JP2008023237A - 視覚障害者向けナビシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザである視覚障害者にとって不可欠の視覚的空間的情報を、聴覚を通じて効率的かつ正確に伝え、ユーザが簡明かつ自然に認識できる視覚障害者向けナビシステムを提供する。
【解決手段】本発明による視覚障害者１向けナビシステムは、携帯電話網、又は携帯電話網とＧＰＳを用いた視覚障害者用ナビシステムであって、視覚障害者をナビするための対象物の輪郭を含む空間情報が、音像定位位置が前記輪郭ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４，ｅ５に沿って移動する音源によって前記視覚障害者１に伝えられることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は視覚障害者向けのナビシステムに係り、特に、音声の定位を利用して空間認識を支援することによる視覚障害者向けのナビシステムに関するものである。

ナビシステムはユーザ（視覚障害者）を目的地に誘導するために地図、道路状況などの空間情報を与えるものであり、そのため一般には、ユーザが目的地を告げると（ステップ０）、ユーザの現在位置を認知し（ステップ１）、ユーザの進行すべきルートと途中のポイント（交差点、横断歩道、階段など）を決定し（ステップ２）、ユーザの進行による現在位置をトレースし（ステップ３）、ユーザが次のポイントに到達すると、そのポイントの属性データ（位置、形状など）をユーザに伝達し、表示する（ステップ４）必要がある。

このうちステップ１、３に対しては、最近はＧＰＳ（衛星による位置決めシステム）、及び／又は携帯電話によるものが各種提案されている。
（ここで「携帯電話」は狭義の音声だけではなく、画像などのデジタルデータの送受信を扱う「移動無線」又は「移動通信」を表わすものとする。）
またステップ２に対しては、ユーザが携帯する携帯電話端末のＣＰＵと、それが携帯電話網を介して接続されたサーバとの協働によるものが各種提案されている。
またステップ４に対しては、健常者を対象とする場合は、カーナビに代表されるように、地図・見取り図などの視覚的表示が可能である。

しかしながらユーザが視覚障害者の場合は、ステップ４において視覚的表示が不可能であるので、視覚的表示以外の表示、多くの場合聴覚的表示に頼ることになる。
それだけでなく、健常者にとっては視覚的に自明な情報を、詳細に伝達しなければならない。
そこで、このような視覚障害者向けナビシステムとして各種のものが提案されている。

そのうち最も基本的でかつ普及しているのが、歩道に敷設された視覚障害者用誘導ブロックであるといえる。
この場合、対象とする視覚障害者（以下、単にユーザという）が杖先で誘導ブロックに触るという触覚的表示により、ステップ０とステップ４に係る情報の一部が伝えられる。
ただし、通常の誘導ブロックにはステップ１〜３が無いので、ユーザの現在位置の決定、進行すべきルートの決定などはユーザ自身の記憶に頼るしかない。

例えば特許文献１〜３には、誘導ブロックと杖先に非接触型ＩＣチップ（タグとタグリーダ）などの信号授受回路を埋め込み、これを介してユーザとサーバの間に音声通信ネットワークを形成したナビシステムが開示されている。
本方式によれば、ステップ１〜３に係る情報をユーザに伝達することができる。
本方式は、誘導ブロックという既存のインフラを活用するものであるが、非接触型ＩＣチップの埋め込み及びサーバとの通信回線の形成など誘導ブロックに関連して膨大な追加インフラを必要とするという問題がある。

そこでステップ１〜３に係るインフラ投資を最小限に抑えるためには、携帯電話及び／又はＧＰＳを用いる方法が有力である。
例えば、特許文献４、５には各々、携帯電話網、ＧＰＳと携帯電話網、による方法が開示されており、さらに特許文献６には、携帯電話網に加えてその携帯電話端末のデジタルカメラ機能を活用する方法が開示されている。

以上の従来技術に共通するのは、ステップ３が聴覚的表示に依存し、しかも通常の音声表示に依存していることである。
ステップ３でユーザに伝えたい情報は殆ど全て視覚的・空間的情報であり、これを音声情報に変換するのは一般に非効率的かつ不正確になり易い。

