KR100563193B1 - Signal transformation method and guidance system providing auditory and tactile indoor/outdoor traveling information for the blind - Google Patents

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KR100563193B1
KR100563193B1 KR1020040100557A KR20040100557A KR100563193B1 KR 100563193 B1 KR100563193 B1 KR 100563193B1 KR 1020040100557 A KR1020040100557 A KR 1020040100557A KR 20040100557 A KR20040100557 A KR 20040100557A KR 100563193 B1 KR100563193 B1 KR 100563193B1
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김종희
김영집
김병국
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 초음파 센서 및 GPS를 이용한 시각장애인의 보행에 필요한 장애물 정보 및 전역 위치 정보를 청각 또는 촉각으로 전달하는 휴대용 보행 안내 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a portable walking guidance method and apparatus for transmitting an audible or tactile sense of obstacle information and global position information required for walking of an visually impaired person using an ultrasonic sensor and a GPS.

본 발명에서는 2개의 초음파 센서가 부착된 안경 및 4개의 초음파 센서가 부착된 카트로부터 획득한 사용자의 시선 방향과 보행 방향 및 좌우 방향의 장애물에 대한 거리 및 방향의 종합적인 정보를 이어폰을 통한 신호음 또는 소형 모터를 통한 진동으로 전달하며, GPS로부터 사용자가 목적지에 도달하기 위한 위치 정보(사용자의 현재 위치, 목적지까지의 거리, 목적지로 가기 위한 방향 정보 등) 등을 음성으로 전달하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the comprehensive information of the user's gaze direction, walking direction and left and right direction obstacles obtained from glasses with two ultrasonic sensors and a cart with four ultrasonic sensors is provided. It transmits by vibration through a small motor, it is characterized in that the location information for the user to reach the destination from the GPS (user's current location, distance to the destination, direction information to go to the destination, etc.) and the like voice.

따라서, 본 발명은 시각 장애인이 원하는 목적지까지 도달하는데 필요한 위치 정보 및 보행 중의 보행 방향 및 시선 방향의 장애물에 대한 거리 및 방향 정보를 제공하여 원하는 목적지에 안전하게 도달할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention provides the location information necessary for the visually impaired to reach a desired destination, and the distance and direction information on obstacles in the walking direction and the gaze direction during walking, thereby providing an effect of safely reaching the desired destination.

시각 장애인 안내 시스템, 휴대용 보행 안내 장치, 초음파 센서, GPS, 음성 합성, 음향인지 훈련기능, 목적지 유도 장치, 장애물 감지Blind Guidance System, Portable Walking Guidance Device, Ultrasonic Sensor, GPS, Speech Synthesis, Acoustic Cognitive Training, Destination Guidance Device, Obstacle Detection

Description

시각 장애인의 실내/실외 보행을 위한 시각 정보를 청각 및 촉각 정보로 변환하는 보행 안내 장치 및 방법{Signal Transformation Method and Guidance System Providing Auditory and Tactile Indoor/Outdoor Traveling Information for the Blind}Sign and Transformation Method and Guidance System Providing Auditory and Tactile Indoor / Outdoor Traveling Information for the Blind}

도 1은 본 발명의 전체 구성에 대한 개념을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the concept of the overall configuration of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 시각 장애인을 위한 초음파 센서가 장착된 안경 부시스템도이다.FIG. 2 is an eyeglasses sub-system diagram equipped with an ultrasonic sensor for the visually impaired illustrated in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 시각 장애인을 위한 초음파 센서, 진동 모터, 바퀴가 장착된 2단 접이식 카트 부시스템도이다.3 is a two-stage folding cart sub-system diagram equipped with an ultrasonic sensor, a vibration motor, and wheels for the visually impaired shown in FIG. 1.

도 4는 2개의 초음파 센서로부터 반사파를 이용하여 장애물의 거리 및 방향을 산출하는 원리의 설명도이다.4 is an explanatory diagram of a principle of calculating the distance and direction of an obstacle using reflected waves from two ultrasonic sensors.

도 5는 도 1에 도시된 휴대용 신호 처리 및 변환 장치의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.FIG. 5 is a block diagram illustrating an internal configuration of the portable signal processing and conversion device shown in FIG. 1.

도 6은 본 발명의 장애물 탐지 거리 정확도를 개선하기 위한 반사파 적분법의 구성도이다.6 is a block diagram of a reflection wave integration method for improving the obstacle detection distance accuracy of the present invention.

도 7은 본 발명의 장애물 탐지 거리 확대를 위한 가변펄스 송신 방법의 과정을 보여주는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a process of a variable pulse transmission method for expanding an obstacle detection distance according to the present invention.

도 8은 본 발명의 2채널의 초음파 수신부를 6개의 초음파 센서가 공유하여 반사파를 처리하기 위한 초음파 송수신부 블럭도이다.8 is a block diagram of an ultrasonic transceiver for processing reflected waves by sharing six ultrasonic sensors of an ultrasonic receiver of two channels of the present invention.

도 9는 본 발명의 세 종류의 시각 정보를 사용자가 인지할 수 있는 신호음의 청각 정보로 표현하는 방법을 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating a method of expressing three types of visual information of the present invention as auditory information of a signal tone that a user can recognize.

도 10은 본 발명의 공간 인지율을 높이기 위한 소리의 크기 평준화 방법을 나타낸 도면이다.10 is a view showing a sound level leveling method for increasing the spatial recognition rate of the present invention.

도 11은 본 발명의 GPS로부터 획득한 위치 정보로부터 위치 안내를 위한 보행로 결정 방법을 나태낸 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a pedestrian path determining method for location guidance from location information acquired from a GPS of the present invention.

도 12는 본 발명의 휴대용 장치의 제한된 메모리에서 임의의 음절을 음성으로 표현하기 위한 발음 조합법에 근거한 음성합성 방법을 나타낸 도면이다.12 is a diagram illustrating a speech synthesis method based on a pronunciation combination method for expressing arbitrary syllables as speech in a limited memory of the portable device of the present invention.

도 13은 본 발명의 동작 모드 및 키패드를 이용한 동작 모드 사용 방법을 나타내는 도면이다.13 is a view showing an operation mode and a method of using the operation mode using the keypad of the present invention.

