CN106074098B - 一种用于视觉障碍者的导航系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于视觉障碍者的导航系统，包括镜架、图像模块、语音模块、电源模块、充电模块以及红外反光标识；其中图像模块包括图像处理单元、红外光源和红外摄像头，红外光源用于朝所述红外反光标识方向发出红外光，红外摄像头则用于捕获由所述红外反光标识反射回的红外光并生成红外图像，所述图像处理单元用于分析处理由所述红外摄像头生成的红外图像并将处理结果传至所述语音模块，从而实现导航功能。本发明的导航系统具有结构简单、成本低廉、可实施性强、导航精准、适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种导航系统，特别涉及一种用于视觉障碍者的导航系统。
背景技术
据官方估计到2020年我国视觉障碍人数将达到5000余万，而且我国每年会出现新盲人大约45万，低视力135万，即约每分钟就会出现1个盲人，3个低视力患者。当前我国盲道设计存在很多问题，设计不规范、维护不及时、障碍物占道等问题严重影响着视觉障碍者的行走安全，而且单一的盲道无法满足视觉障碍者对轻松自如行走的需求，故如何使盲人或者低视力者能够融入到这个社会去更好地生活已成为当前迫切需要解决的问题，要解决这个问题首要任务就是使视觉障碍者能够安全自由的行走在城市空间中。
近些年，许多机构或个人都曾研制过一些帮助盲人行走的工具，如：带扬声器的导航棍，优点是晚上可发出光，提醒路人与司机，缺点是易坏、太敏感；探知前方障碍物的导盲鞋，优点是可以穿在脚上，缺点是测量范围小，没有语音提示；随身携带超声波探测和GPS定位装置，优点测量范围大，缺点是局部精度较低以及成本较高。目前专门为盲人设计的导航眼镜种类很少，而且大多技术含量不高或者价格昂贵，而盲人外出时没有相关设备的帮助，导致他们外出十分不便。
基于上述现有技术的不足之处，因此需要开发出一种用于视觉障碍者且结构简单、携带方便、成本较低、导航精度高的导航眼镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于视觉障碍者的导航系统，包括镜架、图像模块、语音模块、电源模块、充电模块以及红外反光标识；其中，
所述镜架，包括镜框、鼻梁、第一镜腿、第二镜腿、第一镜脚和第二镜脚，所述鼻梁的形状为长方体且中心处水平开设有长方形的通孔；
所述图像模块，位于所述长方形通孔中并与所述长方形通孔相互匹配，包括图像处理单元、红外光源和红外摄像头，所述红外光源与所述红外摄像头水平间隔排列；所述红外光源用于朝所述红外反光标识方向发出红外光，所述红外摄像头则用于捕获由所述红外反光标识反射回的红外光并生成红外图像，所述图像处理单元用于分析处理由所述红外摄像头生成的红外图像并将处理结果传至所述语音模块；
所述语音模块，位于所述第一镜腿上且靠近所述第一镜脚的端部，包括语音单元、耳机接口和耳机；所述语音模块根据所述图像处理单元的处理结果而通过所述耳机向视觉障碍者发出语音提示；
所述第一电源模块和所述第二电源模块，分别位于所述第一镜腿和所述第二镜腿上且靠近所述镜框的端部，用于向所述导航眼镜供电；
所述充电模块，位于所述第二镜腿上且靠近所述第二镜脚的端部，包括充电单元和充电接口，用于为所述第一电源模块和所述第二电源模块进行充电；
所述红外反光标识，位于所述视觉障碍者行走的周围环境中，为由红外反光材料制成的具有标识作用的图形，用于反射所述红外光源发出的红外光。
优选地，所述第一镜腿和所述第二镜腿的中间部位安装有多个LED闪光灯。
优选地，所述红外光源为红外发光二极管LED或LED阵列。
优选地，所述红外摄像头为广角摄像头，拍摄角度为150度。
优选地，所述红外光源与所述红外摄像头水平间隔1～2cm。
优选地，所述图像模块的两端还设置有转轴，所述图像模块通过所述转轴固定在鼻梁上并实现30度顺时针或逆时针的角度旋转。
优选地，所述充电接口为充电和数据传输二合一接口。
优选地，所述第一镜脚上设置有蓝牙模块。
优选地，所述语音模块还包括位于所述耳机上的麦克风。
优选地，所述第二镜脚上设置有GPS模块。
