CN101227539A - 导盲手机及导盲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导盲手机，包括基带处理模块和语音输出模块，还包括距离传感器和摄像模块，其中距离传感器，用于探测前方障碍物，并将探测结果发送给基带处理模块；摄像模块，用于采集前方障碍物的图像数据，并发送给基带处理模块；基带处理模块，用于根据所述探测结果获取障碍物的距离信息，根据所述图像数据以及本地的物体模板库对障碍物进行图像匹配识别，并将识别后的障碍物的类型及距离信息发送给语音输出模块；语音输出模块，用于通过语音方式向使用者提供所述障碍物的类型即距离信息。本发明的导盲手机及方法，能够向使用者提供前方障碍物的详细信息，方便使用者在视觉障碍的情况下的行动。
Description
技术领域
本发明涉及导盲技术，具体涉及一种导盲的方法及导盲手机。
背景技术
现实生活中，盲人在独自行走时需要依靠导盲装置来辅助其行走，其中，最简单常用的装置是普通的手杖。通过用手杖在地面上敲击，可以帮助盲人发现身边的障碍物，它的主要缺点是不能发现较远一点的障碍物以及空中突出的障碍物。
为了更好的帮助盲人行走，目前市场上出现了各种电子导盲装置，其中，常见的包括具有导盲功能的手机或其他手持装置。这种具有导盲功能的手持装置，通常是基于各种卫星定位系统，例如全球卫星定位系统(GPS，GlobalPosition System)，通过定位系统确定使用者当前所处位置，从而为使用者提供地理位置信息。这种导盲装置的缺点在于定位精度不高，尤其是无法精确将周围环境信息告知使用者。同时，由于这种装置需要接收卫星信号用于定位，当使用者处于室内或者有障碍物遮挡GPS信号时，这种装置将无法正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种导盲方法及导盲手机，提供前方障碍物信息，为使用者的行动提供方便。
为解决上述问题，本发明提供的方案如下：
一种导盲手机，包括基带处理模块和障碍物信息输出模块，还包括距离传感器和摄像模块，
所述距离传感器，用于探测前方障碍物，并将探测结果发送给基带处理模块；
所述摄像模块，用于采集前方障碍物的图像数据，并发送给基带处理模块；
所述基带处理模块，用于根据所述探测结果获取障碍物的距离信息，根据所述图像数据以及本地的物体模板库对障碍物进行图像匹配识别，并将识别后的障碍物的类型和距离信息发送给障碍物信息输出模块；
所述障碍物信息输出模块，用于向使用者提供所述障碍物的类型和距离信息。
本发明所述的导盲手机中，所述基带处理模块包括测距模块、图像识别模块、语音模块，
所述测距模块，用于根据所述距离传感器返回的探测结果判断障碍物为凹状或凸状障碍物，并获取其中凸状障碍物的距离信息；
所述图像识别模块，用于对所述图像数据进行边缘检测、图形特征提取、本地物体模板匹配识别，并将识别后的障碍物的类型信息发送给语音模块；
所述语音模块，用于根据障碍物的类型及距离信息发送相应的语音提示信息至障碍物信息输出模块。
所述障碍物信息输出模块，用于通过语音方式向使用者提供所述障碍物的类型和距离信息。
本发明所述的导盲手机中，所述测距模块进一步根据障碍物的距离信息，获取障碍物的速度信息以及障碍物的几何特征的实际值，并发送给所述图像识别模块；
本发明所述的导盲手机中，所述距离传感器为红外传感器、微波传感器、激光传感器，或超声波传感器，所述摄像模块为红外摄像头。
本发明所述的导盲手机中，还包括：
温度测量模块，用于获取障碍物的温度参数，并将获取的温度参数发送给图像识别模块。
本发明所述的导盲手机中，还包括：
震动传感器，用于检测手机受到的震动，并将检测到震动的信息发送给基带处理模块；
全球定位系统GPS模块，用于获取当前的地理位置信息，并发送给基带处理模块；
所述基带处理模块进一步在震动传感器检测到震动后，将当前的地理位置信息发送至预先设定的接收者。
