CN1250180C - 盲人步行用辅助器 - Google Patents

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Abstract

具备两台CCD摄像机11、12；根据CCD摄像机11、12的摄像信号测量到障碍物的距离，根据由该距离而得到的障碍物立体信息把立体信息转换为平面信息，并把其作为致动器控制信号的图像处理部14；根据该控制信号驱动致动器阵列16的致动器控制部15，通过驱动致动器阵列16，以触觉传递障碍物的存在。由此，可获得能够在盲人步行时充分提供障碍物等的信息的盲人步行用辅助器。

Description

盲人步行用辅助器
技术领域
本发明涉及在盲人步行时用于检测障碍物等帮助步行的盲人步行用辅助器。
现有技术
盲人在步行时用白色拐杖检测障碍物，并避开障碍物行走。
发明内容
如上述的白色拐杖由于只能用点来捕捉物体，所以存在信息不足，无法确保充分安全的问题。另外，站在平坦、宽阔的路面上时，由于周围没有有特征的标志物，所以不知道该朝哪边走，此外，还有无法识别远处景物等的问题。
本发明就是为了解决这些问题的，目的在于获得能够在盲人步行时提供充分的障碍物等信息的盲人步行用辅助器。
(1)本发明一种模式的盲人步行用辅助器具备了测量到障碍物距离的测距单元；根据利用测距单元所测量的距离而得到的障碍物立体信息，把障碍物的存在用触觉或声音进行传递的传递单元。在本发明中，测距单元测量到障碍物的距离，传递单元根据利用测距单元所测量的距离而得到的障碍物立体信息把障碍物的存在用触觉或声音进行传递。因此能够在盲人步行时提供充分的障碍物等的信息。
(2)本发明另一种模式的盲人步行用辅助器具备了测量到障碍物距离的测距单元；多个致动器；根据利用测距单元所测量的到障碍物的距离而得到的立体信息生成并输出控制信息的运算单元；根据控制信息驱动致动器以触觉传递障碍物存在的控制单元。在本发明中，测距单元测量到障碍物的距离，运算单元根据利用测距单元测量的到障碍物的距离而得到的立体信息生成并输出控制信息，控制单元根据其控制信息驱动致动器用触觉传递障碍物的存在。因此能够在盲人步行时提供充分的障碍物等的信息。
(3)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述运算单元可将立体信息转换为平面信息，并将该平面信息作为控制信号输出。在本发明中，运算单元把利用测距单元所测量的到障碍物的距离而得到的立体信息转换为平面信息，并把其作为致动器的控制信号，所以能够平面地了解前方的障碍物。
(4)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述运算单元根据到障碍物的距离的变化检测是否处于步行状态，并对应其状态生成不同的平面信息。在本发明中，运算单元根据到障碍物的距离的变化检测是否处于步行状态，并对应其状态如下所述生成不同的平面信息。
(5)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述运算单元在步行状态下检测规定距离内的障碍物，并生成该障碍物的平面信息。在本发明中，运算单元在步行状态下检测规定距离内的障碍物，生成该障碍物的平面信息并驱动致动器，从而能够在步行时轻易地掌握近距离内有无障碍物。
(6)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述运算单元对于规定距离内障碍物当中的接近了的障碍物向该平面信息附加特定的信息，并驱动致动器。在本发明中，在规定距离内的障碍物当中，对于特别接近的障碍物，通过在其平面信息中附加特定信息并驱动致动器，例如若有接近步行者的障碍物时驱动致动器，以使该障碍物区别于较其远的障碍物(如改变振动频率、增大振幅等)，可以告知危险状态。
(7)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述运算单元在停止状态下检测规定距离以外的障碍物，并生成其障碍物的平面信息。在本发明中，例如站立不动处于停止状态时，能够检测出规定距离以外的障碍物，生成其障碍物的平面信息并驱动致动器，告知步行者例如远处的目标物等。
