JP2015164498A - 視覚障害者用補視骨導眼鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 視覚障害者は白い杖を用いて前方の路面をたたいて障害物を確認しながら歩行する。しかし、白い杖が届く範囲の障害物は確認できるが、より広い範囲の障害物の確認は困難である。【解決手段】 被写体の距離を測定できる撮像手段と、骨伝導手段と、前記撮像手段により検出された被写体（障害物）の情報を基に前記骨伝導手段を駆動することを特徴とする視覚障害者用眼鏡。外耳を経由せずに頭骨を経て視覚障害者の内耳に直接に伝えることができ、耳を塞ぐ必要がない。【選択図】図１

Description

本発明は、視覚障害者が安全な歩行のために着用する眼鏡に関する。

視覚障害者は、一般に、白い杖を用いて前方の路面をたたいて障害物を確認しながら歩行する。しかし、白い杖が届く範囲の障害物は確認できるが、より広い範囲の障害物の確認は困難である。

図１０は特許文献１（特開２００２−３０６５５３号）に示された視覚障害者用の眼鏡の斜視図である。眼鏡１００に基板１０１を取り付け、その基板１０１上に超音波センサ１０２を設置し、この超音波センサ１０２が受けた超音波を処理し、物体を検知したときにはスピーカー１０３から音を出して視覚障害者に知らせる。超音波は障害物により反射され、超音波が発振された時刻から反射超音波を受けた時刻の差により、眼鏡と障害物との距離が分かり、その距離に応じた音をスピーカーより出すことができる。従って、視覚障害者の白い杖が届かない範囲でも、前方に障害物があれば、その障害物までの距離が分かり、視覚障害者の行動を補助することができる。

特開２００２−３０６５５３号 特許４０７１７９３号 Ｎｅｗ ｃａｍｅｒａ ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｅｕｒｏｅ ２００６（Ｓｔｒａｕｓｂｕｒｇ，Ｆｒａｎｃｅ）

図１０の従来例ではいくつかの課題がある。第１の課題は、障害物の検知に超音波センサを用いることである。超音波の反射により障害物の存在とその距離は検知できるが、障害物の形状は分からない。特に、駅のホームを歩行中には、線路上からは超音波は反射してこないので、そこに線路がありホームが無くなることが検知できず、非常に危険である。

第２の課題は、超音波センサにより障害物を検知したときは、スピーカーにより音で視覚障害者に知らせることである。音を出せば周囲にいる他の人に迷惑になる。その迷惑を低減するためにイヤホンを用いることができるが、それでは耳を塞ぐことになり、通常の音を聞くことを妨害し、車の接近などに対して危険である。

第３の課題は、図１０の構成では、眼鏡の一部に超音波センサやスピーカーを取り付け、通常の眼鏡としての美観を損なう。

前述の課題を解決するために、本発明の視覚障害者用眼鏡は、複数の光学系から成る撮像手段と、骨伝導手段と、前記撮像手段の出力を基に視覚補助信号を形成する信号形成手段とを有し、前記視覚補助信号を基に前記骨伝導手段を駆動することを特徴とする。この発明により、複数の光学系から成る撮像手段により被写体である障害物を検出し、その検出結果を基に形成された視覚補助信号により骨伝導手段を駆動し、外耳を経由させずに頭骨を経て視覚障害者の内耳に直接に伝えることができ、耳を塞ぐ必要がない。

また、本発明の視覚障害者用眼鏡は、前記複数の光学系の各々の光軸が略平行であり、前記複数の光軸の間隔が５ｍｍ以下であり、前記撮像手段が撮像する被写体の形状と距離を計測することを特徴とする。この発明により、１ｍから数ｍの比較的近距離にある障害物の形状と距離を正確に計測でき、より正確な検知結果を視覚障害者に知らせることができる。

更に、本発明の視覚障害者用眼鏡は、前記撮像手段を、鼻の上部に相当する中央部に形成することを特徴とする。前述のように、複数の光軸の間隔が５ｍｍ以下であるので、撮像手段を小さく構成でき、その撮像手段を眼鏡の中央部に形成でき、眼鏡の美観を損なわない。

