DE102005009110A1

DE102005009110A1 - Vorrichtung zur Vermittlung von Umgebungsinformationen an einen sehbehinderten Menschen

Info

Publication number: DE102005009110A1
Application number: DE102005009110A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. Doemens; Peter Dr. Mengel; Wolfgang Dr. Stark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-07-27
Also published as: WO2006074993A3; US20080088469A1; CN101103387A; US7855657B2; EP1836696A2; CN101103387B; WO2006074993A2

Abstract

Eine Assistenzvorrichtung für einen Blinden (1) umfasst einen Entfernungssensor (3), der ein Entfernungsbild von einem Objekt (2) erstellt. Die vom Entfernungssensor (3) erzeugten Entfernungsinformationen werden an eine taktile Matrix (10) übertragen, die in einem Blindenstock (11) integriert ist. Durch Abtasten der taktilen Matrix (10) kann der Blinde (1) Informationen über seine Umgebung gewinnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermittlung von Umgebungsinformationen an einen sehbehinderten Menschen mit einem Informationsgeber und einem Wiedergabegerät, das vom Informationsgeber gelieferte Informationen in ein vom sehbehinderten Menschen wahrnehmbares Signal umsetzt.

Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Mit derartigen Vorrichtungen ist es beispielsweise möglich, die von einem Computerbildschirm dargestellte Informationen für einen Blinden lesbar zu machen. Zu diesem Zweck wird ein vom Computermonitor dargestellter Text von einer taktilen Matrix in ein Höhenprofil umgesetzt, das vom Blinden ertastet werden kann. Eine taktile Matrix besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von flächenhaft angeordneten Taststiften, die von einer Stellvorrichtung einzeln angehoben werden können.

Außerhalb der eigenen Wohnung und der gewohnten Umgebung sind Blinde auf Orientierungshilfen wie Taststock und Blindenhund angewiesen. Beide Hilfsmittel ermöglichen jedoch nur eine eingeschränkte Mobilität. Daneben kann sich der blinde Mensch im Nahbereich, der sich bis etwa einem Meter Entfernung erstreckt, ohne weitere Hilfsmittel durch Tasten orientieren. Über diesen Entfernungsbereich hinaus erschließt sich ihm seine momentane und reale Umgebung unmittelbar nur durch akustische Eindrücke.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Vermittlung von Umgebungsinformationen an einen sehbehinderten Menschen zu schaffen, mit der sich die Orientierungsfähigkeit und Bewegungssicherheit eines sehbehinderten Menschen wesentlich verbessern lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.

Die Vorrichtung zur Vermittlung von Umgebungsinformationen an einen sehbehinderten Menschen umfasst einen Entfernungssensor, der am Körper des sehbehinderten Menschen anbringbar ist. Die vom Entfernungssensor gelieferten Entfernungsinformationen werden über ein tragbares Wiedergabegerät wiedergegeben.

Entfernungssensoren können als integrierte Bauelemente hergestellt werden. Ein derartiger Entfernungssensor kann ohne weiteres von einem sehbehinderten Menschen getragen werden. Da der Messbereich eines Entfernungssensors weit über den Nahbereich hinausgeht, den der sehbehinderte Mensch durch Tasten erfassen kann, wird durch die Vorrichtung der Wahrnehmungsbereich eines sehbehinderten Menschen wesentlich erweitert. Die Vorrichtung trägt damit dazu bei, die Orientierungsfähigkeit und die Bewegungssicherheit eines sehbehinderten Menschen beträchtlich zu steigern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Entfernungssensor nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung. Derartige Entfernungssensoren funktionieren unabhängig vom Tageslicht und von den optischen Eigenschaften der reflektierenden Objekte. Außerdem weisen derartige Entfernungssensoren eine große Messgenauigkeit von etwa einem Zentimeter auf.

Vorzugsweise sind für den Entfernungssensor spezifische Funktionselemente zumindest teilweise in ein optoelektronisches Halbleiterbauelement integriert. Unter einem für den Entfernungssensor spezifischen Funktionselement sollen in diesem Zusammenhang alle Funktionselemente verstanden werden, die der Ermittlung wenigstens einer für die Entfernungsbestimmung verwendbaren Messgröße dienen. Funktionselemente, die der Stromversorgung und der Pufferung eines integrierten Halbleiterbauelements dienen, sollen jedoch davon ausgenommen sein. Die für den Entfernungssensor spezifischen Funktionselemente schließen somit auf jeden Fall diejenigen Funktionselemente ein, in denen Licht erzeugt und empfangen wird. Wenn die für den Entfernungssensor spezifischen Funktionselemente in einem Halbleiterbauelement oder mehreren Halbleiterbauelementen integriert sind, ergeben sich leichte und kleine Entfernungssensoren, die ohne Mühe am Körper getragen werden können.

