超声波空中触觉图形呈现的时空调制方法

目的超声波空中触觉反馈技术为虚拟现实、混合现实提供非接触、无约束的触觉体验,是混合现实领域触觉呈现的主要途径。使用传统调制方法对多点图形进行聚焦呈现时,在每个调制周期内只进行单点聚焦,发射阵列的使用率较低,聚焦过程中产生噪声较大。针对现有调制方法的不足之处,提出了一种新型时空调制方法来提高阵列利用率并降低聚焦时产生的噪声。方法首先,根据所需呈现图形获取多个焦点的位置数据,计算每个焦点聚焦时发射器所需延时时间并进行储存;其次,将调制信号的周期按聚焦点个数进行平均分配,并生成超声发射器驱动信号;最后,将驱动信号发送至延时模块,并在调制信号周期的不同时间片内,将各聚焦点的延时数据送入,实现多点聚焦触觉同步的效果。结果通过实验对新型调制方法进行测试,在进行占空比为10%和20%的两点聚焦时,相比于传统调制方法,调制噪声分别降低了8.4%和13%,聚焦功耗提高了80%和86%;在进行占空比为10%和20%的四点聚焦时,相比于传统调制方法,调制噪声降低了6.3%和10.1%,聚焦功耗分别提高了60%和100%。在主观图形识别实验中,三角形、矩形、圆形的识别率分别提升了25%、19%、35%。实验结果表明新型调制方法降低了聚焦噪声,提高了阵列利用率以及对呈现图形的识别率。结论本文所提出的新型时空调制方法有效减小了聚焦噪声,提供了更好的触觉图形反馈效果。

基于多阵列合成孔径的局部超声阵列聚焦方法

针对增大超声波阵列孔径虽然能够提高超声波聚焦的精度,但同时带来功耗和聚焦噪声的增加的问题,提出了一种基于多阵列合成孔径的局部超声阵列聚焦方法。该方法根据超声波发射器的辐射角度确定参与聚焦的发射器数目,通过减少同时工作的发射器数目降低功耗,减小噪声。对比测试了局部阵列聚焦方法和全阵列聚焦方法的聚焦精度和功耗。结果表明,相比于全阵列聚焦方法,本文所提方法的聚焦精度略有提高,聚焦强度减小了5%,但功耗降低了31%。