(8)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述多个致动器被配置成矩阵状。在本发明中，致动器被配置成矩阵状，能够原原本本地反映上述平面信息，从而能够容易地了解障碍物是什么样的东西。
(9)本发明另一种模式的盲人步行用辅助器，还具备了根据立体信息生成并输出声音信号的声音信号生成单元和把声音信号转换为声音并输出的声音输出单元。在本发明中，声音信号生成单元根据立体信息生成并输出声音信号，声音输出单元把声音信号转换为声音并输出，所以在驱动上述致动器的同时，也利用声音进行引导，从而能够切实地了解障碍物的存在。
(10)本发明另一种模式的盲人步行用辅助器，具备了测量到障碍物距离的测距单元；根据利用测距单元所测量的到障碍物的距离而得到的立体信息生成并输出声音信号的声音信号生成单元；把声音信号转换为声音并输出的声音输出单元。在本发明中，测距单元测量到障碍物的距离，声音信号生成单元根据利用测距单元所测量的到障碍物的距离而得到的立体信息生成并输出声音信号，声音输出单元把声音信号转换为声音并输出，以告知障碍物的存在，所以能够在盲人步行时提供充分的障碍物信息。
(11)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述声音信号生成单元根据规定距离内的障碍物立体信息生成并输出声音信号。在本发明中，可以检测出规定距离内的障碍物，并用声音告知该障碍物的存在，能够在步行时轻易地了解近距离内有无障碍物。
(12)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述声音信号生成单元将上述立体信息与预先登记的障碍物立体信息进行对比，当两者一致时，则生成与该障碍物的特定信息相对应的声音信号。在本发明中，把测得的立体信息与预先登记的障碍物立体信息进行对比，当两者一致时，则生成与该障碍物的特定信息相对应的声音信号，声音输出单元把声音信号转换为声音并输出，以告知障碍物的内容，所以能够轻易地掌握障碍物的内容。
(13)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述测距单元由距离传感器和扫描距离传感器用的扫描单元构成。在本发明中，通过扫描距离传感器，求得到规定视野范围内的障碍物各部位的距离。
(14)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述测距单元具备了配置于不同位置的多个摄像单元和处理来自摄像单元的摄像信号并求出到障碍物距离的测距用运算部。在本发明中，通过处理多个摄像单元的摄像信号来求出到障碍物各部位的距离。
(15)在本发明另一种模式的盲人步行用辅助器中，上述各单元或上述单元及致动器被安装在头带上。在本发明中，上述各单元等被安装在头带上，再把头带套在头部，以此就可以告知障碍物的存在。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1中辅助器电路结构的框图。
图2是组合进图1的电路结构的辅助器构成图。
图3是抽出了图1的致动器阵列的斜视图。
图4是表示图1的致动器控制部与致动器阵列之间关系的电路框图。
图5是表示图1的图像处理部动作的流程图。
图6是表示在图1的图像处理部中求出到被摄物距离的方法的图。
图7是表示使用者前方有自行车的例子的说明图。
图8是表示使用者前方有坑和树的例子图。
图9是表示球朝着使用者飞来时的例子图。
图10是表示本发明实施方式6的辅助器电路结构的框图。
图11是表示本发明实施方式7的辅助器电路结构的框图。
图12是表示本发明实施方式8的辅助器电路结构的框图。
符号说明
11、12    CCD摄像机
13        摄像机控制部
14        图像处理部
14a       测距用运算部
14b       控制信号生成用运算部
14c       立体形状识别用运算部
