CN110840718A - 一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法、系统及装置。该方法包括：获取发射超声波的发射时刻和发射周期，发射周期包括发射时间和发射延迟时间；获取反射超声波以及反射超声波的反射时刻；对反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声；根据发射时刻、发射周期、发射时间、发射延迟时间和反射时刻对可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音；根据带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。本发明对反射超声波降频处理，获取可闻声，对可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音。盲人听到带有距离信息的待播放连续声音，即可判断出其与物体的距离，达到导盲的效果。

Description

一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及超声波导盲领域，特别是涉及一种基于可闻声音频特性的超声 波导盲方法、系统及装置。

背景技术

蝙蝠能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，当声波遇到食物 或障碍物时会反射回来，蝙蝠用两耳接受物体的反射波，并据此确定该物体的 位置，并可从反射波的特性中，来辨别物体的大小、远近、形状及性质，蝙蝠 在空中利用超声波来“导航”，能迅速准确的辨识和捕捉飞虫。

盲人“看”世界，可借助可穿戴微型计算机来辅助完成。可通过长期学习超 声转换后的可闻声的频率，分辨物体的距离，从而达到“看”到物体的导盲效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法、系统及 装置，以解决上述现有技术存在的问题，使盲人可分辨其与物体的距离，达到 “看”到物体的导盲效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法，包括：

获取发射超声波的发射时刻和发射周期，所述发射周期包括发射时间和发 射延迟时间；

获取反射超声波以及所述反射超声波的反射时刻；

对所述反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声；

根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、所述发射延迟时间和 所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音；

根据所述带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。

可选的，所述根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、所述发 射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播 放连续声音，具体包括：

对所述可闻声按照一定的倍率进行调整，获取所述带有距离信息的待播放 连续声音，其中倍率为：

a为所述发射周期，b为所述反射时刻， c为所述发射时刻，d为所述发射延迟时间，e为所述发射时间。

可选的，所述对所述反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声， 具体包括：

对所述反射超声波ADC采样，获得数字信号；

对所述数字信号进行滤波、放大以及降频处理，获取所述带有距离信息的 待播放连续声音。

可选的，所述距离信息用所述待播放连续声音的播放频率表示。

一种基于可闻声音频特性的超声波导盲系统，包括：

发射信息获取模块，用于获取发射超声波的发射时刻和发射周期，所述发 射周期包括发射时间和发射延迟时间；

反射信息获取模块，用于获取反射超声波以及所述反射超声波的反射时 刻；

降频处理模块，用于对所述反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可 闻声；

可闻声调整模块，用于根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、 所述发射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息 的待播放连续声音；

导盲模块，用于根据所述带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。

一种基于可闻声音频特性的超声波导盲装置，包括发射接收终端、主控单 元和播放器；其中，

所述主控单元设有主控制器、超声驱动接收模块和音频处理模块，所述超 声驱动接收模块和所述主控制器连接，所述音频处理模块和所述主控制器连 接；

所述发射接收终端和所述超声驱动接收模块连接；

所述播放器和所述音频处理模块连接；

所述主控单元存储有发射超声波的发射时刻和发射周期；所述发射周期包 括发射时间和发射延迟时间；

所述超声驱动接收模块用于获取反射超声波以及所述反射超声波的反射 时刻；

所述音频处理模块用于对所述反射超声波进行降频处理，获取带有距离信 息的可闻声；所述音频处理模块还用于根据所述发射时刻、所述发射周期、所 述发射时间、所述发射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取 带有距离信息的待播放连续声音。

