信息的振动触觉编码和表达技术研究

触觉是人重要的信息获取通道，与视觉听觉相比，触觉在信息获取方面具有其独特的优势。将环境信息以触觉刺激方式进行编码和表达，不仅是盲人感知环境的重要途径，还能帮助正常视力人在视觉受限以及某些特势情况下进行空间定位、语义识别等，扩大信息获取量，提高操作的准确性。本课题主要利用人的触觉刺激与信息认知的相关性，重点研究典型环境信息（空间、图形、语义信息等）的触觉编码方法，将常见视觉信息转换为频率、幅值、节奏、作用部位可控的振动触觉刺激信号,从而形成一种通用的"触觉单词或语言"，并设计相应的振动触觉表达装置原理样机，进行触觉编码的感知实验。信息的触觉编码将充分利用人的触觉感知随机共振及感觉跃迁等特性，进行触觉刺激的时/空组合，以实现信息的高效、准确、直观的触觉编码。

本项目经过三年的研究，根据计划要求，研制了一套便携式振动触觉数据背心原理样机，设计并制作了振动触觉感知板，基于上述原理样机和实验平台；进行了人的振动触觉感知特性实验，发现了人在利用振动触觉提示进行认知的一些特性和规律；实现了二维图像的轮廓特征以及深度信息的振动触觉编码与表达，并在本实验平台上进行了系统验证，验证了利用振动触觉实现信息提示系统的有效性。.成果1）研制了一套便携式振动触觉数据背心，并设计了振动触摸实验板装置。振动触觉阵列安装以穿戴式背心方式安装于人背部，能够自动采集图像，并提取图像轮廓信息，然后进行振动触觉编码，将轮廓特征以不同振幅、节奏和时序的振动触觉刺激形式提示给穿戴者。该系统能够帮助视觉残障人士，以被动触觉方式获取环境信息，尤其是较难呈现的图形和图像信息，同时可以实现危险环境下的非视觉信息传递。.成果2）进行了人的振动触觉认知实验。以在校大学生为研究对象，进行了振动触觉心理物理学实验，建立人的长度认知的心理量表，对评估值进行研究振动触觉刺激参数的变化与基于触觉的长度认知之间的关系。在实验中发现：人振动刺激的时间因素和空间密度对长度认知的影响显著，且其交互作用影响也显著：对应于相同长度，振动刺激时间越长，振动点约密集，主观长度评估偏大。.成果3）进行了信息的振动触觉编码方法研究，并进行了实验验证。分别对常用字母、数字以及较为复杂的二维轮廓以及三维形状特征，提出了相应的振动触觉编码方法。在进行二维轮廓触觉编码和表达时，充分基于前面实验研究中所发现的规律，将振动刺激的基于时间/空间的动态组合编码，以实现二维轮廓触觉扫描；针对三维形状信息的触觉表达，我们提出了基于深度等高线的轮廓特征表达方法，从深度图像中提取轮廓特征，简化为有限条深度等高线，然后对深度等高线进行振动触觉表达，最终实现三维形状信息的触觉表达。.发表和录用论文13篇，其中SCI4篇，EI 9 篇，申请发明专利6项，已授权4项