CN100418498C - 导盲器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导盲器，涉及计算机控制的导盲器技术领域；该导盲器包括传感器输入部分，计算机和软件部分和耳机输出部分，所述计算机和软件部分分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分，其特征在于，所述传感器输入部分包括左右话筒、左右摄像头、超声波测距探头、垂直和水平角度传感器；所述计算机和软件部分包括主体软件，分别与所述主体软件连接的机器视觉分析软件、自然语言理解软件和机器学习软件，以及同时与所述机器视觉分析软件和机器学习软件连接的“域”图像信息数据库和“物件”图像信息数据库。本发明的导盲器设备简单，标准通用，易于维护，成本低，能大大提高盲人的生活质量。

Description

导盲器

技术领域

本发明涉及一种计算机控制的导盲器技术。

背景技术

进入21世纪，随着计算机软件、硬件的技术、传感器技术、智能控制技术的日新月异的快速发展，推动了服务机器人关键技术有了明显突破，服务机器人正成为一个新兴的快速发展的产业。

而在国际国内方面的统计，残疾人中有20％是视力残疾。

世界卫生组织估计全世界有盲人4000万到4500万，低视力是盲人的3倍，约1.4亿人。我国曾在上世纪80年代进行过视力残疾状况调查，结果显示，我国有视力残疾患者近1300万，其中盲人约550万。我国每年会出现新盲人大约45万，即约每分钟就会出现1个盲人。

人类的主要的信息是通过视觉来获取的，所以盲残是残疾人中最重和最痛苦的残疾，盲人无法看到现实的世界，无法享受正常人的欢乐。我国要实现“和谐”社会，要实现文明平等的社会，应该十分关怀这550万处于黑暗之中的盲人。

现国内外助盲器一般仅用超声波或红外线探头来找寻障碍的简单的方法和设备来助盲，达不到较好的效果。国外高档类似产品向着服务机器人的方向发展，由于机器人的复杂的机械结构，和高端人工智能软件的开发，使得产品的成本据高不下，难以给盲人群体所接受。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种设备简单，标准通用，易于维护，成本低的导盲器。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种导盲器，包括传感器输入部分，计算机和软件部分和耳机输出部分，所述计算机和软件部分分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分，其特征在于，所述传感器输入部分包括左右话筒、左右摄像头、超声波测距探头、垂直和水平角度传感器；所述计算机和软件部分包括主体软件，分别与所述主体软件连接的机器视觉分析软件、自然语言理解软件和机器学习软件，以及同时与所述机器视觉分析软件和机器学习软件连接的“域”图像信息数据库和“物件”图像信息数据库。

所述主体软件经便携式计算机硬件分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分。

利用本发明提供的导盲器，由于采用了多传感器、使用人工智能系统和计算机软件分析对象，语音输入的导盲器的高水准的系统设计方案。

国外高档类似产品向着服务机器人的方向发展，由于机器人的复杂的机械结构，和高端人工智能软件的开发，使得产品的成本据高不下，难以给盲人群体所接受。本发明充分利用了盲人本人的可活动性，仅采用了导盲方式的传感器、计算机和软件，采用语言提示助盲，取消机械行动部分，成本仅为服务机器人的10％左右，为盲人群体可以接受购买。

由于采用双摄像头的图形采集和机器视觉方法，采用“域”和“对象”的数据库方法，提高了导盲器识别性能。

由于采用语言提示，人机语言对话，使用者可以通过人机对话进行学习帮助盲人更好地使用导盲器。采用了语言对话方式，增加了机器对盲人的可亲性，使盲人有精神支柱支持。本发明设备简单，标准通用，易于维护。

本发明就是使用高技术的手段，用现代传感技术来观察环境，用计算机软硬件技术来分析综合环境，然后通过语言来告诉盲人，不断给盲人创造出周围的环境实体，让盲人摆脱黑暗，获取模拟的“光明”世界，以大大提高盲人的生活质量。

附图说明

图1是本发明实施例导盲器的结构示意框图；

图2是本发明实施例导盲器的软件程序流程框图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明的内容是通过盲人戴有一组安装有综合传感器(包括左右摄像头、左右耳机、测距仪和水平垂直角度传感器等)的眼镜或帽子，并将综合信息传送至计算机，通过计算机对这些图形和信号的智能分析，获得盲人四周的真实环境信息，并通过亲切的声音(耳机)向盲人进行周围环境的描述和行动的障碍分析信息传递(如“您左面是靠着黄色的墙，中间是走道，右边2米有一个白色冰箱，前面有一把黑色的椅子，要小心！”)，同时，也可以通过与盲人对话的方式来根据盲人的需求来进行相关的信息传递，帮助盲人提高行动能力和生活质量。

参见图1所示，本发明实施例提供的一种导盲器，包括传感器输入部分，计算机和软件部分和耳机输出部分，所述计算机和软件部分分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分，所述传感器输入部分包括左右话筒、左右摄像头、超声波测距探头、垂直和水平角度传感器；所述计算机和软件部分包括主体软件，分别与所述主体软件连接的机器视觉分析软件、自然语言理解软件和机器学习软件，以及同时与所述机器视觉分析软件和机器学习软件连接的“域”图像信息数据库和“物件”图像信息数据库。所述主体软件经便携式计算机硬件分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分。

所述传感器输入部分：输入传感器组可制作为眼镜或帽子形式，佩戴在盲人的头部，现传感器组包括六件传感器，为左右话筒共2件，左右摄像头共2件，超声波测距探头1件，垂直和水平角度传感器1件。