<도면의 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

100 : 보행 안내 장치 101 : 안경 부시 시스템100: walk guide device 101: glasses bush system

102 : 카트 부시 시스템 103 : 신호처리 및 변환장치102: cart bush system 103: signal processing and conversion device

104 : 스트레오 이어폰 105 : 소형 진동 모터104: stereo earphone 105: small vibration motor

201 : 송수신겸용 초음파센서201: Ultrasonic sensor for both transmission and reception

301 : 장애물 탐지 초음파센서 302 : 거리탐지 초음파센서301: Obstacle Detection Ultrasonic Sensor 302: Distance Detection Ultrasonic Sensor

303 : 소형 진동 모터 304 : 바퀴303: small vibration motor 304: wheels

305 : 손잡이305 handle

501 : 송신부 502 : 수신부501: transmitting unit 502: receiving unit

503 : 신호변환부 504 : 키패드503: signal conversion unit 504: keypad

505 : 마이크로 콘트롤러 505: microcontroller

본 발명은 시각 장애인을 위한 휴대용 보행 안내 장치에 관한 것이다. 특히, 초음파 센서 및 GPS를 이용하여 사용자의 시선 방향 및 보행 방향의 장애물을 감지하고 목적지까지 도달하는데 필요한 위치 정보를 청각(신호음 또는 음성) 또는 촉각(진동) 정보로 전달하여 원하는 목적지에 안전하게 도달할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a portable walking guidance device for the visually impaired. In particular, by using an ultrasonic sensor and GPS to detect obstacles in the user's gaze direction and walking direction, and delivers the location information necessary to reach the destination as audible (sound or voice) or tactile (vibration) information to safely reach the desired destination. And a method and apparatus for enabling the same.

시각 장애인을 위한 보조 기구로 시각 장애인용 지팡이(white-cane)가 널리 사용되고 있으나 이를 사용하기 위해서는 오랜 기간의 훈련이 필요하고 또한 장애물 등의 감지 정보가 부족하여 상해를 입는 경우가 빈번히 발생한다. 이를 보완하기 위해 국내외적으로 전자 보행 장치에 관한 연구가 진행되어 왔고 장애물 감지 장치가 주를 이룬다.Although the white-cane is widely used as an auxiliary device for the visually impaired, the use of the white-cane for the visually impaired requires a long period of training and also frequently causes injuries due to lack of detection information such as obstacles. In order to compensate for this, researches on electronic pedestrian devices have been conducted at home and abroad, and obstacle detection devices are mainly used.

대한민국 공개특허공보 특2001-0001677호의 “시각 장애인용 장애물 감지 경보장치”에는, 초음파 센서가 부착된 감지 경보 장치를 목에 걸어 휴대하여 전방의 장애물의 유무를 감지하여 3단계의 경보 체계로 알려주는 기술이 개시되어 있다. 그 러나 감지거리가 1.5미터로 짧아 사용자의 보행속도를 고려할 때에 안전성을 보장하는데 어려움이 있으며, 장애물의 유무만을 알려주기 때문에 사용자는 지팡이를 이용하여 장애물이 있는 위치를 확인해야 하는 문제점을 가지고 있다.The “obstacle detection alarm device for visually impaired people” of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0001677 includes a three-stage alarm system that detects the presence of obstacles in front by carrying a detection alarm device equipped with an ultrasonic sensor on the neck. Techniques are disclosed. However, since the sensing distance is short as 1.5 meters, it is difficult to guarantee the safety when considering the walking speed of the user, and since the user only knows the presence or absence of an obstacle, the user needs to check the location of the obstacle using a cane.

대한민국 공개특허공보 특2002-0031690호의 “시각 장애인을 위한 초음파 센서가 장착된 안경”에는, 초음파 센서가 장착된 안경을 착용하여 머리 부분의 장애물을 감지하여 거리에 따라 신호음이 발생하는 시간 간격을 조절하여 안전한 보행을 도와주는 기술이 게시되어 있다. 그러나 장애물의 방향 등에 대한 정보의 부족으로 장애물이 있음을 인지하고도 안전한 보행을 위해 장애물의 위치를 확인해야한다는 문제점을 가지고 있다.In the "glasses equipped with an ultrasonic sensor for the visually impaired" in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0031690, a glasses equipped with an ultrasonic sensor are worn to detect an obstacle on the head to adjust a time interval at which a beep is generated according to the distance. Technology to help you walk safely has been posted. However, there is a problem in that the location of the obstacle must be confirmed for safe walking even when the obstacle is recognized due to the lack of information on the direction of the obstacle.

대한민국 공개특허공보 특2000-0054125호의 “시각 장애인용 착용 가능 보행 안내 장치 및 방법”에는, 두 대의 카메라 및 GPS를 이용하여 장애물 감지 및 사용자의 위치 추정을 통해 사용자가 목적지까지 안전한 보행을 할 수 있도록 하는 기술이 게시되어 있다. 그러나 카메라의 영상 정보를 처리하기 위해 고성능의 컴퓨터가 필요하고 영상처리에 많은 시간이 소요되며, 또한 착용가능 컴퓨터와 고성능 컴퓨터 사이의 무선 통신 가능 거리 등에 의해 그 사용이 많은 제약을 받는다는 문제점이 있다.In Korean Unexamined Patent Publication No. 2000-0054125, “Wearable walking guide device and method for the visually impaired”, two cameras and GPS are used to allow the user to safely walk to a destination by detecting obstacles and estimating the user's location. Technology is posted. However, there is a problem in that a high performance computer is required to process the image information of the camera, and a lot of time is required for image processing, and the use thereof is restricted by the wireless communication distance between the wearable computer and the high performance computer.

외국의 사례에서 살펴보면, 미국 미시간 대학에서 개발한 초음파 센서가 부착된 소형 로봇을 지팡이 끝에 연결해 전방의 장애물을 탐지하여 자동 조향 우회할 수 있는 GuideCane(I. Ulrich and J. Borenstein, 'The GuideCane - applying mobile robot technologies to assis the visually impaired', IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics, Part A, vol. 31, no. 2, pp. 131-136, 2001)이 있으며, 허리에 부 착하는 벨트 형태의 NavBelt(S. Shoval, J. Borenstein, and Y. Koren, 'The NavBelt - a computerized travel aid for the blind based on mobile robotics technology', IEEE Trans. on Biomedical Engineering, vol. 45, no. 11, pp. 1376-1386, 1998)가 있다. 또한 뉴질랜드의 Sonic-Vision사(http://www.sonicvision.co.nz)에서는 머리에 착용하는 초음파에 의한 시청각 변환장치를 상품화 하였다. 그러나 장애물의 탐지 거리가 짧고, 지엽적인 장애물에 대한 단편적이고 개략적인 정보만을 제공하고 있어서 장애인의 보행을 도와주는데 어려움이 있어 사용이 극히 제한되고 있다.In foreign cases, GuideCane (I. Ulrich and J. Borenstein, `` The GuideCane-applying '') can connect a small robot with an ultrasonic sensor developed by the University of Michigan, USA, to the tip of the wand to detect obstacles ahead and automatically steer. mobile robot technologies to assis the visually impaired ', IEEE Trans.on Systems, Man and Cybernetics, Part A, vol. 31, no.2, pp. 131-136, 2001). Nav Belt (S. Shoval, J. Borenstein, and Y. Koren, 'The NavBelt-a computerized travel aid for the blind based on mobile robotics technology', IEEE Trans. On Biomedical Engineering, vol. 45, no. 11, pp. 1376-1386, 1998). In addition, New Zealand's Sonic-Vision ( http://www.sonicvision.co.nz ) has commercialized an audio-visual transducer based on ultrasound worn on its head. However, since the detection distance of the obstacle is short and only the fragmentary and rough information on the local obstacle is provided, the use of the obstacle is extremely limited.