一种导盲方法，包括以下步骤：
步骤90，发射探测信号，并根据返回的反射信号确定前方障碍物的种类，并获取其中凸状障碍物的距离信息；
步骤91，采集前方障碍物的图像数据，并对采集到的图像数据进行边缘检测、图形特征提取、本地物体模板匹配识别后，获取障碍物的类型信息；
步骤92，通过语音方式输出所述障碍物的类型及其中凸状障碍物的距离信息；
本发明所述的导盲方法中，在步骤90后进一步包括：根据所述距离信息，计算凸状障碍物的速度信息；
在步骤92中进一步输出所述凸状障碍物的速度信息。
本发明所述的导盲方法中，在步骤91中，对于步骤90中所确定的凸状障碍物，进一步获取该凸状障碍物的温度信息；
在步骤92中进一步输出所述凸状障碍物的温度信息。
本发明所述的导盲方法中，在步骤91中所述边缘检测之前，进一步包括：对采集到的图像数据进行二值化以及噪声消除处理。
从以上所述可以看出，本发明提供的导盲手机以及导盲方法，通过测距模块获取前方障碍物的距离信息，并根据所述距离信息对摄像模块获取的数据进行分析，可以获取前方障碍物的实际大小；本发明还可以通过温度测量模块获取前方障碍物的温度，从而为使用者提供了详细的导盲信息；并且，本发明还能够在紧急情况下通过短信或紧急呼叫向他人请求救援，进一步保障了使用者的人身安全。
附图说明
图1为本发明实施例的导盲手机中的导盲单元结构示意图；
图2为本发明实施例的超声波测距的流程图；
图3为本发明实施例的图像识别的流程图；
图4为本发明导盲手机的另一实施例的示意图；
图5为本发明导盲方法的流程示意图；
图6为本发明导盲方法的附加流程示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
本发明将各种类型的障碍物划分为2个种类，即凹状障碍物和凸状障碍物，其中，所述凹状障碍物包括空旷区域(无障碍物)以及可吸收或透射探测信号的障碍物，例如，以探测信号为红外线为例，黑色物质可吸收红外线，透明物体、镂空物体可透射红外线；所述凸状障碍物是指能够反射入射信号的物体。其中，凹状或凸状障碍物又分别包括各种不同类型的障碍物，例如凸状障碍物有墙体、车辆、人物等类型。
本发明实施例的导盲手机中的导盲单元结构如图1所示，包括：
距离传感器10，用于发射探测信号探测前方障碍物，接收反射回来的反射信号，并将反射信号的信息发送至基带处理模块12，所述探测信号可以是超声波、红外线、激光以及微波等，所述反射信号的信息包括包括反射信号的相位或者接收到反射信号的时间等。单一探测信号有时会因为被前方物体吸收而导致无法反射，因此距离传感器10可以采取多种探测信号相结合的方式，对前方物体进行探测。
摄像模块11，用于对周围环境进行摄像，并将采集到的图像数据发送至基带处理模块12。
基带处理模块12，具体包括测距模块121、图像识别模块122以及语音模块123，用于根据距离传感器10返回的反射信号的信息和摄像模块11返回的图像数据对前方障碍物进行图像识别，并将识别后的前方障碍物的信息发送给语音输出模块13。
这里，测距模块121，用于控制距离传感器10发送探测信号，以及根据距离传感器10返回的反射信号的信息判断前方障碍物的种类，并计算其中的凸状障碍物与使用者之间的距离，并将前方障碍物的种类以及距离信息发送给图像识别模块122：在距离传感器10发射探测信号后检测反射信号，如果在预先设定的时间内接收到距离传感器10返回的反射信号的信息，则表明前方障碍物为凸状障碍物，此时，测距模块121根据反射信号的信息，计算使用者和前方障碍物之间的距离，并将计算得到的距离信息发送给图像识别模块122；如果在预先设定的时间内距离传感器10没有返回的反射信号的信息，则表明前方障碍物为凹状障碍物，此时测距模块121将前方障碍物为凹状障碍物的信息发送给图像识别模块122。
