CN216603454U - 一种基于主动视觉的智能导盲杖 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于主动视觉的智能导盲杖，包括有杖体、以及设置于其一端部的杖柄，所述杖柄上套设有防滑套，所述杖柄上分别设有开关按键、紧急求救按键、辅助按键，其内部安装有震动马达模块，所述杖体上分别嵌设有光敏传感器模块、语音模块、灯光报警模块组、LED补光灯、处理装置、舵机模块、杖底测距模块，所述舵机模块上分别设有摄像头模块，所述处理装置内设有FPGA开发板、电源模块、定位模块、加速度计、高度计、杖身测距模块、通信模块，所述FPGA开发板与各个模块及按键相连接，并完成各个模块之间的信息和指令交互，所述紧急求救按键、辅助按键采用“与”逻辑来控制通信模块向紧急联系人发出紧急求救信息，防止误触紧急求救按键。

Description

一种基于主动视觉的智能导盲杖

技术领域

本实用新型属于导盲设备技术领域，特别涉及一种基于主动视觉的智能导盲杖。

背景技术

据我国残联统计，2020年中国的视障群体达到1731万，其中超过800万人完全失明。视障人群由于生理缺陷，在公共场所行走时面临着诸多不便以及潜在危险，进而可能导致发生意外。视障人群的紧急联系人和周围人可能无法及时感知该群体遇到的危险，因此，设计一款可以向紧急联系人和周围人发起紧急求救的产品十分必要。随着社会发展，传统导盲杖已经不能满足视障人群的需求。目前国内有天使眼等智能导盲产品，但这些产品由便携性差、延时高等原因，并不能被视障人群广泛接受，因此需要一款可以降低延时性并能实时处理的导盲设备。

目前为解决视障人士出行问题，出现了一些相关的导盲专利，比如一种基于NFC感应技术的智能盲人导盲杖(CN 204709330 U)、一种多功能预警、求救导盲棍装置(CN210872446 U)、一种基于机器学习的智能导盲杖(CN 211382552 U)、一种基于计算机视觉的智能导盲杖(CN 211300991 U)等。在上述专利中，有的设置了求救装置，有的基于计算机视觉实现避障，但是不难发现它们虽然解决了部分问题，但是还有一些问题有待解决。例如求救按键不能避免误触；视觉避障中，虽然准确度较高，但实时性较差；产品功能不全，即使判断准确摄像头捕捉到画面中的障碍物类型，但是摄像头角度固定，灵活性较差。由于视障群体的特殊性，可以自适应调节的摄像头是十分必要的。此外，有求救装置的产品缺乏好的避障效果，能够基于视觉避障产品又缺乏求救装置，且基于视觉的避障存在一定的延时性，无法做到实时。

实用新型内容

本实用新型为了解决目前智能导盲杖存在求救按键不能避免误触，摄像头不具灵活性，产品功能不全等问题，提供了一种基于主动视觉的智能导盲杖。

其技术方案为：一种基于主动视觉的智能导盲杖，包括有杖体、以及设置于其一端部的杖柄，所述杖柄上套设有防滑套，其特征在于：所述杖柄上分别设有开关按键、紧急求救按键、辅助按键，其内部安装有震动马达模块，所述杖体上分别嵌设有光敏传感器模块、语音模块、灯光报警模块组、LED补光灯、处理装置、舵机模块、杖底测距模块，所述舵机模块上设有摄像头模块，所述LED补光灯位于摄像头模块的周围，其用于昏暗环境下的补光，便于摄像头模块更清楚获取周围环境信息，所述处理装置内设有FPGA开发板、电源模块、定位模块、加速度计、高度计、杖身测距模块、通信模块，所述FPGA开发板与各个模块及按键相连接，并完成各个模块之间的信息和指令交互，所述紧急求救按键、辅助按键采用“与”逻辑来控制通信模块通过服务器向紧急联系人发出紧急求救信息。

