠允，贾贞，万能**（东南大学仪器科学与工程学院，南京210096）510152025303540摘要：本文设计了一种具有图像色调温度触觉反馈功能的手控装置，该装置前端通过摄像头采集图像信息，由图像处理单元对图像做色调温度触觉转换处理，并显示处理后的图像，人手移动手控单元在显示界面中虚拟感知物体图像信息，根据所处位置图像色调信息的不同，产生不同温度触觉刺激，操作者通过手指感受温度触觉刺激可感知图像中物体色调信息。对装置进行测试实验，结果表明，该装置具有安全可靠、无噪声和易于操作等优点。关键词：温度触觉；图像色调；手控装置中图分类号：TP39DesignofaHand-controlDevicewithTemperatureTactileFeedbackfromImageHueGENGWanpei,WUJianfeng,LIJianqing,LIUHaiyang,HUIYun,JIAZhen,WANNeng(SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,NanJing210096)Abstract:Thispaperhasdesignedahand-controldevicewiththefunctionoftranslatingimagehueintotemperaturetactilefeedback,thedevicecollectsimageinformationthroughthefrontcamera,thendotheconversionbetweenimagehueandtemperaturetactileanddisplayitthroughimageprocessingunit.Wecanhaveavirtualsensingabouttheobjectimageinformationinthedisplayinterfacewhenmovingthishand-controlunit,accordingtoitsdifferenthueinformationindifferentplaces,itwillgeneratedifferenttemperaturetactilestimulation,operatorcanperceiveimagehueinformationbyhisfingertouchingit.Throughexperimentaltestsonthedevice,theresultsshowedthatthisdevicehadseveraladvantagessuchassafety,reliability,nonoiseandeasyoperation.Keywords:Temperaturetactile;Imagehue;Hand-controldevice0引言人的感觉主要分为视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉，这些感觉是人的大脑对直接作用于它的外界事物的一般属性的反映[1]。人类约60%~80%的信息是靠视觉感知的，其中的60%~70%的信息又是以图像方式获取的。对于盲人，他们只能通过触觉和听觉获取信息，而对于图形、图像类的视觉信息，他们一般靠阅读盲文来感知这些信息[2]。触觉又可分压力触觉、振动触觉和温度触觉等，温度触觉是在触觉过程中产生的温度觉，主要是指手指接触物体时，在接触热传导过程中，由于温度觉感受器的温度变化所引起的温度觉变化而产生的感觉[3]。在国外，触觉复现技术的研究开始于20世纪80年代。韩国的Gi-HunYang实验团队设计了一个力触觉、振动触觉、温度触觉为一体的触觉鼠标[4]，力触觉可感知物体形状和刚度，振动触觉反馈可辨别物体的纹理，温度触觉可识别物体材质。瑞士的SimonGallo和日本的MasayukiHara等人共同研制出一台集成温度反馈的多通道触觉控制台[5]，装置上大约为手指大小的温度触觉显示器能够在指尖下产生温度梯度。日本的TakahiroKOBAYASHI和MikaFUKUMORI提出了“热感知触觉图像”的概念，设计了TSTG(ThermalSensationTactile基金项目：国家“八六三”高技术研究发展计划（2009AA01Z314），国家级实践创新项目（1210286084）作者简介：耿万培，（1990-），男，硕士研究生，机器人传感与控制。通信联系人：吴剑锋，（1975-），男，讲师，机器人传感与控制和无线传感器网络。wjf@seu.edu.cn-1-Graphics)装置[6]，该装置作为一种新兴的表达方式，在残疾人感知领域将有更大的发展。就国内而言，对于触觉的研究起步较晚，东南大学的吴涓等人采用振动触觉刺激，设计了一个45505560穿戴于人体背部振动腰带装置[7]，可表达图像轮廓信息。东南大学的吴剑锋等人研制了一个表面温度信号快速发生装置[8]，可用于温度触觉再现和其他表面温度需要快速变化的场合。还有东南大学的宋爱国等人设计了一种具有三维力反馈的手控器[9]，该手控器具有形状触觉再现、纹理触觉再现、柔性力触觉再现三种功能。为使视觉障碍者以温度触觉方式感知图像信息，本文设计了一种具有图像色调温度触觉反馈功能的手控装置，人手移动该装置可虚拟感知物体图像信息，并以不同温度触觉刺激手...