CN205234892U - 一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，包括领带夹式摄像模块、挂带模块、处理模块、按键控制器、电流产生模块、触觉产生装置和背负式触觉产生装置佩戴模块；领带夹式摄像模块包括左摄像头、右摄像头、摄像头固定结构、测距测速模块和电源模块；挂带模块包括竖向连接带和环形挂带；背负式触觉产生装置佩戴模块包括左臂环形套带、右臂环形套带、前胸紧固带和后背安装橡胶片。本实用新型能够便于盲人穿戴使用，使盲人感知到生活环境中物体的形状、色彩和亮度，提升盲人的生活质量，同时可为盲人出行提供准确的即时信息，避免安全隐患。

Description

一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置

技术领域

本实用新型涉及一种传感装置，尤其涉及一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置。

背景技术

我国是世界上人口最多的国家，同时也是世界上盲人最多的国家。盲人作为社会的弱势群体，在日常生活中存在诸多不便，如何使盲人能够像正常人一样生活，感知到周围丰富多彩的环境，获取到物体形状、色彩及亮度信息，以提高盲人生活质量，一直是人们研究的一个重要领域。而现有的盲人生活辅助工具仅仅适用于盲人在单独外出行动时，避免由于没有视觉辅助而造成安全隐患。随着计算机视觉、模式识别技术和多媒体技术的发展，人们开始尝试使用信息化的电子装置辅助盲人生活。在盲人生活辅助领域，一般采用听觉或触觉来代替视觉传递信息的功能。因为盲人虽然视觉功能丧失，但是盲人的触觉功能超常灵敏，甚至超于视觉功能完好的正常人数倍。因此，盲人生活辅助工具具有采用触觉信息来传递周围环境信息的可能。

申请号为CN201210076909.6的专利《电子点阵式智能盲人图像触觉传感装置和传感实现方法》公开了一种电子点阵式智能盲人图像触觉传感装置和传感实现方法，电子点阵式智能盲人图像触觉传感装置，包括图像采集模块，用于采集周围物体的形状、色彩及亮度信息；数据处理模块，用于接收图像采集模块采集到的周围物体形状、色彩及亮度信息，并根据图像采集模块采集到的信息输出不同的控制信号，控制电流产生模块和触觉产生装置对人体产生不同范围、强度和频率的电流刺激；电流产生模块，用于在数据处理模块的控制下产生不同强度的电流，电流通过触觉产生装置对人体产生刺激；触觉产生装置，用于接收数据处理模块输出的控制信号，利用电流产生模块产生不同强度的电流对人体产生不同范围、强度和频率的电流刺激。本发明能够快速、准确地向盲人传递周围环境中物体形状、色彩和亮度信息，提高了盲人的生活质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，能够便于盲人穿戴使用，使盲人感知到生活环境中物体的形状、色彩和亮度，提升盲人的生活质量，同时可为盲人出行提供准确的即时信息，避免安全隐患。

本实用新型采用下述技术方案：

一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，包括领带夹式摄像模块、挂带模块、处理模块、按键控制器、电流产生模块、触觉产生装置和背负式触觉产生装置佩戴模块；

所述的领带夹式摄像模块包括左摄像头、右摄像头、摄像头固定结构、测距测速模块和电源模块；

摄像头固定结构包括L形的摄像头安装板和矩形的壳体，摄像头安装板由相互垂直设置的底板和背板组成，底板上表面的左部和右部分别水平设置有左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘，左摄像头和右摄像头分别固定在左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘上表面；左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘的侧表面沿周向均设有齿，左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘分别通过竖直设置的左摄像头旋转安装盘转轴和右摄像头旋转安装盘转轴与底板连接，左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘之间水平设置有左右旋转驱动齿轮，左右旋转驱动齿轮分别与左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘啮合，左右旋转驱动齿轮由竖直设置在底板下表面的左右驱动电机驱动，左右驱动电机的输出轴穿过底板固定在左右旋转驱动齿轮中心；壳体为前侧开口的矩形中空结构，摄像头安装板设置在壳体内部，摄像头安装板中的背板的左表面水平设置有摄像头安装板转轴，壳体的左侧面板对应位置处设置有轴承，摄像头安装板转轴设置在轴承内，壳体的右侧面板内表面水平设置有上下驱动电机，上下驱动电机的输出轴的端部固定在摄像头安装板中的背板的右表面；壳体的后侧面板外表面设置有领带固定夹；壳体的上侧面板外表面设置有挂带模块连接插孔；