Der Entfernungssensor kann in eine Kopfbedeckung integriert sein. In diesem Fall kann der sehbehinderte Mensch die Ausrichtung des Gesichtfelds des Entfernungssensors durch Bewegen des Kopfes verändern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die vom Entfernungssensor gelieferten Entfernungsinformationen über ein tragbares Tastgerät wiedergegeben. Zu diesem Zweck kann das tragbare Tastgerät variable Höhenprofile ausbilden, die vom sehbehinderten Menschen auf einfache Weise ertastet werden können. Auf diese Weise können auch komplexe Entfernungsinformationen einem sehbehinderten Menschen vermittelt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Entfernungssensor ein linienförmiges Gesichtsfeld auf. Außerdem ist eine Tastfläche des Tastgeräts entsprechend dem Strahlfächer des Entfernungssensors gestaltet. Das Entfernungsprofil eines Objekts im Gesichtsfeld wird dann durch eine auf der Tastfläche ausgebildete Höhenstufe wiedergegeben, die dem Verlauf des Entfernungsprofils folgt.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Entfernungsinformation einfach und robust an den sehbehinderten Menschen weitergegeben werden kann, denn auf der Tastfläche werden gewissermaßen die Grundrisse der Objekte wiedergege ben, die sich im Gesichtfeld der Entfernungssensoren befinden. Auch eine Bewegung des Objekts kann auf einfache Weise erfasst werden, da in diesem Fall die Höhenstufe auf der Tastfläche der Bewegung des Objekts entsprechend wandert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gesichtsfeld flächenmäßig ausgedehnt. In diesem Fall wird auf der Tastfläche ein dem Entfernungsbild entsprechendes Höhenprofil ausgebildet.

Diese Ausführungsform stellt dem sehbehinderten Menschen somit nicht nur den Grundriss der Außenkontur eines Objekts zur Verfügung, sondern ein vollständige Entfernungsbild. Ein Nachteil ist jedoch, dass die Entfernungsauflösung gering ist, da mit dem verhältnismäßig geringen Hub der Taststifte der gesamte Entfernungsmessbereich des Entfernungssensors dargestellt werden muss.

Vorzugsweise ist das Tastgerät eine taktile Matrix, die in einen Blindenstock integriert ist. Auf diese Weise hat der sehbehinderte Mensch das Tastgerät immer zur Hand, wenn er zum Blindenstock greift.

Mit der Vorrichtung können auch Geschwindigkeitsinformationen über Objekte im Gesichtsfeld vermittelt werden. Beispielsweise ist es möglich, Bereiche der Tastfläche, die ein schnell bewegendes Objekt wiedergeben, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Objekts vibrieren zu lassen. Damit wird der sehbehinderte Mensch auf Objekte aufmerksam gemacht, die schnell auf ihn zukommen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:

1 einen Blinden, der sich mit Hilfe einer Assistenzvorrichtung im Bereich einer Durchführung orientiert;

2 eine Aufsicht auf eine an einem Blindenstock angebrachte taktile Matrix;

3 bis 6 die Darstellung der Außenkonturen von verschiedenen Objekten auf der taktilen Matrix gemäß 2;

7 die Darstellung einer weiteren Assistenzvorrichtung mit flächenmäßig ausgedehntem Gesichtsfeld;

8 eine Aufsicht auf die taktile Matrix der Assistenzvorrichtung aus 7; und

9 die Darstellung des Objekts aus 7 auf der taktilen Matrix aus 8.