特許文献７には、次のポイント（交差点、障害物など）までの距離を音声ではなく、音の高低に変換し、ポイントの種類を音色の差に変換して伝える技術が開示されている。
また特許文献８には、同様のポイントまでの距離を音の仰角に変換して伝える技術が開示されている。
両者ともにユーザが専用のステレオヘッドフォンを着用することを想定しており、音の水平面上での方角はポイントの方向に一致させる。

しかしながら、このようにポイントまでの距離を音の高低や仰角に変換すると、ユーザの認識が困難になりがちで、かえって致命的な誤解を招く恐れがある。
また、道路、横断歩道、歩道橋、駅のプラットフォームなどのように長さ・幅のあるポイントの表現が困難である。

特開２００５−２７４２４５号公報 特開２００５−０４６６０７号公報 特開２０００−０００２６２号公報 特開２００１−１７５９８７号公報 特開２００３−０９８９５３号公報 特開２００２−０９８５４８号公報 特開２００４−１０５６８５号公報 特開２００５−３３３６２１号公報

上記のような視覚障害者向けナビシステムにおける諸問題、特に上記のステップ５に係る諸問題を解決するためになされた本発明の目的は、ユーザである視覚障害者にとって不可欠の視覚的空間的情報を、聴覚を通じて効率的かつ正確に伝えることができる視覚障害者向けナビシステムを提供することにある。

本発明の他の目的は、ユーザである視覚障害者が不可欠の視覚的空間的情報を聴覚を通じて簡明かつ自然に認識できる視覚障害者向けナビシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するためになされた本発明による視覚障害者向けナビシステムは請求項１に示すように、携帯電話網、又は携帯電話網とＧＰＳを用いた視覚障害者用ナビシステムであって、視覚障害者をナビするための対象物の輪郭を含む空間情報が、音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源によって前記視覚障害者に伝えられることを特徴とする。

また請求項２に示すように、少なくとも、前記視覚障害者が装着する、前記携帯電話網を介して音声及びデータ受発信が可能であり、かつ方位センサを内蔵するヘッドセットと、前記ヘッドセットと前記携帯電話網を介して接続されたサーバを含み、視覚障害者が携帯電話端末を介してサーバに目的地を告げる段階と、サーバが前記携帯電話網及び／又はＧＰＳを介してヘッドセットの位置を検出し、前記方位センサにより視覚障害者の方向を検出して視覚障害者の現在位置と進行方向を認知する段階と、サーバが目的地に至るルートと途中のポイントを前記対象物として決定する段階と、サーバが視覚障害者の進行による現在位置を携帯電話網、又はＧＰＳを介してトレースする段階と、視覚障害者が前記ポイントに到達すると、サーバが前記ポイントの輪郭を含む属性データを前記ヘッドセットに送信する段階と、前記ヘッドセットが、前記ポイントの輪郭を音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源からの音に変換して視覚障害者に伝える段階と、を含むことを特徴とする。

また請求項３に示すように、前記音像定位された音源からの音は、視覚障害者の頭部伝達関数をシミュレートするフィルタ演算により原音から算出されることを特徴とする。

また請求項４に示すように、前記ポイントが道路であり、前記音源の音像定位位置が、前記道路の、視覚障害者の現在位置に近い側の辺（辺Ａとする）の現在位置に最も近い位置からスタートして、第１の音色で辺Ａに沿って長手方向に移動し、第２の音色で道路を幅方向に横断し、第３の音色で現在位置と反対側の道路の辺（辺Ｂとする）に沿って長手方向に移動し、現在位置の向かい側を経てさらに辺Ｂに沿って移動し、第４の音色で道路を幅方向に横断し、第５の音色で辺Ａに沿って長手方向に移動しスタート位置に戻った後、第６の音色で横断歩道の辺Ａ側の位置から横断歩道に沿って横断報道の辺Ｂ側の位置に移動する、ことを特徴とする。

