CN103236156B - 一种基于交通信号指示灯的导盲系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交通信号指示灯的导盲系统，包括导盲接入点、导盲移动终端、数据传输链路、导盲软件系统，所述导盲接入点为导盲移动终端提供接入导盲服务并开启导盲移动终端的无线语音导航服务功能，所述导盲移动终端与导盲接入点进行通信并为盲人提供无线语音导航服务，所述数据传输链路是将导盲移动终端与导盲接入点之间连接起来的通信信道，所述导盲软件系统包括两个子模块，分别安装在所述导盲移动终端与所述导盲接入点中。本发明为盲人或色觉障碍者带来了福音，还为阴雨大雾天出行的司机和行人提供很大的帮助；可提供更方便、时尚且免受外界干扰的独享语音收听方式，帮助盲人安全可靠地横过马路；且设计简单、易于推广，具有潜在的巨大市场价值和极其重要的社会意义。

Description

一种基于交通信号指示灯的导盲系统

技术领域

本发明属于智能交通导航领域，特别涉及一种基于交通信号指示灯的导盲系统。

背景技术

盲人作为社会上的一个特殊群体，需要社会给予他们更多的关怀和照顾，使他们能够更好的独立生活。如何安全行走产，是盲人生活中最大的问题。目前我国各类残疾人总数已逾8000万人，其中视力残疾人高达1000万人，低视力者820万人，是世界上盲和低视力者最多的国家。根据公安部的统计数据，2005年我国道路交通伤害导致死亡人数超过10万人。发生交通事故的原因中，行人违章占15%左右，而行人违章中大多是因乱穿马路引起。如果采用现代化技术实现人行横道上的红绿灯交通标志的自动识别，警示驾驶员和行人（特别是盲人和小孩）红绿灯情况，大大减少因主观疏忽而造成的交通事故。

随着社会经济的发展，近20年来，智能交通系统这一新的研究领域应运而生，并迅速发展起来。特别是移动通信设备的飞速发展，嵌入式处理器的运行速度和功能大幅提高，使得手机的功能逐渐增多。许多以前只能在PC机上实现的应用现在都可以在智能手机上实现，如基于GPS智能手机的交通信息实时采集与服务研究、车辆导航监控、视频监控、人脸识别系统等。智能手机携带方便、操作简单，非常符合行人穿越十字路口的特点，基于智能手机的红绿灯识别系统只需一个摄像头，它可以实时地监控道路状态，并且具有较高的识别率和鲁棒性。日本科学家开发的一种新型电子眼可使盲人能够安全地穿过马路，这种电子眼安装在眼镜上，它能够检测到人行横道的存在和位置，同时测量道路宽度并检测交通信号灯的颜色。

在实际应用中，如何有效地识别交通标志是一个非常重要的研究课题。而当前主要的研究对象基本上是矩形标志、三角形标志、圆形标志等道路交通标志的检测识别，对人行道上的红绿灯交通标志识别研究较少。在现实生活中，若能自动且准确地识别人行道上的红绿灯交通标志，结合便携视频计算设备，可提高行人、特别是盲人过人行道的安全系数。现有的盲人过街提示装置，在红绿灯亮时，能够通过外置扩音器发出相应提示声，但为了使提示音更加清晰，不可避免地存在提示音音量过大的缺点，对居民生活造成严重干扰，且生产、维护成本高。

基于智能手机的人行横道红绿灯自动识别技术已经成熟，它解决了目前绝大部分人行横道红绿灯没有配合声音提示问题，其利用带摄像头的智能手机，通过人行横道红绿灯的自动识别技术，可大大减少十字路口的交通事故，从而大大提高盲人过马路的安全系数。徐丽珍、何耀平、孙震等人在《计算机工程与应用》（2010,27(3):241-251）发表的《基于智能手机的人行横道红绿灯自动识别》中，已经报道过一种基于智能手机的人行横道红绿灯自动识别系统，且其中提出了一种融合级联Adaboost与色彩过滤的人行横道红绿灯识别算法。它的主要技术方案为：首先，提取了基于Haar小波的人行红绿灯重要形状特征，通过级联AdaBoost算法，训练得到区分红绿灯和各种复杂背景的分类器参数；然后，分析了红灯和绿灯在HSI色彩空间上的分布情况，通过色彩过滤进一步降低了虚景率，正确区分红灯和绿灯；最后，将探测到的红、绿灯信息通过语音传输方式播报给盲人用户，提示其是否可以行走。基于智能手机的人行横道红绿灯自动识别技术需要带摄像头的手机，对于盲人用户来说，如何准确、可靠地将摄像头对准交通信号灯是件十分困难的事情，也不方便其操作。其次，摄像头采集交通信号灯图像信息容易受到天气环境的影响，阴雨天气采集到的图像信息模糊、不清晰。最后，这种技术不提供其他附加的服务功能，如行走过程中不能实时提示安全到岸的距离信息。