1 zeigt einen Blinden 1, der sich mit Hilfe einer Assistenzvorrichtung im Bereich eines Objekts 2 orientiert. In 1 ist das Objekt 2 eine Wand, in der ein Durchgang ausgebildet ist. Die Assistenzvorrichtung umfasst einen Entfernungssensor 3, der in eine Kopfbedeckung 4 des Blinden 1 integriert ist. Die Kopfbedeckung 4 kann beispielsweise ein Stirnband, Mütze oder Hut sein. Der Entfernungssensor 3 kann aber auch an einer anderen Stelle des Körpers des Blinden 1 getragen werden. Zum Beispiel kann der Entfernungssensor 3 auch in eine Sonnenbrille integriert sein.
Der Entfernungssensor 3 arbeitet vorzugsweise auf der Grundlage einer Lichtlaufzeitmessung. Bei derartigen Entfernungssensoren, die ohne mechanisch bewegliche Teile auskommen, wird eine Laserlichtbeleuchtung synchron mit der Empfindlichkeit von photoempfindlichen Empfängern moduliert, die auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelements entweder zeilenförmig oder matrixförmig angeordnet sind. Dem Fachmann sind verschiedene Grundprinzipien für derartige Entfernungssensoren 3 unter anderem unter der Bezeichnung PMD (= Photonic Mixing Device) sowie MDSI (= Multiple Double Short Time Integration) bekannt. Ein Vorteil der Lichtlaufzeitmessung ist, dass diese mit Hilfe von integrierten Halbleiterbauelementen durchgeführt werden kann. Insofern ergeben sich kleine und leichte Entfernungssensoren, die mühelos am Körper getragen werden können.
Grundsätzlich sind auch Entfernungssensoren mit mechanischen Ablenkeinheiten vorstellbar. Insbesondere können mit Hilfe der Silizium-Mikromechanik leichte und robuste Ablenkeinheiten geschaffen werden.
Durch Neigen 5 oder Drehen 6 des Kopfes kann der Blinde 1 ein linienförmiges Gesichtsfeld 7 des Entfernungssensors 1 auf einen Raumbereich von Interesse lenken. Um das Gesichtsfeld 7 abzutasten, sendet der Entfernungssensor 3 einen Strahlfächer 8 aus, der eine Vielzahl von Sensorstrahlen 9 umfasst, die vorzugsweise gleichmäßig über die Winkelausdehnung des linienförmigen Gesichtsfelds 7 verteilt sind. Beispielsweise können 64 Sensorstrahlen über einen Sehwinkel von 100 Grad verteilt sein. Die beispielsweise mit einer Frequenz von 10 Hz aufgenommenen Entfernungsbilder werden mit Hilfe einer taktilen Matrix 10 wiedergegeben, die in einen Blindenstock 11 integriert ist. Die in den Entfernungsbildern enthaltenen Entfernungsinformationen werden vorzugsweise auf drahtlosem Weg zwischen dem Entfernungssensor 3 und der taktilen Matrix 10 übertragen.
2 zeigt eine Aufsicht auf die in dem Blindenstock 11 integrierte taktile Matrix 10. Die taktile Matrix 10 weist auf einer Tastfläche 12 eine Vielzahl von Taststiften 13 auf, die über die Tastfläche 12 hinaus angehoben werden können.
Taktile Matrizen sind dem Fachmann bekannt und als solche nicht Gegenstand der Erfindung.
Die Tastfläche 12 der taktilen Matrix 10 ist entsprechend dem Strahlfächer 8 des Entfernungssensors 3 gestaltet. Die Tastfläche 12 ist daher vorzugsweise kreissegmentförmig ausgestaltet.
Falls sich ein Objekt 2 im Gesichtsfeld 7 des Entfernungssensors 3 befindet, wird auf der Tastfläche 12 eine vom Blinden 1 leicht ertastbare Höhenstufe erzeugt, deren Verlauf über die Tastfläche 12 hinweg der Außenkontur des Objekts 2 entspricht.
In den 3 bis 6 sind jeweils der Grundriss des sich im Gesichtsfeld 7 befindenden Objekts 2 und die zugehörige Anzeige auf der Tastfläche 12 dargestellt.
3 zeigt die Darstellung einer sich unmittelbar vor dem Blinden 1 befindenden Wand 14 auf der Tastfläche 12. Entsprechend der Außenkontur der Wand 14 bilden die Taststifte 13 eine Erhöhung 15 aus, die in 3 durch den schraffierten Bereich der Tastfläche 12 angedeutet ist. Eine die Erhöhung 15 begrenzende Höhenstufe 16 wandert dabei je nach Abstand des Blinden 1 von der Wand 14 über die Tastfläche 12 hinweg. Da die Höhenstufe 16 vom Blinden 1 leicht ertastet werden kann, erhält der Blinde 1 Informationen über die Beschaffenheit und über die Entfernung zur Wand 14.
In 4 ist die Darstellung einer Ecke 17 auf der Tastfläche 12 dargestellt. In diesem Fall ist die Erhöhung 15 auf einen eckenförmigen Ausschnitt der Tastfläche 12 beschränkt.
Durch Ertasten der Erhöhung 15 auf der Tastfläche 12 kann der Blinde 1 seinen Abstand zu der Ecke 17, bei der es sich beispielsweise um eine Gebäudeecke handelt, bestimmen und diese weiträumig umgehen.
Auch die Details der Profile von Objekten 2 können auf der Tastfläche 12 dargestellt werden.
5 zeigt die Darstellung einer verrundeten Ecke 18 auf der Tastfläche 12. In diesem Fall ist die Höhenstufe 16 der Erhöhung 15 entsprechend der Außenkontur der Ecke 18 abgerundet.