更に、本発明の視覚障害者用眼鏡は、前記視覚補助信号が、前記被写体の形状と距離に基づく音の高さと長さを有することを特徴とする。この発明により、被写体である障害物の大きさと距離を音の高さと長さで知らせるので、言葉で知らせることと比較して、視覚障害者に早く判断させることができ、速やかに危険を察知することができる。

また、本発明の視覚障害者用眼鏡は、前記複数の光学系の各々の光軸の方向が所定範囲内に所定時間以上あるときに、前記骨伝導手段を駆動することを特徴とする。この発明により、視覚障害者が、これから進もうとする関心の高い方向を所定時間以上に向いた場合のみ、その方向の障害物を知らせる。進行方向とは異なる方向を短時間向いた場合には、その方向にある障害物は知らせる必要はない。これにより、無意味に骨伝導を駆動することを防ぐ。

更に、本発明の視覚障害者用眼鏡は、前記撮像手段の被写体の動きにより前記光軸の方向の範囲を判定することを特徴とする。この発明により、視覚障害者が関心の高い方向を向いていることを容易に判断できる。

本発明の視覚障害者用眼鏡により、被写体である障害物の大きさと距離を検出することができ、耳を塞ぐ必要なく、その検出結果を骨伝導手段により頭骨を経て視覚障害者の内耳に直接に伝えることができるようになる。すなわち、通常の音を聞くことを妨げずに、白い杖が届かない範囲にある障害物を検知することができ、安全性が向上する。

図１は本発明の視覚障害者用眼鏡の斜視図である。 図２は本発明の撮像装置の構造図である。 図３は被写体と撮像装置との距離を測定する原理の説明図である。 図４は本発明の視覚障害者用眼鏡の信号伝達を示す図である。 図５は２つの光学系の基線長が小さいときの、被写体画像を示す図である。 図６は２つの光学系の基線長が大きいときの、被写体画像を示す図である。 図７は駅のホームにおいて線路の方向を向いた場合の撮像画像である。 図８は撮像画像全体の中に設定される中央部分を示す図である。 図９は本発明の第２実施形態の撮像装置の構造図である。 図１０は従来の超音波センサを用いた視覚障害者用眼鏡の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

実施形態１

図１は、本発明の視覚障害者用眼鏡の斜視図である。視覚障害者用眼鏡１０をかけたときの鼻の上部に相当する中央部に、撮像装置１１を形成する。図１では、２個の光学系を有する撮像装置１１を図示している。耳にかける部分１２の中には、骨伝導振動装置１３（図示せず）、撮像装置１１の出力を基に視覚補助信号１５を形成するＬＳＩ１４（図示せず）、電池が内蔵されている。骨伝導振動装置１３およびＬＳＩ１４は、左右両方の耳にかける部分に内蔵されても良いが、低コスト化のためには、視覚障害者が好む方の右か左のどちらかの耳にかける部分１２に内蔵されることが好ましい。撮像装置１１とＬＳＩ１４は信号線（図示せず）で接続され、ＬＳＩ１４と骨伝導振動装置１３も信号線（図示せず）で接続されている。撮像装置１１、骨伝導振動装置１３、およびＬＳＩ１４が、各々、特許請求の範囲の撮像手段、骨伝導手段、および信号形成手段に相当する。

撮像装置１１について詳細に説明する。図２は撮像装置１１の基本要素の構造図である。図２では２つの光学系の例を示している。本発明の目的には、解像度の高い画像は必要なく、簡単な単レンズを用いた光学系で十分であり、１０万画素程度の安価な撮像素子を用いることができる。第１の光学系は単レンズ２１と撮像素子２３により構成され、光軸２５は単レンズ２１および撮像素子２３の略中心を通る。同様に、第２の光学系は単レンズ２２と撮像素子２４により構成され、光軸２６は単レンズ２２および撮像素子２４の略中心を通る。光軸２５と光軸２６は略平行であり、それらの傾きは３°以下が好ましい。この構造の撮像装置１１を図１の鼻の上部に相当する中央部に埋め込む。この撮像装置１１を用いれば、撮像素子に映る被写体の形状が認識できるだけでなく、その被写体の撮像装置からの距離も測定できる。