15        致动器控制部
16        致动器阵列
17        燃料电池
18        致动器
20        辅助器
21        头带
22        控制部
25       圆筒部
26       突起部
34       图像处理部
35       声音信号生成部
36       声音输出单元
实施方式
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1的盲人步行用辅助器的电路结构的框图。盲人步行用辅助器(以下称辅助器)由两台CCD摄像机11、12；CCD摄像机控制部13；图像处理部14；致动器控制部15；致动器阵列16及燃料电池17构成。两台CCD摄像机11、12由CCD摄像机控制部13控制，分别在不同角度摄像，并把其摄像信号输出到图像处理部14。图像处理部14由测距用运算部14a及控制信号生成用运算部14b构成，详情后述，输入来自CCD摄像机11、12的图像信号进行图像处理测量距离，并生成立体图像信息(三维信息)，再把该立体信息转换为二维信息，生成用于控制致动器阵列16的控制信号并输出到致动器控制部15。致动器控制部15驱动致动器阵列16，把由两台CCD摄像机11、12拍摄的周边情况告知使用者。
图2是装有图1电路结构的辅助器20的构成图。该辅助器20具备头带21，该头带21上按规定间隔装有两台CCD摄像机11、12。两台CCD摄像机11、12之间装有致动器阵列16。另外该头带21上装有燃料电池17，并装有内置有CCD摄像机控制部13、图像处理部14及致动器控制部15的控制部22。该辅助器20是在把头带21套在使用者额头上的状态下使用的。
图3是抽出了致动器阵列16的一个致动器18的斜视图。致动器18在直径为1mm左右的圆筒部25内置有励磁线圈(未图示)，而且在圆筒部25内设有可沿其轴向自由移动维持的突起部26。通过向圆筒部25的励磁线圈通入励磁电流，使突起部26向使用者额侧移动，以触觉向使用者传递信息。
图4是表示致动器控制部15与致动器阵列16之间关系的电路框图。致动器控制部15由控制部15a及15b构成。致动器阵列16由致动器18(181.1、181.2、......、181.n、182.1、182.2、......182.n、......、18m.1、18m.2、......、18m.n)按矩阵状配置而成，该致动器阵列16的行向由控制部15a控制，列向由控制部15b控制。
图5是表示图像处理部14动作的流程图。
(S1)图像处理部14的测距用运算部14a取进由两台CCD摄像机11、12分别从不同角度拍摄的摄像信号。
(S2)图像处理部14的测距用运算部14a根据摄像信号生成三维图像。为此首先要根据该摄像信号求出到被摄物各部位的距离。
图6表示了求得到被摄物距离的方法。例如假设某障碍物M位于图示的点P处。此时设点P的位置已进入了CCD摄像机11及12的任一视界。因此CCD摄像机11及12把障碍物M的影像投影到各自的成像面上。在CCD摄像机11中，障碍物M的影像在成像面C的PA点上成像。在这里把从该CCD摄像机11的光轴LA到点PA的偏移设为xa。另外在CCD摄像机12中，障碍物M的影像在成像面C的PB点上成像。与上述CCD摄像机11同样，设CCD摄像机12的光轴LB与点PB间的偏移为xb。图像处理部14的测距用运算部14a可分别算出上述偏移xa与xb 。
然后假定平移CCD摄像机11及12中的某一光轴，使光轴LA及LB相互重合。在这里设使CCD摄像机12的光轴LB与CCD摄像机11的光轴LA相一致。当使光轴LB与光轴LA相一致时，则连接障碍物M与成像面C的点PB的直线在CCD摄像机11中被表示为两点虚线27。这样，在CCD摄像机11一侧，连接障碍物M与成像面的点PA的直线28和上述两点虚线27之间形成ΔOPAPb1和ΔOPPb2。由于这个ΔOPAPb1和ΔOPPb2是相似形，所以下式成立。
L/d＝D/(xa+xb).........(1)
把式(1)变形为：
L＝d·D/(xa+xb).........(2)