In 6 ist schließlich der Grundriss und die Anzeige des in 1 perspektivisch dargestellten Objekts 2 dargestellt. Das in 1 dargestellte Objekt umfasst einen Durchgangs 19 in einer Wand 20. In diesem Fall ist die Erhöhung 15 auf zwei eckenförmige Abschnitte beschränkt, wobei zwischen den eckenförmigen Erhöhungen 15 eine Senke 21 liegt, die den Durchgang 19 anzeigt. Durch Ertasten des auf der Tastfläche 12 ausgebildeten Höhenprofils wird der Blinde 1 über den Durchgang 2 informiert, der im Messbereich des Entfernungssensors 3 vor ihm liegt. Der Blinde 1 kann daher bereits aus einer Entfernung, die dem Messbereich des Entfernungssensors 3 entspricht, auf den Durchgang 19 zugehen.
Es sei angemerkt, dass freie Bereiche ebenso durch Erhöhungen angedeutet werden können, wie Hindernisse. In diesem Fall werden Hindernisse durch eine Absenkung der Taststifte 13 angezeigt.
Eine weitere Abwandlung betrifft die Gestaltung des Gesichtsfelds 7. In 7 ist eine abgewandelte Assistenzvorrichtung dargestellt. Die in 7 dargestellte Assistenzvorrichtung umfasst einen Entfernungssensor 22 mit einem flächenmäßig ausgedehnten Gesichtsfeld 23. Zur Darstellung des vom Entfernungssensor 22 aufgenommenen Entfernungsbildes ist eine in 8 dargestellte taktile Matrix 24 vorgesehen. Die Tastfläche 25 der taktilen Matrix ist entsprechend der Form des Gesichtsfelds 23 gestaltet. Auf der Tastfläche 25 wird ein Höhenprofil erzeugt, das dem mit dem Entfernungssen sor 22 aufgenommenen Entfernungsbild entspricht. Die Auslenkung der Taststifte 13 ist dabei vorzugsweise proportional dem gemessenen Abstand des Objekts 2. Falls sich kein Objekt 2 im Gesichtsfeld 23 befindet, sind die Taststifte 13 soweit wie möglich eingezogen. Wenn sich umgekehrt das Objekt 2 in nächster Nähe zum Blinden 1 befindet, sind die Taststifte soweit wie möglich angehoben.
In 9 ist die Anzeige des Objekts 2 aus der 1 und 6 auf der Tastfläche 25 dargestellt. Bei diesem Objekt 2 handelt es sich um die Wand 20 mit dem Durchgang 19. In diesem Fall wird auf der Tastfläche 25 eine Erhöhung 26 ausgebildet, die dem Entfernungsbild der Wand 20 entspricht. Der Durchgang 19 ist durch eine Senke 27 angezeigt.
Es sei angemerkt, dass die in den Blindenstock 11 integrierte taktile Matrix 10 oder 24 sowohl die Darstellung des Grundrisses der Außenkonturen eines Objekts 2 als auch die Anzeige eines Entfernungsbildes bieten kann. Dies kann entweder über zwei getrennte Tastflächen 12 und 25 als auch über eine umschaltbare Tastfläche 12 oder 35 bewerkstelligt werden.
Ferner ist es möglich, über die taktilen Matrizen 10 und 24 Geschwindigkeitskomponenten jedes Bildpunkts in Richtung auf den Blinden 1 darzustellen. Durch die unmittelbare und kontinuierliche Erfassung des Entfernungsbilds durch die Entfernungssensoren 3 und 22 kann durch den Vergleich von zwei aufeinander folgenden Entfernungsbildern die Geschwindigkeit jedes Bildpunkts in Richtung auf den Blinden 1 berechnet werden. Die Geschwindigkeitsinformation kann an den Blinden 1 beispielsweise durch eine geschwindigkeitsproportionale Vibration des dem jeweiligen Bildpunkt entsprechenden Taststifts 13 erfolgen. Damit wird der Blinde auf diejenigen Objekte 2 aufmerksam gemacht, die schnell auf ihn zukommen. Die Anzeige der Geschwindigkeit kann sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Vibration in Abhängigkeit von der Geschwindig keit modulieren. Ein Vibrationssignal kann auch mit Hilfe eines in Körpernähe getragenen Vibrators vermittelt werden.
Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform wird die Entfernungsinformation dem Blinden über ein akustisches Signal vermittelt. Beispielsweise kann die unmittelbare Nähe eines Hindernisses durch einen Warnton angezeigt werden, der umso höher ist, je näher der Blinde dem Hindernis kommt. Daneben ist auch denkbar, bei Annäherung an ein Hindernis mit Hilfe eines Sprachgenerators eine gesprochene Warnung auszugeben. Letzteres hat den Vorteil, dass die Warnung nicht im Umgebungslärm untergeht. Das akustische Signal kann auf unauffällige Weise mit Hilfe eines Hörgeräts oder eines Geräts, das das Aussehen eines Hörgeräts hat, vermittelt werden.
Die hier beschriebenen Assistenzvorrichtungen erleichtern die Mobilität eines Blinden erheblich. Die Wahrnehmungsfähigkeit des mit den hier beschriebenen Assistenzvorrichtungen ausgestatteten Blinden 1 geht teilweise sogar über die eines sehenden Menschen hinaus. Denn die hier beschriebenen Assistenzvorrichtungen arbeiten sogar bei vollkommener Finsternis. Der Blinde 1 kann sich daher auch in der Nacht orientieren. Außerdem werden dem Blinden 1 zuverlässige Informationen über die Entfernung und Geschwindigkeit von Objekten 2 vermittelt.