図３は、撮像装置１１による、被写体と撮像装置との距離を測定する原理の説明図である。図３において、図２と同じ構成要素には同じ番号を付し、詳細な説明を省略する。撮像素子２３および２４の撮像面は同一平面３０上に設置されている。光軸２５および２６の間隔（基線長）をＤ、単レンズ２１および２２の焦点距離をｆで表す。被写体３１（矢印で示す）の単レンズ２１による像３２が光軸２５上に撮像される場合は、単レンズ２２による像３３は光軸２６から視差Δだけずれた位置に撮像され、像３２および像３３は単レンズ２１および単レンズ２２の主面から（ｆ＋δ）の平面３０上に形成される。図３において、近似的に次の（数１）が成り立つ。

Ｌがｆより遙かに大きいとすれば、δは次の（数２）で近似される。

視覚障害者が障害物の存在を知りたいとき、白い杖が届かない範囲で最も関心の高い距離は１ｍから５ｍ程度である。例えば、Ｌを２ｍ（２０００ｍｍ）、ｆを３ｍｍとすれば、（数２）よりδは０．００４５ｍｍであり、撮像平面３０は単レンズ２１および２２の焦点面より４．５μｍ遠い位置に設置すれば良い。本発明の目的では解像度の高い画像は必要ないので、撮像素子２３および２４を前述の撮像平面３０に固定しても、２ｍより近い５０ｃｍ程度の距離から無限遠までの障害物の画像も十分に撮像できる。

２つの撮像素子２３および２４の撮像画像を信号処理して視差Δが求められ（求め方は後述の［００２３］を参照）、このΔより次の（数３）を用いて撮像装置（単レンズ２１および２２）と被写体３１の距離Ｌが求められる。

図４は、本発明の視覚障害者用眼鏡の信号伝達を示す図である。撮像装置１１の撮像素子２３および２４により撮像した画像データを、信号線４１および４２を経て、耳にかける部分１２に内蔵されたＬＳＩ１４に伝達し、画像処理により視差Δを求める。ＬＳＩ１４では、被写体の形状と、（数２）を用いて測定した被写体の距離Ｌを基に、視覚補助信号１５を形成する。信号線４３を経てこの視覚補助信号１５を骨伝導振動装置１３に伝達する。骨伝導振動装置１３を視覚補助信号１５に応じて駆動し、視覚障害者の頭骨を経て内耳に直接伝えて、被写体の形状と距離の情報を視覚障害者に知らせる。信号線４１および４２は眼鏡のフレーム内に埋め込まれ、信号線４３は耳にかける部分１２の中に配置されている。また、骨伝導振動装置１３は、眼鏡を耳にかける部分１２の中で最も頭骨に伝え易い位置に埋め込むことが好ましく、例えば、図４のような位置である。

視覚障害者が歩行する際に、本発明の視覚障害者用眼鏡をかけ、白い杖で路面の障害物を確認しながら歩行する。白い杖が届かない１ｍから数ｍの範囲も、撮像装置に映る画像を基に、障害物である被写体の形状と距離を検知できれば安全な歩行の助けになる。このような本発明の目的では、撮像装置と被写体の距離は１ｍから数ｍ程度の近距離が正確に測定できれば良い。例えば、図５のように、視覚障害者が歩行中に、前方に幅Ｗ、高さＨの箱形の障害物５１が比較的近距離（１ｍ程度）にあり、２つの光学系の光軸の間隔（基線長）Ｄが２ｍｍの撮像装置を用いる場合を考える。撮像素子２３の撮像画像は実線で表され、撮像素子２４の撮像画像は破線で表される。この破線画像をずらして実線画像と一致させるような画像処理を実施すれば、この「ずれ量」が視差Δとして求められる。この視差Δより箱型障害物の距離Ｌは（数３）を用いて計算できる。距離Ｌが分かれば、撮像素子上の箱形障害物の画像の大きさより、実際の箱形障害物５１の幅Ｗと高さＨが計算される。このようにして障害物の形状と距離が求められる。