可选的，所述发射接收终端设有超声波发射器和超声波接收器；其中所述 超声波接收器的数量为两个，分别设于所述发射接收终端两侧。

可选的，所述发射接收终端设有弧形支架、超声波发射器、超声波接收器 和导线；其中：

所述超声波发射器设于所述弧形支架顶端；

所述超声波接收器的数量为两个，分别设于所述弧形支架两端；

所述导线设于所述弧形支架一侧，所述发射接收终端通过所述导线与所述 主控单元连接。

可选的，所述播放器为双声道播放器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明根据对反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声；根据发 射时刻、发射周期、发射时间、发射延迟时间和反射时刻对可闻声进行调整， 获取带有距离信息的待播放连续声音。盲人听到带有距离信息的待播放连续声 音，即可判断出其与物体的距离，达到导盲的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的 前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于可闻声音频特性的超声波导盲方法的流 程图；

图2为本发明实施例提供的基于可闻声音频特性的超声波导盲系统的结 构框图；

图3为本发明中发射接收终端的结构示意图；

图4为本发明中主控单元的结构示意图；

图5为本发明中主控单元的主视图；

图6为本发明中主控单元的仰视图；

图7为本发明中主控单元的左视图；

图8为本发明中播放器的结构示意图；

图9为本发明工作的时序图。

其中，1-超声波发射器，2-超声波接收器，3-弧形支架，4-导线，5-主控 制器，6-超声驱动接收模块，7-音频处理模块，8-电池，9-开关，10-外壳，11- 定位模块，12-播放接口，13-终端接口，14-充电接口，15-USB接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法、系统及 装置，以解决现有技术存在的问题，使盲人可分辨与物体的距离。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法包括以下步骤：

步骤101：获取发射超声波的发射时刻和发射周期，发射周期包括发射时 间和发射延迟时间。其中发射时刻为c，发射周期为a，发射时间为e，发射延 迟时间为d。

步骤102：获取反射超声波以及反射超声波的反射时刻。其中反射时刻为 b。

步骤103：对反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声。具体包 括：对反射超声波ADC采样，获得数字信号；对数字信号进行滤波、放大以 及降频处理，获取带有距离信息的待播放连续声音；其中，距离信息用待播放 连续声音的播放频率表示。

步骤104：根据发射时刻、发射周期、发射时间、发射延迟时间和反射时 刻对可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音。具体包括：对可 闻声按照一定的倍率进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音；其中倍 率为：

步骤105：根据带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。具体为根据待 播放连续声音的播放频率进行导盲。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明根据 对反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声；根据发射时刻、发射周 期、发射时间、发射延迟时间和反射时刻对可闻声进行调整，获取带有距离信 息的待播放连续声音的播放频率。盲人根据待播放连续声音的播放频率，即可 判断出其与物体的距离，达到导盲的效果。

实施例2：

如图2所示，本发明还提供了一种基于可闻声音频特性的超声波导盲系 统，系统包括：

发射信息获取模块201，用于获取发射超声波的发射时刻和发射周期，发 射周期包括发射时间和发射延迟时间。

反射信息获取模块202，用于获取反射超声波以及反射超声波的反射时 刻。

降频处理模块203，用于对反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可 闻声。

可闻声调整模块204，用于根据发射时刻、发射周期、发射时间、发射延 迟时间和反射时刻对可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音。

导盲模块205，用于根据带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明根据 设置发射信息获取模块获取发射信息；反射信息获取模块获取反射超声波以及 反射信息；降频处理模块对反射超声波降频处理获取带有距离信息的可闻声； 可闻声调整模块根据发射信息和反射信息对反射超声波进行调整，获取带有距 离信息的待播放连续声音；导盲模块用于导盲。盲人听到带有距离信息的待播 放连续声音即可判断出其与障碍物的距离，进而达到导盲效果。

实施例3：

本发明还提供了一种基于可闻声音频特性的超声波导盲装置，装置包括：

发射接收终端、主控单元和播放器，其中发射接收终端和播放器均与主控 单元连接。图3为本发明中发射接收终端的结构示意图，如图3所示，发射接 收终端设有括超声波发射器1、超声波接收器2、弧形支架3和导线4。其中 超声波发射器1设置在弧形支架3顶端，超声波接收器2数量为两个，分别设 于弧形支架3两侧，导线4设置在弧形支架3一侧。发射接收终端通过导线4 与主控单元连接。