这里，图像识别模块122，用于根据摄像模块11返回的图像数据，并结合测距模块121返回的前方障碍物的种类以及距离信息，提取前方障碍物的几何特征；将前方障碍物的几何特征与预先保存在本地的各种类型的物体模板进行匹配，对前方障碍物进行图像识别，并将识别后的前方障碍物的类型信息发送给语音模块123。
这里，语音模块123，用于根据前方障碍物的类型以及距离信息，调用内置的语音提示信息，并发送给语音输出模块13。
语音输出模块13，用于根据语音模块123发送的语音提示信息，通过语音方式向使用者提供前方障碍物的相关信息，例如，通过扬声器或耳机告知使用者有无障碍物、前方障碍物的距离，以及前方障碍物的类型。
以上是通过语音模块123和语音输出模块13以语音方式向使用者提供前方障碍物的信息。显然，除了上述语音方式的输出外，本发明还可以采用其他方式输出障碍物的信息，例如通过手机的不同的震动形式，或者不同的声音频率来输出前方障碍物的信息。
以下分别举例说明上述实施例中各模块的硬件连接关系以及相应的软件处理流程。
距离传感器10可以采用红外、微波、激光或超声波传感器，例如对于采用红外传感器时，红外传感器与测距模块121可以通过数字接口，如I2C，1-Wire协议等接口进行连接，测距模块121通过该数字接口控制红外传感器的探测信号的发射和接收，根据反射回来的红外线的相位差计算前方障碍物的距离；而对于超声波传感器，测距模块121可以根据反射波的时延计算前方障碍物的距离，图2为超声波测距的流程图，首先设置一个定时器用于对上述时延进行计时，具体流程包括以下步骤：
步骤20，初始化定时器；
步骤21，启动定时器开始计时；
步骤22，在启动定时器后，测距模块121立即控制距离传感器发射超声波进行探测；
步骤23，因为距离传感器本身也会反射超声波，为了避免将距离传感器反射回的超声波作为反射波从而引起误判，故延时一个预先设定的时间T0；
步骤24，延时结束后，打开中断准备接收反射波；
步骤25，测距模块121等待接收反射波的信息，如果接收到反射波的信息则进入步骤26，否则继续等待；
步骤26，关闭定时器，停止计时；
步骤27，测距模块121读取定时器的时间值，并根据读取的时延值计算前方物体和使用者之间的距离信息；
以上为测距模块121测距的流程，当前方为空旷区域或存在透射、吸收超声波的物质时，测距模块121无法接收到反射波，此时需要设置一个超时时间T1，在发射超声波后进一步进行判断，如果超出超时时间仍没有接收到反射波的信息，此时结束测距并判定前方障碍物为凹状障碍物。
摄像模块11可以采用普通摄像头，为了在光线不足的时候能够进行摄像，也可采用红外摄像头。摄像头实时采集前方物体图像，图像识别模块122通过图像识别算法对摄像头采集到的图像数据进行分析、识别，其流程图如图3所示，包括以下步骤：
步骤30，图像识别模块122通过直接内存存取(DMA，Direct MemoryAccess)或中断等方式获取摄像模块11所采集到的图像数据。
所述DMA方式是指摄像模块11所采集到的图像数据直接通过数据总线传送到图像识别模块122的内存中；所述中断方式是摄像模块11所采集到的图像数据在传送前，首先产生中断，再由图像识别模块122中的处理器将数据读取到内存中。
步骤31，为了提高处理速度，将彩色图像转换成黑白，然后进行二值化处理。
例如，当图像数据长度为8位时，对于大于128的图像数据二值化后为1，小于或等于128的图像数据二值化后为0。
步骤32，由于图像数据中存在噪声干扰，同时二值化过程也会引入量化噪声，因此需要对图像数据进行噪声消除处理，例如，采用平滑滤波或消除孤立噪点的方法对噪声进行滤除。
步骤33，对滤除噪声后的图像进行边缘检测处理，利用二次样条小波进行图像边缘检测。
由于小波变换的模极大值点对应于信号的突变点，因而小波变换适合用于检测图像的局部奇异性，通过检测这些模极大值点确定图像的边缘。小波变换位于各个尺度，每个尺度上的小波变换都能够提供一定的边缘信息。
