CN106420287A - 一种头戴式导盲设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于导盲设备领域，提供了一种头戴式导盲设备，包括可对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的位置信息的激光雷达系统；根据所述被探测物体的位置信息形成路况信息，并根据所述路况信息形成提示控制指令的控制器；根据所述控制指令输出路况提示信息的提示装置；以及可穿戴于用户头部，用于安装所述激光雷达系统、控制器以及提示装置的固定结构。本设备通过激光雷达系统进行环境、路况探测，探测距离、扫描范围、扫描频率、角度分辨率、测量距离精度等参数得到有效提升，而且设备安装简单，实用性和实时性强，可帮助盲人进行准确实时的导航避障，极大改善了盲人的行走状况和出行安全，用户体验好，适于大规模推广使用。

Description

一种头戴式导盲设备

技术领域

本发明属于导盲设备领域，尤其涉及一种头戴式导盲设备。

背景技术

据相关机构调查，中国目前约有盲人1000万，占世界盲人总数的18％，而且未来有持续增加的趋势，到2020年，中国盲人数量预估可达5000万。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爱和照顾，使他们能够更好的独立生活。如何安全行走，是盲人生活中面临的最大问题。但目前盲人专用的导航产品还不是很成熟。

市场上常见的有一种导盲头盔，包括头盔壳体，头盔壳体的外侧安装有摄像头和超声波测量仪，头盔壳体内置有GPS导航系统和惯性导航系统，摄像头、超声波测量仪、GPS导航系统和惯性导航系统均与数据处理器相连接，数据处理器连接人机交互器，该人机交互器包括耳机和麦克风，头盔壳体内置有供电电源。但是采用GPS、摄像头和超声波测量相结合的技术，设备结构比较复杂，操作困难，探测距离和探测范围有限，精度不高，对障碍物不能准确定位，也无法感知障碍物尺寸信息，产品性能不够稳定，同时设备昂贵，市场认可度较低，难以得到推广普及。

发明内容

本发明实施例提供一种头戴式导盲设备，旨在解决现有的导盲设备结构比较复杂，操作困难，探测距离和探测范围有限，精度不高，对障碍物不能准确定位，也无法感知障碍物尺寸信息的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种头戴式导盲设备，其特征在于，包括：

可对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的位置信息的激光雷达系统；

根据所述被探测物体的位置信息形成路况信息，并根据所述路况信息形成提示控制指令的控制器；

根据所述控制指令输出路况提示信息的提示装置；以及

可穿戴于用户头部，用于安装所述激光雷达系统、控制器以及提示装置的固定结构。

本发明提供的头戴式导盲设备，通过设于头盔上的激光雷达系统对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的位置信息，通过控制器将被探测物体的位置信息进行处理，形成路况信息，并形成提示控制指令，用以控制提示装置向用户发出用于表示环境状况、路况的提示信息；本设备通过激光雷达系统进行环境、路况探测，探测距离、扫描范围、扫描频率、角度分辨率、测量距离精度等参数得到有效提升，而且设备安装简单，实用性和实时性强，可帮助盲人进行准确实时的导航避障，极大改善了盲人的行走状况和出行安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的头戴式导盲设备的模块图；

图2是本发明实施例提供的激光雷达系统的模块图；

图3是本发明实施例提供的第二激光雷达的模块图；

图4是本发明实施例提供的头戴式导盲设备的探测示意图一；

图5是本发明实施例提供的头戴式导盲设备的探测示意图二；

图6是本发明实施例提供的一种头戴式导盲设备的结构图；

图7是本发明实施例提供的另一种头戴式导盲设备的结构图；

图8是本发明实施例提供的控制器的模块图；

图9是本发明实施例提供的定位装置的模块图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的头戴式导盲设备，通过设于头盔上的激光雷达系统对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的位置信息，通过控制器将被探测物体的位置信息进行处理，形成路况信息，并形成提示控制指令，用以控制提示装置向用户发出用于表示环境状况、路况的提示信息；本设备通过激光雷达系统进行环境、路况探测，探测距离、扫描范围、扫描频率、角度分辨率、测量距离精度等参数得到有效提升，而且设备安装简单，实用性和实时性强，可帮助盲人进行准确实时的导航避障，极大改善了盲人的行走状况和出行安全，用户体验好，适于大规模推广使用。