또한, 대다수의 전자 보행 장치들이 단순 장애물 감지 장치의 역할을 하고 있어서 사용자를 목적지까지 안전하게 안내하기 위한 휴대용 보행 안내 장치의 역할을 하지 못하고 있는 실정이다.In addition, many electronic walking devices serve as simple obstacle sensing devices and thus do not serve as portable walking guide devices for guiding a user safely to a destination.

본 발명은 상기 종래기술의 단점을 보완하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시각 장애인의 보행 중에 필요한 시선 방향 및 보행 경로에 놓여 있는 원거리의 장애물을 탐지하고, GPS를 이용하여 목적지까지 도달하는데 필요한 위치 정보(사용자의 현재 위치, 목적지까지의 거리, 목적지에 도달하기 위한 방향 정보 등)를 획득하여 사용자에게 종합적인 청각(신호음 또는 음성) 및 촉각(진동) 정보로 전달하여 지엽적인 장애물 정보뿐만 아니라 사용자의 절대적인 위치와 이동 방법을 제시할 수 있는 실내외용의 휴대가 가능한 보행 안내 장치 및 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to compensate for the shortcomings of the prior art, an object of the present invention is to detect the obstacles in the gaze direction and walking path required during the walking of the visually impaired, the position required to reach the destination using GPS Obtains information (such as the user's current location, distance to the destination, direction information to reach the destination), and delivers the information to the user as comprehensive auditory (beep or voice) and tactile (vibration) information, as well as local obstacle information. The present invention provides an indoor and outdoor portable walking guide apparatus and method that can suggest an absolute location and a method of movement.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대한 발명의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the invention for the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 전체 구성에 대한 개념을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the concept of the overall configuration of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 실내외용의 휴대가 가능한 보행 안내 장치(100)는 지엽적인 장애물 정보뿐만 아니라 사용자의 절대적인 위치와 이동 방법을 제시할 수 있는 것이다.As illustrated in FIG. 1, the portable walk guide apparatus 100 for indoor or outdoor use according to the present invention may present a user's absolute position and movement method as well as local obstacle information.

본 발명은 시선 방향의 장애물을 감지하기 위한 2개의 초음파 센서가 부착된 안경 부시스템(101)과, 보행 방향의 장애물 감지 및 실내 보행에 필요한 벽까지의 거리 측정을 위한 4개의 초음파 센서가 및 바퀴가 부착된 접이 카트 부시스템(102)과, 사용자의 전역적인 위치 정보를 제공하는 GPS와 센서로부터 정보를 추출하여 사용자가 인지할 수 있는 청각 또는 촉각 정보로 변환하는 신호 처리 및 변환 장치(103)와, 청각 정보를 전달하는 스테레오 이어폰(104) 및 촉각 정보를 전달하는 소형 진동 모터(105)로 구성되어 있다.The present invention provides an eyeglass subsystem 101 equipped with two ultrasonic sensors for detecting obstacles in a gaze direction, and four ultrasonic sensors and wheels for detecting obstacles in a walking direction and distance to a wall required for walking indoors. And processing apparatus 103 for extracting information from a folding cart sub-system 102 having an attached tag, and GPS and sensors providing global location information of the user and converting the information into auditory or tactile information that can be recognized by the user. And a stereo earphone 104 for transmitting auditory information and a small vibration motor 105 for delivering tactile information.

도 2는 시선 방향의 장애물을 탐지하기 위하여 송수신 겸용 초음파 센서(201)를 양 다리에 부착한 안경 부시스템의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a spectacles sub-system in which an ultrasonic sensor 201 for both transmission and reception is attached to both legs in order to detect an obstacle in a gaze direction.

도 3은 보행 방향의 장애물을 탐지하기 위한 2개의 초음파 센서(301)와 실내 보행에 필요한 좌우 벽까지의 거리를 측정하기 위한 2개의 초음파 센서(302), 그리고 사용자가 장애물의 거리 및 방향에 대한 정보를 손가락의 촉각으로 인지할 수 있도록 손잡이(305)에 부착한 3개의 소형 진동 모터(303), 그리고 보행하고 있는 노면의 상태를 전달하여 사용자가 촉각을 이용하여 직감적으로 감지할 수 있도록 하는 바퀴(304)로 구성된 카트 부시스템의 구성도이다.3 shows two ultrasonic sensors 301 for detecting obstacles in the walking direction, two ultrasonic sensors 302 for measuring the distance to the left and right walls required for walking indoors, and a user for the distance and direction of the obstacles. Three small vibration motors 303 attached to the handle 305 so as to recognize the information by the touch of the finger, and the wheel to transmit the state of the walking road surface so that the user can intuitively sense using the touch. It is a block diagram of the cart sub system comprised by 304. As shown in FIG.

도 4는 2개의 초음파 센서로부터 반사파를 이용하여 장애물의 거리 및 방향을 산출하는 원리의 설명도이다.4 is an explanatory diagram of a principle of calculating the distance and direction of an obstacle using reflected waves from two ultrasonic sensors.

안경 부시스템에 의한 시선 방향에 있는 장애물까지의 거리 및 방향 정보와 카트 부시스템에 의한 보행 방향에 있는 장애물까지의 거리 및 방향 정보는 도 4에 도시한 2개의 초음파 센서를 사용한 스트레오로지(stereology)에 의해 동일한 방법으로 구하여 진다. 도 4에서 보는 바와 같이 안경 또는 카트에 부착된 2개의 초음파 센서 A, B가 각각 초음파를 발사하여 D 지점에 있는 반사체로부터의 반사파가 도달하는 시간을 측정하여 센서로부터 반사체까지의 거리를 계산할 수 있다. 이로부터 반사체까지의 거리 및 방향 정보는 다음 식을 통해 구할 수 있다.The distance and direction information to the obstacle in the gaze direction by the eyeglass sub-system and the distance and direction information to the obstacle in the walking direction by the cart sub-system are shown by using the two ultrasonic sensors shown in FIG. 4. Obtained in the same way. As shown in FIG. 4, the two ultrasonic sensors A and B attached to the glasses or the cart each emit an ultrasonic wave to measure the time when the reflected wave from the reflector at the point D arrives to calculate the distance from the sensor to the reflector. . Distance and direction information from this to the reflector can be obtained through the following equation.

Figure 112004056866010-pat00001
Figure 112004056866010-pat00002
,
Figure 112004056866010-pat00001
Figure 112004056866010-pat00002
,

Figure 112004056866010-pat00003
Figure 112004056866010-pat00003

여기서

Figure 112004056866010-pat00004
,
Figure 112004056866010-pat00005
는 반사체로부터 A, B의 센서까지의 측정거리,
Figure 112004056866010-pat00006
은 두 센서사이의 기준선(baseline),
Figure 112004056866010-pat00007
,
Figure 112004056866010-pat00008
는 기준선(baseline)의 중심을 원점으로 하는 반사체의 x,y 좌표이다.here
Figure 112004056866010-pat00004
,
Figure 112004056866010-pat00005
Is the measurement distance from the reflector to the sensors A and B,
Figure 112004056866010-pat00006
Is the baseline between two sensors,
Figure 112004056866010-pat00007
,
Figure 112004056866010-pat00008
Is the x, y coordinate of the reflector whose origin is the center of the baseline.

