[發明專利]基于圖像識別的智能導盲杖

有效

• 申請號: 201310711816.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103637900A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 陳維;徐邁;王祖林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61H3/06
• 分類號: A61H3/06;A61H3/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于電子信息工程技術領域，具體涉及一種基于圖像識別的智能導盲杖。

背景技術

盲和視力損傷問題是世界上嚴重的社會和公共衛生問題之一，世界上視覺障礙者數量眾多。目前全世界有盲人近4500萬人，視力障礙患者達1.35億人，中國是全世界盲人最多的國家之一，約有盲人600-700萬，占世界盲人總數的18%，另有雙眼低視力患者1200萬。正常人通過視覺獲得的信息占總信息量的70%-80%，黑暗的世界很大程度上限制了盲人信息的獲取。

目前，輔助盲人日常出行的工具主要是導盲犬和導盲杖。導盲犬培訓成本高，需要日常消耗，壽命有限，不具有廣泛推廣的可能性。導盲杖由撐桿和手柄組成，給予盲人行走支撐。目前導盲杖主要通過超聲波模塊來檢測路況，提醒盲人躲避障礙物。但存在探測精度低、反饋滯后、功能單一、難于探測較遠的或者懸掛的障礙物等缺陷。

僅通過目前的導盲工具，盲人無法獨立到達不熟悉的地方，其出行在很大程度上依賴于親朋的幫助。隨著人機交互、計算機視覺和視頻傳感器的發展趨于成熟，新一代導盲杖的設計與研究存在很大的發展空間，導盲杖有望更加智能化，多功能化，并融入視頻采集與圖像處理的部分，協助盲人獨立抵達目的地。

發明內容

本發明基于盲人獨立出行的具體需求，為盲人設計最優出行路線方案，通過圖像處理與識別，提供實時可靠的步行導航、公交導航，旨在引導盲人獨立安全的到達目的地。

本發明提供的基于圖像識別的智能導盲杖，所述的智能導盲杖由手型杖柄、智能杖體、滾輪杖尖和藍牙耳機四部分組成。所述的手型杖柄位于導盲杖的上端，嵌入人機交互子系統；所述人機交互子系統與藍牙耳機之間通過無線方式實現輸入輸出信息交互；同時，所述的人機交互子系統與智能杖體內的路況識別子系統進行信息交互；與滾輪杖尖內的導航子系統進行信息交互。所述手型杖柄的功能為：在盲人持導盲杖時，充當導盲杖的“雙手”。盲人以十指相扣的形式握柄，不易滑落，且給其如朋友相伴的溫暖感。

所述的智能杖體，位于導盲杖中間段，是導盲杖的主體部分，內部中空，嵌入路況識別子系統，所述的路況識別子系統內包含了微處理器。攝像頭和LED照明裝置與所述的微處理器連接。所述的路況識別子系統與滾輪杖尖的導航子系統相連。其功能為：充當導盲杖的“眼睛”與“大腦”，識別并判決路面與公交情況，給出相應的導航路線。所述的LED照明裝置設置在智能杖體外表面，用于較暗環境下警示周圍人注意盲人，同時可以為攝像頭攝像提供照明。

所述的滾輪杖尖位于導盲杖底部，為導盲杖與地面接觸的部分，滾輪杖尖固定連接在智能杖體的底端。其功能為：充當導盲杖的“雙腿”，嵌入有導航子系統和滾輪制動系統，根據導航子系統提供的導航路線，滾輪杖尖調整轉動方向，引導盲人按照導航路線輕松前進。滾輪杖尖滾動前進，減少盲人行走受力，在路況不佳的情況，及時抱死，給予盲人必要支撐。

所述的藍牙耳機，其功能為充當導盲杖的“耳朵”與“嘴”，配合手型杖柄內人機交互子系統，盲人與導盲杖間進行“對話”，實現良好人機交互。此外，盲人可通過藍牙耳機收聽廣播或語音節目，豐富行程。

為了配合圖像識別，使盲道特征檢測和邊緣提取的效果更明顯，并提供更多的導航信息。本發明對現有盲道加以簡單改進，同時加入一些簡單的路況標識，讓導盲杖更好的識別盲道環境，并獲取盲道提供的信息。

應用上述提供的基于圖像識別的智能導盲杖，本發明采用圖像識別處理的方法，識別路面與公交情況，引領盲人安全到達目的地，具體步驟如下：

第一步、盲人手握手型杖柄，打開總開關按鍵，導盲杖開始工作，執行對系統各部件的模塊初始化。

第二步、打開導航按鍵，人機交互子系統識別起始點與目的地，確定目的地。起始點A可由GPS定位確定，終點B由人機交互子系統內的語音交互系統識別盲人輸入的目的地語言信息確定。

第三步、導航子系統接收人機交互子系統的起始點與目的地信息，設計導航路線；導航路線通過人機交互子系統和藍牙耳機反饋給盲人，盲人通過手型杖柄上的確定、取消按鍵進行進一步選擇，得出最終的導航路線，并將導航路線通過人機交互子系統輸出給滾輪杖尖內設置的導航子系統，準備實施導航。

第四步、導盲杖輔助盲人根據導航路線安全到達目的地。導航子系統與路況識別子系統共同作用，完成對盲道與公交信息的識別。導盲杖通過人機交互子系統與盲人交流，結合路況識別子系統和滾輪制動系統，引導盲人沿著導航路線行進，執行步行、搭乘公交車、打車等動作，引導盲人順利到達目的地。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：