以下通过具体实施例对本发明方案进行介绍。

如图1所示，本发明提供了一种头戴式导盲设备，包括：

可穿戴于用户头部的固定结构1；可对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的位置信息的激光雷达系统2；根据被探测物体的位置信息形成路况信息，并根据该路况信息形成提示控制指令的控制器3；以及根据控制指令输出路况提示信息的提示装置4。固定结构1用于安装激光雷达系统2、控制器3以及提示装置4，其中，固定结构1为可穿戴于用户头部的可穿戴结构，例如头盔。该头盔可以根据用户的头部大小进行适应性调整，以符合用户穿戴的舒适性要求。

本实施例通过激光雷达系统进行环境、路况探测，探测距离、扫描范围、扫描频率、角度分辨率、测量距离精度等参数得到有效提升，而且设备安装简单，实用性和实时性强，可帮助盲人进行准确实时的导航避障，极大改善了盲人的行走状况和出行安全。

如图2、图3、图4、图5所示，作为本发明的一个实施例，激光雷达系统2包括：探测用户周围360度范围的环境情况的第一激光雷达21；以及检测用户前方路况的第二激光雷达22。

在本发明的一个实施例中，第一激光雷达21采用基于TOF(Time of Flight，飞行时间)原理的TOF激光雷达，通过计算调制激光发射和返回的时间差得到光程进而得到测量物体的距离信息。通过TOF激光雷达可对用户周围360度范围的环境情况进行探测，可实现对用户周围200m范围内的环境进行360度扫描探测，精度较高，扫描频率快，数据实时更新，可靠性强。

在本发明的一个实施例中，第一激光雷达21为单个可进行360度范围探测的激光雷达，或者由多个激光雷达拼接组成，以进行360度范围的扫描检测，具体根据实际需求进行选型，若第一激光雷达21由多个激光雷达拼接组成，每个激光雷达的扫描区域组合起来，形成环绕用户的360度范围的扫描探测形式，这样设置，探测的效果较为灵活。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，第二激光雷达22为可通过结构光对路况进行探测的结构光激光雷达。其中，结构光激光雷达包括：结构光发射模块221，信号采集模块222，信号处理模块223。

其中，结构光发射模块221，用于生成并发射结构光信号。

信号采集模块222，用于采集结构光发射模块221发出的，由被探测物体反射回来的反射结构光信号；这里以CMOS图像传感器为例，当然不限于该传感器。

信号处理模块223，用于根据反射结构光信号在信号采集模块222上的位置信息，处理得到被探测物体的距离信息。

在本发明的一个实施例中，第二激光雷达，以结构光激光雷达为例，优选安装在头盔斜下方，与第一激光雷达21的探测平面呈一定的角度，它是由信号处理模块223控制结构光发射模块221产生结构光信号，再由信号采集模块，比如CMOS图像传感器，接受被测物体反射回来的结构光信号，并将由被探测物体反射回来的反射结构光信号在信号采集模块的图像中的位置信息传递给信号处理模块223，信号处理模块223解析来信号采集模块222的回光信息，利用三角测距原理得到结构光照射范围内的周围环境距离信息。第一激光雷达，以TOF激光雷达为例，优选安装在头盔壳体正上方，该激光雷达基于飞行时间法，通过计算调制激光发射和返回的时间差得到光程进而得到测量物体的距离信息。