图4为本发明中主控单元的结构示意图，如图4所示，主控单元设有主控 制器5、超声驱动接收模块6、音频处理模块7、电池8、开关9、外壳10、定 位模块11、播放接口12、终端接口13、充电接口14和USB接口15。其中， 主控制器5分别与超声驱动接收模块6、音频处理模块7、定位模块11和充电 接口14连接。超声驱动接收模块6通过导线4连接终端接口13。播放器连接 播放接口12。定位模块11用于对主控单元进行定位，防止用户走失。图5为 本发明中主控单元的主视图，图6为本发明中主控单元的仰视图，图7为本发 明中主控单元的左视图。

图8为本发明中播放器的结构示意图，播放器为双声道耳机。

用户在使用时，可将发射接收终端和播放器佩戴在头部，手持主控单元， 将播放器连接到主控单元上的播放接口12，并将发射接收终端连接到主控单 元上的终端接口13。按下主控单元上的开关9，主控单元中的主控制器5控制 超声驱动接收模块6发出发射超声波信号，超声波发射器1接收到信号后发射 超声波。超声波接收器2接收经过障碍物反射后的反射超声波，并将反射超声 波传输至主控单元中的音频处理模块7，音频处理模块7将反射超声波进行处 理，并将处理后的带有距离信息的待播放连续声音通过播放器进行播放，盲人 听到声音后即可进行导盲。

图9为本发明工作的时序图，如图9所示，本发明具体工作运行方式如下：

超声波发射器每0.1秒触发一次，也就是图9中的a“脉冲时间区域”(发 射周期)，发射预定频率的超声波，发射时间为0.0025s。发射的超声波为40kHz， 在发射时间内共计发出100个周期的超声波。当超声波发射器触发时，主控制 器获得超声波发射时的发射时刻b。

超声波发射完成后，再延迟0.0005s用于防止超声波发射器与超声波接收 器相互干扰。

主控制器在触发超声波发射器0.003s(0.0025s+0.0005s)以后，超声波接 收器开始接收反射超声波。

当超声波接收器接收到反射超声波时，主控制器记录反射c，并对发射超 声波波进行ADC采样，采样频率为120kHz以上(本次按120kHz计算)，采 样0.0025s后关闭ADC。

主控制器计算时间差c-b(如c-b＝0.0035s)，并将经ADC转换后的数字信 号进行滤波和放大处理，获取信号也就是带有距离信息的可闻声。储存在主控 单元内供下一个脉冲时间区域内播放。

人耳要听到声音，需要将反射超声波进行降频处理。也就是需要经历三个 阶段：1、超声波的发射与接收；2、超声波的降频处理；3、降频后超声波的 播放。第2个阶段“超声波的降频处理”由计算机芯片完成，可以不考虑时间 因素，但第1阶段和第3阶段均需要有足够的时间才能完成。若采用 1-2-3-1-2-3-1-……的方式循环，人耳实际听到的其实只有第3阶段的声音，所 以该声音将会断续出现。那么计算机如果在播放第3阶段内容的时间内同时进 行第二个周期中的第1阶段工作，则可以在同一个时间内完成第一周期的第3 阶段工作和第二周期的第1阶段工作，两项工作可以在同一时间完成且相互不 受影响。如此循环下去，就不会出现声音的断续。

所以，播放器从主控单元内提取带有距离信息的可闻声后将可闻声按a/ (c-b+0.0025)的播放倍率进行降频播放。在播放的同时，进行1-5项的下一 脉冲周期的工作。

若按上述取值计算，此反射超声波的播放频率为16.666kHz，人耳完全可 以分辨。而此时，超声波导盲装置到障碍物的距离为0.595m。若超声波导盲 装置距障碍物的距离增大至5m，此时反射超声波的播放频率则变为9.401kHz； 若超声波导盲装置距障碍物的距离增大至10m，此时反射超声波的播放频率则 变为4.892kHz。