所述的挂带模块包括竖向连接带和环形挂带，竖向连接带的下端设置有与挂带模块连接插孔相匹配的插头，竖向连接带的上端与环形挂带下部连接，竖向连接带和环形挂带上均设置有导线容置槽；

测距测速模块固定在底板前表面且位于左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘之间；

电源模块设置在壳体的上侧面板内表面，电源模块为左摄像头、右摄像头、左右驱动电机、上下驱动电机、测距测速模块、处理模块、电流产生模块和触觉产生装置供电；

所述的处理模块设置在壳体的上侧面板内表面，左摄像头、右摄像头和测距测速模块的信号输出端分别连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端分别连接左右驱动电机、上下驱动电机、电流产生模块和电子点阵触觉产生装置的信号输入端，处理模块的焦距控制信号输出端还分别连接左摄像头和右摄像头的调焦信号输入端；

所述的按键控制器上分别设置有左右驱动电机控制按钮和上下驱动电机控制按钮，按键控制器的信号输出端连接处理模块的信号输入端；

所述的电流产生模块设置在壳体的上侧面板内表面，电流产生模块的输出端通过导线连接电子点阵触觉产生装置的输入端；

所述的触觉产生装置包括由多个导体组成的阵列，每一列上的每个导体的列连接端均通过列电子开关连接电流产生模块的输出端，每一行的每个导体的行连接端均通过行电子开关接地，每个行电子开关和列电子开关的控制信号输入端分别连接处理模块的控制信号输出端；

所述的背负式触觉产生装置佩戴模块包括左臂环形套带、右臂环形套带、前胸紧固带和后背安装橡胶片，左臂环形套带和右臂环形套带分别与后背安装橡胶片的上部左右两边连接，前胸紧固带的两端分别与后背安装橡胶片的下部左右两边连接；触觉产生装置与后背安装橡胶片前表面可拆卸连接。

所述的左摄像头和右摄像头采用CCD摄像头。

所述的左摄像头和右摄像头采用540TVL超微型针孔摄像头。

所述的测距测速模块采用微波雷达测距传感器。

所述的触觉产生装置上的所有导体上均设置有与人体皮肤接触的导电橡胶。

所述的行电子开关和列电子开关采用三极管、场效应管或可控硅。

本实用新型采用特殊结构的领带夹式摄像模块，直接佩戴于使用者领带上，便于安装使用；同时还能够模拟人眼视觉范围内的图像信息采集；左摄像头和右摄像头水平间隔设置，模拟人体双眼看到同一物体时的角度差，以便形成立体视觉效果。使用者通过控制左右驱动电机和上下驱动电机，真实模拟人类眼球的左右及上下同步转动过程，能够无需使用者扭转身体对周围事物进行观察，最大限度模拟实现人体颈部功能。本实用新型中的挂带模块，能够对领带夹式摄像模块进行辅助固定，防止领带夹式摄像模块在重力作用下下滑，并分散使用者在佩戴本实用新型时身体所承受的下压力，同时，挂带模块还能够对连接用的导线起到很好的隐藏效果。本实用新型便于盲人穿戴使用，使盲人感知到生活环境中物体的形状、色彩和亮度，最大限度提升盲人的生活质量。