如图4所示，在本发明实施例中，结构光信号由结构光发射模块221的输出端发射出去，结构光信号以输出端为顶点，形成一束位于同一个平面上、具有一定夹角的出射光。由于结构光激光雷达具有特殊的结构光设计，结构光信号的光束可覆盖一定角度的二维平面，实现更高的角度分辨率和扫描频率，可准确探测近距离障碍物以及路面平整度信息，比如方位，距离以及障碍物轮廓大小等，以实时探测路况。

其中，优选的，结构光信号的出射光的夹角α可设置在0～180度范围内，保证了对用户前进方向的环境状况的探测。

更优选的，结构光信号的出射光的夹角α在60～110度之间，以具有足够的探测宽度，该探测宽度是指在用户前进方向上的左右延展，以对用户前方空间或路面进行充分地探测扫描，该探测扫描的宽度满足人正常前进时的活动范围。例如，用户前进路线并非一条直线，比如用户往旁边迈出，如果没有足够的探测宽度，那么就可能造成用户迈出的地方未被检测到；当然如果扫描宽度太大，探测距离就会缩短，精度也会降低，因此将结构光信号的出射光的夹角α在60～110度之间可以较好地解决上述不足。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，第二激光雷达22的输出端的法向与第一激光雷达21的扫描平面的夹角β在30～80度范围内，该角度范围使第二激光雷达可以扫描到用户前方的路面信息。

优选的，第二激光雷达22的输出端的法向与第一激光雷达21的扫描平面的夹角β在45～60度范围内，探测范围、探测距离适当，实现了对用户前方路面的精确探测。

在本发明实施例中，TOF激光雷达可进行360度全方位扫描激光雷达，该TOF激光雷达可优选安装在头盔壳体的外侧正上方，以实现360度全方位扫描探测，能够测量200米范围内的物体的距离、方位和速度信息，数据更新速率快。而结构光激光雷达，优选安装在头盔斜下方，可实现近距离环境的精准探测扫描，这里主要是扫描用户前进方向上的环境状况，它能够测量高精度0～10米范围内的二维平面距离和方位信息，测量频率高，数据更新速率快。

在本发明的一个实施例中，头盔1作为实现扫描探测功能的安装主体，第一激光雷达21与第二激光雷达22在头盔1上的安装方式包括：1、两个激光雷达分立安装于头盔1上，如图6所示；2、两个激光雷达组合成固定模块安装于头盔1上，如图7所示。

如图8所示，在本发明的一个实施例中，控制器3包括：用于接收被探测物体的距离信息的信号接收模块31；将被探测物体的距离信息进行处理，形成路况信息的数据处理模块32；将路况信息转换成提示控制指令的信号转换模块33；以及将提示控制指令输出至提示装置4的信号传输模块34。其中，路况信息可以是障碍物或其他路面特征，如凹坑，与用户的相对距离、角度、速度等信息。

在本发明的一个实施例中，提示装置4包括一可根据所述提示控制指令输出提示信息的提示信息输出单元41，其中，提示信息输出单元包括：语音提示模块、振动提示模块，及触觉反馈提示模块中的一种或多种组合。

其中，语音提示模块为音频播放器，如耳机；振动提示模块通过产生振动，让用户通过感受不同的振动形式来获知路况；触觉反馈提示模块，比如将路况信息在屏幕上以盲文的形式展示。

在本发明实施例中，激光雷达系统2对周围环境进行扫描探测后得到的被探测物体的距离信息作为输入信号，将该距离信息通过数据处理模块32进行处理，形成路况信息，例如被探测物体与用户间的相对距离、方位、速度等信息；再通过信号转换模块33将路况信息转换成提示控制指令，提示控制指令通过信号传输模块34以有线或无线的方式传输给提示装置4，例如，提示装置4具有一语音提示模块，该语音提示模块为音频播放器，更具体的如蓝牙耳机，则提示控制指令通过信号传输模块34无线传输至蓝牙耳机，以进行语音播报，盲人听到语音提示后进行自主判断就可以产生相应的行动。

