基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种感官替代设备，具体涉及一种基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置，使用声像技术与光学成像技术结合，帮助盲人在大脑中重建出周围场景，用于帮助盲人避开障碍物及导盲。
【背景技术】
[0002]我国是世界上人口最多的国家，同时也是世界上盲人最多的国家，盲人作为弱势群体，在生活中有着诸多不变。目前，常用的导盲方式有以下两种:第一是盲人手杖，通过盲人手杖碰触前方来判断是否有障碍物，进一步地，还有在盲人手杖中增加了一些传感器，例如超声盲人手杖，在手杖前端加上超声传感器后能够扫描探测更大范围，但是都是单点或单向测试。第二种是导盲犬，其主要缺点是售价昂贵，且只能带路。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本实用新型提供了一种基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置，该装置旨在帮助盲人在头脑中实时建立空间3D图像，做到实时感知周围物体或障碍物。
[0004]为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案:
[0005]—种基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置，该装置包括视场采集模块、中央处理器以及3D立体声模块，其中，
[0006]所述视场采集模块用于获取视觉障碍人士周围的障碍物的立体信息，该立体信息包括障碍物的图像信息和距离信息；
[0007]所述中央处理器用于将所述立体信息转换为二维矩阵形式的平面信息，并根据所述平面信息构建3D声场信号，再将该3D声场信号提供给所述3D立体声模块；其中，所述3D声场信号中，声音发出的位置与代表了障碍物的方位，声音的音调、响度或音色的大小代表了障碍物的距离；
[0008]所述3D立体声模块包括左耳扬声器和右耳扬声器，接收所述中央处理器提供的3D声场信号并发出相应的声音，以使视觉障碍人士获得周围障碍物的方位和距离信息。
[0009]具体地，所述视场采集模块包括至少一 CXD摄像机和一距离传感器，所述CXD摄像机用于采集障碍物的图像信息，所述距离传感器用于采集障碍物的距离信息。
[0010]具体地，所述中央处理器至少包括信号处理单元、信号转换单元以及信号控制单元；所述信号处理单元将所述图像信息和距离信息生成一二维矩阵形式的深度图谱，二维矩阵中的数值为图像的灰度值，每一灰度值在二维矩阵中的位置代表了障碍物的方位，灰度值的大小代表了障碍物的距离；所述信号转换单元将所述二维矩阵中的灰度值转换为对应的3D声场信号；所述信号控制单元将所述3D声场信号施加于所述3D立体声模块。
[0011]更具体地，所述二维矩阵形式的深度图谱中，定义背景色为纯黑，其灰度值为0，定义与视场采集模块距离为O时颜色为纯白，其灰度值最大；当在深度图谱中有一连续区域出现灰度值相近且不为O时，表明该位置具有障碍物。
[0012]更具体地，所述信号转换单元根据所述二维矩阵中代表具有障碍物的灰度值位置，调取声源信号以及左耳HRTF函数信号和右耳HRTF函数信号，将所述声源信号和所述左耳HRTF函数信号卷积后由所述信号控制单元提供给所述左耳扬声器，将所述声源信号和所述右耳HRTF函数信号卷积后由所述信号控制单元提供给所述右耳扬声器；所述信号转换单元根据所述二维矩阵中代表具有障碍物的灰度值大小，调整所述声源信号的频率和音量，灰度值越大，声源信号的频率越高、音量越大。
[0013]进一步地，所述视场采集模块、中央处理器以及3D立体声模块集成设置于可穿戴设备中。
[0014]进一步地，所述可穿戴设备具有外形类似于眼镜或者半头盔的设备，所述视场采集模块包括两个CCD摄像机，对应设置于佩戴者眼睛前方；所述3D立体声模块中的扬声器则设置于佩戴者的耳朵上。
[0015]相比于盲人手杖，本实用新型实施例提供的基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置可实时传递全空间信息，帮助快速避开障碍物，经过一段时间训练，可代替人眼指导行走时避开行人及路障。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例提供的基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置的结构框图。
