CN102641197B - 一种便携式导盲终端及导盲方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式导盲终端及其导盲方法，导盲终端包括：无线测距模块，用于发射与接收测距信号获得导盲终端到反射点之间的距离信号，将距离信号发送给测距处理模块；测距处理模块，用于将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流发送给音频处理模块；音频处理模块，用于将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机或喇叭输出。导盲终端还可包括磁通门传感器模块和辨向处理模块，用于分辨方向，还可包括定位模块，用于提供定位位置信息。本发明除实现普通导盲仪器实现的障碍物距离探测功能外，还可以辨别出障碍物的三维形状和大小，再结合使用者的现实生活经验即可判别出具体的实物。

Description

一种便携式导盲终端及导盲方法

技术领域

本发明涉及便携式终端技术领域，尤其是涉及到一种便携式导盲终端及导盲方法。

背景技术

当前视障人士在出行时通常使用手杖探路，虽然手杖使用方便但探测范围有限且携带不便，更重要的是使用手杖探路会伤及使用者的自尊。随着电子技术的发展和导航技术的普及，目前已出现具有导航功能的导盲装置，例如专为视障人士设计的GPS导航手机，其可通过语音方式向使用者提供当前的位置信息，但GPS精度低且实时性差等固有特性影响到该种产品的推广应用。

申请号为“CN200920106230.0”的中国专利申请公布了一种基于高精度定位的智能导盲系统，该智能导盲系统包括四部分：智能导盲服务中心，高精度GPS定位接收机，高精度城市道路空间数据库和智能导盲仪；该智能导盲服务中心对内建立和高精度城市道路空间数据库之间的连接，对外建立和智能导盲仪的连接。申请号为“CN201010118105.9”中国专利申请公布了一种智能导盲方法，通过射频识别模块识别预先设置在盲道上的射频识别标签中的地址信息；根据语音信息中的目的地址信息和射频识别标签中的地址信息为用户匹配路径信息。以上两种导盲的技术方案都需要一整套的配套工程，如高精度城市道路空间数据库和城市盲道射频识别标签。这将导致以上设备推广需要一个城市甚至一个国家建设统一的配套设施，工程很庞大，不便推广。

现有技术中也有采用红外摄像头定位、识别障碍的技术方案，但此种方案涉及图像识别匹配，还需要一个庞大的物体匹配数据库，算法复杂，当前并未推广。

例如申请号为“CN200710062852.3”的中国专利申请公开了一种导盲手机和导盲方法，其基于摄像头定位识别障碍物，根据摄像头采集到的图像数据通过比较复杂的算法得出物体的轮廓，再与本地的物体模板库对障碍物进行图像匹配识别。该专利是基于摄像和图像识别技术实现识别，限定了其只能识别二维物体，即对现实生活中的所有物体只能分辨其轮廓，例如该技术将会将绘于墙上的一道门识别为一道真正的门；其次，该专利识别方法基于物体模板库，但实际上无法为各种物体建立完备的数据库，即便建立也需要极大工作量和存储空间；图像识别需要对物体预判定位(也即拍照对准)，只有完成预判定位，才能采集到理想的图像，实现所采集图像和图像模板库中对应模板的匹配。由于使用者是盲人，采用该方法无法完成物体的预判定位功能。

因而，就需要一种更加实用的供视障人士使用的便携式导盲终端及导盲方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种便携式导盲终端及导盲方法，用于方便的实现障碍物距离探测功能，辨别出障碍物的三维形状和大小，解决现有导盲技术方案中存在的实现复杂，成本投入较大的问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种便携式导盲终端，包括：

无线测距模块，用于发射与接收测距信号获得导盲终端到反射点之间的距离信号，将距离信号发送给测距处理模块；

测距处理模块，用于将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流发送给音频处理模块；

音频处理模块，用于将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机或喇叭输出。

所述导盲终端还包括磁通门传感器模块和辨向处理模块，其中：

磁通门传感器模块，用于采集方向并输出方向信号至辨向处理模块，辨向处理模块接收该方向信号后找到对应方向的语音信息，通过音频处理模块播放所述语音信息，由耳机或喇叭输出。