步骤34，利用上述边缘检测的结果，提取障碍物的图形的几何特征。
所述几何特征包括图像的周长、面积、最长轴、方位角、边界矩阵以及形状系数等。
步骤35，障碍物的类型识别，本地设有用于保存各种类型物体的图像模板的物体模板库。
例如分别为各种类型的凹状和凸状物体设有相应的凹状物体模板库和凸状物体模板库，图像识别模块122将步骤34中获取的图像的几何特征对本地物体模板进行匹配，从而识别障碍物的类型。
这里，步骤34中还可以进一步结合测距模块121所确定的凸状障碍物的距离信息，对障碍物进行更加具体的分析，获取障碍物的几何特征的实际值，例如，可以根据透镜成像原理，根据成像大小、物距、焦距来计算实际障碍物的大小、尺寸等。
图4为本发明导盲手机的另一实施例的示意图，与图1相比，该装置进一步增加了温度测量模块14、震动传感器15以及GPS模块16，同时在基带处理模块12中相应增加了紧急情况处理模块124，其中，温度测量模块14与图像识别模块122相连，震动传感器15和GPS模块16分别与紧急情况处理模块124相连。
这里，测距模块121进一步用于根据前方障碍物的距离信息计算前方障碍物的速度信息，并将获取的速度信息发送给图像识别模块122。其中，计算速度的方法可以是：计算在一定时间T内，前方障碍物与使用者之间的距离的差值，将该距离差除以该段时间T即为前方障碍物的速度。
温度测量模块14用于测量前方障碍物的温度，例如采用非接触测温装置进行温度测量，并将温度参数发送给图像识别模块122。
图像识别模块122进一步根据温度测量模块14发送的温度参数和测距模块121发送的速度信息，获取前方障碍物的温度、速度等信息，并将上述所有信息发送给语音模块123。通过这些模块可以识别更多的障碍物，比如火堆、移动中的物体等。
GPS模块16用于通过GPS系统获取地理位置信息，并发送给紧急情况处理模块124。
震动传感器15用于检测手机受到的震动，在手机受到一定的震动后启动自身的震动装置，并将检测到的震动信息发送给紧急情况处理模块124，例如当手机掉落到地上，震动传感器15在检测到手机与地面的撞击后启动震动装置开始震动，并将检测到震动的信息发送给紧急情况处理模块124。这里，在手机受到一定的震动后，也可以启动扬声器发出报警声音，这样，使用者即使在视觉障碍的情况下，也可以通过辨别声源位置，从而找到手机。
紧急情况处理模块124用于在震动传感器15检测到震动后，启动紧急情况处理程序。所述紧急情况处理程序包括：首先将震动标志位置位；如果在一段预先设定的时间内，使用者人工取消震动，即震动标志位被复位，则结束该程序；如果在这段时间内震动标志位没有被复位，则该程序通过GPS模块16获取当前地理位置信息，并将该信息以手机短信方式发送给预先设定的接收者，还可以进一步自动拨叫预先设定的急救电话，向对方求救等。
图5给出了本发明实施例中的导盲方法的流程示意图，包括以下步骤：
步骤50，系统启动；
步骤51，启动测距模块，开始测距。
步骤52，延时一段预先设定的时间T0后，等待接收反射信号：如果没能在超时时间T1内接收到反射信号，则前方障碍物为凹状障碍物，此时进入步骤53；如果在超时时间T1内接收到反射信号，则前方障碍物为凸状障碍物，此时进入步骤54。
步骤53，根据前方障碍物的图像数据，进行图像识别，并与本地的凹状物体模板进行匹配，获取前方障碍物的类型信息，进入步骤56。
步骤54，根据反射信号对前方障碍物进行测距、测速，以及温度测量后进入步骤55。
步骤55，根据前方障碍物的图像数据，并结合障碍物的距离，获取障碍物的包括周长、面积、最长轴、方位角、边界矩阵以及形状系数等的几何特征参数，并与本地的凸状物体模板进行匹配，获取前方障碍物的类型信息，进入步骤56。
步骤56，通过语音提示方式将所获取的前方障碍物的相关信息报告使用者。
在上述步骤50之后，可以进一步增加以下步骤，如图6所示：
