专利名称：一种智能手机导盲器及导盲方法
技术领域：
本发明涉及一种导盲器技术，尤其是涉及一种手机嵌入式系统控制的导盲器技术 及导盲方法
背景技术：
众所周知，手机已经是人们生活中必不可少的电子产品。随着嵌入式处理器处理 能力的不断强大，机器视觉技术、传感器技术、无线传输技术和人工智能技术得以在手机硬 件平台上的结合，使得智能手机开发出很多的高级功能和应用来更好的满足人们生活的需 求。利用新的技术，给残障人士开发助残产品是一个具有潜在发展潜力的产业。据 2005年的统计显示，中国是世界上盲人最多的国家，约有盲人500万，占世界盲人总数的 18%。我们每年会出现新盲人大约45万，即每分钟就会出现1个盲人。人类70 %的信息都是通过视觉来获取的，所以盲人是残疾人中最痛苦的，也是最 需要帮助的。盲人独立行走一般需要导盲器的协助，传统的方法是利用导盲杖或者是训练 导盲犬，电子类的导盲器一般是采用超声波、红外线探头等回波测距的原理来设计的，也有 利用图像传感器和激光测距方法来进行对障碍物的测距。导盲杖是用它在地面上敲击，可帮助盲人发现0.5米以内的障碍物。它的主要缺 点是不能发现较远一点的障碍物以及空中突出的障碍物。也无法识别交通标志。超声波导盲器是利用超声波回声的时间差原理来实现测距。
图1是一种超声波导 盲器。这种方法可以较准确的探测前方障碍物离人的距离，但是因为探头只能对某个方向 的上的障碍物进行测距，所以如果要全部前方空间的探测则需要安装多路探头，使得设备 结构复杂，成本增加。而且，超声波导盲器也无法识别障碍为何种物体，也无法识别交通标
ο红外线导盲器是另外一种利用回波测距方法探测距离的仪器。图2是红外线测距 方法的设计图。他的原理是根据发射波与返回波强度的差别判断距离的远近。同样，这种 方法受到探头探测方向性的限制，对于识别物体和交通标志方面存在功能缺陷。激光测距类的产品，是利用激光三角测距的原理设计的。因此环境的影响对该种 方法的干扰较大，对于识别物体和交通标志方面也存在功能缺陷。用机器视觉和人工智能技术的方法是解决导盲器技术问题的新突破。专利公开 号为CN 1969781A的发明专利公开了一种利用计算机控制的导盲器，该发明利用多种传感 器技术的结合(包括了图像和超声波传感器)进行前方空间的探测，可以进行对物体的识 别和距离的判断。但是，利用便携式计算机做导盲器的成本高，而且用机器视觉实现人工智 能需要积累庞大的后台数据库，该发明利用计算机本地数据库对于不同的地理位置和复杂 环境的应对方案存在不足，当盲人需要在更大范围和新环境中活动的导盲器的适应能力有 限。图像处理技术在手机硬件平台上实现，也可以作为导盲的解决办法。专利公开号为CN 101227539A的发明专利公开了一种导盲手机及其方法，其特点在于利用手机的嵌入式处理器作为基带模块进行运载平台，然后结合了距离、温度、震动传感器进行信息的获 取。但是普通手机一般是没有红外、激光等距离传感器，也没有温度传感器。所以，要实现 导盲需要在现有手机上加装新设备，成本增加。而且该发明专利同样适用了本地数据库，而 手机的存储容量相当有限，不利于“障碍”数据的可增长性积累，因此程序的环境适应性开 发潜力有限。国外的类似产品向着服务机器人的方向发展，如此采用了复杂的机械结构和控制 软件，使得机器人的成本提高，产品难以得到推广。
发明内容
本发明针对现有的导盲器技术存在的不足与缺点，提供了一种设备通用，成本低 廉，具有功能扩展和升级性的手机智能导盲器。一种手机智能导盲器，包括手机摄像模块、手机嵌入式处理器和应用软件模块、手 机无线信号发射及接收模块、输入与输出交互模块和后台服务器。所述的手机摄像模块，用于图像的采集，利用光学系统获成像原理取距离信息；所述的手机嵌入式处理器和软件模块，用于图像的处理、导盲的实现和手机硬件 控制；所述的手机无线信号发射及接收模块，用于与后台服务器通信，进行图像和障碍 参数的传递；所述的后台服务器，用于运行“地图”和“障碍”两个数据库，并保存海量的“环境 图像”数据。所述的手机摄像模块包括一个手机摄像镜头和图像传感器，手机摄像镜头为标准 镜头，图像传感器感光器件为手机自带的CM0S、CCM或者CCD感光器件。手机摄像头朝人行 走的前方拍摄，光轴与水平方向成一定倾角，倾角角度在30° 90°之间，利用摄影光学 系统的几何原理来测算空间距离。所述的嵌入式处理器和应用软件模块，包括手机的嵌入式处理器和嵌入式操作系 统以及运行在嵌入式系统上的应用软件。利用手机的嵌入式系统对手机摄像模块、手机无 线信号发射及接收模块、输入与输出交互模块的硬件进行分配和控制；所述的应用软件，包 括语音识别软件和导盲软件，以及通过手机无线信号发射接收模块与导盲软件连接的地图 数据库和障碍数据库，这两个数据库都运行在后台的服务器上。所述的导盲软件是本发明的核心技术，它的工作原理是读入手机摄像模块采集到 的数字图像，对图像信息进行分析，分析的内容包括了视频中的运动目标，障碍物的颜色特 征，轮廓特征，纹理特征，空间位置。将分析结果与当前从“障碍”数据库中获得的“障碍参 数”做比较，当障碍物进入预设的预警区间(约2m)内，发出指令提示盲人止步。人与障碍 物间的距离满足以下函数关系