所述导盲终端还可包括定位模块，用于接收位置信息，将所述位置信息传递给音频处理模块进行播放，由耳机或喇叭进行输出。

该定位模块是GPS定位模块，或者是北斗定位模块，或者是依靠基站辅助定位的模块。

所述导盲终端还包括警示灯，用于按预置的模式闪烁。

所述测距处理模块将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流时，所述频率范围设置在300Hz-8KHz。

所述导盲终端还包括马达及由马达驱动的扫描机构，所述无线测距模块装配在扫描机构上，由马达驱动扫描机构带动无线测距模块按照设定扫描模式进行扫描测距，连续获得距离信号。

本发明还提供一种导盲方法，包括：

利用无线测距模块发射与接收测距信号，获得导盲终端到反射点之间的距离信号；

将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流发送给音频处理模块；

音频处理模块将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机或喇叭输出。

所述将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流时，所述频率范围设置在300Hz-8KHz。

所述导盲方法还包括：

利用磁通门传感器模块采集方向并输出方向信号，为该方向信号后找到对应方向的语音信息，通过音频处理模块播放所述语音信息，由耳机或喇叭输出；

利用定位模块接收位置信息，将所述位置信息传递给音频处理模块进行播放，由耳机或喇叭进行输出。

本发明公开了一种便携实用，实施简单的具有探路和辨向功能的导盲终端及导盲方法。本发明的便携式导盲终端具有探路功能，利用激光测距传感器良好的导向性和精度，将不同的距离转化为不同的频率的音频(非语音提示)，使用者通过分辨音频频率的变化即可判别细微的距离变化，即以音觉补偿视觉。由于盲人一般具有比较灵敏的听觉，通过对障碍物按照一定的轨迹进行快速全场扫描，即可对障碍物的距离、三维形状、大小以及速度进行识别。导盲终端上装配磁通门传感器可以精确地辨别方位。考虑到使用者是视障人士，还可在导盲终端外壳的四周装配了多色警示灯，当夜间行路时可以有效地让周围车辆和行人避让，保障使用者安全。

本发明除了实现普通导盲仪器实现的障碍物距离探测功能外还可以辨别出障碍物的三维形状和大小，再结合使用者的现实生活经验即可判别出具体的实物来。使用本装置可以为视障人士带来极大的方便，有效地保障了使用者的安全，尤其保护了使用者的自尊。

附图说明

图1是导盲手机的系统框图；

图2是导盲手机前视图(卸掉前壳)；

图3是导盲手机下端侧视图；

图4是导盲手机后视图(卸掉后壳)；

图5是导盲手机右侧视图；

图6是距离转化音频示意图；

图7是导向扫描示意图；

附图标记说明：

1，外壳，2，主板，3，键盘板，4，电池，5，测距传感器，6，磁向传感器探头，7，耳机，8，耳机连接器，9，马达，10，受话器，11，盲文键盘，12，警示灯，13，喇叭，14，话筒，15，SIM卡座，16，电池连接器，17，系统连接器，18，障碍物，19，扫描轨迹。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

为了给视障人士，尤其是盲人用户提供导盲功能，本发明提出了一种便携式导盲终端，该导盲终端包括：

无线测距模块，装配在导盲终端的正前端，用于发射与接收测距信号，根据反射原理进行测距，获得手机到反射点之间的距离信号，将距离信号发送给测距处理模块；

测距处理模块，用于对获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流发送给音频处理模块；

音频处理模块，用于将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机或喇叭输出。

进一步地，该导盲终端还可包括磁通门传感器模块和辨向处理模块，磁通门传感器模块用于采集方向并输出方向信号至辨向处理模块，辨向处理模块接收该方向信号后找到对应方向的语音信息，通过音频处理模块播放所述语音信息，由耳机或喇叭输出。

进一步地，所述导盲终端还可包括定位模块，用于接收位置信息，将所述位置信息传递给音频处理模块进行播放，由耳机或喇叭进行输出。该定位模块可以是GPS定位模块，或者北斗定位模块，或者是依靠基站辅助定位的模块。

