一种将视觉信息转化成触觉图形时域编码的头盔装置及方法
技术领域
本发明涉及人工视觉技术领域，具体为一种将视觉信息转化成触觉图形时域编码的头盔装置及方法。
背景技术
根据世界卫生组织的数据，全世界有3900万名盲人，这些盲人是先天或后天视觉有障碍的失明人群。视觉障碍甚至缺失严重影响了患者的生活质量，特别是对于那些后天性失明的患者。为了改善盲人的生活质量，目前已经开发有大量的人工视觉装置，主要可分为两类：一类是试图恢复视觉功能的技术，比如视网膜假体；另一类是视觉替代设备，将视觉信息通过其他方式如触觉或者听觉传递给患者。
因为视觉障碍，盲人的其他感知力通常更为敏锐，这是视觉替代技术和设备能够发挥作用的生理条件。这种其他感知力的敏锐一方面源于在日常生活中对其他感觉的依赖、大量使用和训练，另一方面则源于负责其他感知力的脑皮层面积的增大。脑功能成像发现，失明患者的部分视皮层会被其他脑功能区域征用，如接收并感知触觉或听觉的输入信号。
盲杖和盲文就是出现比较早和目前使用比较流行的用触觉感知外界的视觉替代设备，近十几年来，逐渐发展出能够转化更多外界信息的新型人工视觉替代系统：将照相机记录的外界图像转变为施加在盲人身上的二维阵列触觉刺激，患者通过感知到的触觉信息获得外界图像信息。
第一类人工视觉装置要进行手术植入，具有很高的感染风险，且视网膜假体的分辨率较低；现有的第二类视觉替代设备则更多的是在舌头、背部或者腰部进行触觉刺激，这会严重影响患者的语言功能和一些如弯腰等基本日常功能。
发明内容
为了克服现有技术不足，本发明提供一种将视觉信息转化成触觉图形时域编码的头盔装置及方法，在头皮上用触觉图形和时域编码传达视觉信息，辅以图像识别和语音提示，可为盲人导航和提供外界图像信息。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种将视觉信息转化成触觉图形时域编码的头盔装置，包括一头盔本体，在该头盔本体外侧设有用于识别目标图像的若干图像识别单元，在该头盔本体内侧设有与图像识别单元连接的一个或多个机械单元；该机械单元根据从该图像识别单元传来的图像信息生成机械刺激编码，据以同步地机械刺激佩戴者头部，以表达该图像信息。
进一步地，所述头盔本体由左前区、右前区、左后区及右后区四个区域构成，该四个区域相交于一顶点，该顶点在该头盔装置被佩戴时位于佩戴者的百会穴处。
进一步地，所述机械单元为点阵式机械单元或轨迹式机械单元，为点阵式机械单元时，生成点阵式机械刺激编码，该编码包括机械刺激的强度、频率；为轨迹式机械单元时，生成轨迹式机械刺激编码，该编码包括机械刺激的轨迹、轨迹方向、强度。
进一步地，所述点阵式机械单元为多个时，构成机械单元阵列，生成的点阵式机械刺激编码还包括机械刺激的图案、方位；
进一步地，所述轨迹式机械单元为多个时，构成机械单元阵列，生成的轨迹式机械刺激编码还包括机械刺激的方位。
进一步地，所述机械单元的数量为1-10000个。
进一步地，所述机械刺激的频率为0.1-100Hz。
进一步地，所述头盔本体上还设有一语音辅助单元。
一种将视觉信息转化成触觉图形时域编码的方法，依据上述的头盔装置，步骤包括：
通过头盔装置的图像识别单元识别目标的图像，将图像信息传送给头盔装置的机械单元；
该机械单元根据该图像信息生成机械刺激编码，根据该编码同步地机械刺激佩戴者头部，以表达图像信息。
与现有人工视觉技术相比，本发明将外界的视觉信息以约定的方式通过机械刺激的方法投射到头皮上形成时域编码的触觉图形，通过这种方式达到人工视觉的效果。本发明无需手术植入视网膜假体，减少手术风险；选择在头皮部位进行触觉编码，不影响日常行为，也提高了识别速度；提供动态导航功能，给失明患者的头皮直接提供路径信息，省略图像感知和判断过程，便于盲人行走。