本发明为克服以上现有技术的缺陷，主要使用单片机、射频技术、骨传导技术、蓝牙技术设计了一套功能完备的导盲系统，可帮助盲人不受天气影响、准确地判断交通信号指示灯状态，引导其安全地穿过人行横道，并且使每个盲人独享语音导航提示信息，从而不影响其他人的正常生活。

发明内容

发明目的：提出一种功能完备的道路导盲系统，帮助盲人不受天气影响、准确地判断交通信号指示灯状态，引导其安全地穿过人行横道，并且使每个盲人独享语音导航提示信息，从而不影响其他人的正常生活。

技术方案：一种基于交通信号指示灯的导盲系统，包括导盲接入点、导盲移动终端、数据传输链路、导盲软件系统，其特征在于，

所述导盲接入点为对称设置的一组，分别固定在马路两侧的交通信号指示灯的附近，一般固定在交通信号指示灯灯柱上；所述每个导盲接入点包括接入控制芯片（即单片机微控制器，一般型号为STM32F ARMCPU）、超声测距模组、色彩传感器、无线数据发送模块、电源及其他外围辅助电路，为导盲移动终端提供接入导盲服务并开启导盲移动终端的无线语音导航服务功能；

所述色彩传感器用于采集信号指示灯的颜色状态信息，为了防止下雨或大雾等恶劣天气环境对所述色彩传感器的影响，在其外围安装一个透明的塑料包装盒，且安装位置更加靠近信号指示灯区域，使其更可靠、准确地采集指示灯的颜色状态信息；

所述导盲移动终端以手持或便携的方式放置在盲人身上；所述导盲移动终端包括导盲控制芯片（即单片机微控制器，型号一般为C8051MCU）、超声测距接收模组、无线数据接收模块、蓝牙收发模块、音频编解码模块、TTS语音合成系统，向导盲接入点传输携带身份验证的指向性信号，与导盲接入点进行通信，并为盲人提供无线语音导航服务；

所述TTS（Text to Speech）语音合成系统包括五个功能模块，即语法分析、韵律分析、字音转换、韵律生成和声学合成，将文本信息转化为语音信息，使用户利用耳机就可以听取文本的信息；

所述音频编解码模块（型号一般为ADAU1361）是一款低功耗、立体声音频编解码器，与语音合成系统相互耦合使用，共同完成导盲语音提示信息的播放功能；所述音频编解码模块支持立体声48KHZ录音和回放，采用1.8V模拟和电源供电，功耗为14mW；其立体声音频ADC和DAC支持8KHz和96KHz范围内的采样速率，并支持数字音量控制，适合电池供电的音频应用；其中所有的编解码算法都由软件来完成，根据不同应用场合可以编制相应的软件，实现不同的功能；

所述导盲移动终端还提供标准音频耳机接口，该接口可将终端的音频编解码模块与耳机连接起来，通过有线传输方式将导盲提示语音信息传递给盲人；此外，所述导盲移动终端可提供另一种可选的无线语音传输模式即导盲移动终端与蓝牙骨导眼镜进行无线连接，其通讯协议采用标准的蓝牙通信协议，所述蓝牙骨导眼镜以蓝牙传输技术为基础，采用骨导耳机组合成的一款眼镜式耳机，适用于各种蓝牙终端设备，所述导盲移动终端与所述蓝牙骨导眼镜间相互作用机制为：所述导盲移动终端里的语音合成系统将信号指示灯状态信息通过所述蓝牙收发模块与所述蓝牙骨导眼镜中的蓝牙收发模块进行连接，可将所述信号指示灯状态信息通过蓝牙传输至所述蓝牙骨导眼镜的骨导耳机中，从而为盲人用户提供一种可选的、更方便的、更时尚的信号指示灯状态信息语音接收方式；