また請求項５に示すように、前記ポイントが駅のプラットフォームであり、前記音源は、前記駅のプラットフォームの、視覚障害者の現在位置に近い側の辺（辺Ｃとする）の現在位置に最も近い位置からスタートして、第７の音色で辺Ｃに沿って長手方向に移動し、第８の音色で駅のプラットフォームを幅方向に横断し、第９の音色で現在位置と反対側の駅のプラットフォームの辺（辺Ｄとする）に沿って長手方向に移動し、現在位置の向かい側を経てさらに辺Ｄに沿って移動し、第１０の音色で駅のプラットフォームを幅方向に横断し、第１１の音色で辺Ｃに沿って長手方向に移動しスタート位置に戻り、第１２の音色でプラットフォーム上の階段の輪郭を示す、ことを特徴とする。

また請求項６に示すように、音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する前記音源の音色が、前記輪郭に沿って一定の距離ごとに発せられる断続音を含むことを特徴とする。

本発明による視覚障害者向けのナビシステムによれば、ルートや途中のポイント等の対象物の輪郭を含む空間情報が、音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源によって前記視覚障害者に伝えられるので、ユーザである視覚障害者にとって不可欠の視覚的空間的情報を、聴覚を通じて効率的かつ正確に伝えることができる。
また、本発明による視覚障害者向けのナビシステムによれば、ルートや途中のポイント等の対象物の輪郭を含む空間情報を伝えるために、音源の音像定位位置が前記輪郭に沿って移動している途中で、ユーザである視覚障害者が顔の向きを変えても、音源の音像定位位置が実際の対象物の輪郭の位置に合致するようにリアルタイムで変更されるので、ユーザである視覚障害者は不可欠の視覚的空間的情報を聴覚を通じて簡明にかつ自然に認識できる。

以下、本発明に係る実施の形態と効果を、図を参照して具体的に説明する。

図１は本実施例に係る視覚障害者用ナビシステムの構成図である。
視覚障害者（以下「ユーザ」という）１は、ヘッドセット１０を装着し、携帯電話端末１９を所持する。

ヘッドセット１０は、左右のイヤフォン１１、１２、マイクロフォン１３とイヤフォン１２に内蔵されたＭＣＵ（マイクロコンピュータユニット、図示せず）からなり、携帯電話端末１９とは、例えばＵＳＢケーブル１５で接続されている。
ヘッドセット１０には、さらにその絶対方位を判定できる磁気センサ又はジャイロセンサからなる方位センサ（図示せず）が搭載されている。

携帯電話端末１９は基地局２０、携帯電話網３０を介してサーバ４０に接続されており、一方ヘッドセット１０のＭＣＵはＧＰＳ衛星２５と交信して自分の絶対位置を判定するＧＰＳ機能を有する。

図２は本実施例に係る視覚障害者用ナビシステムの動作フロー図である。
最初にステップＳ０では、ユーザ１が携帯電話端末を通じてサーバ４０を呼び出し、目的地を告げる。

サーバの呼出しは、通常の方法で携帯電話をかけることによってもよいし、ユーザの発声をマイクロフォン１３で拾い、ＭＣＵで音声認識し、サーバへの発信命令に変換することによってもよい。
その際いずれにしても、目的地のライブラリが予めユーザごとに登録されていることが望ましい。

ステップＳ１では、サーバ４０がユーザ１の現在位置を認知する。
認知方法は、携帯電話網による方法、即ち、最寄の複数の基地局２０で得られるユーザ（携帯電話端末１９）までの距離情報による方法と、ヘッドセットのＭＣＵで得たＧＰＳ情報による方法と、これらの統合による方法がある。

ステップＳ２では、サーバ４０が、上記ユーザの現在位置と目的地情報に基き、視覚障害者の進行に最適のルートと、そのルート上のポイントを決定する。
ポイントとしては、道路、交差点、横断歩道、バス停留所、駅のプラットフォーム、駅の階段、駅の改札口などがあり、この他、途中で休憩可能な公園、ベンチなどがある。