附图说明
图1A至图1D是实施例提供的一种头盔装置的示意图。
图2A至图2D是实施例的将视觉信息转化成触觉图形编码与时域编码的原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，对本发明详细说明如下。
本发明的头盔装置将外界的视觉信息以约定的方式通过机械刺激的方法投射到头皮上，形成时域编码的触觉图形，通过这种方式达到人工视觉的效果。
有两种方式可以实现在头部用机械刺激编码表达视觉图像信息：点阵式和连续的图案轨迹式，二者的可编码参数有重合。对于点阵式，可编码的参数包括但不限于：机械刺激的图案、强度、方位及频率(0.1-100Hz)。对于轨迹式，可编码的参数包括但不限于：机械刺激的轨迹、轨迹方向、方位及强度。
该头盔装置的功能可以设置多种场景模式，比如家庭模式、购物模式、行走模式等。在不同的模式下，借助于图像识别和语音辅助，设定重点关注的目标进行触觉编码显示和提醒，提高在各种生活情境下的人工视觉功能。
该头盔装置除了将外界图像信息用机械刺激编码直接投射到头皮上便于患者自己判断外界情况外，还可以将导航路径用机械刺激编码的形式直接投射到头皮上。例如，机械敲击的方向代表导航的行走方向：向前代表直行，向左代表左拐，向后代表倒退等；机械敲击的频率代表距离障碍物的远近；机械敲击的强度代表情况的急缓等。
现列举一实施例，本实施例公开一种将视觉信息转化成触觉图形时域编码的头盔装置，如图1A至图1D，其中图1A和图1B为人戴该头盔装置前后的状态，图1C和图1D为该头盔装置的斜二侧视图和俯视图，均为示意图。该头盔装置可分为四个位置区：左前区、右前区、左后区和右后区。头盔装置上安装有能将电学信号或其他信号转化为对头皮引发触觉刺激的机械单元，比如但不仅限于电动马达。
该机械单元数量范围为1-10000，呈阵列化分布，见图1B中标识为“敲击点阵”的部分，是机械单元阵列的一部分。当敲击点阵只有1个机械单元时，能通过机械刺激的频率和强度来编码，类似于摩斯码的表达方式；当敲击点阵为多个机械单元时，机械刺激的图案、位置、频率和强度均可以作为编码参数。
以点阵式触觉编码为例，失明患者在路上行走时的机械刺激编码的原理如图2A至图2D。
在该模式下把汽车设定为重点关注的对象，并约定以三角形图案标识。当汽车行驶到失明患者视野中时，头盔装置上的机械刺激在患者头皮上敲击出三角形图案提示前方有汽车进入视野。敲击的位置由汽车相对于患者的方位决定，三角形图案在头皮上的刺激轨迹代表了汽车的运动轨迹。例如，汽车刚进入视野时位于患者的左前方，头盔装置在患者头皮的左前方敲击出三角形图案进行表示(见图2A)；当汽车向患者驶来时，三角形图案也会随着向百会穴靠近(见图2B)；当汽车运动到患者正前方时，头盔装置在患者头皮的正前方敲击三角图案(见图2C)；随着汽车运动到身体右侧，头盔装置则在右侧头皮处敲击出三角形图案(见图2D)。可见，头盔装置上敲击的三角形图案的位置与汽车是同向同步的。
可以约定机械敲击的频率和/或强度代表汽车相对患者的距离。当汽车距离患者较远时，机械敲击的频率较低，强度较小，如图2A所示的波形；随着距离的缩小，敲击频率和强度随之增加，如图2A到图2D的变化。
由以上可知，头盔装置上敲击的三角形图案的位置、频率、强度通过与汽车的方位、距离保持同步，就能很好地把汽车位置、速度等信息通过本头盔装置被患者所感知。此外，可以通过敲击出的不同图案来区分不同的对象，通过约定不同的图案代表不同的对象，从而将对象是什么的信息也一同被感知，从而达到理想的效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。