附图说明

图1为本实用新型中摄像头安装板的结构示意图；

图2为本实用新型中领带夹式摄像模块的结构示意图；

图3为本实用新型中挂带模块的结构示意图；

图4为本实用新型中触觉产生装置的局部电路图；

图5为本实用新型中背负式触觉产生装置佩戴模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作以详细的描述：

如图1至图5所示，本实用新型所述的背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，包括领带夹式摄像模块、挂带模块、处理模块、按键控制器、电流产生模块、触觉产生装置和背负式触觉产生装置佩戴模块。其中，领带夹式摄像模块用于采集周围物体的形状、色彩及亮度信息，且能够直接佩戴于使用者领带上，便于安装使用；挂带模块，用于对领带夹式摄像模块进行辅助固定，防止领带夹式摄像模块在重力作用下下滑，并分散使用者在佩戴本实用新型时身体所承受的下压力，同时，挂带模块还能够对连接用的导线起到很好的隐藏效果；处理模块，用于接收领带夹式摄像模块采集到的周围物体形状、色彩及亮度信息，并根据领带夹式摄像模块采集到的信息输出不同的控制信号，控制电流产生模块和触觉产生装置对人体产生不同范围、强度和频率的电流刺激；按键控制器，用于对领带夹式摄像模块中的左右驱动电机10和上下驱动电机15进行控制，无需使用者扭转身体对周围事物进行观察，最大限度模拟实现人体颈部功能；电流产生模块，用于在处理模块的控制下产生不同强度的电流，电流通过触觉产生装置对人体产生刺激；触觉产生装置，用于接收处理模块输出的控制信号，利用电流产生模块产生不同强度的电流在使用者背部产生不同范围、强度和频率的电流刺激；背负式触觉产生装置佩戴模块，用于方便快捷地将触觉产生装置固定在使用者背部。

本实用新型中，所述的领带夹式摄像模块包括左摄像头1、右摄像头2、摄像头固定结构、测距测速模块16和电源模块。

左摄像头1和右摄像头2能够模拟人体双眼所看到的周围环境中的物体形状、色彩和亮度信息。左摄像头1和右摄像头2相隔一定距离且水平设置，可模拟人体双眼看到同一物体时的角度差，以便形成立体视觉效果。本实施例中，左摄像头1和右摄像头2采用CCD摄像头，具体可采用540TVL超微型针孔摄像头，具备自动背光补偿、自动电子快门、自动增益控制、自动白平衡、彩色/黑白自动转换的功能。

摄像头固定结构用于实现对左摄像头1和右摄像头2的固定，同时实现左摄像头1和右摄像头2水平方向上的左右转动及在竖直方向上的上下转动。摄像头固定结构包括L形的摄像头安装板和矩形的壳体，摄像头安装板由相互垂直设置的底板3和背板4组成，底板3上表面的左部和右部分别水平设置有左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6，左摄像头1和右摄像头2分别固定在左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6上表面；左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6的侧表面沿周向均设有齿，左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6分别通过竖直设置的左摄像头旋转安装盘转轴7和右摄像头旋转安装盘转轴8与底板3连接，左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6之间水平设置有左右旋转驱动齿轮9，左右旋转驱动齿轮9分别与左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6啮合，左右旋转驱动齿轮9由竖直设置在底板3下表面的左右驱动电机10驱动，左右驱动电机10的输出轴穿过底板3固定在左右旋转驱动齿轮9中心；当左右旋转驱动齿轮9在左右驱动电机10的作用下转动时，将会带动与其啮合的左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6向同侧转动，真实模拟人类眼球的左右同步转动过程。

