CN112451325A

CN112451325A - 一种参量阵仿生信号声导盲系统

Info

Publication number: CN112451325A
Application number: CN202011082523.7A
Authority: CN
Inventors: 高大治
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明公开了一种参量阵仿生信号声导盲系统，包括如下步骤：1)通过手持控制装置向发射控制单元发出指令；2)所述发射控制单元接收手持控制装置的指令，驱动参量阵发射单元连续发射仿生声波信号；3)仿生声波(模仿海豚巡游时发出的探测信号波形)信号经过物体产生回波信号。本发明没有声接收处理单元，发射单元通过声参量阵技术发射高指向性连续声波声束，形成类似“声学手电筒”效果，使用者仅能听到“声学手电筒”所照射物体的反射声波，人脑听觉中枢是真正的信号处理器，通过分析回波信号的强度，方向，音调特征来判断所“照射”物体的距离、大小、形状、材质等信息。

Description

一种参量阵仿生信号声导盲系统

技术领域

本发明涉及声导盲技术领域领域，具体涉及一种参量阵仿生信号声导盲系统。

背景技术

由于盲人和重度弱视人群体无法通过视觉获取周围的环境信息，只能通过听觉和触觉感知周围环境。传统的导盲方法是通过导盲杖的触碰和根据导盲杖敲击声音及其回声来判断周围是否有障碍物。随着科技的进步，最近出现了应用光学拍照并结合图像识别技术的导盲装置。

早在上世纪70年代，新西兰学者Leslie Kay给出超声导盲仪的设计，他把探测障碍物的距离量调制成不同频率的声信号，提示盲人前方障碍物的距离及大小。中科院声学所东海站许振夏等[专利公开号CN85100707]设计了一款超声导盲眼镜，其导盲思路简化了Leslie Kay的设计思路,仅提供最近目标的提示音，类似于汽车倒车雷达，这一发明设计可帮助盲人更有利于规避近处目标。中科院声学所的杨军等人[专利公开号CN101642405】给出了一种超声导盲方法及其便携式超声导盲装置。其设计思路是通过发射扫频式超声波探测前方障碍物，通过对回波信号进行处理得到音频提示音，障碍物距离较近时提示音频率较低，距离较远时提示音频率较高。北京航空航天大学的蒲放等人设计了一款可穿戴式的超声导盲装置【专利公开号CN101773442A】，该设计将超声收发单元分别安装在头部，躯干及膝盖等三个位置，当任何一个探头探测到前方目标时便以音频的方式提示使用者。中国海洋大学的高大治等人设计了一款频率投影式超声回波定位导盲仪【专利公开号CN105997448A】,该设计将接收到的超声脉冲信号通过频率投影方式转换到低频可听域信号，通过耳机发送到使用者耳朵中，使用者根据听到的回波信号感知周围的障碍物距离、大小、形状等信息。

以上超声导盲设计均采用发射短脉冲超声波信号，根据回波脉冲声信号和发射脉冲声信号的时间差测量障碍物距离(原理与汽车倒车雷达相似)，并且传统喇叭无法实现超高指向性发射，如果连续发射声波，使用者会因为喇叭到耳朵的直达声波幅度太大导致无法听清物体的回波信号，而且周围各方向物体的回波信号同时到达耳朵，听觉系统很难区分各物体回波。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种参量阵仿生信号声导盲系统，没有声接收处理单元，发射单元通过声参量阵技术发射高指向性连续声波声束，形成类似“声学手电筒”效果，使用者仅能听到“声学手电筒”所照射物体的回波，人脑听觉中枢是真正的信号处理器，听觉系统可通过分析回波信号的强度，方向，音调特征来判断所“照射”物体的距离、大小、形状、材质等信息。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种参量阵仿生信号声导盲系统，包括如下步骤：1)通过手持控制装置向发射控制单元发出指令；2)所述发射控制单元接收手持控制装置的指令，驱动参量阵发射单元连续发射仿生声波信号；3)仿生声波信号经过物体产生回波信号。

进一步地，所述手持控制装置包括按键和第一中央处理器，所述按键控制所述第一中央处理器，所述第一中央处理器控制第一模块通信接口，所述第一模块通信接口与所述发射控制单元连接，所述手持控制装置还包括第一电源模块以及语音播报模块。

进一步地，所述第一电源模块为所述第一中央处理器、第一模块通信接口和语音播报模块提供电量。

进一步地，所述发射控制单元包括第二中央处理器，所述第二中央处理器控制第二模块通信接口和信号输入模块，所述信号输入模块控制功率放大器，所述第一模块通信接口与所述第二模块通信接口连接。