도 5는 초음파 센서 및 GPS로부터 정보를 추출하여 사용자가 인지할 수 있는 청각 또는 촉각 정보로 변환하는 신호 처리 및 변환 장치의 구성도이다.5 is a block diagram of a signal processing and converting apparatus for extracting information from an ultrasonic sensor and a GPS and converting the information into auditory or tactile information that can be perceived by a user.

신호 처리 및 변환 장치는 전력소모가 적은 초음파를 발사하기 위한 송신부(501), 물체에 부딪혀 돌아온 반사파 신호를 처리하는 수신부(502), 초음파 센서 및 GPS로부터 획득한 장애물 및 사용자 위치 정보를 사용자가 인지할 수 있는 청각 또는 촉각 정보로 변환하는 신호 변환부(503), 사용자가 시스템의 상태를 조작하는 등 입력 기능의 키패드(504), 모든 신호 처리 및 변환을 담당하는 마이크로콘트롤러(505), 그리고 전원을 공급하는 전지로 구성된 전원부로 이루어진다. 마이크로콘트롤러(505)는 초음파 센서의 송신 및 수신된 신호로부터 거리 정보를 추출, 장애물까지의 거리 및 방향정보 계산, 사용자가 인지할 수 있는 청각 또는 촉각 정보로의 변환, GPS로부터 사용자의 현재 위치, 목적지까지의 거리, 목적지에 도달하기 위한 방향 정보 처리, 사용자에게 위치 정보를 전달하기 위한 음성 합성의 기능을 담당한다.The signal processing and conversion apparatus recognizes a user's information about an obstacle and a user's position obtained from a transmitter 501 for emitting an ultrasonic wave with low power consumption, a receiver 502 for processing a reflected wave signal returned from an object, an ultrasonic sensor, and a GPS. A signal conversion unit 503 for converting to auditory or tactile information, a keypad 504 of an input function such as a user operating a system state, a microcontroller 505 for all signal processing and conversion, and a power supply It consists of a power supply consisting of a battery for supplying. The microcontroller 505 extracts distance information from the transmitted and received signals of the ultrasonic sensor, calculates distance and direction information to obstacles, converts the user into perceivable auditory or tactile information, converts GPS from the user's current location, It is responsible for the distance to the destination, direction information processing for reaching the destination, and voice synthesis for delivering location information to the user.

도 6은 초음파 센서를 이용하여 탐지 가능한 장애물의 거리를 확대하고 정확한 거리를 검출하기 위한 ‘가별펄스 반사파 적분’법을 도시한 것이다. FIG. 6 illustrates a 'partial pulse reflected wave integration' method for enlarging the distance of an obstacle that can be detected using an ultrasonic sensor and detecting an accurate distance.

마이크로콘트롤러(505)는 기본 송신 펄스인 16개의 펄스를 매 60ms마다 가변펄스 초음파 송신부를 거쳐 발사하고 초음파를 수신한다(601). 물체에 반사되어 돌아온 반사파는 반사파 증폭을 거쳐(602), 전압 강하가 일어나지 않는 능동 정류기에 의해 파형 정류가 되고(603), 리셋 입력을 가지는 적분기에 의해 신호가 적분된다(604). 적분된 반사파 신호는 2개의 문턱 전압(threshold voltage)을 갖는 더블 쓰레스홀드(Dobule Threshold) 회로를 거쳐(605), 낮은 문턱 전압과 높은 문턱 전압을 지나는 2개의 TOF 검출이 이루어진다(606). 검출된 TOF는 Line Fitting 알고리즘에 의해(606), 반사파 신호가 문턱 전압을 넘어서는 순간이 아닌 반사파 신호가 수신되기 시작한 시점의 더 정확한 TOF 검출이 이루어진다(608). 또한 장애물 탐지 거리를 증가시키기 위하여 초음파 센서의 반사파는 송신 펄스수가 증가함에 따라서 인벨롭 (envelope)이 증가하다가 일정 펄스 수 이상이 되면 진폭은 증가하지 않고 새츄레이션(saturation)되어 반사파 펄스의 듀레이션(duration)만 증가하는 특성을 이용하여 발사하는 초음파 펄스 수를 조절하여 먼거리에 있거나 반사파 신호가 약한 장애물들을 검출할 수 있도록 하였다. The microcontroller 505 fires 16 pulses, which are basic transmission pulses, every 60 ms via the variable pulse ultrasonic transmitter and receives ultrasonic waves (601). The reflected wave reflected back to the object is subjected to reflected wave amplification (602), waveform rectified by an active rectifier without a voltage drop (603), and the signal is integrated by an integrator having a reset input (604). The integrated reflected wave signal is passed through a double threshold threshold circuit having two threshold voltages (605), and two TOF detections are performed (606) across the low and high threshold voltages. The detected TOF is performed by the Line Fitting algorithm (606), so that more accurate TOF detection at the time when the reflected wave signal starts to be received (608), not at the moment when the reflected wave signal exceeds the threshold voltage. Also, in order to increase the obstacle detection distance, the reflected wave of the ultrasonic sensor increases as the number of transmitted pulses increases, but when the number of pulses exceeds a certain number of pulses, the amplitude does not increase but the saturation is performed. The number of ultrasonic pulses to be fired is controlled by increasing the number of waves only to detect obstacles in the distance or weak in the reflected signal.

도 7은 이러한 장애물 탐지 거리를 증가시키기 위한 가별 펄스 송신 알고리즘을 도시한 것이다. 마이크로콘트롤러는 초기에 16개의 기본 펄스를 송신하고 60ms동안 반사파가 존재하지 않으면 펄스의 수를 16개 증가하여 초음파를 발사하고 반사되어 오는 신호를 도 6의 적분(604)에 의해 신호가 검출이 되게 함으로써 본 장치에 사용한 초음파 센서의 탐지 거리를 10m까지 확장하였다. 장애물이 탐지되지 않는 경우 16개씩 최대 128개까지 발사하는 초음파 펄스의 수를 증가시키고 장애물이 탐지되는 경우 에너지 소모를 줄이기 위하여 16개씩 감소시킨다. FIG. 7 illustrates a pseudo pulse transmission algorithm for increasing this obstacle detection distance. The microcontroller initially transmits 16 basic pulses, and if there is no reflected wave for 60 ms, the number of pulses is increased by 16 pulses to emit ultrasonic waves and the reflected signal is detected by the integral 604 of FIG. 6. The detection distance of the ultrasonic sensor used for this apparatus was extended to 10 m by this. If no obstacles are detected, increase the number of ultrasonic pulses up to 128 by 16, and reduce by 16 to reduce energy consumption when obstacles are detected.

