CN106708042A - 基于机器视觉和人体感受器的导盲系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉和人体感受器的导盲系统及方法,其系统包括：传感器，用于采集周围的环境图像；第一控制器，用于检测所述环境图像中是否存在目标物，并在检测到目标物时发出进行测距的第一控制指令以及获取目标物信息，并根据所述目标物信息、目标物与使用者的距离生成进行提示的第二控制指令；雷达，用于根据所述第一控制指令检测目标物到使用者的距离；人体感受器，安装在使用者的皮肤表面，用于根据所述第二控制指令对使用者进行刺激，提示使用者。本发明设置有用于安装在人体皮肤表面的人体感受器，在传感器检测到目标物时通过人体感受器刺激人体来提示使用者障碍物的大小、形状和距离。

Description

基于机器视觉和人体感受器的导盲系统及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉和人体感受器的导盲系统及方法。

背景技术

人类70% 的信息都是通过视觉来获取的，所以失明和低视力的人群在感知世界方面是极其无助的，他们在生活中会有诸多的不便。盲人与有视力障碍的人群出行一直是一件非常困难的事情，在没有他人协助或者其他外界帮助的情况下，盲人与有视力障碍的人群无法单独出行，因而，对该类人群来说，出行困难严重影响了他们的日常生活与社交。

随着社会的发展，人们对盲人与视力障碍的人群的关注与日俱增，出现了协助盲人与视力障碍人群出行的导盲器或者训练用于导盲的动物，例如导盲杖或者导盲犬，以及在道路上设置专门的盲道。导盲杖一般是一根长竿，使用者用导盲杖点击地面，来感知前方地面情况，但前方地面的连续情况经常不能完整掌握，尤其是凹凸不平的路况，使盲人与视力障碍的人群寸步难行。而且经常点击地面在行走较远的路程，手部比较累，使用导盲犬带路的训练成本较高，因此，盲人行走不方便，一直是一个没有得到较好解决的社会问题。

随着科技的发展，出现了电子导盲器，采用超声波等来探测前方的障碍物，由于这种方法相较于传统的导盲方法，不受光线、温度等客观条件的影响，而且成本低廉、可靠性强，所以得到广泛使用。但是现有的电子导盲器在检测到障碍物时只能检测障碍物的有无和直线距离，不能体现障碍物的大小和形状，更不能识别诸如公交车线路数字、红绿灯上剩余时间等文字信息，因此不能有效地提示使用者，从而导致电子导盲器的作用大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于机器视觉和人体感受器的导盲系统及方法，在检测到目标物时通过人体感受器来提示使用者。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，包括：

传感器，用于采集周围的环境图像；

第一控制器，用于检测所述环境图像中是否存在目标物，并在检测到目标物时发出进行测距的第一控制指令以及获取目标物信息，并根据所述目标物信息、目标物与使用者的距离生成进行提示的第二控制指令；

雷达，用于根据所述第一控制指令检测目标物到使用者的距离；

人体感受器，安装在使用者的皮肤表面，用于根据所述第二控制指令对使用者进行刺激，提示使用者。

优选的，所述导盲系统还包括语音装置，用于根据所述第二控制指令对使用者进行语音提示，以及用于使用者输入目标物示。

优选的，所述导盲系统还包括云端服务器，所述云端服务器与所述第一控制器通讯连接。

优选的，所述人体感受器包括电子感受器和机械感受器中的一种或者多种；

所述电子感受器，根据所述第二控制指令进行放电刺激使用者的皮肤；

所述机械感受器，根据所述第二控制指令控制机械结构刺激使用者的皮肤。

优选的， 所述电子感受器包括第二控制器和电刺激点阵列板，所述电刺激点阵列板由M行、N列的放电电极构成；

所述第二控制器，解析所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令调节各放电电极的放电参数；

所述放电电极，用于进行根据所述放电参数输出相应的电流刺激使用者的皮肤。

优选的，所述第二控制器包括第一控制芯片、至少一个第一多路开关和第一电源；第一控制芯片的输入端接第一控制器的输出端，第一控制芯片的输出端经过第一多路开关接第一电源的输入端，第一电源的输出端分别接各放电电极的输入端。