所述左右话筒：在组件中安排了左右一对话筒，位置接近双耳。

在工作时，话筒产生的声音信号，可作为辅助信息，供识别软件识别“域”或“物件”时的参考，(如声源中出现喇叭声，可作为“马路”域的补充判断)。

左右两个话筒可以产生立体声，作为声源位置的确定，并可作选取“物件”的补充判断。

在进行机器学习时，通过正常人的语言示教，将扩充计算机“域”和“物件”数据库。为使语音输入的声音清晰，计算机智能软件处理系统将通过确认的语言声源立体位置来增强语言声幅，消弱干扰声音。

所述左右摄像头：在组件中安排了左右一对摄像头，位置接近双眼，这是传感器组中的最重要的一对传感器。

在工作时，摄像头根据计算机的控制进行照片拍摄和图形的传递，目前使用的摄像头是彩色30万象素，通过USB口方式与计算机连接。

左右两个安装在双眼位置的摄像头，可以构成三维机器人视觉系统的硬件传感器部分，如配合不断发展的“知识引导三维物体识别系统”软件，以及与盲人对话的图形分析的重点提示，和超声波传感器的物体位置距离的测试，可满足图形中主要大型“物体”的鉴别和距离测试。

所述超声波测距探头：可配合提供主要“物件”的大概位置。

所述垂直和水平角度传感器：垂直角度传感器可以提供给使用者头部的仰角和附角，供计算机了解摄得图像得上下位置。

所述水平方位角传感器可以提供给使用者头部的东南西北的方位角，可以通过此方位角，大致了解头部的转动的左右侧角和行动方向，来指导和告诉盲人的走行方向。

所述计算机及软件部分：

本发明的计算机及软件是本发明的最重要的部分，是实现人工智能的图像、环境分析的关键部分，也是随着技术发展而不断发展的部分。

所述便携式计算机硬件：本发明目前使用笔记本电脑作为计算机硬件，随着计算机技术和软件的发展需要，将要求计算机更快速运算，更小型化。

所述主体软件：在使用状态下，对各传感器的信号分送之各软件模块进行分析，取出各模块的对象的分析结果，根据所处在的“域”，配合调用“物件”信息数据库的有关对象信息，综合分析作出判断，并通过语言调用送至使用者。

在学习状态下，通过人与机器的问答方式，充实各数据库的信息量。

所述机器视觉分析软件：是人工智能分析的主要软件，通过分析左右摄像头输入的图片信息，对图片中自近至远，自大至小选取对象；分析这些对象的色彩、尺寸、形状和位置。

所述自然语言理解软件：在“使用”和“学习”的两个状态中，都采用了听取和分析使用者的语言信息，软件处理除了进行一般的“语言识别”，以分析所含的词组外，还需以人工智能技术中的“自然语言理解”方法和软件来进行提高和完善，使计算机能更好、更准确地理解使用者的意思。

所述机器学习软件：是系统软件工作的另一个部分模块，可以经过非盲人的佩戴，通过与计算机的问答方式，将相近的“域”的性质和“物件”的性质自动输入计算机的数据库，扩充和更新数据库的内容。比如计算机问：“我看到左边墙上方有一个白色的物体，请问它是什么？”，回答：“空调，安装在房间。”，这样该软件模块即将这个物件“空调”以及特征，安装在域“房间”的数据库内，供今后判断调用。

所述“域”图像信息数据库：安放各种“域”的信息和特征。

所述“物件”图像信息数据库：安放各种“物件”的信息和特征，为“域”信息库的子库。

参见图2所示，导盲器的软件程序的流程如下：

进入导盲模式或学习模式；

1、导盲模式：

1)读取各传感器信息并送至各软件子模块；

2)读取各子模块的处理结果；

3)从近至远，从大至小提取综合环境中“物件”特征；

4)选取打开该“域”的相应“物件”库；

5)有无重点“物件”对象提示，有则转至6)，无则转至7)；

6)优选重点“物件”；

7)对照环境中“物件”特征，找出库中相应物件及名称；

8)编辑和输出语音，转至1)；

2、学习模式；

1)读取各传感器信息并送至各软件子模块；

2)读取各子模块的处理结果；

3)从近至远，从大至小提取综合环境中“物件”特征；

4)选取打开该“域”的相应“物件”库；

5)对照环境中“物件”特征，找出库中相应物件及名称；

6)找得到相应“物件”吗？找到则转至1)，找不到则转至7)；

7)语言描写“物件”特征，请输入者提示；

8)接受提示，输入对应的数据库，转至1)。

本发明具有计算机自学习功能，可以经过非盲人的佩戴，通过与计算机的问答方式，将相近的“域”的性质和“物件”的性质自动输入计算机的数据库，扩充和更新数据库的内容。比如计算机问：“我看到左边墙上方有一个白色的物体，请问它是什么？”，回答：“空调，安装在房间。”，这样计算机即将这个物件“空调”以及特征，安装在域“房间”的数据库内，供今后判断调用。

本发明目前以国内助盲为主，全部采用中文信息，达到技术相对成熟后，另开辟英语版本。

本发明的技术基础是建立于目前正在发展之中的计算机技术、彩色图像识别技术、立体图像识别、语音识别技术和人工智能技术(包括自然语言理解、机器视觉、机器学习等技术分支)等技术基础之上的。

Claims (2)

1. 一种导盲器，包括传感器输入部分，计算机和软件部分和耳机输出部分，所述计算机和软件部分分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分，其特征在于，所述传感器输入部分包括左右话筒、左右摄像头、超声波测距探头、垂直和水平角度传感器；所述计算机和软件部分包括主体软件，分别与所述主体软件连接的机器视觉分析软件、自然语言理解软件和机器学习软件，以及同时与所述机器视觉分析软件和机器学习软件连接的“域”图像信息数据库和“物件”图像信息数据库。

2. 根据权利要求1所述的导盲器，其特征是，所述主体软件经便携式计算机硬件分别连接所述传感器输入部分和所述耳机输出部分。

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