6개의 초음파 센서의 송수신을 처리하는데 있어 동일한 송수신부가 각 초음파 센서마다 사용됨으로써 발생하는 시스템의 부피 증가 및 비용 증가를 해결하기 위하여 도 8과 같이 6개의 초음파 센서가 2 채널의 수신부를 공유하도록 하는 것이 적절하다. 마이크로콘트롤러는 매 60ms마다 초음파를 발사할 초음파의 순서쌍(카트의 좌우센서, 카트의 정면 센서, 안경의 센서)을 정하고 아날로그 스위치를 통해 초음파를 발사한 센서로부터의 반사파 신호를 수신부에서 처리하여 TOF를 검출한다.In order to solve the volume increase and the cost increase of the system caused by the same transmitting and receiving unit for each ultrasonic sensor in the process of transmitting and receiving the six ultrasonic sensors, it is preferable that the six ultrasonic sensors share the receiving unit of two channels as shown in FIG. proper. The microcontroller sets the ordered pair of ultrasonic waves (right and left sensor of the cart, front sensor of the cart, and sensor of the glasses) to emit the ultrasonic waves every 60ms, and processes the reflected wave signal from the sensor that fired the ultrasonic waves through the analog switch at the receiving unit. Detect.

본 발명에 의해 검출된 여러 개의 장애물에 대한 정보와 좌우 벽까지의 거리 정보를 사용자에게 전달하기 위하여 신호음을 이용한 청각 정보와 손가락에 진동을 전달하는 촉각 정보를 함께 이용할 수 있도록 하여 청각 신호로 인한 사용자의 피곤 함을 대체할 수 있도록 하였다. In order to transmit the information about the plurality of obstacles detected by the present invention and the distance information between the left and right walls to the user, the auditory information using the beep sound and the tactile information transmitting vibration to the finger can be used together. To replace the tiredness.

도 9는 여러 개의 장애물에 대한 시각 정보를 신호음을 통하여 표현하기 위하여 본 장치에서는 안경 부시스템에서 획득된 장애물 정보(901), 카트 부시스템에서 획득된 장애물 정보(902), 그리고 카트 부시스템에서 획득된 좌우 벽과의 거리 정보(903, 904) 등의 세 가지 시각 정보를 양쪽 귀의 스테레오 신호음으로 표현하는 방법을 도시하고 있다. FIG. 9 shows obstacle information 901 obtained from the glasses sub-system, obstacle information 902 obtained from the cart sub-system, and the cart sub-system, in order to express visual information about several obstacles through a beep. A method of expressing three pieces of visual information such as distance information 903 and 904 from the left and right walls is represented by stereo tones of both ears.

안경 및 카트 부시스템에서 획득된 장애물의 시각 정보는 사용자로부터의 거리와 방향으로 표현되며, 이러한 두 가지 정보는 신호음의 주파수, 양쪽 귀에 도달하는 시간차, 그리고 양쪽 귀에 들리는 신호음의 크기의 차로 각각 표현된다. 방향 정보를 나타내기 위한 양쪽 귀에 도달하는 시간차는 신호음의 시작 부분에서 민감하게 지각 되므로 두 번의 짧은 신호음으로 표현하였다. 반면 좌우 벽과의 거리 정보는 신호음의 주파수만으로 표현이 되므로 긴 신호음 한번으로 표현한다. 또한 사용자가 세 가지 시각 정보를 쉽게 구별할 수 있도록 시각 정보의 기능과 감지하는 영역을 고려하여 벽과의 거리 정보는 160~320Hz, 카트에서 획득된 장애물 정보는 320-640Hz, 안경에서 획득된 장애물 정보는 640-1280Hz의 3옥타브의 신호음으로 표현한다. 그리고 방향 정보는 초음파 센서로 장애물을 탐지할 수 있는 전방을 기준으로 한 +/- 45도의 영역을 10도 단위의 9개의 영역으로 나누어 양쪽 귀에 도달하는 신호의 시간차를 양자화하여 방향 정보를 쉽게 구별할 수 있도록 한다. 또한 실제 사람의 양쪽 귀에 들리는 소리의 크기차는 상당히 적은 범위에 해당하므로 도 10과 같이 획득된 정보에 의하여 구해진 소리의 크기의 차를 크기평준화 방법을 사용하여 표현 가능한 전구간 으로 확대함으로써 공간 인지율을 향상시킨다. 그리고 사용자의 보행 리듬에 맞추어 신호음을 발생하기 위하여 좌측 및 우측 벽과의 거리 정보에 대한 신호음은 보행 시 각각 왼발과 오른 발의 보행 리듬에 맞추어 구성하고 그 사이에 안경 및 카트 부시스템에 해당하는 신호음이 발생하도록 한다. Obstacle information obtained from the glasses and cart subsystem is represented by distance and direction from the user, and these two pieces of information are represented by the frequency of the beep, the time difference between the two ears, and the difference between the beeps. . The time difference reaching both ears to indicate the direction information is expressed as two short beeps because it is sensitively perceived at the beginning of the beep. On the other hand, since the distance information with the left and right walls is expressed only by the frequency of the beep, the long beep is represented. In addition, the distance information from the wall is 160-320Hz, the obstacle information obtained from the cart is 320-640Hz, and the obstacle is obtained from glasses. The information is represented by three octave beeps at 640-1280 Hz. The direction information can be easily distinguished by quantizing the time difference between signals reaching both ears by dividing an area of +/- 45 degrees based on the front of which an obstacle can be detected by an ultrasonic sensor into 9 regions in units of 10 degrees. To help. In addition, since the size difference of sounds heard by both ears of a human person falls within a considerably small range, the spatial recognition rate is improved by enlarging the difference of the volume of sound obtained by the information obtained as shown in FIG. . In order to generate a beep according to the walking rhythm of the user, the beep for the distance information with the left and right walls is configured according to the walking rhythm of the left and right feet, respectively. To occur.

도 9에서 신호음 발생 주기 T는 시각 장애인의 보행 속도를 고려하여 700ms을 기본 주기로 설정하였으며, 사용자의 특성에 따라 T의 값을 키패드(504)로 조절하여 사용자의 보행 속도에 따라 조절가능하게 하여 자연스러운 보행을 할 수 있도록 한다.In Figure 9, the beep generation period T is set to 700ms as a basic period in consideration of the walking speed of the visually impaired, and according to the characteristics of the user by adjusting the value of the T with the keypad 504 to be adjusted according to the walking speed of the user is natural Allow walking.