优选的，所述机械感受器包括第三控制器和机械运动点阵列板，所述机械运动点阵列板由M＇行、N＇列的电控伸缩杆构成；

所述第三控制器，解析所述第二控制指令，并根据所述第三控制指令调节各电控伸缩杆的运动参数；

所述电控伸缩杆，用于进行根据所述运动参数伸缩相应长度刺激使用者的皮肤。

优选的，所述第三控制器包括第二控制芯片、至少一个第二多路开关和至少一个第二电源；第二控制芯片的输入端接第一控制器的输出端，第二控制芯片的输出端经过第二多路开关接第二电源的输入端，第二电源的输出端分别接各电控伸缩杆的输入端。

基于机器视觉和人体感受器的导盲方法，包括：

客户端采集使用者当前的周围环境图像，并将采集到的周围环境图像经过预处理后与预设地图进行匹配，提取环境三维数据和环境目标特征；

客户端测量使用者至周围物体的距离，通过人体感受器提示使用者所述距离和三维环境数据；

客户端将所述环境目标特征和预设的目标库进行匹配判断所述环境目标特征中是否存在预设目标，若是，则通过语音提示使用者。

优选的，所述导盲方法还包括：

客户端获取使用者的当前位置信息，并将所述当前位置信息和周围环境图像发送给云端服务器，以及向所述云端服务器发送服务请求；

云端服务器根据所述当前位置信息、周围环境图像和服务请求为使用者提供相应的服务。

本发明的有益效果是：

（1）设置有用于安装在人体皮肤表面的人体感受器，在传感器检测到目标物时通过人体感受器刺激人体来提示使用者障碍物的大小、形状和距离；

（2）设置有语音装置，既能在检测到目标物时以语音的方式提示使用者，又能作为目标物的输入装置，即使用者可以通过语音装置输入目标物或其他控制指令；

（3）人体感受器通过放电大小或者控制电控伸缩杆的伸缩长度来反应距离的远近，从而给予使用者立体感。

附图说明

图1为本发明中基于机器视觉和人体感受器的导盲系统的一个实施例的结构框图；

图2为本发明中采用电子感受器时导盲系统的一个实施例的结构框图；

图3为图2中电子感受器的一个实施例的结构框图；

图4为本发明中采用机械感受器时导盲系统的一个实施例的结构框图；

图5为图4中机械感受器的一个实施例的结构框图；

图6为本发明中基于机器视觉和人体感受器的导盲方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，包括传感器、第一控制器、雷达、人体感受器和语音装置；所述图像传感器和雷达的输出端与第一控制器的输入端连接，所述第一控制器的输出端与所述人体感受器的输入端连接，所述语音装置与所述第一控制器通讯连接。

所述传感器用于采集周围的环境图像；第一控制器，用于检测所述环境图像中是否存在目标物，并在检测到目标物时发出进行测距的第一控制指令以及获取目标物信息，目标物信息包括目标物的形状、大小、以及目标物上的文字和颜色信息等，并根据所述目标物信息、目标物与使用者的距离生成进行提示的第二控制指令；雷达用于根据所述第一控制指令检测目标物到使用者的距离；人体感受器安装在使用者的皮肤表面，用于根据所述第二控制指令对使用者进行刺激，提示使用者；所述导盲系统还包括语音装置，用于根据所述第二控制指令对使用者进行语音提示，以及用于使用者输入目标物。

所述导盲系统还包括云端服务器，所述云端服务器与所述第一控制器通讯连接。

所述导盲系统还包括陀螺仪、电子罗盘、加速度传感器、角度传感器、重力传感器和温度传感器中的一种或者多种，陀螺仪、电子罗盘、加速度传感器、角度传感器、重力传感器和温度传感器的输出端与第一控制器的输入端连接。

如图2所示，所述人体感受器为电子感受器；所述电子感受器，根据所述第二控制指令进行放电刺激使用者的皮肤。如图3所示，所述电子感受器包括第二控制器和电刺激点阵列板，所述电刺激点阵列板由多个放电电极构成，例如，所述电刺激点阵列板由M行、N列的放电电极构成，其中M、N为正整数，可以根据精度需要选择相应的值，取值范围为[1，+∞)；所述第二控制器，解析所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令调节各放电电极的放电参数；所述放电电极，用于进行根据所述放电参数输出相应的电流刺激使用者的皮肤。