Claims

Vorrichtung zur Vermittlung von Umgebungsinformationen an einen sehbehinderten Menschen (1) mit einem Informationsgeber (3, 22) und einem Widergabegerät (10, 24), das vom Informationsgeber (3, 22) gelieferte Informationen in vom sehbehinderten Menschen (1) wahrnehmbare Signale (15, 16, 21, 26, 27) umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber ein am Körper des sehbehinderten Menschen (1) anbringbarer Entfernungssensor (3, 22) ist und dass das tragbare Wiedergabegerät (10, 24) eine vom Entfernungssensor gelieferte Entfernungsinformation wiedergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (3, 22) auf der Basis einer Lichtlaufzeitmessung arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Entfernungssensor (3, 22) spezifische Funktionselemente in ein optoelektronisches Halbleiterbauelement integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (3, 22) in eine Kopfbedeckung (4) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (3, 22) Entfernungsinformationen auf drahtlosem Wege zum Wiedergabegerät (10, 24) überträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedergabegerät die Entfernungsinformation durch ein akustisches Signal wiedergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedergabegerät ein tragbares Tastgerät (10, 24) ist, das die vom Entfernungssensor (3, 22) gelieferten Entfernungsinformationen über Höhenprofile (15, 16, 21, 26, 27) wiedergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (3) ein linienförmiges Gesichtsfeld (7) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastgerät eine entsprechend dem Strahlfächer (8) des Entfernungssensors (3) gestaltete Tastfläche (12) aufweist, auf der ein Entfernungsprofil eines sich im Gesichtsfeld (7) befindenden Objekts (2) durch eine dem Verlauf des Entfernungsprofils folgende Höhenstufe (16) wiedergegeben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (22) ein flächenmäßig ausgedehntes Gesichtsfeld (23) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastgerät (24) eine entsprechend der Form des Gesichtsfelds gestaltete Tastfläche (25) aufweist, die das vom Entfernungssensor (22) aufgenommene Entfernungsbild durch ein dem Entfernungsbild entsprechendes Höhenprofil (26, 27) wiedergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastgerät eine taktile Matrix (10, 24) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastgerät (10, 24) in einen Blindenstock (11) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastgerät Geschwindigkeitsinformationen zu einem Objekt (2) durch eine geschwindigkeitsabhängige Vibration von dem jeweiligen Objekt (2) zugeordneten Tastelementen (13) wiedergibt.