장애물에 대한 정보를 청각 정보의 대체 표현 방식인 진동을 이용한 촉각 정보로 전달하기 위해 카트의 손잡이에 3개의 소형 진동 모터(303)를 부착하였다. 청각에 비해 촉각 정보는 그 구별이 분명하지 못하기 때문에 장애물의 거리는 가까움, 보통, 멀리 있거나 없음의 세 가지로 구분하고 장애물의 방향도 왼쪽, 중앙 왼쪽, 중앙, 중앙 오른쪽 다섯 가지로 구분한다. 장애물과의 거리는 모터의 진동하는 세기로 나타내며, 장애물과의 방향은 진동하는 모터의 종류 즉 장애물이 왼쪽에 있는 경우 왼쪽 모터만 진동, 장애물이 중앙 왼쪽에 있는 경우 왼쪽 및 중앙 모터가 진동, 장애물이 중앙에 있는 경우 중앙 모터만 진동, 장애물이 중앙 오른쪽에 있는 경우 중앙 모터 및 오른쪽 모터가 진동, 장애물이 오른쪽에 있는 경우 오른쪽 모터만 진동하도록 하여 구별한다.Three small vibration motors 303 were attached to the handles of the carts in order to transmit information about obstacles to tactile information using vibration, which is an alternative expression of auditory information. Compared to hearing, tactile information is indistinguishable, so the distance of obstacles is divided into three categories: close, normal, distant, or none, and the obstacles are divided into five directions: left, center left, center, and center right. The distance to the obstacle is represented by the vibration intensity of the motor, and the direction of the obstacle is the type of the vibrating motor, that is, the left motor only vibrates when the obstacle is on the left side, and when the obstacle is on the left side, the left and center motors vibrate, If it is in the center, only the central motor vibrates, if the obstacle is in the middle right side, the central motor and the right motor vibrate, and if the obstacle is on the right side, only the right motor vibrates.

시각 장애인이 실외에서 독립적 보행을 할 수 있도록 하기 위하여 본 장치는 위치 안내 기능을 제공한다. 본 장치는 휴대형 GPS 수신기를 내장하고 있으며, 마이 크로콘트롤러(505)는 시리얼 통신을 통해 GPS로부터 수신하여 수신된 신호를 분석하여 위도, 경도, 속도, 이동 방향 등을 결정한다. GPS로부터 획득된 위치 정보를 이용하여 다음의 두 가지 위치 안내 기능을 제공한다. 첫째는 목적지 안내 기능으로, 현재 위치에서부터 원하는 목적지까지 이동하기 위한 이동 방법을 제공하는 것으로, 이동 방법은 이동해야 하는 거리와 방향으로 표현되며, 이는 합성된 음성으로 사용자에게 전달한다. 또한 자주 방문하는 몇 개의 목적지는 키패드(504)의 조작을 통하여 본 장치에 미리 저장할 수 있는 기능도 제공한다. 두 번째는 출발지 안내 기능으로 사용자가 현재 위치를 기준으로 가고자하는 곳의 상대적인 위치를 알고 있는 경우, 출발지로부터 현재 위치까지의 거리 및 방향 정보를 제공하여 시각 장애인이 약도를 보는 것과 같은 효과를 제공한다. In order to allow the visually impaired to walk independently in the outdoors, the apparatus provides a location guide function. The device incorporates a portable GPS receiver, and the microcontroller 505 analyzes the received signal from the GPS through serial communication to determine latitude, longitude, speed, direction of movement, and the like. The following two location guidance functions are provided using location information obtained from GPS. The first is a destination guide function, which provides a moving method for moving from a current location to a desired destination. The moving method is expressed by a distance and a direction to be moved, which is transmitted to the user by synthesized voice. In addition, some frequently visited destinations also provide a function that can be stored in advance in the device through manipulation of the keypad 504. The second is the starting point guidance function, which provides the distance and direction information from the starting point to the current position when the user knows the relative position of the place where the user wants to go based on the current position, thereby providing the same effect as the visually impaired person viewing the directions. .

도 11은 이 두 가지 위치 안내 기능을 위한 보행로를 결정하기 위한 방법을 도시한 것으로 다음 식에 의해 결정된다.11 shows a method for determining a walking path for these two location guidance functions, which is determined by the following equation.

Figure 112004056866010-pat00009
Figure 112004056866010-pat00009

Figure 112004056866010-pat00010
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Figure 112004056866010-pat00011
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여기서

Figure 112004056866010-pat00012
Figure 112004056866010-pat00013
은 단위 위도, 경도에 해당하는 거리이며, 예를 들면 위도 35도 근방에서는 각각 110,941 m/deg와 91,290 m/deg의 값을 갖는다. 또한 기준위치 Pr은 위치안내 기능에 따라서 현재 위치 혹은 출발지가 될 수 있다.here
Figure 112004056866010-pat00012
Wow
Figure 112004056866010-pat00013
Is the distance corresponding to the unit latitude and longitude, and has a value of 110,941 m / deg and 91,290 m / deg, respectively, in the vicinity of latitude 35 degrees. In addition, the reference position Pr may be the current position or starting point according to the position guidance function.

도 12는 사용자에게 GPS로부터 획득한 위치 정보 및 시스템의 상태 등을 음성으로 전달하기위한 음성 합성 방법을 도시한 것이다. 음성을 저장하기 위하여 아날로그 형태의 소리를 메모리에 저장하고 임의의 위치 혹은 메시지 단위의 재생인 가능한 칩코더(chipcoder)를 사용한다. 제한된 메모리를 효율적으로 사용하기 위하여 단어 조합법 및 발음 조합법을 함께 사용하여 표현하고자 하는 문장에 대한 음성을 합성한다. 모든 단어들을 칩코더의 메모리에 저장할 수 없으므로 장치에서 자주 사용하는 60여개의 어휘는 메시지 단위로 칩코더에 저장한 후 단어들을 조합하여 원하는 문장을 음성으로 합성한다. 미리 저장된 어휘를 벗어난 임의의 음절을 음성으로 합성하기 위하여 도 12에 도시한 바와 같이 한 음절을 발음상의 표기에 따라 ‘초성+중성’으로 이루어진 하나의 발음과 ‘중성+종성’으로 이루어진 또 하나의 발음으로 나누고 이러한 두 발음의 연속적인 조합에 의하여 하나의 음절을 표현한다. 예를 들어 ‘한글’이라는 단어는 ‘하+안, 그+을’이라는 네 개의 발음의 조합으로 표현되며 이를 빠르게 재생하여 실제 발음과 유사하게 나타낸다. 이 방법의 구현을 위해 초성과 중성, 중성과 종성으로 이루어진 음원을 발음을 기준으로 분석하여 550여개의 발음을 칩코더에 저장하여 임의의 음절을 음성으로 합성한다.FIG. 12 illustrates a speech synthesis method for transmitting a location information obtained from the GPS, a state of the system, and the like to the user by voice. To store voice, analog sound is stored in a memory and a chipcoder capable of playing at an arbitrary position or message unit is used. In order to efficiently use the limited memory, a combination of words and pronunciation combinations is used to synthesize speech for a sentence to be expressed. Since all words cannot be stored in the memory of the chip coder, about 60 vocabulary words frequently used in the device are stored in the chip coder as a message unit, and the words are combined to synthesize desired sentences into voice. In order to synthesize any syllable out of the pre-stored vocabulary into voice, as shown in FIG. 12, one syllable is composed of 'first + neutral' and another one consisting of 'neutral + species' according to the phonetic notation. The syllables are divided and the syllables are represented by successive combination of these two pronunciations. For example, the word 'Hangul' is expressed as a combination of four pronunciations, 'ha + an, that +', and it is quickly reproduced to be similar to the actual pronunciation. In order to implement this method, sound sources composed of initial and neutral, neutral and final are analyzed based on pronunciation, and about 550 pronunciations are stored in chip coder to synthesize random syllables into voice.