优选地，所述红外反光材料为金属粉。
优选地，所述红外反光标识的结构为可粘贴或可热熔的薄片状。
优选地，所述红外反光标识为由盲道地砖上一个或多个红外反光点组成的具有标识作用的图形。
优选地，所述红外反光点位于行进盲道地砖上每个条形凸起的中间位置或位于位于提示盲道地砖上圆形凸起的表面。
优选地，所述行进盲道地砖上共4个所述红外反光点且连接后呈现直线，用于表示正常行走在行进盲道上。
优选地，所述提示盲道地砖上所述红外反光点的分布设置如下：
所述提示盲道地砖上共8个红外反光点且连接后呈现旋转45度的正方形，用于表示即将进入弯道或即将进入直道；
所述提示盲道地砖上共5个红外反光点且连接后呈现向右倾斜45度的斜线，用于表示向右拐弯；
所述提示盲道地砖上共5个红外反光点且连接后呈现向左倾斜45度的斜线，用于表示向左拐弯；
所述提示盲道地砖上共8个红外反光点且连接后呈现“T”字形，用于表示三岔路口；
所述提示盲道地砖上共9个红外反光点且连接后呈现“十”字形，用于表示十字路口。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本发明导航眼镜的结构示意图；
图2示意性示出本发明导航系统的应用示意图；
图3(a)至图3(f)示意性示出具有红外反光标识的盲道地砖；
图4(a)至图4(f)示意性示出红外摄像头拍摄的具有红外反光标识的盲道地砖的图像；
图5示意性示出视觉障碍者使用本发明导航系统的应用场景图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1示出了根据本发明一种用于视觉障碍者的导航眼镜100的结构示意图。本发明的导航眼镜100包括镜架1、图像模块2、语音模块3、第一电源模块4、第二电源模块5、充电模块6。
镜架1，包括镜框101、鼻梁102、第一镜腿103、第二镜腿104、第一镜脚105和第二镜脚106。所述鼻梁102用于连接两个镜框101，所述鼻梁102的形状为长方体且中心水平开设有长方形的通孔，该通孔用于放置图像模块2。所述第一镜腿103和第二镜腿104的中间部位安装有多个LED闪光灯6，用于夜间警示作用。
图像模块2，位于鼻梁102的中间(如图2所示)，包括图像处理单元201、红外光源202和红外摄像头203；所述红外光源202为红外发光二极管LED或LED阵列。所述红外摄像头203为广角摄像头，拍摄角度可达150度。所述红外光源202与所述红外摄像头203水平间隔排列，间距约为1～2cm。
所述红外摄像头203用于获取由红外光源202发出并反射回的红外光线，进而形成红外图像。图像处理单元201对获取的图像进行处理和分析，最终将分析结果传至语音模块3并发出声音提示。
优选地，所述图像模块2的两端还设置有转轴204，且通过其转轴204固定在鼻梁102上并实现30度顺时针或逆时针的角度旋转，从而实现多方位多角度的拍摄功能，比如当需要拍摄地面时则向下顺时针旋转30度。
语音模块3，位于第一镜腿103上且靠近第一镜脚106的端部，包括语音单元301、耳机接口302和耳机303。所述语音单元301根据图像处理单元201传送的不同分析结果而发出不同的语音提示。
第一电源模块4和第二电源模块5，分别位于第一镜腿103和第二镜腿104上且靠近镜框101的端部，用于向所述导航眼镜100的用电模块供电，采用双电源供电可显著提高导航眼镜100的续航能力。
充电模块6，位于第二镜腿104上且靠近第二镜脚106的端部，包括充电单元601和充电接口602，用于为第一电源模块4和第二电源模块5进行充电。优选地，所述充电接口602为充电数据传输二合一接口，既可以实现充电功能、也可以进行数据传输，例如可以通过该接口602向语音模块3中上传语音数据。
优选地，在第一镜脚105上设置有蓝牙模块8，该蓝牙模块8可以与其他具有蓝牙功能的设备进行通信，例如智能手机、可穿戴设备等。更加优选地，所述语音模块3还包括位于耳机303上麦克风304，这样视觉障碍者10即可利用蓝牙模块8和语音模块3实现自动接听智能手机的电话，也可以用来收听广播或音乐等。