优选地，所述紧急求救按键、辅助按键沿杖柄轴向并列布置，且与开关按键对立设置。

优选地，所述语音模块位于杖体的首部，所述语音模块包括麦克风模块、扬声器模块和语音存储模块，分别用于接收声音、放大声音和语音播报，所述语音模块用于实现语音通话、发出求救信息以及向视障用户播报其周边环境的物体情况。

优选地，所述灯光报警模块组包括有等距设置在杖体的多个灯光报警模块，每个所述灯光报警模块由多个LED灯传感器构成，多个所述LED灯传感器均连接在FPGA开发板的扩展板上，多个所述LED灯传感器构成的灯光报警模块嵌在杖体的侧壁上；当视障用户摔倒或者紧急求救时，FPGA开发板开启灯光报警模块来引起周围人的注意，使得视障用户及时得到帮助；

优选地，所述杖底测距模块、杖身测距模块分别位于杖体的端部和中部，其均为超声波传感器模块，且分别用于检测路面障碍物信息和周围环境障碍物信息，并将检测的障碍物信息传输至FPGA开发板上。

优选地，所述电源模块采用锂离子电池组，用于向FPGA开发板供电，所述震动马达模块、光敏传感器模块、语音模块、灯光报警模块组、LED补光灯、摄像头模块、舵机模块、杖底测距模块、定位模块、杖身测距模块、通信模块均通过杜邦线连接到FPGA开发板的扩展板上，所述加速度计、高度计分别通过扩展板与FPGA开发板连接。

优选地，FPGA开发板根据主动视觉算法对摄像头模块捕捉的图像的处理结果控制舵机模块的转动，进而实现摄像头自适应调节。

优选地，所述FPGA开发板上还部署有DPU深度学习处理单元，其用于加速目标检测算法识别摄像头模块捕捉到的周围图像中障碍物信息，并通过语音模块告知视障用户前方障碍物的物体具体名称及杖身测距模块检测到障碍物的位置信息。

优选地，所述处理装置内还设有通信模块，所述的通信模块通过杜邦线连接到FPGA开发板的扩展板上，其内部包含有SIM卡，服务器经过通信模块与FPGA开发板无线通讯连接，所述服务器内设有信息交互的数据处理模块和存储模块，监护终端设备通过无线通讯方式与所述数据处理模块连接，并接收其传输的FPGA开发板所连接摄像头模块获取的数据并显示图像，以便紧急联系人观测视障用户的周边环境。所述通信模块通过FPGA开发板并在语音模块的配合下与SIM卡提前设置的紧急联系人进行语音通信。

优选地，所述存储模块内存储有该视障用户的日常轨迹路线信息，所述定位模块用于向FPGA开发板提供视障用户的位置信息，并通过与FPGA开发板连接的通信模块将其实时传送至服务器，服务器将位置信息传输至紧急联系人的终端设备上，并与之前的轨迹路线信息作对比，以此进行远程监护。

在上述技术方案中，所述加速度计在常态下处于可感知运动状态的低功耗工作模式，以持续监测三轴加速度的变化。当加速度计感知到运动强度超过预先设定的阈值时，输出信号触发FPGA开发板进入工作状态。FPGA开发板触发高度计进入工作状态，高度计获取的高度信息低于预先设定的高度阈值时，判断处于摔倒状态。由加速度计和高度计配合检测视障用户是否处于摔倒状态。FPGA开发板根据阈值分析结果判断视障用户摔倒时，向舵机模块发送控制信号，进而控制摄像头进行360°旋转。FPGA开发板将摄像头采集的周围环境图像交由预先设计的摔倒检测算法进行处理。如判定处于摔倒状态，FPGA开发板发送控制信号给灯光报警模块组和语音模块以提示周围人，否则灯光报警模块组和语音模块保持关闭状态。同时，FPGA开发板将通过通信模块自动拨通SIM卡提前设置的紧急联系人并给其发送求救短信。紧急联系人可以通过手机客户端实时查看摄像头模块获取的数据信息。