所述数据传输链路是将导盲移动终端与导盲接入点之间连接起来的通信信道，一般通过无线网络免申请频段传输所述智能交通系统中的无线信号，包括上行链路和下行链路，其中，所述导盲接入点通过所述下行链路与所述导盲移动终端进行无线连接，所述导盲移动终端通过所述上行链路与所述导盲接入点进行无线连接；

所述导盲软件系统包括两个子模块，分别安装在所述导盲移动终端与所述导盲接入点中，所述导盲软件系统的数据流工作方式为：首先，盲人携带的导盲移动终端进入安置在红绿灯路口的导盲接入点时，导盲接入节点触发终端工作，导盲接入点通过色彩传感器检测红绿灯的颜色，将红绿灯的颜色状态信息通过语音发送到导盲移动终端，当红灯变绿时，导盲接入点将信号发送给导盲移动终端，盲人开始过马路；导盲移动终端的超声测距模组开始工作，探测对面红绿灯上导盲接入点的距离，并用背向端的红绿灯的位置作校准，校正距离信息；当盲人成功到达对面的导盲接入点，该导盲接入点提示盲人移动终端导盲结束，切换到下一种导盲状态。

该系统工作原理为：所述导盲接入点中的色彩传感器实时探测交通信号指示灯的颜色信息，所述导盲接入点中的控制芯片将探测到的颜色信号采集进来后，通过所述数据传输链路将语音导航信号传递给所述导盲移动终端；当红灯变绿时，提示信息为“绿灯行”，则盲人开始行走，所述导盲移动终端中的超声测距模组开启并实时地工作，将盲人与马路对面的距离信息实时地告诉盲人，到终点后提示盲人导盲成功。

本发明的优点和有益效果：

（1）交叉路口基于交通信号指示灯的导盲装置为盲人或色觉障碍者带来了福音，还为阴雨大雾天出行的司机和行人提供很大的帮助；

（2）导盲移动终端可以进行功能扩展，特别是可与蓝牙骨导眼镜进行无线蓝牙连接，可提供更方便、时尚且免受外界干扰的独享语音收听方式，即使在十分嘈杂的路况环境下，盲人用户仍能独享十分清晰的语音导盲信息，帮助盲人安全可靠地横过马路；

（3）导盲装置设计简单、易于推广，而且相比于基于智能手机技术的交通信号指示灯监测导盲装置，它的成本较低，具有潜在的巨大市场价值和极其重要的社会意义。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的装配应用示意图；

图3是本发明的色彩传感器示意图；

图4是本发明中的骨导蓝牙眼镜外观示意图；

图5是本发明中的骨导蓝牙眼镜镜腿内部结构图；

图6是本发明中的导盲软件系统流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

一种基于交通信号指示灯的导盲系统，包括导盲接入点、导盲移动终端、数据传输链路、导盲软件系统，其特征在于，

所述导盲接入点为对称设置的一组，分别固定在马路两侧的交通信号指示灯的附近，一般固定在交通信号指示灯灯柱上；所述每个导盲接入点包括接入控制芯片（型号为STM32F ARMCPU）；超声测距模组、色彩传感器、无线数据发送模块、电源及其他外围辅助电路，为导盲移动终端提供接入导盲服务并开启导盲移动终端的无线语音导航服务功能；

为了防止下雨或大雾等恶劣天气环境对所述色彩传感器的影响，在其外围安装一个透明的塑料包装盒，且安装位置更加靠近信号指示灯区域，使其更可靠、更准确地采集到信号指示灯的颜色状态信息；

所述导盲移动终端以手持或便携的方式放置在盲人身上；所述导盲移动终端包括导盲控制芯片（型号为C8051MCU）、超声测距接收模组、无线数据接收模块、蓝牙收发模块、TTS语音合成系统，向导盲接入点传输携带身份验证的指向性信号，与导盲接入点进行通信，并为盲人提供无线语音导航服务；

所述TTS（Text to Speech）语音合成系统包括五个功能模块，即语法分析、韵律分析、字音转换、韵律生成和声学合成，将文本信息转化为语音信息，使用户利用耳机就可以听取文本的信息；