壳体为前侧开口的矩形中空结构，前侧开口便于实现左摄像头1和右摄像头2的图像采集及测距测速模块16的距离和速度的采集。摄像头安装板设置在壳体内部，摄像头安装板中的背板4的左表面水平设置有摄像头安装板转轴11，壳体的左侧面板12对应位置处设置有轴承13，摄像头安装板转轴11设置在轴承13内，壳体的右侧面板14内表面水平设置有上下驱动电机15，上下驱动电机15的输出轴的端部固定在摄像头安装板中的背板4的右表面；摄像头安装板转轴11与上下驱动电机15的输出轴在同一水平直线上对应设置。当上下驱动电机15转动时，将带动整个摄像头安装板上下转动，真实模拟人类眼球的上下同步转动过程。

壳体的后侧面板外表面设置有领带固定夹，领带固定夹包括夹板、连接轴和扭簧，用于在扭簧作用下将领带夹式摄像模块夹持在使用者的领带上。领带固定夹的结构与现有使用扭簧的夹具结构一致，在此不再赘述。壳体的上侧面板外表面设置有挂带模块连接插孔，用于实现与挂带模块的可拆卸连接。

所述的挂带模块包括竖向连接带17和环形挂带18，竖向连接带17的下端设置有与挂带模块连接插孔相匹配的插头19，竖向连接带17的上端与环形挂带18下部连接，竖向连接带17和环形挂带18上均设置有导线容置槽；

为了使领带夹式摄像模块在使用者运动过程中始终保持焦距准确、摄录图像清晰度最高，本实用新型还增设有测距测速模块16，测距测速模块16可以自动测得使用者的运动速度，并可在50米的范围内准确测得被拍摄物体与使用者之间的距离，测距测速模块16将测得的速度和距离信号传输给处理模块，处理模块经过分析处理后对领带夹式摄像模块中左摄像头1和右摄像头2的焦距进行自动调节。本实施例中，测距测速模块16固定在底板3前表面且位于左摄像头旋转安装盘5和右摄像头旋转安装盘6之间。本实施例中，测距测速模块16可采用微波雷达测距传感器，微波雷达测距传感器采用铝合金微波波导腔体振荡器，具有远程微波测距功能，同时提供微波雷达测距传感器，测程可达到100m以上，收发采用双头，具有测速传感器和测距传感器功能。

电源模块设置在壳体的上侧面板内表面，电源模块为左摄像头1、右摄像头2、左右驱动电机10、上下驱动电机15、测距测速模块16、处理模块、电流产生模块和触觉产生装置供电；

所述的处理模块设置在壳体的上侧面板内表面，左摄像头1、右摄像头2和测距测速模块16的信号输出端分别连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端分别连接左右驱动电机10、上下驱动电机15、电流产生模块和电子点阵触觉产生装置的信号输入端，处理模块的焦距控制信号输出端还分别连接左摄像头1和右摄像头2的调焦信号输入端；

所述的按键控制器上分别设置有左右驱动电机10控制按钮和上下驱动电机15控制按钮，按键控制器的信号输出端连接处理模块的信号输入端。按键控制器可利用导线从使用者的袖中穿过，使用者能够用手方便隐蔽地控制左右驱动电机10和上下驱动电机15。

所述的电流产生模块设置在壳体的上侧面板内表面，电流产生模块的输出端通过导线连接电子点阵触觉产生装置的输入端。本实施例中，电流产生模块可在处理模块控制下利用升压电路产生电压为100V，电流强度为0到8mA的安全电流，属于成熟的现有技术，在此不再赘述。

所述的触觉产生装置包括由多个导体组成的阵列，每一列上的每个导体的列连接端均通过列电子开关连接电流产生模块的输出端，每一行的每个导体的行连接端均通过行电子开关接地，每个行电子开关和列电子开关的控制信号输入端分别连接处理模块的控制信号输出端。所述行电子开关和列电子开关可采用三极管、场效应管或可控硅。