进一步地，所述导盲终端还可包括警示灯，用于按预置的模式闪烁，以便有效地保障使用者的安全。

所述导盲终端可以是手机终端，也可以是数字收音机、或手持式移动电视终端，或个人数字助理PDA等便携终端。

所述导盲终端还包括马达及由马达驱动的扫描机构，所述无线测距模块装配在扫描机构上，由马达驱动扫描机构带动无线测距模块按照设定扫描模式进行扫描测距，连续获得距离信号。

以导盲终端为手机终端为例，在导盲手机中所述测距处理模块和辨向处理模块可由手机中的基带处理模块来实现。

如图1所示，给出了导盲手机的功能模块图，该导盲手机包括：

无线测距模块，该无线测距模块可采用多种测距传感器，如红外测距传感器、激光测距传感器。以上传感器均基于发射波与反射波的时差来测距。无线测距模块由测距传感器探头和传感器信号调理、适配电路组成。测距传感器探头装配在手机的正前端。信号调理电路和基带处理芯片一起完成测距功能，基带处理芯片中可配置测距处理模块来配合信号调理电路对距离信号进行处理。

磁通门传感器模块，该磁通门传感器模块由磁探头和其信号调理、适配电路组成。磁探头选用磁通门传感器；信号调理电路和基带处理芯片一起完成实时辨向功能，基带处理芯片中可配置辨向处理模块来配合信号调理电路对方向信号进行处理。

基带处理模块，除了完成普通手机的基带处理功能外还负责测距处理、磁通门传感器辨向处理、GPS定位处理、各种音频和震动信号合成功能。

射频模块，所述射频模块负责各种制式射频信号的收发以及调制解调。由功放和调制解调器等电路组成。

音频处理模块，用于对定位模块的定位信号，以及经过基带处理模块处理后的距离信号和/或方向信号进行播放，由耳机或喇叭进行输出。

所述基带处理模块处理后的距离信号也可以转换为相应频率的振动控制信号输出至马达，由马达根据距离信号的控制产生对应不同距离的振动信号。

图1所示的实施例中，定位模块采用GPS定位模块获取定位信号。

除上述功能模块之外，导盲手机的结构主要由外壳、按键、电池、电路板、马达、耳机以及警示灯组成。如图2所示，给出了导盲手机前视图(卸掉前壳)；图3是导盲手机下端侧视图；图4是导盲手机后视图(卸掉后壳)；图5是导盲手机右侧视图；图2至图5中的附图标记说明如下：1，外壳；2，主板；3，键盘板；4，电池；5，测距传感器；6，磁向传感器探头；7，耳机；8，耳机连接器；9，马达；10，受话器；11，盲文键盘；12，警示灯；13，喇叭；14，话筒；15，SIM卡座；16，电池连接器；17，系统连接器；18，障碍物；19，扫描轨迹。

该导盲手机除了可以完成探测障碍物的距离功能外，重点是通过一定的扫描方式(如图7全场扫描方式)判别障碍物的三维形状和大小，在此基础之上结合使用者的实际生活经验来识别障碍物。

无线测距模块可以采用红外测距传感器或激光测距传感器，由于激光测距具有很好的定向性和精度，本导盲手机基于激光测距技术来测量距离，导盲时将使用者与障碍物之间的距离转化为不同频率的声音信号(并非语音录音)。该声音信号的音频频率在人耳可识别频率范围内连续变化，可将细微的距离变化通过连续变化的音频频率加以区别。

盲人一般都有很灵敏的听觉，即以音觉补偿视觉。本导盲手机利用盲人的灵敏听觉来分辨不同的音频频率从而识别处细微的距离变化。人耳分辨的音频频率范围为20Hz-20KHz，考虑到使用的舒适和敏感情况，可以将频率设置在300Hz-8KHz。距离与音频对应示意图如图6所示，可采用不同的音频频率来区分不同的距离，便于快速扫描路况。全场扫描扫描方式如图7所示，在进行障碍物识别过程中，假如障碍物如图7所示，虽然图中所示是平面图，为了和实际接近，可认为该障碍物18是三维立体实物。即上边为圆锥体，下面为圆柱体。