优选地，在第二镜脚106上设置有GPS模块9，用于定位视觉障碍者10的大体位置以及提供语音导航服务，视觉障碍者10通过所述GPS模块9即可实时清晰地知道自己所处的大体位置，比如某某街道、某某地标建筑附近等，有效防止了视觉障碍者10迷路现象的发生。
本发明所述导航眼镜100主要利用视觉障碍者10行走的周围环境中设置的红外反光标识7来进行导航，所述红外反光标识7为由红外反光材料(例如金属粉等)制成的具有标识作用的图形，用于反射所述红外光源202发出的红外光。当红外光源202照射到周围的红外反光标识7时会发生反射现象，此时红外摄像头203就会捕获到红外反射光并生成红外图像，图像处理单元201对红外图像进行识别处理并得出识别结果(即当前红外反光标识7所代表的图形含义)，最终语音模块3根据不同的图像识别结果发出不同语音提示，从而保障了视觉障碍者的行走安全。
本发明还提供了一种用于视觉障碍者的导航系统200，所述导航系统200包括上述本发明的导航眼镜100和红外反光标识7，如图2所示，所述红外反光标识7分为地上标识11和地面标识12。视觉障碍者10佩戴上所述导航眼镜100后即可通过语音获知地上标识11或地面标识12的信息，从而实现导航作用。所述地上标识11和地面标识12为可粘贴或可热熔的薄片状结构，从而可以直接粘贴或热熔在路牌、广告牌、墙面、盲道地砖或专门标识牌的表面。
图3至图5示出了本发明导航系统200的一个实施例，在该实施例中所述红外反光标识7(即地面标识11)为一个或多个红外反光点15组成，且所述红外反光点15组成了具有标识作用的图形。盲道地砖分为行进盲道地砖13和提示盲道地砖14，其中有条形引导砖的为行进盲道地砖13(如图3(a))，用于引导盲人或视觉障碍者放心前行；带有圆点的提示砖为提示盲道地砖14(如图3(b)至图3(f))，用于提示盲人或视觉障碍者前方的空间环境将发生变化，设置于行进盲道地砖13的起点、终点以及拐弯处。
如图3(a)所示，在行进盲道地砖13上每个条形凸起的中间位置粘贴、热熔或内嵌有红外反光点15，也可与行进盲道地砖13一体成型，所有4个红外反光点15连接显现直线即形成了具有标识作用的图形(即红外反光标识7)，用于标识行进盲道地砖13的宽度，以防止视觉障碍者10行走时偏离盲道。
同样地，如图3(b)至图3(f)所示，在提示盲道地砖14的圆形凸起表面有选择地粘贴、热熔或内嵌有红外反光点15，也可与提示盲道地砖14在制造时一体成型；其中图3(b)中8个红外反光点15连接后呈现旋转45度的正方形、图3(c)中5个红外反光点15连接后呈现向右倾斜45度的斜线、图3(d)中5个红外反光点15连接后呈现向左倾斜45度的斜线、图3(e)中8个红外反光点15连接后呈现“T”字形、图3(f)中9个红外反光点15连接后呈现“十”字形，分别用于表示即将进入弯道或即将进入直道、向右拐弯、向左拐弯、三岔路口和十字路口。
当本发明所述导航眼镜100的红外摄像头203朝前下方拍摄盲道地砖时即可获取不同的标识形状，并通过图像处理单元201分析出具体是哪种标识，进一步将分析结果传至语音模块3，从而通过耳机303发出语音提示视觉障碍者10注意盲道转弯。通过本发明的导航系统200可以精确识别出视觉障碍者10在行走过程前方盲道的提示信息以及前方是否有障碍物，同时结合所述GPS模块9对视觉障碍者10进行定位即可有效提高视觉障碍者10的活动范围和行走安全性。
由于城市盲道建设不规范或盲道被其他物体占据等原因，导致视觉障碍者10行走在盲道时存在一定的安全风险，通过本发明所述导航系统200可以有效解决这个问题，红外摄像头203获取盲道上的红外标识点15图像，经图像处理单元201分析图像中不包括或不全包括红外标识点15，则通过语音模块3提示视觉障碍者10前方盲道存在障碍物，从而有效保障视觉障碍者10在盲道上的行走安全。
图5示出了视觉障碍者10使用本发明导航系统的应用场景图，佩戴有本发明导航眼镜100的视觉障碍者10行走在盲道上，调整所述红外摄像头203的拍摄角度以便朝前下方拍摄盲道地砖上的红外反光点15。如图5所示，视觉障碍者10在第一个拐弯处将会依次听到的是从直道进入弯道、向右拐弯、从弯道进入直道等语音提示；在第二个拐弯处将会依次听到的是从直道进入三岔路口、向左拐弯或向右拐弯、从弯道进入直道等语音提示，当视觉障碍者10在行走过程中偏离盲道时语音模块3会发出提醒并引导回盲道上行走。