ステップＳ３では、ステップＳ１と同じく携帯電話網及び／又はＧＰＳにより、サーバ４０がユーザ１の現在位置をトレースする。

ステップＳ４では、トレースの結果、ユーザ１があるポイントに到達すると、そのポイントの属性データを携帯電話端末を通じ、ヘッドセットのＭＣＵに伝達する。
ポイントの属性データとしては、そのポイントの名称に加えてその位置、輪郭などの空間的情報を含む。

これらの空間的情報は、健常者に対しては、自明か又は視覚的に容易に表示できるが、本発明の対象とする視覚障害者に対しては、一般に表示が困難なものである。
ステップＳ５では、ヘッドセットのＭＣＵが、上記ポイントの空間的情報を聴覚情報に翻訳してイヤフォン１１、１２を通じてユーザに伝える。

上記翻訳に当たっては、最初に、上記ポイントの空間情報が、上記方位センサにより得られるヘッドセット、即ちユーザの顔面の絶対方位に合わせて、ユーザの現在位置・方位での相対空間情報に変換される。
次に相対空間情報に変換されたポイントの輪郭が、音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源からの音に変換されることにより行われる。

前記音像定位された音源からの音は、視覚障害者の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Ｈｅａｄ−Ｒｅｌａｔｅｄ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）をシミュレートするフィルタ演算により原音から算出される。

音像定位に当たっては、音源から左右の両耳までの距離に応じて、両耳各々の鼓膜に伝える信号（音波）の位相と強度を変えるだけでは不十分であり、ユーザの頭部の各部位（頭蓋骨の各部位及び左右の耳たぶ等）で受信され変調されて伝搬され、最終的に鼓膜に到達する音波を重畳しなければならないし、さらには場合によっては、地面や周囲の壁面からの反射音も考慮しなければならない、ことが知られている。

そこで、音源からユーザの両耳の間の中央部に置いた仮想的な点までの距離と方向に応じた仮想受信信号を算出し、さらにこの仮想受信信号から、左右各々の鼓膜で受信すべき信号を算出する（フィルタ演算する）頭部伝達関数が定義される。
左鼓膜用頭部伝達関数と右鼓膜用頭部伝達関数は、両耳の中央に置いた平面に関して厳密には対称ではなく、その非対称性にはユーザにより個人差がある。

頭部伝達関数は、標準的な形式が各種データベースとなって公開されているが、いずれも厳密にはユーザの頭部各部位の形状によって若干異なるので、上記左右間の非対称性を含めて、本関数に持たせたパラメータ値をユーザごとに調節するのが望ましい。

また、地面や周囲の壁面からの反射音の影響については、本実施例の場合、例えば、屋外の舗装道路面がユーザの身長分だけ低い位置にあることを想定して仮想受信信号を予め反射音を重畳した形に変調しておくのが望ましい。

音楽などの臨場感を上げるための音像定位の場合は、音源とユーザの相対位置は固定されているが、本実施例の場合は、音源をユーザに対して、対象とするポイントの輪郭に沿って移動させながら上記のフィルタ演算を繰り返す。

従って、上記の音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源からの音が発生している最中に、ユーザが顔の向きを変更した場合はヘッドセットの絶対方位の変更となり、上記相対空間情報への変換もリアルタイムで変更されなければならない。

図３は、上記のポイントが道路とその横断歩道である場合の、聴覚情報への翻訳の具体例である。
ユーザ１が道路５０の横断歩道５１に近い地点に到達している。

この場合、前記音源の音像定位位置が、矢印ｅ１で示すように、ユーザの現在位置に近い側の道路辺Ａの、ユーザの現在位置に最も近い位置からスタートして、第１の音色で辺Ａに沿って長手方向に移動し、矢印ｅ２で示すように、第２の音色で道路を幅方向に横断し、矢印ｅ３で示すように、第３の音色で現在位置と反対側の道路の辺Ｂに沿って長手方向に移動し、現在位置の向かい側を経てさらに辺Ｂに沿って移動し、矢印ｅ４で示すように、第４の音色で道路を幅方向に横断し、矢印ｅ５で示すように、第５の音色で辺Ａに沿って長手方向に移動しスタート位置に戻った後、矢印ｅ６で示すように、第６の音色で横断歩道の辺Ａ側の位置から横断歩道に沿って横断報道の辺Ｂ側の位置に移動する。