图像处理部14的测距用运算部14a，如上所述，通过顺序求得相对于被摄物的距离而得到三维信息。另外，图像处理部14的测距用运算部14a在检测障碍物M(检测CCD摄像机11的影像信号的障碍物M(被摄物)与CCD摄像机12的影像信号的障碍物M(被摄物)为同一物体)的基础上进行上述的距离计算，例如该障碍物M(被摄物)的检测如下。测距用运算部14a，假定在例如电源刚接通后稍微动一下头部，则视野位置发生变化，由两台CCD摄像机11及12所得到的影像中的物体也与头部动作和距离联动。根据该动作进行计算来判断是否为同一物体。即在两台CCD摄像机11及12的相对关系固定的状态下，如果是同一物体则相对头部动作的左右影像位置变化量总是有一定的相关(计算结果取固有的相关值)，如果不是同一物体则记算结果会偏离相关值，利用这一点来检测障碍物M。
(S3)图像处理部14的控制信号生成用运算部14b，把上述三维信息转换为二维信息。例如抽出位于规定距离内的被摄物，获得关于该被摄物的二维信息。而且，此时求出被摄物的轮廓，获得把该轮廓内涂满的状态的二维信息。
(S4)图像处理部14的控制信号生成用运算部14b，根据上述二维信息生成并输出用于控制致动器阵列16的控制信号。致动器控制部15(15a、15b)根据该控制信号驱动致动器阵列16。例如，若在规定距离内有障碍物，则向相当于该障碍物二维形状区域的致动器阵列16通入励磁电流，突起部26执行突起动作，告知障碍物的存在。如上所述，由于致动器阵列16是由致动器18按矩阵状配置而成的，所以通过对应障碍物的平面形状驱动致动器18，能够使利用者掌握障碍物的形状。
(S5)图像处理部14重复上述处理(S1)～(S4)，直至电源关闭(或出现停止指令)。
图7是表示了前方有自行车30时的说明例图。在本实施方式1中，自行车30放在前方时，首先测量距离求得其三维信息，然后把该三维信息转换为二维信息，驱动对应该二维信息的区域中的致动器阵列16向使用者告知自行车30的存在。而且在步行状态下该区域会扩大，可以知道接近了前方的障碍物。
实施方式2
在上述实施方式1中，介绍了图像处理部14的控制信号生成用运算部14b求得被摄物的轮廓，获得把该轮廓内涂满状态的二维信息的例子，比如在平坦的区域部分出现了一个具有规定大小的凹陷(规定面积的距离呈远状态时的状态)，则将其判断为坑，并生成与上述障碍物不同的控制信号。例如生成并输出使致动器阵列16按规定周期振动的控制信号。致动器控制部15(15a、15b)根据该控制信号驱动致动器阵列16，使其突起部26振动。
图8表示了在本实施方式2中，前方有坑31和树32时的例子。图像处理部14一检测到坑31就生成使对应该坑的区域的致动器阵列16振动的控制信号，致动器控制部15(15a、15b)根据该控制信号驱动致动器阵列16，使其振动。对于树32，则像在上述实施方式1中所说明的那样，生成驱动对应该树的区域的致动器阵列16的控制信号，致动器控制部15(15a、15b)根据该控制信号使致动器阵列16的突起部26突出。
另外在上述例子中，比如树32处于更接近的状态时，为告知紧急事态，会生成与相隔较远时不同(振幅、振频)的控制信号，使致动器阵列16做出不同寻常的动作，告知紧急事态。
实施方式3
另外图像处理部14的控制信号生成用运算部14b在求得被摄物轮廓时，按时间序列记忆该数据，例如某个物体朝使用者飞来时，就利用其轮廓随时间序列变大这一点来检测飞行物。而且图像处理部14的控制信号生成用运算部14b可生成使对应该飞行物的区域的致动器阵列16振动的控制信号，致动器控制部15(15a、15b)可根据该控制信号驱动致动器阵列16，使突起部26振动。此时的振动频率一般设定得比上述坑的频率还高，以提高紧急性。
图9表示了在实施方式3中，球33飞来时的例子。图像处理部14的控制信号生成用运算部14b一检测到球33(飞行物)就生成使对应该球33的区域的致动器阵列16振动的控制信号，致动器控制部15(15a、15b)根据该控制信号驱动致动器阵列16，使突起部26振动。使用者就能据此知道有东西向自己飞来了。
实施方式4