触觉产生装置中多个导体组成的阵列，其阵列大小应与领带夹式摄像模块采集并储存的图像像素格式相符，在本实施例中，触觉产生装置采用300×200的导体阵列，与领带夹式摄像模块采集并按照300×200像素储存的格式相符。图4以一个8×8的导体阵列为例进行说明，其中电子开关采用三极管，如图4所示，第一行R1的每一个导体的行连接端均连接三极管QR1的集电极，三极管QR1的发射极接地，三极管QR1的基极连接处理模块的控制信号输出端；第一列L1的每一个导体的列连接端均连接三极管QL1的发射极，三极管QL1的集电极连接电流产生模块的输出端，三极管QL1的基极连接处理模块的控制信号输入端；第二行R2的每一个导体的行连接端均连接三极管QR2的集电极，三极管QR2的发射极接地，三极管QR2的基极连接处理模块的控制信号输出端；第二列L2的每一个导体的列连接端均连接三极管QL2的发射极，三极管QL2的集电极连接电流产生模块的输出端，三极管QL2的基极连接处理模块的控制信号输入端；以此类推，第八行R8的每一个导体的行连接端均连接三极管QR8的集电极，三极管QR8的发射极接地，三极管QR8的基极连接处理模块的控制信号输出端；第八列L8的每一个导体的列连接端均连接三极管QL8的发射极，三极管QL8的集电极连接电流产生模块的输出端，三极管QL8的基极连接处理模块的控制信号输入端。触觉产生装置中的任意一个导体只有导体两端各自连接的三极管同时导通时，导体上才有电流通过。例如，只有三极管QR1和三极管QL1在处理模块的控制下同时导通时，处于第一列L1第一行R1的导体才有电流通过。在图4中，三极管也可替换为场效应管或可控硅，起到电子开关的作用。

触觉产生装置上所有导体的上均设置有与人体皮肤接触的导电橡胶，导电橡胶一方面起到传输电流信号对人体进行刺激的作用，另一方面可提高人体佩戴的舒适度和触觉敏感度。本实施例中，触觉产生装置采用300×200的导体阵列，与领带夹式摄像模块采集到的图像储存格式相符。触觉产生装置中使用的导电橡胶为现有技术，在此不再赘述。

所述的背负式触觉产生装置佩戴模块包括左臂环形套带20、右臂环形套带21、前胸紧固带22和后背安装橡胶片23，左臂环形套带20和右臂环形套带21分别与后背安装橡胶片23的上部左右两边连接，前胸紧固带22的两端分别与后背安装橡胶片23的下部左右两边连接；触觉产生装置与后背安装橡胶片23前表面可拆卸连接。使用者在使用时，可先将触觉产生装置与后背安装橡胶片23前表面进行连接，然后分别将使用者的左臂和右臂穿过左臂环形套带20和右臂环形套带21，并利用前胸紧固带22进行调节，使触觉产生装置中的导电橡胶与使用者背部皮肤紧密接触，以保证良好的使用效果。

本实用新型中，由处理模块发出控制信号，控制电流产生模块产生不同强度的电流刺激信号来表达图像信息中的亮度信息；处理模块利用分析处理后得到的物体形状信息，通过控制不同数量、位置的三极管导通来表达图像信息中的物体形状信息；同时，处理模块通过控制三极管的导通频率起到控制电流刺激信号频率的作用，并以此不同频率的电流刺激信号表达图像信息中的物体色彩信息。因此，处理模块可以通过不同的控制信号控制触觉产生装置，使触觉产生装置产生不同区域、频率和强度的电流刺激使用者身体特定部位的皮肤，产生各种图形绘制的感觉，从而向使用者传输图像信息中所包含的形状、色彩和亮度信息。上述工作原理均为申请号为CN201210076909.6的专利《电子点阵式智能盲人图像触觉传感装置和传感实现方法》所公开，并不属于本实用新型的创新点。

Claims (6)

1.一种背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，其特征在于：包括领带夹式摄像模块、挂带模块、处理模块、按键控制器、电流产生模块、触觉产生装置和背负式触觉产生装置佩戴模块；