一般にユーザは音源の方向、この場合、音像定位位置の方向に顔を向ける傾向がある。例えば、最初ユーザが図３に示すように道路の対岸、即ち正面を向いている場合でも、音像定位位置が矢印ｅ１で示すように移動すると、ユーザは矢印ｅ１に沿って顔の向きを変える場合がある。
従って、例えば矢印ｅ１の終点でユーザの顔の向きが矢印ｅ１の終点の方向、即ち図３でユーザ自身から見て左方を向いている場合は、音像定位位置は図３に示すようにユーザの左方ではなく、ユーザの正面になるように（リアルタイムで）変更される。

これにより、ユーザ１は道路５０の輪郭と横断歩道５１の位置関係を聴覚的に知ることができる。
矢印ｅ３の部分が矢印ｅ１、ｅ５の部分と道路の幅だけ離れておれば、矢印ｅ２とｅ４の部分は省略してもよい。

図４は、上記のポイントが駅のプラットフォーム６０とその階段６１である場合の、聴覚情報への翻訳の具体例である。
ユーザ１が列車（図示せず）からプラットフォーム６０のある箇所に降り立っている。

この場合、前記音源の音像定位位置が、矢印ｆ１で示すように、ユーザの現在位置に近い側のプラットフォームの辺Ｃの、ユーザの現在位置に最も近い位置からスタートして、第７の音色で辺Ｃに沿って長手方向に階段６１の位置まで移動し、矢印ｆ６で示すように、第１２の音色で階段６１の輪郭を表示した後、矢印ｆ２で示すように、第８の音色でプラットフォームを幅方向に横断し、矢印ｆ３で示すように、第９の音色で現在位置と反対側のプラットフォームの辺Ｄに沿って長手方向に移動し、現在位置の向かい側を経てさらに辺Ｄに沿って移動し、矢印ｆ４で示すように、第１０の音色でプラットフォームを幅方向に横断し、矢印ｆ５で示すように、第１１の音色で辺Ｃに沿って長手方向に移動しスタート位置に戻る。

これにより、ユーザ１はプラットフォーム６０及び階段６１の輪郭と、両者の位置関係を聴覚的に知ることができる。
矢印ｆ３の部分が矢印ｆ１の部分とプラットフォームの幅だけ離れて定位されているので、矢印ｆ２とｆ４の部分は省略してもよい。
また、上記実施例３、４において、第１〜第１１の音色の一部は同一であってもよい。

上記実施例４において、例えばプラットフォームの輪郭のうち辺Ｃに沿って矢印ｆ１で示すように、第７の音色を音源定位して発する場合に、前記第７の音色として、一定の距離（例えば、１ｍ）ごとに発せられる打刻音からなる断続音を採用する。
このようにすれば、ユーザ１は現在位置から階段までの距離を、連続音の場合のように定性的ではなく、打刻音の数により定量的に把握することができる。
さらに、矢印ｆ１だけではなくｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５に沿っても、第７の音色と同一の断続音を第８〜第１１の音色として採用すると、ユーザ１は，プラットフォームの形状、即ち、面積的な広がりを持った輪郭を打刻音の数により定量的に把握することができる。
なお、階段６１の輪郭を示す第１２の音色は、例えば、「コトン・コトン〜」のような階段を示唆する擬音を使ってもよく、さらに同時に、階段が昇り階段であるか、降り階段であるかに応じて、矢印ｆ６で示す音源定位位置が階段に沿って上昇または下降してもよい。

第１の実施例に係る、視覚障害者用ナビシステムの構成図である。 第１の実施例に係る、視覚障害者用ナビシステムの動作フロー図である。 第３の実施例に係る、ポイントが道路とその横断歩道である場合の、聴覚情報への翻訳の具体例である。 第４の実施例に係る、ポイントが駅のプラットフォーム６０とその階段６１である場合の、聴覚情報への翻訳の具体例である。