所述舵机模块包括X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机，用于执行主动视觉算法计算结果的操作命令。当FPGA开发板通过内嵌的主动视觉算法对摄像头模块捕捉的图像进行处理且未发现有价值画面时，向舵机模块发出控制信号，分别控制X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机的转动，所述摄像头模块用于采集视障用户的前方路况，向FPGA开发板实时传输环境信息，所述光敏传感器置于杖体首部外侧，便于采集环境光的强弱，向FPGA开发板传递光度信息。FPGA开发板通过对LED补光灯的灵活控制，实现LED补光灯在昏暗环境下对摄像头模块的补光作用，所述语音模块嵌在杖体的首部便于视障用户与紧急联系人进行语音交互。

更进一步，加速度计采用具有运动触发唤醒功能的集成三轴加速度计ADXL362，所述高度计为集成高精度气压高度计MS5611，均通过SPI通信口与FPGA开发板的扩展板连接。

进一步，当视障用户同时按动紧急求救按键和辅助按键达到一定次数时，FPGA开发板通过通信模块将摄像头模块获取的数据发送至服务器，服务器将获取的数据发送至紧急联系人手机客户端并给紧急联系人发送求救短信；与此同时，视障用户通过长按紧急求救按键拨通SIM卡提前设置的紧急联系人，通过语音模块及时与紧急联系人进行语音通信，当其按动辅助按键时可以挂断电话。

进一步，FPGA开发板通过内嵌的主动视觉算法来判定摄像头模块捕捉到的图像是否包含有价值信息。若图像中不包含有价值信息时，FPGA开发板根据内嵌的主动视觉算法的处理结果，通过控制X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机转动合适的角度进而控制摄像头的转动；若图像中包含有价值信息时，FPGA开发板将图像交由内置的目标检测算法进行物体的识别，控制测距模块返回物体的距离，并控制内置的语音模块播报识别到的物体的类别名称以及位置信息。

与现有技术相比，1.本实用新型专利通过增设辅助按键，通过“与”逻辑同时按动的紧急求救功能启动方式，能够有效避免误碰、误按的问题。同时，紧急求救按键、辅助按键沿杖柄轴向并列布置，且与开关按键对立设置，这样既便于按键的区别，又便于紧急求救按键、辅助按键的组合使用；2.本实用新型的基于图像处理的智能导盲杖在FPGA开发板内嵌主动视觉算法，通过控制舵机的转动实现摄像头的自适应调节，从而解决摄像头无法捕捉到有效画面的问题；3.本实用新型结合加速度计和高度计采集的信息通过阈值分析初步判定视障用户是否摔倒，进而通过内置的摔倒检测算法对摄像头捕捉的环境图像最终判定视障用户是否真的摔倒；在视障用户未及时得到帮助的情况下，FPGA开发板通过通信模块自动拨打紧急联系人。本实用新型基本做到在避免误判摔倒的同时，解决视障用户摔倒无法及时得到帮助的问题；4.本实用新型通过结合超声波测距模块、内嵌的目标检测算法和DPU深度学习处理单元，有效解决了视觉避障、实时反馈的问题。

本实用新型设计的智能导盲杖适合成年的视障群体，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本实用新型的智能导盲杖的结构示意图；