本发明所述的导航眼镜及导航系统可有效帮助视觉障碍者10安全地行走在具有红外反光标识的城市空间中或盲道上，简单高效的解决了城市盲道使用率低的难题，只须在现有盲道上增加红外反光标识即可，提高了视觉障碍者的活动范围具有结构简单、成本低廉、可实施性强、导航精准、适用范围广等优点。
所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (10)
1.一种用于视觉障碍者的导航系统，包括镜架、图像模块、语音模块、电源模块、充电模块以及红外反光标识；其中，
所述镜架，包括镜框、鼻梁、第一镜腿、第二镜腿、第一镜脚和第二镜脚，所述鼻梁的形状为长方体且中心处水平开设有长方形的通孔；
所述图像模块，位于所述长方形通孔中并与所述长方形通孔相互匹配，包括图像处理单元、红外光源和红外摄像头，所述红外光源与所述红外摄像头水平间隔排列；所述红外光源用于朝所述红外反光标识方向发出红外光，所述红外摄像头则用于捕获由所述红外反光标识反射回的红外光并生成红外图像，所述图像处理单元用于分析处理由所述红外摄像头生成的红外图像并将处理结果传至所述语音模块；
所述语音模块，位于所述第一镜腿上且靠近所述第一镜脚的端部，包括语音单元、耳机接口和耳机；所述语音模块根据所述图像处理单元的处理结果而通过所述耳机向视觉障碍者发出语音提示；
所述第一电源模块和所述第二电源模块，分别位于所述第一镜腿和所述第二镜腿上且靠近所述镜框的端部，用于向所述导航眼镜供电；
所述充电模块，位于所述第二镜腿上且靠近所述第二镜脚的端部，包括充电单元和充电接口，用于为所述第一电源模块和所述第二电源模块进行充电；
所述红外反光标识，位于所述视觉障碍者行走的周围环境中，为由红外反光材料制成的具有标识作用的图形，用于反射所述红外光源发出的红外光；红外反光点设置在盲道地砖上，形成了具有标识作用的图形；
所述红外反光材料为金属粉；
所述红外反光标识分为地上标识和地面标识，为可粘贴或可热熔的薄片状结构。
2.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于：所述第一镜腿和所述第二镜腿的中间部位安装有多个LED闪光灯。
3.根据权利要求2所述的导航系统，其特征在于：所述红外光源为红外发光二极管LED或LED阵列。
4.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于：所述红外摄像头为广角摄像头，拍摄角度为150度。
5.根据权利要求4所述的导航系统，其特征在于：所述红外光源与所述红外摄像头水平间隔1～2cm。
6.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于：所述充电接口为充电和数据传输二合一接口。
7.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于：所述红外反光标识为由盲道地砖上一个或多个红外反光点组成的具有标识作用的图形。
8.根据权利要求7所述的导航系统，其特征在于：所述红外反光点位于行进盲道地砖上每个条形凸起的中间位置或位于提示盲道地砖上圆形凸起的表面。
9.根据权利要求8所述的导航系统，其特征在于：所述行进盲道地砖上共4个所述红外反光点且连接后呈现直线，用于表示正常行走在行进盲道上。
10.根据权利要求8所述的导航系统，其特征在于：所述提示盲道地砖上所述红外反光点的分布设置如下：
所述提示盲道地砖上共8个红外反光点且连接后呈现旋转45度的正方形，用于表示即将进入弯道或即将进入直道；
所述提示盲道地砖上共5个红外反光点且连接后呈现向右倾斜45度的斜线，用于表示向右拐弯；
所述提示盲道地砖上共5个红外反光点且连接后呈现向左倾斜45度的斜线，用于表示向左拐弯；
所述提示盲道地砖上共8个红外反光点且连接后呈现“T”字形，用于表示三岔路口；
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