所述第二控制器包括第一控制芯片、至少一个第一多路开关和至少一个第一电源；第一控制芯片的输入端接第一控制器的输出端，第一控制芯片的输出端经过第一多路开关接第一电源的输入端，第一电源的输出端分别接各放电电极的输入端，所述放电电极的输出端与人体皮肤接触。

所述第一控制芯片与所述第一多路开关分离设置，或者将第一多路开关集成在第一控制芯片中。通过设置放电电极阵列，以及调节各放电电极的放电参数，使得各放电电极输出不同的电流，从而使得使用者感受形成三维立体感觉。

所述放电参数包括电压幅值、频率、脉冲宽度和占空比中的一种或者多种。

所述雷达包括激光雷达、超声波雷达和微波雷达中的一种或者多种。

所述电源为电流源或者电压源。

所述图像传感器包括用于采集可见光图像或者红外线图像的摄像头、CCD或者CMOS芯片，以及用于采集三维空间信息的单目摄像头或者双目摄像头。

实施例二

如图4和图5所示，本实施的技术方案与实施例一的技术方案的不同之处在于，本实施例中：所述人体感受器为机械感受器，所述机械感受器包括第三控制器和机械运动点阵列板，所述机械运动点阵列板由多根电控伸缩杆构成，例如，所述机械运动点阵列板由M＇行、N＇列的电控伸缩杆构成，其中M＇、N＇为正整数，可以根据精度需要选择相应的值，取值范围为[1，+∞)；所述第三控制器，解析所述第二控制指令，并根据所述第三控制指令调节各电控伸缩杆的运动参数；所述电控伸缩杆，用于进行根据所述运动参数伸缩相应长度刺激使用者的皮肤。

所述第三控制器包括第二控制芯片、至少一个第二多路开关和至少一个第二电源；第二控制芯片的输入端接第一控制器的输出端，第二控制芯片的输出端经过第二多路开关接第二电源的输入端，第二电源的输出端分别接各电控伸缩杆的输入端，所述电控伸缩杆的另一端与人体皮肤接触。

所述第二控制芯片与所述第二多路开关分离设置，或者将第二多路开关集成在第二控制芯片中。通过设置电控伸缩杆阵列，以及调节各电控伸缩杆的伸缩长度，从而使得使用者感受形成三维立体感觉。

实施例三

本实施的技术方案与实施例一、实施例二的技术方案的不同之处在于，本实施例中人体感受器同时包括电子感受器和机械感受器。

如图6所示，基于机器视觉和人体感受器的导盲方法，包括：

客户端采集使用者当前的周围环境图像，并将采集到的周围环境图像经过预处理后与预设地图进行匹配，提取环境三维数据和环境目标特征；

客户端测量使用者至周围物体的距离，通过人体感受器提示使用者所述距离和三维环境数据；

客户端将所述环境目标特征和预设的目标库进行匹配判断所述环境目标特征中是否存在预设目标，若是，则通过语音提示使用者。

所述导盲方法还包括：

客户端获取使用者的当前位置信息，并将所述当前位置信息和周围环境图像发送给云端服务器，以及向所述云端服务器发送服务请求；

云端服务器根据所述当前位置信息、周围环境图像和服务请求为使用者提供相应的服务。

例如，向云端服务器发送的服务请求为路径规划，则云端服务器根据使用者的当前位置信息、周围环境图像和路径规划的请求为使用者规划路径，并将规划好的路径发送到客户端，客户端据此为使用者导航。

所述人体感受器包括安装于人体皮肤表面的电子感受器和安装于人体皮肤表面的机械感受器中的一种或者多种；所述电子感受器，根据所述第二控制指令进行放电刺激使用者的皮肤；所述机械感受器，根据所述第二控制指令控制机械结构刺激使用者的皮肤。