按照图7中扫描轨迹19扫描，轨迹19实际上就是激光传感器测试激光的反射点(该光束很微弱，肉眼几乎看不见，因而不会对使用者和其他人造成损伤)。在沿轨迹19扫描的过程中，由于物体18是三维立体实物，其表面必定凹凸不平，因而激光反射点到手机激光传感器的距离不同，基于上述不同距离对应不同音频频率的方法，使用者就会听到随着距离的连续变化而产生的频率连续变化的音频。使用者通过分辨音频频率，就可知道该轨迹上物体的凹凸程度。当按照轨迹19扫描结束后，使用者就会得到一个比较完整的实物立体“印象”。在此基础之上结合使用者的生活经历，就可识别出该物体是电线杆、垃圾桶或墙壁。

基带处理模块中的辨向模块采集到该方向信号后通匹配码表可以查找到对应的语音信息，并通过音频处理模块播放，通过耳机7输出。磁通门传感器模块由磁探头和其信号调理、适配电路组成。磁探头选用磁通门传感器；信号调理电路和基带处理芯片一起完成实时辨向功能。之相对应频率的音频信号码流，音频处理模块将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机7输出。

由于是为视障人士专门设计的手机，该手机没有配置显示屏，而将按键设计较大且按键面上面设有盲文突点。手机所有操作反馈均通过语音和/或震动的方式反馈使用者。

实际使用时，该手机并不需要大幅度动作，使用者只需上下、左右转动手机使得探测光束投向轨迹即可。使用者根据自己的经验，针对形状复杂程度不同的物体采用疏密不同的扫描轨迹。由于采用了连续变化的音频频率来表示不同距离，因而便于快速扫描。上述识别过程，只是举例说明了一种情形，即探测正前方的障碍物。同理也可用此方法探测侧向物体。通过同样的方式探测地面，可以获知地面的凹凸情况，方便使用者行走。

本手机装配了磁通门传感器，通过它可以实时辨别当前方向，并通过语音提示的方式报告。通过GPS定位可以获得当前位置信息，同样通过语音向使用者报告。定位功能实现时，可通过键盘11上的定位快捷按键可以随时进入定位模式。在该模式下，GPS定位模块将接收到的位置信息传递给音频处理模块，并通过耳机播放出来。在夜间行路时，可以通过语音菜单将警示灯12打开，警示灯12可以按预置的模式闪烁，这样有效地保障了使用者的安全。

实施例一

本实施例中测距传感器采用激光测距传感器，磁向传感器探头采用微型磁通门传感器。

如图3所示，激光测距传感器5、耳机连接器8、马达9、受话器10以及喇叭13装配在主板2的前端。考虑到马达9、受话器10和喇叭13均为带磁元件，会影响到磁传感器6的精确性，故将磁向传感器探头6装配在主板的后端，使它们之间保持足够距离。

话筒14和系统连接器17装配在主板后端。电池4通过电池连接器16与主板平行安装。带盲文突点的盲文按键11装配在键盘板3上。外壳1、主板2、键盘板3通过螺丝和结构卡扣连接。

针对视障人士，本手机不装配显示屏，其所有操作都通过预先设计好的语音提示作为反馈，使用者通过盲文键盘11可以完成拨打电话、菜单操作、设置等普通手机常用功能。

探路功能实现：

通过按键选择可以进入手机导盲模式，此模式下除了正常侦听手机射频信号外，主要完成导盲模式。

在手机导盲模式下，激光测距传感器5进行定向测距实现对障碍物的扫描，激光测距传感器5输出距离信号为数字信号，基带处理模块中的测距处理单元将该数字信号通过线性变化算法产生与之相对应频率的音频信号码流，音频处理模块将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机7输出。