図５と同様の位置にある障害物に対して、２つ数の光学系の光軸の間隔（基線長）Ｄが大きい（例えば１５ｃｍ）撮像装置を用いた場合は、図６のような撮像画像が得られる。一方の光学系の撮像画像が実線のように見える場合、基線長Ｄが大きいために、他方の光学系の撮像画像は破線のように箱形障害物の端面も見えてしまい、実線の形状に比べて歪んでいる。この場合は、画像処理により「ずれ量」を求めることは困難になり、正確な視差が求められなくなる。このように、比較的近距離（１ｍ）の障害物の距離を正確に測定するには、２つの光学系の基線長Ｄは小さい方が良い。

２つの光学系の光軸の間隔（基線長）Ｄが５ｍｍ以下ならば、前述のように、比較的近距離（１ｍ）の障害物に対しても正確に距離Ｌを測定でき、かつ、撮像装置１１を小さく構成することができる。従って、この撮像装置１１を鼻の上部に相当する眼鏡の中央部に埋め込むことができ、眼鏡として美観を損ねることはない。

視覚補助信号１５として、「前方Ｌの位置に高さＨ、幅Ｗの障害物があります。」などのように言葉で知らせることができる。しかし、周囲の多くの音を聞きながら歩行する視覚障害者にとっては、言葉で知らせることは冗長であり、情報を瞬時に理解できない可能性がある。高さＨまたは幅Ｗの大きさを音の高さで、また、距離Ｌの大きさを音の長さで知らせれば、瞬時に理解できるようになる。例えば、高さＨが大きさほど高い音で知らせ、距離Ｌが遠いときは短い音で知らせ、近づくにつれて長い音にする。衝突する危険のあるときはより長い音で知らせる。

視覚障害者が駅のホームを歩行中に、ホーム上に図５のような傷害物があることが分かったとき、右方向あるいは左方向に進行方向を変更する必要に迫られる。その場合、頭を右側あるいは左側に振って安全な進行方向を確認したい。特に、線路が左右のどちらかにあるかを知ることは重要である。図７は、駅のホームを歩行中に、線路の方向を向いた場合の撮像画像である。ホームの端部７１の下部７２はホームの画像であり、距離は１ｍ程度である。また、ホームの端部７１の上部は線路の向こう側の画像７３であり、対向ホームであったり、駅の壁であったりするが、図７には詳細は明記していない。この画像部分７３の距離を測定すれば数ｍ以上である。すなわち、明確な境界７１の下部から上部で急激に距離が大きくなり、境界７１より遠くは急に何も無いことが予想される。この状況を特に低い音で知らせるようにすれば、ホームを歩行中であれば、この情報が線路によりホームが無くなることが判別できる。

視覚障害者が本発明の視覚障害者用眼鏡をかけて歩行中に、頭を左右に動かして進行方向とは異なる方向を向くことがあるが、その左右の方向の障害物の情報には興味がない場合がある。このように、短時間だけ向いた方向の障害物情報を逐次知らせていては、不必要に骨伝導振動装置による音が聞こえてくる。そこで、視覚障害者が関心のある方向のみの傷害物情報を得ることを考える。そのために、視覚障害者が関心のある方向を所定時間以上見続けた場合のみ、骨伝導振動装置を駆動することが好ましい。