所述电子感受器包括第二控制器、至少一个第一多路开关、至少一个第一电源和电刺激点阵列板，所述第二控制器的输入端与所述第一控制器的输出端连接，所述第二控制器的输出端经过第一多路开关与第一电源的控制输入端连接，第一电源的输出端与电刺激点阵列板的输入端连接。所述电刺激点阵列板包括第一板体、安装有第一板体上的第三控制器、安装于第一板体一侧的第一外电极和安装于第一外电极对侧的多个放电电极，所述第三控制器的输入端经第一外电极与第一电源的输出端连接，所述第三控制器的输出端与放电电极的一端连接，所述放电电极的另一端与人体皮肤接触。

所述机械感受器包括第四控制器、至少一个第二多路开关、至少一个第二电源和机械运动点阵列板，所述第四控制器的输入端与所述第一控制器的输出端连接，所述第四控制器的输出端经过第二多路开关与第二电源的控制输入端连接，第二电源的输出端与机械运动点阵列板的输入端连接。所述机械运动点阵列板包括第二板体、安装有第二板体上的第五控制器、安装于第二板体一侧的第二外电极和安装于第二外电极对侧的多个电控伸缩杆，所述第五控制器的入出端经第二外电极与第二电源的输出端连接，所述第五控制器的输出端与电控伸缩杆的一端连接，所述电控伸缩杆的另一端与人体皮肤接触。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，包括：

传感器，用于采集周围的环境图像；

第一控制器，用于检测所述环境图像中是否存在目标物，并在检测到目标物时发出进行测距的第一控制指令以及获取目标物信息，并根据所述目标物信息、目标物与使用者的距离生成进行提示的第二控制指令；

雷达，用于根据所述第一控制指令检测目标物到使用者的距离；

人体感受器，安装在使用者的皮肤表面，用于根据所述第二控制指令对使用者进行刺激，提示使用者。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，所述导盲系统还包括语音装置，用于根据所述第二控制指令对使用者进行语音提示，以及用于使用者输入目标物。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，所述导盲系统还包括云端服务器，所述云端服务器与所述第一控制器通讯连接。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于， 所述人体感受器包括电子感受器和机械感受器中的一种或者多种；

所述电子感受器，根据所述第二控制指令进行放电刺激使用者的皮肤；

所述机械感受器，根据所述第二控制指令控制机械结构刺激使用者的皮肤。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，所述电子感受器包括第二控制器和电刺激点阵列板，所述电刺激点阵列板由M行、N列的放电电极构成；

所述第二控制器，解析所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令调节各放电电极的放电参数；

所述放电电极，用于进行根据所述放电参数输出相应的电流刺激使用者的皮肤。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，所述第二控制器包括第一控制芯片、至少一个第一多路开关和至少一个第一电源；第一控制芯片的输入端接第一控制器的输出端，第一控制芯片的输出端经过第一多路开关接第一电源的输入端，第一电源的输出端分别接各放电电极的输入端。

7.根据权利要求4所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，所述机械感受器包括第三控制器和机械运动点阵列板，所述机械运动点阵列板由M＇行、N＇列的电控伸缩杆构成；

所述第三控制器，解析所述第二控制指令，并根据所述第三控制指令调节各电控伸缩杆的运动参数；

所述电控伸缩杆，用于进行根据所述运动参数伸缩相应长度刺激使用者的皮肤。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲系统，其特征在于，所述第三控制器包括第二控制芯片、至少一个第二多路开关和至少一个第二电源；第二控制芯片的输入端接第一控制器的输出端，第二控制芯片的输出端经过第二多路开关接第二电源的输入端，第二电源的输出端分别接各电控伸缩杆的输入端。

9.基于机器视觉和人体感受器的导盲方法，其特征在于，包括：

客户端采集使用者当前的周围环境图像，并将采集到的周围环境图像经过预处理后与预设地图进行匹配，提取环境三维数据和环境目标特征；

客户端测量使用者至周围物体的距离，通过人体感受器提示使用者所述距离和三维环境数据；

客户端将所述环境目标特征和预设的目标库进行匹配判断所述环境目标特征中是否存在预设目标，若是，则通过语音提示使用者。

10.根据权利要求9所述的基于机器视觉和人体感受器的导盲方法，其特征在于，所述导盲方法还包括：

客户端获取使用者的当前位置信息，并将所述当前位置信息和周围环境图像发送给云端服务器，以及向所述云端服务器发送服务请求；

云端服务器根据所述当前位置信息、周围环境图像和服务请求为使用者提供相应的服务。