最终人耳实际上听到的是上一个脉冲时间区域周期内获得的信息，虽然有 一定的延迟，但是延迟时间为0.1s，人类感官是察觉不到的。

该导盲方法不仅能够使盲人依据频率的变化(人耳对频率的分辨力极高) 快速的分辨障碍物的距离，还将声音所携带的大量物体信息进行完整的反馈， 盲人在不断的学习判断过程中，可以在大脑内建立世界模型，使盲人真正可以 “看”到这个世界。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域 的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改 变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法，其特征在于，所述方法包括：

获取发射超声波的发射时刻和发射周期，所述发射周期包括发射时间和发射延迟时间；

获取反射超声波以及所述反射超声波的反射时刻；

对所述反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声；

根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、所述发射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音；

根据所述带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。

2.根据权利要求1所述的一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法，其特征在于，所述根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、所述发射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音，具体包括：

对所述可闻声按照一定的倍率进行调整，获取所述带有距离信息的待播放连续声音；其中倍率为：

a为所述发射周期，b为所述反射时刻，c为所述发射时刻，d为所述发射延迟时间，e为所述发射时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法，其特征在于，所述对所述反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声，具体包括：

对所述反射超声波ADC采样，获得数字信号；

对所述数字信号进行滤波、放大以及降频处理，获取所述带有距离信息的待播放连续声音。

4.根据权利要求1所述的一种基于可闻声音频特性的超声波导盲方法，其特征在于，所述距离信息用所述待播放连续声音的播放频率表示。

5.一种基于可闻声音频特性的超声波导盲系统，其特征在于，所述系统包括：

发射信息获取模块，用于获取发射超声波的发射时刻和发射周期，所述发射周期包括发射时间和发射延迟时间；

反射信息获取模块，用于获取反射超声波以及所述反射超声波的反射时刻；

降频处理模块，用于对所述反射超声波降频处理，获取带有距离信息的可闻声；

可闻声调整模块，用于根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、所述发射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音；

导盲模块，用于根据所述带有距离信息的待播放连续声音进行导盲。

6.一种基于可闻声音频特性的超声波导盲装置，其特征在于，所述装置包括发射接收终端、主控单元和播放器；其中，

所述主控单元设有主控制器、超声驱动接收模块和音频处理模块，所述超声驱动接收模块和所述主控制器连接，所述音频处理模块和所述主控制器连接；

所述发射接收终端和所述超声驱动接收模块连接；

所述播放器和所述音频处理模块连接；

所述主控单元存储有发射超声波的发射时刻和发射周期；所述发射周期包括发射时间和发射延迟时间；

所述超声驱动接收模块用于获取反射超声波以及所述反射超声波的反射时刻；

所述音频处理模块用于对所述反射超声波进行降频处理，获取带有距离信息的可闻声；所述音频处理模块还用于根据所述发射时刻、所述发射周期、所述发射时间、所述发射延迟时间和所述反射时刻对所述可闻声进行调整，获取带有距离信息的待播放连续声音。

7.根据权利要求6所述的一种基于可闻声音频特性的超声波导盲装置，其特征在于，所述发射接收终端设有超声波发射器和超声波接收器；其中所述超声波接收器的数量为两个，分别设于所述发射接收终端两侧。

8.根据权利要求6所述的一种基于可闻声音频特性的超声波导盲装置，其特征在于，所述发射接收终端设有弧形支架、超声波发射器、超声波接收器和导线；其中：

所述超声波发射器设于所述弧形支架顶端；

所述超声波接收器的数量为两个，分别设于所述弧形支架两端；

所述导线设于所述弧形支架一侧，所述发射接收终端通过所述导线与所述主控单元连接。

9.根据权利要求6所述的一种基于可闻声音频特性的超声波导盲装置，其特征在于，所述播放器为双声道播放器。

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