[发明专利]一种生物视觉感知机制研究用实验装置

说明书

本发明提供一种生物视觉感知机制研究用实验装置，包括高速图像采集与分析模块、虚拟场景显示模块、生物力测量模块；虚拟场景显示模块包括由四块曲面屏幕及计算机，生物力测量模块采用在标准环境的实验力传感检测装置；生物力测量模块包括力学采集装置、铰接悬挂臂装置和信号采集调理模块组成；高速图像采集与分析模块包括高速采集工业相机，高速采集工业相机位于生物观察标准环境正右方并连接计算机，本发明的虚拟显示场景可以根据现实中的生物的位姿变化产生的力与力矩的变化，改变虚拟场景中的相应的空间位姿，并通过视觉刺激反馈给现实中生物实现生物行为和虚拟场景互动，构成一个完全交互式的虚拟现实闭环实验系统。

技术领域

本发明属于生物行为采集、分析及仿生技术领域，具体涉及一种生物视觉感知机制研究用实验装置。

背景技术

虚拟显示场景的作用是利用计算机图形和动画技术提供人工视觉刺激，通过使用虚拟方法生成的刺激物，增加研究对象沉浸感，研究人员课通过研究动物视觉运动控制中的行为来设计自动导航机器人、和多智能体人工智能。

现有技术往往采用非反馈方式的虚拟场景，比如视频回放等，这种方式影响生物的沉浸体验，导致实验对象产生非正常的反应行为，影响实验结果。而且，现有技术研究生物飞行轨迹往往采用多角度高速相机进行抓拍，并且需要在特定的环境下进行，不能针对特定角度研究生物的飞行姿态，并且不能记录研究对象的视场信息，降低了生物视觉的研究性。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物视觉感知机制研究用实验装置，以解决背景技术中所提出的缺陷或问题。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种生物视觉感知机制研究用实验装置，其特征在于，包括高速图像采集与分析模块、基于力-行为反馈的虚拟场景显示模块、生物力测量模块三个模块；

其中，所述基于力-行为反馈的虚拟场景显示模块包括由四块曲面屏幕及用于搭建虚拟场景的计算机，四块所述曲面屏幕组成一整块封闭的圆环状屏幕，所述圆环状屏幕用于为生物提供不同虚拟环境的视觉信息；用于虚拟场景搭建的所述计算机安装有能够输出四个视频信号的视频数据接口，所述计算机通过四个视频数据接口与四块曲面屏幕通过高清数据线相连接，所述计算机包括主机和显示器；所述计算机通过四块曲面屏幕所形成的圆环状屏幕提供虚拟现实场景；

所述生物力测量模块采用在标准环境的实验力传感检测装置；所述生物力测量模块包括力学采集装置、铰接悬挂臂装置和信号采集调理模块组成；所述力学采集装置包括扭矩力学传感器，所述扭矩力学传感器固定连接在铰接悬挂臂装置上，所述铰接悬挂臂装置在扭矩力学传感器下方设置有用于固定实验生物的粘连棒；所述信号采集调理模块用于将力学采集装置、扭矩力学传感器产生的电信号转变成数字信号并隔离传送到计算机，并有效地抑制设备之间信号干扰；

所述高速图像采集与分析模块包括高速采集工业相机，所述高速采集工业相机位于生物观察标准环境正右方并通过GigE-USB3.0接口数据线连接计算机，所述高速采集工业相机用于对实验观察环境下生物飞行姿态的图像采集，并将图像传送到计算机中分析生物在飞行中的空间位置以及连续时间内偏离预设位置方向的偏航角度，该偏航角度可用于矫正生物飞行中现实环境下与虚拟环境下产生的空间位姿的偏差。

进一步的，所述计算机接收到信号采集调理模块的信号后，将力信号变化转换为虚拟场景中生物的位姿改变，将扭矩信号的变换转换为虚拟场景中生物偏航角的变换，并将虚拟场景中的位姿和偏航角的变换成图像的运动变换，且根据力信号和扭矩信号的变化率越强图像运动变换越强，在连接正常场景的变换反馈给现实中的实验生物，由此形成闭环系统。

进一步的，所述计算机安装有图像采集处理软件与高速采集工业相机所对应的程序功能包。

进一步的，所述高速采集工业相机通过一相机支撑架支撑，所述相机支撑架包括第一底座、垂直固定在底座上的第一竖直杆及垂直于第一竖直杆的固定横杆，所述高速采集工业相机固定在固定横杆的自由端部，所述固定横杆通过一第一套管套接在第一竖直杆的外侧并通过一第一螺栓进行定位在第一竖直杆上。