所述的领带夹式摄像模块包括左摄像头、右摄像头、摄像头固定结构、测距测速模块和电源模块；

摄像头固定结构包括L形的摄像头安装板和矩形的壳体，摄像头安装板由相互垂直设置的底板和背板组成，底板上表面的左部和右部分别水平设置有左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘，左摄像头和右摄像头分别固定在左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘上表面；左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘的侧表面沿周向均设有齿，左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘分别通过竖直设置的左摄像头旋转安装盘转轴和右摄像头旋转安装盘转轴与底板连接，左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘之间水平设置有左右旋转驱动齿轮，左右旋转驱动齿轮分别与左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘啮合，左右旋转驱动齿轮由竖直设置在底板下表面的左右驱动电机驱动，左右驱动电机的输出轴穿过底板固定在左右旋转驱动齿轮中心；壳体为前侧开口的矩形中空结构，摄像头安装板设置在壳体内部，摄像头安装板中的背板的左表面水平设置有摄像头安装板转轴，壳体的左侧面板对应位置处设置有轴承，摄像头安装板转轴设置在轴承内，壳体的右侧面板内表面水平设置有上下驱动电机，上下驱动电机的输出轴的端部固定在摄像头安装板中的背板的右表面；壳体的后侧面板外表面设置有领带固定夹；壳体的上侧面板外表面设置有挂带模块连接插孔；

所述的挂带模块包括竖向连接带和环形挂带，竖向连接带的下端设置有与挂带模块连接插孔相匹配的插头，竖向连接带的上端与环形挂带下部连接，竖向连接带和环形挂带上均设置有导线容置槽；

测距测速模块固定在底板前表面且位于左摄像头旋转安装盘和右摄像头旋转安装盘之间；

电源模块设置在壳体的上侧面板内表面，电源模块为左摄像头、右摄像头、左右驱动电机、上下驱动电机、测距测速模块、处理模块、电流产生模块和触觉产生装置供电；

所述的处理模块设置在壳体的上侧面板内表面，左摄像头、右摄像头和测距测速模块的信号输出端分别连接处理模块的信号输入端，处理模块的信号输出端分别连接左右驱动电机、上下驱动电机、电流产生模块和电子点阵触觉产生装置的信号输入端，处理模块的焦距控制信号输出端还分别连接左摄像头和右摄像头的调焦信号输入端；

所述的按键控制器上分别设置有左右驱动电机控制按钮和上下驱动电机控制按钮，按键控制器的信号输出端连接处理模块的信号输入端；

所述的电流产生模块设置在壳体的上侧面板内表面，电流产生模块的输出端通过导线连接电子点阵触觉产生装置的输入端；

所述的触觉产生装置包括由多个导体组成的阵列，每一列上的每个导体的列连接端均通过列电子开关连接电流产生模块的输出端，每一行的每个导体的行连接端均通过行电子开关接地，每个行电子开关和列电子开关的控制信号输入端分别连接处理模块的控制信号输出端；

所述的背负式触觉产生装置佩戴模块包括左臂环形套带、右臂环形套带、前胸紧固带和后背安装橡胶片，左臂环形套带和右臂环形套带分别与后背安装橡胶片的上部左右两边连接，前胸紧固带的两端分别与后背安装橡胶片的下部左右两边连接；触觉产生装置与后背安装橡胶片前表面可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，其特征在于：所述的左摄像头和右摄像头采用CCD摄像头。

3.根据权利要求2所述的背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，其特征在于：所述的左摄像头和右摄像头采用540TVL超微型针孔摄像头。

4.根据权利要求1所述的背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，其特征在于：所述的测距测速模块采用微波雷达测距传感器。

5.根据权利要求1所述的背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，其特征在于：所述的触觉产生装置上的所有导体上均设置有与人体皮肤接触的导电橡胶。

6.根据权利要求1所述的背负式电子点阵盲人图像触觉传感装置，其特征在于：所述的行电子开关和列电子开关采用三极管、场效应管或可控硅。