使用者只需上下左右转动该手机，即按照图7所示的方式扫描。

通过轨迹上对应的音频轨迹，再结合使用者的经验就可分辨出障碍物的类型以及距离。为了节能以及避免使用者的听觉疲劳，需要设定一定的探测阈值如2米。当两米范围内无障碍时，耳机7不发出声音。该阈值可以根据使用者的具体情况，通过语音菜单进行设置。

辨向功能实现：

磁向传感器采用磁通门传感器。使用者可以通过键盘11上的辨向快捷按钮随时进入辨向模式。在该模式下磁通门传感器开始工作，并输出方向信号。基带处理模块中的辨向模块采集到该方向信号后通匹配码表可以查找到对应的语音信息，并通过音频处理模块播放，通过耳机7输出。

定位功能实现：

通过键盘11上的定位快捷按键可以随时进入定位模式。在该模式下，GPS定位模块将接收到的位置信息传递给音频处理模块，并通过耳机播放出来。

此外，在夜间行路时，可以通过语音菜单将警示灯12打开，警示灯12可以按预置的模式闪烁，这样有效地保障了使用者的安全。

所述导盲终端是数字收音机、或手持式移动电视终端，或个人数字助理PDA等便携终端时，其实现测距定位以及辨向功能与手机类似，可参照上述实施例的方法实现。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式导盲终端，包括：

无线测距模块，用于发射与接收测距信号获得导盲终端到反射点之间的距离信号，将距离信号发送给测距处理模块；

测距处理模块，用于将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流发送给音频处理模块；

音频处理模块，用于将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机或喇叭输出；

所述导盲终端还包括警示灯，用于按预置的模式闪烁；

具体包括：通过语音菜单将警示灯打开，所述警示灯按预置的模式闪烁；

在导盲终端的外壳的四周装配了多色警示灯。

2.如权利要求1所述的便携式导盲终端，其特征在于，所述导盲终端还包括磁通门传感器模块和辨向处理模块，其中：

磁通门传感器模块，用于采集方向并输出方向信号至辨向处理模块，辨向处理模块接收该方向信号后找到对应方向的语音信息，通过音频处理模块播放所述语音信息，由耳机或喇叭输出。

3.如权利要求1或2所述的便携式导盲终端，其特征在于，所述导盲终端还可包括定位模块，用于接收位置信息，将所述位置信息传递给音频处理模块进行播放，由耳机或喇叭进行输出。

4.如权利要求3所述的便携式导盲终端，其特征在于，

该定位模块是GPS定位模块，或者是北斗定位模块，或者是依靠基站辅助定位的模块。

5.如权利要求3所述的便携式导盲终端，其特征在于，

所述测距处理模块将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流时，频率范围设置在300Hz-8KHz。

6.如权利要求3所述的便携式导盲终端，其特征在于，

所述导盲终端还包括马达及由马达驱动的扫描机构，所述无线测距模块装配在扫描机构上，由马达驱动扫描机构带动无线测距模块按照设定扫描模式进行扫描测距，连续获得距离信号。

7.一种导盲方法，包括：

利用无线测距模块发射与接收测距信号，获得导盲终端到反射点之间的距离信号；

将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流发送给音频处理模块；

音频处理模块将该音频信号码流转变为音频信号并通过耳机或喇叭输出；

警示灯，按预置的模式闪烁；

具体包括：通过语音菜单将警示灯打开，所述警示灯按预置的模式闪烁；

在导盲终端的外壳的四周装配了多色警示灯。

8.如权利要求7所述的导盲方法，其特征在于，

所述将获取的距离信号转换为与之对应的频率的音频信号码流时，频率范围设置在300Hz-8KHz。

9.如权利要求7或8所述的导盲方法，其特征在于，所述导盲方法还包括：

利用磁通门传感器模块采集方向并输出方向信号，利用辨向处理模块接收该方向信号后找到对应方向的语音信息，通过音频处理模块播放所述语音信息，由耳机或喇叭输出；利用定位模块接收位置信息，将所述位置信息传递给音频处理模块进行播放，由耳机或喇叭进行输出。