視覚障害者が関心のある方向を所定時間以上見続けたか否かを判定する方法を説明する。頭を移動中には、撮像装置に映る被写体画像は移動する。あるいは、短時間のみ頭を向けた場合は、撮像装置に映る被写体画像は短時間で変化する。従って、撮像装置に映る画像において、その全体画像の中心部分を設定し、被写体がその中心部分に所定時間以上留まっていれば、関心のある方向を見続けたと判断できる。例えば、図８において、ＡＢＣＤが撮像装置の全体画像であり、その中に中央部分ＥＦＧＨを設定する。被写体を矢印８１で表すと、この矢印８１が中央部分ＥＦＧＨ内に所定時間留まる場合を、関心のある方向を見続けたと判断することになる。この設定した中央部分ＥＦＧＨは、撮像装置の各光学系の光軸が向く所定範囲に相当する。すなわち、撮像装置の各光学系の光軸が互いに略平行であり、それらの光軸の方向が所定範囲内に所定時間以上留まるときに、関心ある方向を見続けたと判断し、必要ならば骨伝導振動装置を駆動する。ただし、同一の被写体画像が急激に近づいて来て、その被写体画像が中心部分からはみ出す場合は、同様に関心のある方向を見続けたと判断しなければならない。具体的には、図３において、単レンズ２１および２２の焦点距離ｆを３ｍｍ、単レンズ２１および２２の開口徑を２ｍｍとすれば、画像全体は約±２０°の範囲であり、光軸２５および２６の方向の所定範囲を示す中央部分として±１０°を設定すれば良い。この場合、図８において、ＡＢの長さはＥＦの長さの２倍である。また、所定時間として３秒が好ましい。

実施形態２

実施形態１は、図２に示すような、撮像装置が２つの光学系を有する場合である。複数の光学系を有する撮像装置として、図９に示す、４つの光学系を用いることができる。この４眼撮像装置は、特許文献２や非特許文献１に詳しく説明されている。この図９でも、光軸の間隔は５ｍｍ以下に構成することができ、小さな撮像装置として、眼鏡をかけたときの鼻の上部に位置する中央部に埋め込むことができる。また、非特許文献１には、基線長が２ｍｍの撮像装置を用いれば、被写体の距離が１ｍ程度では誤差が２．５％（２．５ｃｍ）程度であり、十分に正確であることが述べられている。この測距精度は実施形態１の２つの光学系を有する撮像装置にも当てはまる。

本発明の視覚障害者用眼鏡は、視覚障害者が屋外を歩行する際の安全を高め、傷害の有無に関わらず同様に生活できる成熟した社会に必要な器具の一つを提供する。

１０ 視覚障害者用眼鏡
１１ 撮像装置
１２ 眼鏡を耳にかける部分
１３ 骨伝導振動装置
１４ 信号形成ＬＳＩ
２１ 単レンズ
２２ 単レンズ
２３ 撮像素子
２４ 撮像素子
２５ 光軸
２６ 光軸
３１ 被写体
３２ 被写体の撮像画像
３３ 被写体の撮像画像
５１ 箱形障害物
１００ 従来の視覚障害者用眼鏡
１０１ 基板
１０２ 超音波センサ
１０３ スピーカー

Claims (6)

1. 複数の光学系から成る撮像手段と、骨伝導手段と、前記撮像手段の出力を基に視覚補助信号を形成する信号形成手段とを有し、前記視覚補助信号を基に前記骨伝導手段を駆動することを特徴とする視覚障害者用眼鏡。
2. 前記複数の光学系の各々の光軸が略平行であり、前記複数の光軸の間隔が５ｍｍ以下であり、前記撮像手段が撮像する被写体の形状と距離を計測することを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者用眼鏡。
3. 前記撮像手段を、鼻の上部に相当する中央部に形成することを特徴とする請求項２に記載の視覚障害者用眼鏡。
4. 前記視覚補助信号が、前記被写体の形状と距離に基づく音の高さと長さを有することを特徴とする請求項２または３に記載の視覚障害者用眼鏡。
5. 前記複数の光学系の各々の光軸の方向が所定範囲内に所定時間以上あるときに、前記骨伝導手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者用眼鏡。
6. 前記撮像手段の被写体の動きにより前記光軸の方向の範囲を判定することを特徴とする請求項５に記載の視覚障害者用眼鏡。

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