图2为本实用新型的智能导盲杖的俯视示意图；

图3为本实用新型中智能导盲杖功能的模块连接示意图；

图4为本实施例中主动视觉算法的流程图；

图5为本实施例中智能导盲杖的摔倒判断流程图；

图6为本实施例中智能导盲杖的避障语音导报流程图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参阅图1至3，一种基于主动视觉的智能导盲杖，包括有杖体001、以及设置于其一端部的杖柄002，所述杖柄002上套设有防滑套003，所述杖柄002上分别设有开关按键1、紧急求救按键2、辅助按键3，所述紧急求救按键2、辅助按键3沿杖柄002轴向并列布置，且与开关按键1对立设置，所述杖柄002的内部安装有震动马达模块4，所述杖体001上分别嵌设有光敏传感器模块5、语音模块6、灯光报警模块组、LED补光灯8、处理装置9、舵机模块11、杖底测距模块12，所述语音模块6位于杖体的首部，包括麦克风模块、扬声器模块和语音存储模块，分别用于接收声音、放大声音和语音播报，所述语音模块6用于实现语音通话、发出求救信息以及向视障用户播报前方障碍物的类别和位置信息，所述灯光报警模块组包括有等距设置在杖体001的多个灯光报警模块7，每个所述个灯光报警模块7由多个LED灯传感器构成，多个所述LED灯传感器均连接在FPGA开发板13的扩展板上，多个所述LED灯传感器构成的灯光报警模块7嵌在杖体001的侧壁上，所述舵机模块11上设有摄像头模块10，所述LED补光灯8位于摄像头模块10的周围，其用于昏暗环境下的补光，便于摄像头模块10更清楚获取周围环境信息，所述处理装置9内设有FPGA开发板13、电源模块14、定位模块15、加速度计16、高度计17、杖身测距模块18、通信模块19，所述杖底测距模块12、杖身测距模块18分别位于杖体001的端部和中部，其均为超声波传感器模块，且分别用于检测路面障碍物信息和周围环境障碍物信息，并将检测的障碍物信息传输至FPGA开发板13上，所述定位模块15用于向FPGA开发板13提供视障用户的地理位置，所述电源模块14采用锂离子电池组，用于向FPGA开发板13供电，所述震动马达模块4、光敏传感器模块5、语音模块6、灯光报警模块组、LED补光灯8、摄像头模块10、舵机模块11、杖底测距模块12、定位模块15、杖身测距模块18、通信模块19均通过杜邦线连接到FPGA开发板13的扩展板上，所述加速度计16、高度计17分别通过扩展板与FPGA开发板13连接。所述FPGA开发板13与各个模块及按键相连接，并完成各个模块之间的信息和指令交互，所述紧急求救按键2、辅助按键3采用“与”逻辑来控制通信模块19通过服务器向紧急联系人发出紧急求救信息。

进一步，所述FPGA开发板13根据内嵌的主动视觉算法对摄像头模块10捕捉的图像的处理结果向舵机模块11发出控制信号，进而实现摄像头模块10的自适应调节，所述FPGA开发板13用于实时接受、处理杖底测距模块12检测的路面障碍物信息，并通过震动马达模块4提醒视障用户进行避障绕行，所述FPGA开发板13上还部署有DPU加速处理单元，其用于加速目标检测算法识别摄像头模块10捕捉到的周围图像中障碍物信息，并通过语音模块6告知视障用户前方障碍物的具体物体名称及杖身测距模块18检测到的障碍物的位置信息。

进一步，所述处理装置9内还设有通信模块19，所述的通信模块19通过杜邦线连接到FPGA开发板13的扩展板上，其内部包含有SIM卡，服务器经过通信模块19与FPGA开发板13无线通讯连接，所述服务器内设有信息交互的数据处理模块和存储模块，监护终端设备通过无线通讯方式与所述数据处理模块连接，并接收其传输的FPGA开发板13的摄像头模块10获取的数据并显示图像，以便紧急联系人观测视障用户的周边环境。所述通信模块19通过FPGA开发板13及在语音模块6的配合下与SIM卡提前设置的紧急联系人进行通信连接。所述存储模块内存储有该视障用户的日常轨迹路线信息，FPGA开发板13还用于通过通信模块向所述服务器实时传送视障用户的位置信息，服务器将位置信息传输至紧急联系人的终端设备上，并与之前的轨迹路线信息作对比，以此进行远程监护。

为了便于，本领域技术人员更好地了解本技术方案的实施，在上述技术方案基础上，发明人在此做进一步解释。

优选所述FPGA开发板13采用能够部署DPU处理单元的Ultra96开发板。

优选目标检测算法采用具有高精度、高准确度和高速度的YOLOV4算法。

优选所述电源模块14通过USB口与Ultra96开发板连接进行供电。

优选所述摄像头为OV5640摄像头，将OV5640摄像头的引脚根据官方文档分别与FPGA开发板的扩展板进行连接。

优选所述LED补光灯8的数量出厂默认4颗。

优选所述摄像头出厂设置角度为45°。

优选所述FPGA开发板13通过产生PWM信号控制X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机旋转，进而实现摄像头的自适应调节。