进一步地，所述发射控制单元包括第二电源模块，所述第二电源模块为所述第二中央处理器和第二模块通信接口提供电量。

进一步地，所述参量阵发射单元所发射信号的频率范围为1KHz-8KHz。

进一步地，所述仿生声波信号的波形函数是：

其中f₀＝1KHz，仿生声波信号重复周期为T，则K＝7000/T，b＝T/2,c＝1。

进一步地，所述仿生声波信号周期的调节范围是0.3s-1s。

本发明的有益效果：本发明给出的导盲系统与传统的超声导盲仪存在本质的区别，传统导盲仪发射和接收脉冲声波，通过处理提取出障碍物的距离信息并将这一信息通过提示音或振动反馈给使用者。本发明专利没有声接收处理单元，发射单元通过声参量阵技术发射高指向性连续声波声束，形成类似“声学手电筒”效果，使用者仅能听到“声学手电筒”所照射物体的回波。人脑听觉中枢是真正的信号处理器，听觉系统可通过分析回波信号的强度，方向，音调特征来判断所“照射”物体的距离、大小、形状、材质等信息。本发明可逐步开发人耳听觉系统的回波定位能力，使用者边用边学，慢慢学会像蝙蝠、海豚一样利用声波感知周围的环境。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中标号说明：1、手持控制装置；11、按键；12、第一中央处理器；13、第一模块通信接口；14、语音播报模块；15、第一电源模块；2、发射控制单元；21、第二中央处理器；22、第二模块通信接口；23、信号输入模块；24、功率放大器；25、第二电源模块；3、参量阵发射单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种参量阵仿生信号声导盲系统的一实施例，包括如下步骤：1)通过手持控制装置1向发射控制单元2发出指令；2)所述发射控制单元2接收手持控制装置1的指令，驱动参量阵发射单元3连续发射仿生声波信号；3)仿生声波信号经过物体产生回波信号。

手持控制装置1包括按键11和第一中央处理器12，按键11控制第一中央处理器12，第一中央处理器12控制第一模块通信接口13，第一模块通信接口13与发射控制单元2连接，手持控制装置1还包括第一电源模块15以及语音播报模块14，第一电源模块15为第一中央处理器12、第一模块通信接口13和语音播报模块14提供电量；

发射控制单元2包括第二中央处理器21，第二中央处理器21控制第二模块通信接口22和信号输入模块23，信号输入模块23控制功率放大器24，第一模块通信接口13与第二模块通信接口22连接，发射控制单元2包括第二电源模块25，第二电源模块25为第二中央处理器21和第二模块通信接口22提供电量。

使用时，首先参量阵仿生信号声导盲系统，主要由三部分组成，分别为手持控制装置1，发射控制单元2，参量阵声发射单元，工作原理是手持控制装置1向所述的发射控制单元2发出指令，所述的发射控制单元2根据手持控制装置1的指令而驱动参量阵声发射单元连续发射声信号；所述的声波发射控制单元2的工作频段是1KHz--8KHz。参量阵发射单元3是声发射换能器面阵，根据需要可安装在头盔、帽子、眼镜、手杖等生活用品上。

利用上述参量阵声导盲系统进行探测前方物体的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将所述的导盲系统固定于使用者身体上，并使超声波发射单元能够向前方发出信号；

步骤2：通过手持式控制装置向发射控制单元2发出指令，使参量阵发射单元3重复发射连续声信号；发射信号的类型、频率范围和重复周期可调，发射信号强度可调。

所述的信号类型：将海豚巡游时发射信号(高斯包络线性调频信号)映射到人耳敏感的频率范围1KHz-8KHz；信号波形函数如下：

上述波形函数中第一项决定信号包络为高斯分布，第二项决定信号为线性调频信号。其中，假设信号重复周期为T，则，K＝7000/T，b＝T/2,c＝1。

所述的重复周期：高斯包络线性调频信号重复周期T可调，调节范围：0.3s-1s。

步骤3：参量阵发射单元3发射高指向性声束，该声束经前方物体散射后被使用者听到，使用者根据所听信号随参量阵发射单元3方位变化引起的强弱和音调的变化判断前方物体的距离、大小、形状、材质等信息。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，包括如下步骤：1)通过手持控制装置向发射控制单元发出指令；2)所述发射控制单元接收手持控制装置的指令，驱动参量阵发射单元连续发射仿生声波信号；3)仿生声波信号经过物体产生回波信号。

2.如权利要求1所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述手持控制装置包括按键和第一中央处理器，所述按键控制所述第一中央处理器，所述第一中央处理器控制第一模块通信接口，所述第一模块通信接口与所述发射控制单元连接，所述手持控制装置还包括第一电源模块以及语音播报模块。

3.如权利要求2所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述第一电源模块为所述第一中央处理器、第一模块通信接口和语音播报模块提供电量。

4.如权利要求1所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述发射控制单元包括第二中央处理器，所述第二中央处理器控制第二模块通信接口和信号输入模块，所述信号输入模块控制功率放大器，所述第一模块通信接口与所述第二模块通信接口连接。

5.如权利要求4所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述发射控制单元包括第二电源模块，所述第二电源模块为所述第二中央处理器和第二模块通信接口提供电量。

6.如权利要求1所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述参量阵发射单元所发射信号的频率范围为1KHz-8KHz。

7.如权利要求1所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述仿生声波信号的波形函数是：

8.如权利要求7所述的参量阵仿生信号声导盲系统，其特征在于，所述仿生声波信号周期的调节范围是0.3s-1s。