如图9所示，在本发明的一个实施例中，头戴式导盲设备还包括一定位装置5，该定位装置5包括：用于获取设备的定位信息的GPS模块51；以及将所述定位信息发送至相关联的终端或后台服务器的无线通信模块52。通过该方案，盲人用户的家人可以在任何地方通过网络确定盲人的位置，以防盲人用户迷路走丢，可进一步确保盲人安全。

在本发明的一个实施例中，所述头戴式导盲设备上还设有可进行呼救或被动防碰撞的信号指示灯。作为被动防碰撞的信号指示灯，使用户在晚上行走时更有辨识度，避免其他人对用户造成的碰撞；当人该信号指示灯还可以具有呼救功能，当用户感觉到或系统检测到危险路况，可通过信号指示灯发出闪烁光进行呼救，同时还可以配置蜂鸣器，以增强呼救效果。

上述发明实施例提供的头戴式导盲设备，通过设于头盔上的激光雷达系统对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的距离信息，通过控制器将被探测物体的距离信息进行处理，形成路况信息，并形成提示控制指令，用以控制提示装置向用户发出用于表示环境状况、路况的提示信息；本设备通过激光雷达系统进行环境、路况探测，探测距离、扫描范围、扫描频率、角度分辨率、测量距离精度等参数得到有效提升，而且设备安装简单，实用性和实时性强，可帮助盲人进行准确实时的导航避障，极大改善了盲人的行走状况和出行安全，用户体验好，适于大规模推广使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种头戴式导盲设备，其特征在于，包括：

可对用户周围环境进行探测，并形成被探测物体的位置信息的激光雷达系统；

根据所述被探测物体的位置信息形成路况信息，并根据所述路况信息形成提示控制指令的控制器；

根据所述控制指令输出路况提示信息的提示装置；以及

可穿戴于用户头部，用于安装所述激光雷达系统、控制器以及提示装置的固定结构。

2.如权利要求1所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述激光雷达系统包括：

探测用户周围360度范围的环境情况的第一激光雷达；以及

探测用户前方路况的第二激光雷达。

3.如权利要求2所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述第一激光雷达为单个可进行360度范围探测的激光雷达，或者由多个激光雷达拼接组成，以进行360范围的扫描检测。

4.如权利要求2所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述第二激光雷达为可通过结构光对路况进行探测的结构光激光雷达，所述结构光激光雷达包括：

结构光发射模块，用于生成并发射结构光信号；

信号采集模块，用于采集所述结构光发射模块发出的，由被探测物体反射回来的反射结构光信号；以及

信号处理模块，用于控制结构光发射模块产生结构光信号，以及根据所述反射结构光信号在所述信号采集模块上的位置信息，处理得到被探测物体的距离信息。

5.如权利要求4所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述结构光信号由所述结构光发射模块的输出端发射出去，所述结构光信号以所述输出端为顶点，形成一束位于同一个平面上、具有一定夹角的出射光，所述出射光的夹角在0～180度范围内。

6.如权利要求3或4所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述第二激光雷达的输出端的法向与所述第一激光雷达的扫描平面的夹角在30～80度范围内。

7.如权利要求1所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述控制器包括：

用于接收被探测物体的距离信息的信号接收模块；

将所述被探测物体的距离信息进行处理，形成路况信息的数据处理模块；

将所述路况信息转换成提示控制指令的信号转换模块；以及

将所述提示控制指令输出至所述提示装置的信号传输模块。

8.如权利要求1所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述提示装置包括一可根据所述提示控制指令输出提示信息的提示信息输出单元，所述提示信息输出单元包括：

语音提示模块、振动提示模块，及触觉反馈提示模块中的一种或多种组合。

9.如权利要求1所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述头戴式导盲设备还包括一定位装置，所述定位装置包括：

用于获取设备的定位信息的GPS模块；以及

将所述定位信息发送至相关联的终端或后台服务器的无线通信模块。

10.如权利要求1所述的头戴式导盲设备，其特征在于，所述头戴式导盲设备上还设有可进行呼救或被动防碰撞的信号指示灯。