优选所述定位模块15选取具有定位功能的GPS模块。

优选所述通信模块19包含有GSM模块、SIM卡。

参阅图5，以下是舵机模块11控制摄像头模块10的工作原理：所述加速度计16在常态下处于可感知运动状态的低功耗工作模式，以持续监测三轴加速度的变化，当加速度计16感知到运动强度超过预先设定的阈值时，输出信号触发FPGA开发板13进入工作状态。FPGA开发板13触发高度计17进入工作状态，高度计17获取的高度信息低于预先设定的高度阈值时，判断处于摔倒状态。加速度计16和高度计17配合检测视障用户是否处于摔倒状态。FPGA开发板13根据阈值分析结果判断视障用户摔倒时，向舵机模块11发送控制信号，控制摄像头模块10进行360°旋转。FPGA开发板将摄像头采集的周围环境图像交由预先设计的摔倒检测算法进行处理。如判定处于摔倒状态，FPGA开发板发送控制信号给灯光报警模块组和语音模块以提示周围人；否则灯光报警模块组和语音模块继续保持关闭状态。同时，FPGA开发板将通过通信模块自动拨通SIM卡提前设置的紧急联系人并发送求救短信。紧急联系人可以通过手机客户端实时查看摄像头模块获取的数据信息。所述处理装置9外部设有光敏传感器模块5、摄像头模块10、舵机模块11，所述舵机模块11位于杖体001中部，所述摄像头模块10嵌在舵机模块上11，所述舵机模块11包括X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机，用于执行主动视觉算法计算结果的操作命令。当FPGA开发板13通过内嵌的主动视觉算法对摄像头模块10捕捉的图像进行处理且未发现有价值画面时，向舵机模块11发出控制信号，分别控制X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机的转动，所述摄像头模块10用于采集视障用户的前方路况，向FPGA开发板13实时传输环境信息，所述光敏传感器5置于杖体首部外侧，便于采集环境光的强弱，向FPGA开发板13传递光度信息。FPGA开发板13通过对LED补光灯8的控制，实现LED补光灯8在昏暗环境下对摄像头模块10的补光作用。

以下是紧急求救按键2、辅助按键3组合使用情况说明：

当视障用户同时按动紧急求救按键和辅助按键达到一定次数时，FPGA开发板通过通信模块将摄像头模块获取的数据发送给服务器，服务器将获取的数据发送至紧急联系人手机客户端并发送求救短信；与此同时，视障用户通过长按紧急求救按键2拨通SIM卡提前设置的紧急联系人，通过语音模块6及时与紧急联系人进行语音通信，当其按动辅助按键3时可以挂断电话。

其具体操作实施方式：

优选地，开关按键1、紧急求救按键2以及辅助按键3旁边分别刻有对应按键名称的盲文。

优选地，紧急求救按键2和辅助按键3一起按动3次时，启动紧急求救状态。

优选地，长按紧急求救按键2为10s时自动拨通SIM卡提前设置的紧急联系人。

优选地，服务器包括存储模块和数据处理模块，存储模块用来存储紧急联系人账号、求救信息、日常轨迹路线等信息，数据处理模块将获得的视障用户的位置信息体现在电子地图上，并将新获取的路线与之前的轨迹路线作对比，如果判断轨迹异常，及时提醒紧急联系人。视障人士监护软件采用自主开发的监护移动应用。

参阅图4和6，结合舵机模块11控制摄像头模块10的原理，自动调节摄像头转动流程如下：

FPGA开发板13通过内嵌的主动视觉算法来判定摄像头模块10捕捉到的图像是否包含有价值信息。若图像中不包含有价值信息时，FPGA开发板13根据内嵌的主动视觉算法的处理结果，通过控制X轴舵机、Y轴舵机、Z轴舵机转动合适的角度进而控制摄像头的转动；若图像中包含有价值信息时，FPGA开发板13将图像交由内置的目标检测算法YOLO-V4进行前方物体的识别，控制测距模块返回物体的距离，并控制内置的语音模块播报识别到的前方物体的类别名称以及位置信息。