[0017]图2是本实用新型实施例提供的基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置的结构示意图。
[0018]图3是如图2的装置佩戴于人体上的示例性图示。
[0019]图4是本实用新型实施例中信号处理单元生成深度图谱的过程图示。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。
[0021]参阅附图1至图3，本实施例提供了基于听觉的为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置。如图1所示，该装置主要包括视场采集模块1、中央处理器2以及3D立体声模块3。
[0022]其中，所述视场采集模块用于获取视觉障碍人士周围的障碍物的立体信息，该立体信息包括障碍物的图像信息和距离信息。具体地，所述视场采集模块包括至少一 CCD摄像机11和一距离传感器12，所述CXD摄像机11用于采集障碍物的图像信息，所述距离传感器12用于采集障碍物的距离信息。
[0023]其中，所述中央处理器2用于将所述立体信息转换为二维矩阵形式的平面信息，并根据所述平面信息构建3D声场信号，再将该3D声场信号提供给所述3D立体声模块3 ;其中，所述3D声场信号中，声音发出的位置与代表了障碍物的方位，声音的音调、响度或音色的大小代表了障碍物的距离。具体地，所述中央处理器2至少包括信号处理单元21、信号转换单元22以及信号控制单元23。所述信号处理单元21将所述图像信息和距离信息生成一二维矩阵形式的深度图谱(depth mapping)，二维矩阵中的数值为图像的灰度值，每一灰度值在二维矩阵中的位置代表了障碍物的方位，灰度值的大小代表了障碍物的距离；所述信号转换单元22将所述二维矩阵中的灰度值转换为对应的3D声场信号；所述信号控制单元23将所述3D声场信号施加于所述3D立体声模块3。
[0024]其中，所述3D立体声模块3包括左耳扬声器31和右耳扬声器32，接收所述中央处理器提供的3D声场信号并发出相应的声音，以使视觉障碍人士获得周围障碍物的方位和距离信息。
[0025]进一步地，如图2和图3所示，本实施例中，所述视场采集模块1、中央处理器2以及3D立体声模块3集成设置于可穿戴设备中。所述可穿戴设备具有外形类似于眼镜或者半头盔的设备，所述视场采集模块包括两个CCD摄像机11，对应设置于佩戴者眼睛前方；所述3D立体声模块3中的扬声器31、32则设置于佩戴者的耳朵上。
[0026]图4是本实用新型实施例中信号处理单元生成深度图谱的过程图示。具体地，参阅图4，假设视觉障碍人士处于图4中的(a)所示的场景，该场景中，在视觉障碍人士的位置X前方具有三个位置及大小不同的障碍物Al、A2和A3，三个障碍物Al、A2和A3与位置X的距离由近到远依次为Al、A2、A3。
[0027]视觉障碍人士佩戴如上提供的装置以后，视场采集模块I中的CCD摄像机11拍摄的图像信息，得到如图4中的(b)所示的图像，同时距离传感器12将探测周围所有障碍物Al、A2和A3与视觉障碍人士之间的距离，并将各个障碍物的距离与CXD摄像机11拍摄的图像结合以生成深度场。首先定义深度场的边界即背景色为纯黑，其灰度值为O ;与CCD摄像机11距离为O时颜色为纯白，其灰度值为最大。由此则可以由从纯白到纯黑之间的不同灰度值表示出物体的远近。灰度值越大时，代表的障碍物的距离越近，基于实用性的考虑，灰度值与距离并不成正比而是远处灰度值变化小，近处灰度值变化率大，从而可以更多地显示出近处物体的位置信息，且亮度越亮说明物体离使用者越近。按此规则生成的深度图谱如图4中的(c)所示，在该图谱中，障碍物A1、A2和A3对应的区域B1、B2和B3偏向纯白的程度为> B2 > B3。
[0028]深度图谱的输出值为一个二维矩阵，矩阵的大小与摄像头的分辨率有关，二维矩阵中的数值为图像的灰度值，矩阵的每个值对应该方向处障碍物距离成反比例关系。由此则可以推出矩阵的一块连续区域出现相近且不为O的值表明该位置处有以物体。在此过程中再采用超级采样抗锯齿及深度补偿等算法还可以得到平滑的物体表面及边缘信息，如图4中的(d)所示，障碍物A1、A2和A3对应的区域C1、C2和C3中，像素亮度在连续区域相同且亮度高于背