权利要求
一种智能手机导盲器，包括手机摄像模块、手机嵌入式处理器和应用软件模块、手机无线信号发射及接收模块、输入与输出交互模块和后台服务器，其特征在于所述的手机摄像模块，用于图像的采集，利用光学系统成像原理获取距离信息；所述的手机嵌入式处理器和软件模块，用于图像的处理、导盲的实现和手机硬件控制；所述的手机无线信号发射及接收模块，用于与后台服务器通信，进行图像和障碍参数的传递；所述的输入与输出交互模块，用于获取由人发出的控制命令并将机器的智能导盲指令传递给人，实现人机交互；所述的后台服务器，用于运行“地图”和“障碍”两个数据库，并保存海量的“环境图像”数据。
2.如权利要求1所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的手机摄像模块包括一个 手机摄像镜头和图像传感器。
3.如权利要求1所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的嵌入式处理器和应用软 件模块，包括手机的嵌入式处理器和嵌入式操作系统以及运行在操作系统上的应用软件， 所述的嵌入式系统对手机摄像模块、手机无线信号发射及接收模块、输入与输出交互模块 的硬件资源进行分配和控制；所述的应用软件，包括语音识别软件和导盲软件，以及通过手 机无线信号发射接收模块与导盲软件连接的地图数据库和障碍数据库，这两个数据库都运 行在后台的服务器上。
4.如权利要求2所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的导盲软件为读入手机摄 像模块采集到的数字图像，对图像信息进行分析，将分析结果与当前从“障碍”数据库中获 得的“障碍参数”做比较，当障碍物进入预设的预警区间内，发出指示提示盲人止步。
5.如权利要求4所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的图像信息包括视频中的 运动目标、障碍物的颜色特征、轮廓特征、纹理特征和空间位置。
6.如权利要求4所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的“障碍参数”包括特征物 体的颜色特征区间，轮廓特征参数，纹理特征参数。
7.如权利要求1所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的无线信号发射及接受模 块，利用GSM、GPRS、CDMA等手机通信网络向后台服务器发送GPS或LBS定位位置和“现场 图像”，并接受后台服务器发送的“障碍参数”响应。
8.如权利要求1所述的智能手机导盲器，其特征在于所述的输入与输出交互模块包 括输入设备与输出设备，输入设备包括手机语音话筒，手机键盘和手机加速度传感器，利用 手机按键输入和自然语言输入实现对软件的控制，加速度传感器对重力加速度的感应判断 手机摄像头的光轴倾角；输出设备包括手机耳机，手机振动电机，手机耳机用于播放导盲软 件编辑产生的语音指令，手机振动电机在如果距离障碍物太近时，发出振动信号提示盲人 止步。
9.一种根据权利1-8任一权利要求所述的智能手机导盲器的导盲方法，包括(1)手机摄像头拍摄前方图像，对图像检测运动物体和识别静态物体，动态物体的检测 用前后两帧图像的差别，静态物体识别通过与后台“障碍数据库”的模式匹配；(2)监测到运动物体跟踪其运动轨迹，向盲人提示报警；识别出静态物体测算出预警区间，当静态物体在预警区间外时，不提示报警，如果近于预警区间，向盲人振动发出报 警；(3)再根据障碍物在图像中的位置判断出障碍物在空间中的位置。最后，编辑和输出语 音提示，告知盲人下一步行走方向；(4)如果加速度传感器测得角度倾角高于90°，进入交通信号灯和其他指示性标志的 识别，并且编辑输出相应的语音指令。
全文摘要
本发明公开一种智能手机导盲器，包括手机摄像模块、手机嵌入式处理器和软件模块、手机无线信号发射及接收模块、输入与输出交互模块和后台服务器，手机摄像模块包括一个手机摄像镜头和图像传感器；嵌入式处理器和软件模块包括手机的嵌入式处理器和嵌入式操作系统以及运行在嵌入式系统上的应用软件；应用软件为导盲软件，通过机器视觉的技术采集到的图像进行特征分析，利用人工智能的技术将“现场图像”的特征和后台数据库中的“障碍参数”进行匹配，可以实现对障碍物的识别，位置判读，并用语音和振动的方式提示盲人行进。本发明的导盲器设备通用，成本低廉，具有功能扩展和升级性的手机智能导盲器。
文档编号A61H3/06GK101986673SQ20101027183
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者岑兆丰, 张欢, 李晓彤, 杨泱, 王晓萍, 赵鼎, 陈立 申请人:浙江大学