优选地，使用Vitis-Ai对YOLO-V4模型量化编译和使用VART API实现量化模型对DPU深度学习处理单元在FPGA开发板上的调用。

优选地，FPGA开发板13通过内嵌的主动视觉算法来判定摄像头捕捉的画面中是否存在有价值信息。主动视觉算法可以通过计算图像中的信息熵来实现，根据摄像头360°旋转获取的图像得到对应的最大信息熵，进而确定熵值最大的摄像头角度，并通过舵机来调整摄像头。当确定最大信息熵值后，之后获取的图像的熵值在最大熵值的一定范围内也判定为有价值，否则将摄像头初始化，进行重新判定。

优选地，语音模块6实时导航播报的模板为“×××在您前方大致××米”。

优选地，语音模块6摔倒求助播报的模板为“我遇到困难了，可以帮助我吗？”。

当杖底的超声波传感器模块检测到障碍物时，FPGA开发板13控制震动马达模块4开启震动模式，进而通过杖柄的震动让视障用户感知到障碍物的存在，进而避免视障用户摔倒。

优选地，超声波传感器模块的最大测量范围为400cm，测量的最小范围是3cm,分辨率是1cm。

加速度计16采用具有运动触发唤醒功能的集成三轴加速度计ADXL362，所述高度计17为集成高精度气压高度计MS5611，均通过SPI通信口与FPGA开发板13连接。当加速度计16收集到的数据超出预先设定的阈值时，输出信号触发FPGA开发板13进入工作状态。FPGA开发板13触发高度计17进入工作状态，高度计17获取的高度信息低于预先设定的高度阈值时，判断处于摔倒状态。通过加速度计和高度计配合检测视障用户是否处于摔倒状态。FPGA开发板根据阈值分析结果判断视障用户摔倒时，向舵机模块发送控制信号，进而控制摄像头进行360°旋转。FPGA开发板将摄像头采集的周围环境图像交由预先设计的摔倒检测算法进行处理。如判定处于摔倒状态，FPGA开发板13发送控制信号给灯光报警模块组和语音模块6以提示周围人。同时，FPGA开发板将通过通信模块自动拨通SIM卡提前设置的紧急联系人并给其发送求救短信。紧急联系人可以通过手机客户端实时查看摄像头模块获取的数据信息。

优选地，由于坐下、蹲下等正常活动和摔倒活动都会对加速度取值产生影响，因此通过加速度传感器采集的原始数据并不能作为判断是否发生摔倒行为的依据。采用基于支持向量机(SVM)的方法对视障用户摔倒状态及其它正常运动状态的合加速度进行分析，从而获得可以用于进行摔倒识别的加速度阈值。所述高度阈值可取40cm。具体的高度阈值可以根据盲人用户的不同身高来进行调节。