另外由于在使用者步行状态和停止状态下，对障碍物的处理不同，所以在使用者停止时，可以检测比如①相距5m以上且大于规定面积的东西以及②运动的物体，在认识较远处周围状态(掌握身在怎样状态的场所)的同时，通过检测运动的物体做到能够对应临近的危险。另外关于使用者是在行走还是停止的判断，是由图像处理部14的控制信号生成用运算部14b，在求得被摄物轮廓时将该数据按时间序列记忆，根据其轮廓是否扩大来判断的。另外在检测使用者行走及检测飞行物时，虽然被摄物轮廓都扩大，但由于前者是整体扩大，而后是局部短时间扩大，所以两者能够区分。
实施方式5
另外，在上述实施方式1～4中虽然介绍了驱动致动器阵列16向使用者传达障碍物存在的例子，但也可以通过声音把障碍物的存在传达使用者。
图10是表示本发明实施方式5中辅助器20电路结构的框图。它由两台CCD摄像机11、12、CCD摄像机控制部13、图像处理部34及声音信号生成部35、声音输出单元(例如耳机)36及燃料电池17构成。两台CCD摄像机11、12由CCD摄像机控制部13控制，分别从不同角度拍摄，并将该摄像信号输出到图像处理部34。图像处理部34由测距用运算部14a及立体形状识别用运算部14C构成，测距用运算部14a与上述场合同样，输入来自CCD摄像机11、12的图像信号，进行图像处理，测量距离并生成立体图像信息(三维信息)。然后立体形状识别用运算部14c把该立体图像信息与预先记忆的立体图像信息对比并判断该立体图像信息是什么东西。例如知道是一棵树，也就知道这棵树在使用者前方几米处，所以就把该信息输出到声音信号生成部35。声音信号生成部35根据该信息生成声音信号，由声音输出单元36发出声音：“右前方3m处有树。”，向使用者传达障碍物的存在。
在本实施方式5中，需事先知道使用者的移动路线才有用，把关于移动路线及其周围的障碍物的立体图像信息(三维信息)事先记忆下来通过将该立体图像信息与由来自CCD摄像机11、12的图像信号生成的立体图像信息(三维信息)进行对比，可以具体地确定障碍物并告知使用者。另外，假设即使不能具体地确定障碍物，也能够告知障碍物的存在。
实施方式6
图11是表示本发明实施方式6中辅助器20电路结构的框图。本实施方式6由两台CCD摄像机11、12、CCD摄像机控制部13、图像处理部14、致动器控制部15、致动器阵列16、燃料电池17、图像处理部34A及声音信号生成部35、声音输出单元(例如耳机)36构成，是由上述图1的实施方式和图10的实施方式组合而成的。
在该辅助器20中，两台CCD摄像机11、12由CCD摄像机控制部13控制，分别从不同角度拍摄，并把其摄像信号输出到图像处理部14，图像处理部14输入来自CCD摄像机11、12的图像信号并进行图像处理，生成立体图像信息(三维信息)，再把该立体信息转换为二维信息并生成控制致动器的控制信号，输出到致动器控制部15。致动器控制部15驱动致动器阵列16，把由两台CCD摄像机11、12拍摄的周围情况告知使用者。另外，图像处理部34A(立体形状识别用运算部14c)输入来自图像处理部14的立体图像信息(三维信息)，然后把该立体图像信息与预先记忆的立体图像信息进行对比，来判断立体图像信息是什么东西。与上述场合同样，例如知道是树，就能知道这树位于使用者前方几米处，所以就把该信息输出到声音信号生成部35。声音信号生成部35生成声音信号后，由声音输出单元36发出声音，例如：“右前方3m处有树。”，把障碍物的存在传达使用者。
在本实施方式中，由致动器阵列16及声音输出单元36同时把障碍物的存在传达使用者，所以能够更可靠地传递信息。另外，上述的实施方式2～4也同样适用于本实施方式6。
实施方式7
然而，虽然在上述实施方式中介绍了用两台CCD摄像机11、12测量到障碍物距离的例子，但也可以用距离传感器代替两台CCD摄像机11、12。此时可用距离传感器扫描，拍摄使用者前方的规定区域。求出相对于障碍物的距离后的处理与上述实施方式1相同。