图1中STM32系列基于专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核芯片，按性能可分成两个不同的系列，其中STM32F CPU为“增强型”系列单片机；C8051MCU是指C8051型号单片机；

所述音频编解码模块（型号一般为ADAU1361）是一款低功耗、立体声音频编解码器，与语音合成系统相互耦合使用，共同完成导盲语音提示信息的播放功能；所述音频编解码模块支持立体声48KHZ录音和回放，采用1.8V模拟和电源供电，功耗为14mW；其立体声音频ADC和DAC支持8KHz和96KHz范围内的采样速率，并支持数字音量控制，适合电池供电的音频应用；其中所有的编解码算法都由软件来完成，根据不同应用场合可以编制相应的软件，实现不同的功能；

所述导盲移动终端还提供标准音频耳机接口，该接口可将终端的音频编解码模块与耳机连接起来，通过有线传输方式将导盲提示语音信息传递给盲人；此外，所述导盲移动终端可提供另一种可选的无线语音传输模式即导盲移动终端与蓝牙骨导眼镜进行无线连接，其通讯协议采用标准的蓝牙通信协议，所述蓝牙骨导眼镜以蓝牙传输技术为基础，采用骨导耳机组合成的一款眼镜式耳机，适用于各种蓝牙终端设备，所述导盲移动终端与所述蓝牙骨导眼镜间相互作用机制为：所述导盲移动终端里的语音合成系统将信号指示灯状态信息通过所述蓝牙收发模块与所述蓝牙骨导眼镜中的蓝牙收发模块进行连接，可将所述信号指示灯状态信息通过蓝牙传输至所述蓝牙骨导眼镜的骨导耳机中，从而为盲人用户提供一种可选的、更方便的、更时尚的信号指示灯状态信息语音接收方式；

所述数据传输链路是将导盲移动终端与导盲接入点之间连接起来的通信信道，一般通过无线网络免申请频段传输所述智能交通系统中的无线信号，包括上行链路和下行链路，其中，所述导盲接入点通过所述下行链路与所述导盲移动终端进行无线连接；所述导盲移动终端通过所述上行链路与所述导盲接入点进行无线连接。

所述导盲软件系统包括两个子模块，分别安装在所述导盲移动终端与所述导盲接入点中，所述导盲软件系统的数据流工作方式为：首先，盲人携带的导盲移动终端进入安置在红绿灯路口的导盲接入点时，导盲接入节点触发终端工作，导盲接入点通过色彩传感器检测红绿灯的颜色，将红绿灯的颜色状态信息通过语音发送到导盲移动终端，当红灯变绿时，导盲接入点将信号发送给终端，盲人开始过马路；导盲移动终端的超声测距模组开始工作，探测对面红绿灯上导盲接入点的距离，并用背向端的红绿灯的位置作校准，校正距离信息。当盲人成功到达对面导盲接入点，该导盲接入点提示盲人移动终端导盲结束，切换到下一种导盲状态。

该系统工作原理为：所述导盲接入点中的色彩传感器实时探测交通信号指示灯的颜色信息，所述导盲接入点中的控制芯片（如STM32ARMCPU）将探测到的颜色信号采集进来后，通过所述数据传输链路将语音导航信号传递给所述导盲移动终端；当红灯变绿时，提示信息为“绿灯行”，则盲人开始行走，所述导盲移动终端中的超声测距模组开启并实时地工作，将盲人与马路对面的距离信息实时地告诉盲人，到终点后提示盲人导盲成功。

本发明的优点和有益效果：

（1）交叉路口基于交通信号指示灯的导盲装置为盲人或色觉障碍者带来了福音，还为阴雨大雾天出行的司机和行人提供很大的帮助；

（2）导盲移动终端可以进行功能扩展，特别是可与蓝牙骨导眼镜进行无线蓝牙连接，可提供更方便、时尚且免受外界干扰的独享语音收听方式，即使在十分嘈杂的路况环境下，盲人用户仍能独享十分清晰的语音导盲信息，帮助盲人安全可靠地横过马路；

（3）导盲装置设计简单、易于推广，而且相比于基于智能手机技术的交通信号指示灯监测导盲装置，它的成本较低，具有潜在的巨大市场价值和极其重要的社会意义。

Claims (6)