优选地，摔倒检测算法可以采用基于图片静态特征的摔倒检测算法，利用人摔倒后的状态特征进行人体摔倒检测，可以采用基于YOLO的人体摔倒检测算法。

优选地，高精度气压计采用可以识别10cm高度变化的MS5611。

优选地，所述构成灯光报警模块组的LED灯传感器可以采用10mm发光模块LED灯红光传感器。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于主动视觉的智能导盲杖，包括有杖体(001)、以及设置于其一端部的杖柄(002)，所述杖柄(002)上套设有防滑套(003)，其特征在于：所述杖柄(002)上分别设有开关按键(1)、紧急求救按键(2)、辅助按键(3)，其内部安装有震动马达模块(4)，所述杖体(001)上分别嵌设有光敏传感器模块(5)、语音模块(6)、灯光报警模块组、LED补光灯(8)、处理装置(9)、舵机模块(11)、杖底测距模块(12)，所述舵机模块(11)上设有摄像头模块(10)，所述LED补光灯(8)位于摄像头模块(10)的周围，其用于昏暗环境下的补光，便于摄像头模块(10)更清楚获取周围环境信息，所述处理装置(9)内设有FPGA开发板(13)、电源模块(14)、定位模块(15)、加速度计(16)、高度计(17)、杖身测距模块(18)、通信模块(19)，所述FPGA开发板(13)与各个模块及按键相连接，并完成各个模块之间的信息和指令交互，所述紧急求救按键(2)、辅助按键(3)采用“与”逻辑来控制通信模块(19)通过服务器向紧急联系人发出紧急求救信息。

2.根据权利要求1所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述紧急求救按键(2)、辅助按键(3)沿杖柄(002)轴向并列布置，且与开关按键(1)对立设置。

3.根据权利要求1所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述语音模块(6)位于杖体的首部，所述语音模块(6)包括麦克风模块、扬声器模块和语音存储模块，分别用于接收声音、放大声音和语音播报。

4.根据权利要求1所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述灯光报警模块组包括有等距设置在杖体(001)的多个灯光报警模块(7)，每个所述灯光报警模块(7)由多个LED灯传感器构成，多个所述LED灯传感器均连接在FPGA开发板(13)的扩展板上，多个所述LED灯传感器构成的灯光报警模块(7)嵌在杖体(001)的侧壁上。

5.根据权利要求1所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述杖底测距模块(12)、杖身测距模块(18)分别位于杖体(001)的端部和中部，其均为超声波传感器模块，且分别用于检测路面及周围环境障碍物信息，并将所检测的信息传输至FPGA开发板(13)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述电源模块(14)采用锂离子电池组，用于向FPGA开发板(13)供电，所述震动马达模块(4)、光敏传感器模块(5)、语音模块(6)、灯光报警模块组、LED补光灯(8)、摄像头模块(10)、舵机模块(11)、杖底测距模块(12)、定位模块(15)、杖身测距模块(18)、通信模块(19)均通过杜邦线连接到FPGA开发板(13)的扩展板上，所述加速度计(16)、高度计(17)分别通过扩展板与FPGA开发板(13)连接。

7.根据权利要求6所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述FPGA开发板(13)内嵌的主动视觉算法，对摄像头模块(10)捕捉的图像进行分析，并由FPGA开发板(13)根据内嵌的主动视觉算法处理结果向舵机模块(11)发出控制信号，进而实现摄像头模块(10)的自适应调节。

8.根据权利要求7所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：在所述FPGA开发板(13)上还部署有DPU深度学习处理单元，其用于加速目标检测算法识别摄像头模块(10)捕捉到的周围图像中障碍物信息，并通过语音模块(6)告知视障用户前方障碍物的具体物体名称及杖身测距模块(18)检测到障碍物的位置信息。

9.根据权利要求1或8所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述处理装置(9)内还设有通信模块(19)，所述的通信模块(19)通过杜邦线连接到FPGA开发板(13)的扩展板上，其内部包含有SIM卡，服务器经过通信模块(19)与FPGA开发板(13)无线通讯连接，所述服务器内设有信息交互的数据处理模块和存储模块，监护终端设备通过无线通讯方式与所述数据处理模块连接，并接收其传输的FPGA开发板(13)的摄像头模块(10)获取的数据并显示图像，以便紧急联系人观测视障用户的周边环境，所述通信模块(19)通过FPGA开发板(13)及在语音模块(6)的配合下与SIM卡提前设置的紧急联系人进行通信连接。

10.根据权利要求9所述一种基于主动视觉的智能导盲杖，其特征在于：所述存储模块内存储有该视障用户的日常轨迹路线信息，FPGA开发板(13)还用于通过通信模块(19)向所述服务器实时传送视障用户的位置信息，服务器将位置信息传输至紧急联系人的终端设备上，并与之前的轨迹路线信息作对比，以此进行远程监护。

Images