符号の説明

１ ユーザ（視覚障害者）
１０ ヘッドセット
１１、１２ イヤフォン
１３ マイクロフォン
１５ ＵＳＢケーブル
１９ 携帯電話端末
２０ 基地局
２５ ＧＰＳ衛星
３０ 携帯電話網
４０ サーバ
５０ 道路
５１ 横断歩道
６０ （駅の）プラットフォーム
６１ （駅のプラットフォームの）階段

Claims (6)

1. 携帯電話網、又は携帯電話網とＧＰＳを用いた視覚障害者用ナビシステムであって、視覚障害者をナビするための対象物の輪郭を含む空間情報が、音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源によって前記視覚障害者に伝えられる、ことを特徴とする視覚障害者向けナビシステム。
2. 少なくとも、前記視覚障害者が装着する、前記携帯電話網を介して音声及びデータ受発信が可能であり、かつ方位センサを内蔵するヘッドセットと、前記ヘッドセットと前記携帯電話網を介して接続されたサーバを含み、
   視覚障害者が携帯電話端末を介してサーバに目的地を告げる段階と、
   サーバが前記携帯電話網及び／又はＧＰＳを介してヘッドセットの位置を検出し、前記方位センサにより視覚障害者の方向を検出して視覚障害者の現在位置と進行方向を認知する段階と、
   サーバが目的地に至るルートと途中のポイントを前記対象物として決定する段階と、
   サーバが視覚障害者の進行による現在位置を携帯電話網、又はＧＰＳを介してトレースする段階と、
   視覚障害者が前記ポイントに到達すると、サーバが前記ポイントの輪郭を含む属性データを前記ヘッドセットに送信する段階と、
   前記ヘッドセットが、前記ポイントの輪郭を音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する音源からの音に変換して視覚障害者に伝える段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者向けナビシステム。
3. 前記音像定位された音源からの音は、視覚障害者の頭部伝達関数をシミュレートするフィルタ演算により原音から算出されることを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者向けナビシステム。
4. 前記ポイントが道路であり、前記音源の定位位置が、前記道路の、視覚障害者の現在位置に近い側の辺（辺Ａとする）の現在位置に最も近い位置からスタートして、第１の音色で辺Ａに沿って長手方向に移動し、第２の音色で道路を幅方向に横断し、第３の音色で現在位置と反対側の道路の辺（辺Ｂとする）に沿って長手方向に移動し、現在位置の向かい側を経てさらに辺Ｂに沿って移動し、第４の音色で道路を幅方向に横断し、第５の音色で辺Ａに沿って長手方向に移動しスタート位置に戻った後、第６の音色で横断歩道の辺Ａ側の位置から横断歩道に沿って横断報道の辺Ｂ側の位置に移動する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の視覚障害者向けナビシステム。
5. 前記ポイントが駅のプラットフォームであり、前記音源は、前記駅のプラットフォームの、視覚障害者の現在位置に近い側の辺（辺Ｃとする）の現在位置に最も近い位置からスタートして、第７の音色で辺Ｃに沿って長手方向に移動し、第８の音色で駅のプラットフォームを幅方向に横断し、第９の音色で現在位置と反対側の駅のプラットフォームの辺（辺Ｄとする）に沿って長手方向に移動し、現在位置の向かい側を経てさらに辺Ｄに沿って移動し、第１０の音色で駅のプラットフォームを幅方向に横断し、第１１の音色で辺Ｃに沿って長手方向に移動しスタート位置に戻り、第１２の音色でプラットフォーム上の階段の輪郭を示す、
   ことを特徴とする請求項２に記載の視覚障害者向けナビシステム。
6. 音像定位位置が前記輪郭に沿って移動する前記音源の音色が、前記輪郭に沿って一定の距離ごとに発せられる断続音を含むことを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者向けナビシステム。

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