步骤57，启动震动检测，检测手机受到的震动，在手机受到一定的震动后进入步骤58。
步骤58，启动紧急情况处理程序，包括：则获取GPS模块16的当前地理位置信息，并将该信息以手机短信方式发送给预先设定的接收者，还可以进一步自动拨叫预先设定的急救电话等。
综上所述，本发明的导盲手机能够向使用者提供前方障碍物的详细信息，例如，前方是否存在障碍物，所存在的障碍物的大小、形状，甚至其运动速度以及其温度等信息，从而使用者能够全面了解前方障碍物，能够对一些危险的情况及时作出反应，增加了使用者的安全保障，方便使用者在视觉障碍的情况下的行动。
Claims (10)
1.一种导盲手机，包括基带处理模块和障碍物信息输出模块，其特征在于，还包括距离传感器和摄像模块，
所述距离传感器，用于探测前方障碍物，并将探测结果发送给基带处理模块；
所述摄像模块，用于采集前方障碍物的图像数据，并发送给基带处理模块；
所述基带处理模块，用于根据所述探测结果获取障碍物的距离信息，根据所述图像数据以及本地的物体模板库对障碍物进行图像匹配识别，并将识别后的障碍物的类型和距离信息发送给障碍物信息输出模块；
所述障碍物信息输出模块，用于向使用者提供所述障碍物的类型和距离信息。
2.如权利要求1所述的导盲手机，其特征在于，所述基带处理模块包括测距模块、图像识别模块、语音模块，
所述测距模块，用于根据所述距离传感器返回的探测结果判断障碍物为凹状或凸状障碍物，并获取其中凸状障碍物的距离信息；
所述图像识别模块，用于对所述图像数据进行边缘检测、图形特征提取、本地物体模板匹配识别，并将识别后的障碍物的类型信息发送给语音模块；
所述语音模块，用于根据障碍物的类型及距离信息发送相应的语音提示信息至障碍物信息输出模块。
所述障碍物信息输出模块，用于通过语音方式向使用者提供所述障碍物的类型和距离信息。
3.如权利要求2所述的导盲手机，其特征在于，所述测距模块进一步根据障碍物的距离信息，获取障碍物的速度信息以及障碍物的几何特征的实际值，并发送给所述图像识别模块。
4.如权利要求1所述的导盲手机，其特征在于，所述距离传感器为红外传感器、微波传感器、激光传感器，或超声波传感器，所述摄像模块为红外摄像头。
5.如权利要求1所述的导盲手机，其特征在于还包括：
温度测量模块，用于获取障碍物的温度参数，并将获取的温度参数发送给图像识别模块。
6.如权利要求1至5任一项所述的导盲手机，其特征在于还包括：
震动传感器，用于检测手机受到的震动，并将检测到震动的信息发送给基带处理模块；
全球定位系统GPS模块，用于获取当前的地理位置信息，并发送给基带处理模块；
所述基带处理模块进一步在震动传感器检测到震动后，将当前的地理位置信息发送至预先设定的接收者。
7.一种导盲方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤90，发射探测信号，并根据返回的反射信号确定前方障碍物的种类，并获取其中凸状障碍物的距离信息；
步骤91，采集前方障碍物的图像数据，并对采集到的图像数据进行边缘检测、图形特征提取、本地物体模板匹配识别后，获取障碍物的类型信息；
步骤92，通过语音方式输出所述障碍物的类型及其中凸状障碍物的距离信息。
8.如权利要求7所述的导盲方法，其特征在于，在步骤90后进一步包括：根据所述距离信息，计算凸状障碍物的速度信息；
在步骤92中进一步输出所述凸状障碍物的速度信息。
9.如权利要求7所述的导盲方法，其特征在于，在步骤91中，对于步骤90中所确定的凸状障碍物，进一步获取该凸状障碍物的温度信息；
在步骤92中进一步输出所述凸状障碍物的温度信息。
10.如权利要求7所述的导盲方法，其特征在于，在步骤91中所述边缘检测之前，进一步包括：对采集到的图像数据进行二值化以及噪声消除处理。
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