1.一种基于交通信号指示灯的导盲系统，包括导盲接入点、导盲移动终端、数据传输链路、导盲软件系统，其特征在于，所述导盲接入点为对称设置的一组，分别固定在马路两侧的交通信号指示灯的附近；每个所述导盲接入点包括接入控制芯片、超声测距模组、色彩传感器、无线数据发送模块、电源及其他外围辅助电路，为导盲移动终端提供接入导盲服务并开启导盲移动终端的无线语音导航服务功能；

所述导盲移动终端以手持或便携的方式放置在盲人身上；所述导盲移动终端包括导盲控制芯片、超声测距接收模组、无线数据接收模块、蓝牙收发模块、音频编解码模块、TTS语音合成系统，向导盲接入点传输携带身份验证的指向性信号，与导盲接入点进行通信，并为盲人提供无线语音导航服务；

所述数据传输链路是将导盲移动终端与导盲接入点之间连接起来的通信信道，包括上行链路和下行链路，其中，所述导盲接入点通过所述下行链路与所述导盲移动终端进行无线连接，所述导盲移动终端通过所述上行链路与所述导盲接入点进行无线连接；

所述导盲软件系统包括两个子模块，分别安装在所述导盲移动终端与所述导盲接入点中，所述导盲软件系统的数据流工作方式为：首先，盲人携带的导盲移动终端进入安置在红绿灯路口的导盲接入点时，导盲接入节点触发终端工作，导盲接入点通过色彩传感器检测红绿灯的颜色，将红绿灯的颜色状态信息通过语音发送到导盲移动终端，当红灯变绿时，导盲接入点将信号发送给导盲移动终端，盲人开始过马路；导盲移动终端的超声测距接收模组开始工作，探测对面红绿灯上导盲接入点的距离，并用背向端的红绿灯的位置作校准，校正距离信息；当盲人成功到达对面的导盲接入点，该导盲接入点提示导盲移动终端导盲结束，切换到下一种导盲状态。

2.根据权利要求1所述的基于交通信号指示灯的导盲系统，其特征在于，

所述色彩传感器用于采集信号指示灯的颜色状态信息，为了防止下雨或大雾恶劣天气环境对所述色彩传感器的影响，在其外围安装一个透明的塑料包装盒，且安装位置更加靠近信号指示灯区域，使其更可靠、准确地采集指示灯的颜色状态信息。

3.根据权利要求1所述的基于交通信号指示灯的导盲系统，其特征在于，

所述TTS语音合成系统包括五个功能模块，即语法分析、韵律分析、字音转换、韵律生成和声学合成，将文本信息转化为语音信息，使用户利用耳机就可以听取文本的信息。

4.根据权利要求1所述的基于交通信号指示灯的导盲系统，其特征在于，

所述音频编解码模块是一款低功耗、立体声音频编解码器，与语音合成系统相互耦合使用，共同完成导盲语音提示信息的播放功能；所述音频编解码模块支持立体声48KHZ录音和回放，采用1.8V模拟电源供电，功耗为14mW；其立体声音频ADC和DAC支持8KHz和96KHz范围内的采样速率，并支持数字音量控制，适合电池供电的音频应用。

5.根据权利要求1所述的基于交通信号指示灯的导盲系统，其特征在于，

所述导盲移动终端还提供标准音频耳机接口，该接口可将终端的音频编解码模块与耳机连接起来，通过有线传输方式将导盲提示语音信息传递给盲人。

6.根据权利要求1所述的基于交通信号指示灯的导盲系统，其特征在于，

所述导盲移动终端可提供另一种无线语音传输模式即导盲移动终端与蓝牙骨导眼镜进行无线连接，其通讯协议采用标准的蓝牙通信协议，所述蓝牙骨导眼镜以蓝牙传输技术为基础，采用骨导耳机组合成的一款眼镜式耳机，适用于各种蓝牙终端设备，所述导盲移动终端与所述蓝牙骨导眼镜间相互作用机制为：所述导盲移动终端里的语音合成系统将信号指示灯状态信息通过所述蓝牙收发模块与所述蓝牙骨导眼镜中的蓝牙收发模块进行连接，可将所述信号指示灯状态信息通过蓝牙传输至所述蓝牙骨导眼镜的骨导耳机中，从而为盲人用户提供一种可选的、更方便的、更时尚的信号指示灯状态信息语音接收方式。