본 발명의 장치는 실 사용자인 시각장애인이 사용하기에 익숙한 전화기 버튼과 유사한 12개의 키로 구성된 키패드(504)를 입력 장치로 제공한다. 사용자는 간단한 키 입력을 통해서 본 장치가 제공하는 도 13에 도시된 기능을 선택할 수 있으며, 모든 동작모드는 시스템 옵션과 동작 모드의 두 가지 계층적 구조로 이루어진다. 사용자는 하나의 키를 누를 때마다 별표(*) 버튼을 눌러 입력을 취소하거나 전 단계로 돌아갈 수 있고, 샵(#) 버튼을 눌러 현재 입력 상태를 확인할 수 있다. 시스템 옵션에는 사용자가 음향 출력을 켜거나 끄는 기능(1308), GPS 모듈을 켜거나 끄는 기능(1307), 초음파 센서의 개별적인 사용 유무를 결정하는 기능(1305), 보행 속도에 맞게 신호의 발생 주기를 조절하는 기능(1306) 등이 있다. 본 장치는 처음 동작을 시작하면 RDY(1300, Ready) 모드로 동작을 하며, 이 모드에서는 장애물 탐지 및 벽과의 거리 측정 기능이 자동으로 수행된다. 사용자가 실외 보행을 위해 현재 위치 안내(1301), 도착지 안내(1302) 또는 출발지 안내(1303) 등의 기능을 키패드의 조작을 통하여 동작모드를 설정할 수 있다. 그리고 사용자가 필요로 하는 여러 위치를 저장하는 기능(1304)을 추가하였다. 또한 내장된 음향인지 훈련기능(1309)을 통해 사용자는 실제 보행없이 안경 또는 카트가 감지한 장애물에 대한 거리 및 방향 정보를 실제 보행 없이도 간단한 키패드의 조작을 통하여 가상의 환경에 대해 학습할 수 있다. 음향인지 훈련기능에서는 도 9에 도시한 3종류의 신호음 중 어떤 것을 훈련할 것인지 선택할 수 있으며, 키패드의 2, 4, 6, 8 번 버튼을 이용하여 가상의 장애물을 전후좌우로 움직여가며 발생하는 신호음에 대해 거리와 방향을 추정하고 5번 버튼을 이용하여 가상의 장애물의 거리 및 방향 정보를 음성으로 확인한다.The device of the present invention provides as input device a keypad 504 consisting of twelve keys, similar to a telephone button which is used by a visually impaired user who is a real user. The user can select the functions shown in FIG. 13 provided by the device through a simple key input, and all operation modes have two hierarchical structures, system options and operation modes. Each time you press a key, you can press the asterisk (*) button to cancel the entry or return to the previous step. You can press the shop (#) button to check the current input status. System options include the ability for the user to turn the sound output on or off (1308), the GPS module to turn on or off (1307), the ability to determine whether an ultrasonic sensor is used individually (1305), and the frequency of signal generation to match walking speed. Adjusting function 1306, and the like. The device operates in RDY (1300, Ready) mode when it first starts operation. In this mode, obstacle detection and distance measurement with the wall are automatically performed. The user may set an operation mode through a keypad operation of a function such as a current location guide 1301, a destination guide 1302, or a departure guide 1303 for outdoor walking. We also added a function 1304 to store multiple locations as required by the user. In addition, through the built-in acoustic cognitive training function 1309, the user can learn about the virtual environment through simple keypad operation without the actual walking, the distance and direction information on the obstacle detected by the glasses or the cart without the actual walking. In the acoustic recognition training function, you can select which of the three types of tones shown in FIG. 9 to be trained, and the beeps generated by moving virtual obstacles left, right, left, and right using buttons 2, 4, 6, and 8 of the keypad. Estimate the distance and direction for, and confirm the distance and direction information of the virtual obstacle by using 5 button.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 시각 장애인을 위한 휴대용 보행 안내 장치에 의하면, 사용자의 현재 위치 및 목적지까지의 이동 방향 등에 대한 정보를 음성으로 제공하여 시각 장애인이 원하는 목적지에 도달할 수 있으며, 목적지까지 이동하는 과정에서 사용자가 마주치게 될 장애물에 대한 탐지 정보를 신호음 등의 청각 정보로 변화하여 사용자가 인지하게 함으로써 지팡이나 맹인안내견 등의 도움이 없어도 안전하게 보행을 할 수 있는 효과가 있다. According to the portable walking guide device for the visually impaired according to the present invention as described above, by providing information about the user's current location and the direction of movement to the destination by voice, the visually impaired can reach the desired destination, to the destination By changing the detection information on the obstacles that the user will encounter in the process of moving into auditory information such as a beeping sound, the user can recognize and have the effect of safely walking without the help of a cane or a guide dog.

또한 사용자가 보행에 필요한 시선 방향, 보행 방향 및 좌우 방향의 장애물 탐지 정보를 입체적인 신호음으로 변환하여 사용자에게 전달함으로써 보다 자유롭게 보행을 할 수 있는 효과가 있다. 그리고 사용자가 실제 보행 없이 본 장치에 내장되어 있는 음향인지 훈련기능을 이용하여 반복적으로 가상의 장애물에 대한 거리 및 방향 정보에 대한 신호음을 학습할 수 있으므로 단시간에 본 발명 장치를 익숙하게 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the user can walk more freely by converting the obstacle detection information of the gaze direction, walking direction and left and right directions required for walking to a three-dimensional signal sound to the user. In addition, the user can repeatedly use the device of the present invention in a short time because the user can repeatedly learn the beep sound for the distance and direction information on the virtual obstacle using the acoustic cognitive training function built into the device without actually walking. There is.

Claims (14)