图12是表示本发明实施方式7中辅助器20电路结构的框图。在本实施方式7的辅助器20中，装有代替CCD摄像机11、12的距离传感器40和扫描距离传感器40的扫描机构41。扫描机构41由扫描用旋转镜42及扫描控制装置43构成。扫描控制装置43控制扫描用旋转镜42，通过扫描距离传感器40的测定部位，来测量到达使用者前方障碍物的距离。图像处理部14A(控制信号生成用运算部14b)根据到障碍物的距离(三维信息)，与上述实施方式1同样地生成控制信号并输出到致动器控制部15，并驱动致动器阵列16。另外，也可将本实施方式7与图10的实施方式组合起来。
实施方式8
另外，虽然作为电源介绍了燃料电池的例子，但在本发明中也可使用干电池、充电电池等其他电源。同时，虽然介绍了在头带上安装各种仪器的例子，但也可以装在例如帽子、衣服上。
发明效果
如上所述，从本发明来看，由于具备了测量到障碍物距离的测距单元和根据利用测距单元所测量的距离而得到的障碍物立体信息把障碍物的存在通过触觉或声音进行传递的传递单元，可以测量到障碍物的距离，并根据通过该距离而得到的障碍物立体信息把障碍物的存在用触觉或声音进行传递，所以能够在盲人步行时提供充分的障碍物信息。

Claims (11)

1.一种盲人步行用辅助器，其特征在于，
具备：
测距单元，测量到障碍物的距离；
多个致动器；
运算单元，根据利用上述测距单元所测量的到障碍物的距离得到的立体信息，生成控制信息并输出；以及
控制单元，根据上述控制信息驱动上述致动器，以触觉传递障碍物的存在，
上述运算单元将上述立体信息转换为平面信息，并把该平面信息作为控制信号输出，
上述运算单元根据到上述障碍物的距离的变动来检测是否处于步行状态，并对应其状态使生成的平面信息不同，
在步行状态下时，上述运算单元检测规定距离内的障碍物，并生成该障碍物的平面信息。
2.权利要求1所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述运算单元对于上述规定距离内障碍物中靠近了的障碍物向其平面信息附加特定的信息，并驱动上述致动器。
3.权利要求1所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述多个致动器按矩阵状配置。
4.权利要求1至3之一所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
具备：声音信号生成单元，根据上述立体信息生成声音信号并输出；
声音输出单元，将上述声音信号转换为声音并输出。
5.权利要求4所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述声音信号生成单元根据规定距离内障碍物的立体信息，生成声音信号并输出。
6.权利要求4所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述声音信号生成单元将上述立体信息和预先登记的障碍物的立体信息进行对比，当两者一致时，则生成与特定该障碍物的信息相对应的声音信号。
7.权利要求1、2、3、5或6所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述各单元或上述单元及致动器被安装于头带上。
8.权利要求1、2、3、5或6所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述测距单元由距离传感器和用来扫描该距离传感器的扫描单元构成。
9.权利要求8所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述各单元或上述单元及致动器被安装于头带上。
10.权利要求1、2、3、5或6所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述测距单元具备：配置于不同位置的多个摄像单元；测距用运算单元，处理来自该摄像单元的摄像信号并求出到障碍物的距离。
11.权利要求10所记载的盲人步行用辅助器，其特征在于，
上述各单元及或上述单元及致动器被安装于头带上。
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