시선 방향의 장애물을 감지하기 제1 감지수단이 장착된 안경과;Glasses equipped with a first sensing means for detecting the obstacle in the eye direction; 보행 방향의 장애물을 감지하기 위한 제2 감지수단 및 벽과의 거리를 감지하기 위한 제3 감지수단과 촉각 정보 전달을 위한 진동수단을 구비하고 바퀴가 달린 카트와;A cart having a wheel and having second sensing means for sensing an obstacle in a walking direction, third sensing means for sensing a distance from a wall, and vibration means for transmitting tactile information; 사용자 위치 정보를 안내하기 위한 GPS와, 상기 제1, 제2 및 제3 감지수단으로부터의 정보를 추출하여 사용자가 인지할 수 있는 청각 또는 촉각 정보로 변화하기 위한 신호처리 및 변환 수단을 포함하는 장애물 탐지 및 위치 안내 시스템.An obstacle including a GPS for guiding user location information and signal processing and converting means for extracting information from the first, second and third sensing means and converting the information from the first, second and third sensing means into auditory or tactile information that the user can recognize Detection and location guidance system. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1 감지수단은 안경의 양측에 각각 장착되는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 및 위치 안내 시스템.The first detection means is an obstacle detection and location guidance system, characterized in that the ultrasonic sensor is mounted on both sides of the glasses. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 카트는 사용자가 잡을 수 있는 손잡이부와,The cart has a handle that can be held by the user, 상기 손잡이부에 연결되고 하단에 바퀴가 달린 지지부로 구성되고,Is connected to the handle portion and consists of a support with a wheel at the bottom, 상기 손잡이부에는 상기 진동수단이 장착되고, 상기 지지부의 소정 위치에는 제1 감지수단과 제2 감지수단이 성치되어 있는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 및 위치 안내 시스템.The vibration means is mounted to the handle portion, obstacle detection and position guidance system, characterized in that the first sensing means and the second sensing means are located at a predetermined position of the support. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 진동수단은 소형 진동 모터이고, 상기 제1 및 제2 감지수단은 초음파센서인 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 및 위치 안내 시스템.The vibration means is a small vibration motor, the first and second detection means obstacle detection and position guidance system, characterized in that the ultrasonic sensor. 시선 방향의 장애물을 감지하기 제1 감지수단과,First sensing means for detecting an obstacle in a gaze direction; 보행 방향의 장애물을 감지하기 위한 제2 감지수단과,Second sensing means for detecting an obstacle in a walking direction, 벽과의 거리를 감지하기 위한 제3 감지수단과,Third sensing means for sensing a distance from the wall, 상기 제1, 제2 및 제3 감지수단으로부터 감지신호를 받아 처리하고 변환하는 신호처리수단을 포함하고,Signal processing means for receiving and processing and converting the detection signal from the first, second and third sensing means, 상기 감지신호는 여러 장애물의 거리 및 방향 정보로 이루어진 시각 정보이고, 상기 신호처리수단에서 상기 시각 정보를 신호음의 주파수의 변화, 양쪽 귀에 도달하는 신호음의 시간차 및 양쪽 귀에 들리는 신호음의 상대적 크기의 차이로 변환하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.The detection signal is visual information consisting of distance and direction information of various obstacles, and the signal processing means converts the visual information into a change in the frequency of the beeping sound, a time difference of the beeping sound reaching both ears, and a difference in the relative magnitude of the beeping sounding in both ears. Obstacle detection device, characterized in that the conversion. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 신호처리수단은 상기 여러 장애물의 거리에 대한 정보를 장애물을 탐지한 감지수단의 공간적 위치에 근거하여 서로 다른 옥타브에 할당하고, 같은 옥타브내에서의 주파수의 변화를 이용하여 장애물과의 거리 및 장애물의 공간적 분포를 인지할 수 있도록 처리하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.The signal processing means allocates information on the distances of the various obstacles to different octaves based on the spatial position of the detecting means detecting the obstacles, and uses the change of frequency in the same octave to determine the distance and the obstacles. Obstacle detection device characterized in that the processing to recognize the spatial distribution of. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 신호처리수단은 상기 장애물의 방향 정보를 양쪽 귀에 도달하는 시간차 정보가 신호음의 시작 부분에서 민감하게 인지되는 특성을 이용하여 두 번의 짧은 신호음으로 출력할 수 있도록 처리하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.And the signal processing unit processes the direction information of the obstacle to output two short beeps using the characteristic that time difference information reaching both ears is sensitively detected at the beginning of the beep. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 신호처리수단은 공간 인지 효과를 높이기 위하여 획득된 정보에 의해 구해진 소리의 크기의 차를 크기 평준화 방법을 이용하여 표현 가능한 전구간으로 확대되도록 처리하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.And the signal processing means is configured to process the difference in the volume of sound obtained by the obtained information in order to enhance the spatial cognition effect to be expanded to the whole range that can be expressed using the size leveling method. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 신호처리수단은 사용자의 보행 속도에 맞게 좌우 벽과의 거리 정보를 각각 왼발과 오른발의 보행 리듬에 맞추어 구성하고 그 사이에 보행 방향 및 시선 방향의 장애물에 대한 거리 및 방향 정보를 나타내는 신호음을 발생시키고, 신호음 발생 주기를 사용자의 보행 속도에 따라 조절할 수 있도록 처리하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.The signal processing means configures the distance information with the left and right walls according to the walking rhythm of the left and right feet, respectively, according to the walking speed of the user, and generates a signal sound indicating the distance and direction information for the obstacles in the walking direction and the gaze direction therebetween. And processing the signal sound generation period to be adjusted according to the walking speed of the user. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 신호처리수단은 상기 감지수단에 의해 탐지된 장애물의 거리의 정확도를 높이기 위하여 반사파 증폭기, 능동 정류기, 적분기, 2중 문턱 전압 및 선형 적합으로 구성되는 회로에 의한 반사파 적분법을 이용하여 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.The signal processing means detects the distance using a reflected wave integration method by a circuit consisting of a reflected wave amplifier, an active rectifier, an integrator, a double threshold voltage, and a linear fit to increase the accuracy of the distance of the obstacle detected by the sensing means. Obstacle detection device, characterized in that. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 제1, 제2 및 제3 감지수단은 초음파 센서로 이루어지고,The first, second and third sensing means is made of an ultrasonic sensor, 상기 복수의 초음파 센서가 하나의 수신부를 공유하여 반사파 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.And a plurality of ultrasonic sensors share one receiver to process the reflected wave signal. 청구항 11에 있어서,The method according to claim 11, 상기 초음파 센서는 장애물의 탐지 거리를 늘리기 위하여 장애물의 탐지 유무에 따라 초음파의 송신 펄스의 수를 조절하여 능동적으로 장애물을 탐지할 수 있는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 장치.The ultrasonic sensor may detect the obstacle actively by adjusting the number of pulses transmitted by the ultrasound in accordance with the presence or absence of the obstacle in order to increase the detection distance of the obstacle. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 신호처리 및 변환수단에서의 청각 정보 처리는 하나의 음절을 발음상의 표기에 따라 ‘초성+중성’으로 이루어진 하나의 발음과, ‘중성+종성’으로 이루어진 또 하나의 발음으로 나누어 메모리에 저장하는 수단과,The auditory information processing in the signal processing and conversion means stores one syllable in memory by dividing it into one pronunciation consisting of 'primary + neutral' and another pronunciation consisting of 'neutral + species' according to the phonetic notation. Sudan, 상기 두 발음의 연속적인 조합에 의하여 음절을 표현하여 음성을 합성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 및 위치 안내 시스템.And means for synthesizing speech by expressing syllables by successive combinations of the two pronunciations. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 가상의 장애물의 위치를 움직일 수 있는 조종수단과,A control means for moving the position of the virtual obstacle, 상기 조종수단의 조종에 의한 장애물의 거리 및 방향 정보에 대한 신호음을 듣고 추정한 후, 음성을 통해 장애물의 위치 정보를 확인하여 청각 정보로부터 시각 정보를 추정할 수 있는 훈련 수단을 더 포함하는 장애물 탐지 및 위치 안내 시스템.Obstacle detection further comprising a training means for estimating the visual information from the auditory information by checking the position information of the obstacle through the voice, after estimating the beep to the distance and direction information of the obstacle by the control means; And location guidance system.
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