用于识别障碍物的头巾及其识别障碍物的方法与流程

1.本申请涉及盲人用具技术领域，具体涉及一种用于识别障碍物的头巾及其识别障碍物的方法。


背景技术：

2.因视觉上的缺失，盲人(视障人士或失明人士)在行走和日常的生活中都极不方便，感知外界的事物对他们来说是非常重要的。
3.目前盲人的出行大多依靠盲杖感知盲道和道路上的一些障碍物，该种方式需要盲人用盲杖一直点着地行走比较容易劳累，且容易遗漏一些危险点从而造成踩坑、摔倒等危险。也有一部分盲人是依靠导盲犬辅助行走，因训练导盲犬的需要很长时间，其导盲犬的数量有限，价格昂贵，使得大部分盲人无法实现用导盲犬辅助行走；另外，较多公共场所(如公交车、地铁、餐厅、商场等)不允许动物进入。而市场上出现的一些导盲用具(例如导盲眼镜、导盲提示器)，虽然可以达到一定的辅助作用，但常出现误识别或漏识别障碍物的情况。
4.为此，亟待开发方便携带的能够准确识别障碍物的导盲用具。


技术实现要素：

5.鉴于此，本申请提供一种用于识别障碍物的头巾及其识别障碍物的方法，以解决现有导盲用具存在误识别或漏识别障碍物的问题。
6.本申请一方面提供一种用于识别障碍物的头巾，包括头巾本体及设置在所述头巾本体上的障碍物识别系统；所述障碍物识别系统包括摄像设备、距离传感器、预警模块及控制芯片，所述摄像设备、距离传感器和预警模块分别与所述控制芯片连接；所述摄像设备用于实时拍摄用户视觉前方的环境图像；所述控制芯片用于获取所述环境图像，对所述环境图像中的障碍物进行识别，通过识别判断所述摄像设备拍摄到的区域内是否存在障碍物，若是，提取所述障碍物的位置，将所述障碍物的位置传送给所述距离传感器，并请求所述距离传感器检测障碍物至用户的距离；以及用于接收所述距离传感器检测的所述障碍物至用户的距离，判断所述障碍物至用户的距离是否达到预设距离阈值，若是，根据识别结果及所述障碍物至用户的距离获取预警信息并发送给所述预警模块；所述距离传感器用于接收所述障碍物的位置，根据所述障碍物的位置检测所述障碍物至用户的距离，以及，向所述控制芯片发送所述障碍物至用户的距离；所述预警模块用于接收所述预警信息，根据所述预警信息提醒用户避障。
7.在一些实施例中，所述障碍物包括人形、阻拦物和地洞井盖的至少一种；所述控制芯片存储有人形检测算法、阻拦物检测算法和地洞井盖检测算法，所述对所述环境图像中的障碍物进行识别，包括：采用所述人形检测算法对所述环境图像中的人形进行识别，采用所述阻拦物检测算法对所述环境图像中的阻拦物进行识别，采用所述地洞井盖检测算法对所述环境图像中的阻拦物进行识别。
8.在一些实施例中，所述阻拦物包括斑马线、雪糕筒、水泥柱、电线杆、汽车、地面堆
积物和水渍中的至少一种；和/或，所述地洞井盖包括积水、深坑和没有井盖的井洞中的至少一种。
9.在一些实施例中，所述预警模块包括播音器和/或振动器，所述播音器用于语音播报所述预警信息提醒用户避障，所述振动器用于振动以提醒用户避障。
10.在一些实施例中，所述摄像设备包括用于日间拍摄的rgb摄像头和用于夜间拍摄的夜视仪摄像头，分别与所述控制芯片连接，所述控制芯片用于获取环境的光线强度，并根据所述环境的光线强度自动切换拍摄模式。
11.在一些实施例中，所述距离传感器为超声波距离检测设备或红外距离检测设备，通过所述超声波距离检测设备或红外距离检测设备检测所述障碍物至用户的距离。
12.在一些实施例中，所述头巾本体设有定位凸部，所述定位凸部设于所述摄像设备所在的区域，所述定位凸部用于对准视觉的前方，使所述摄像设备拍摄到用户视觉前方的环境图像。
13.本申请另一方面提供一种采用如上任意所述的用于识别障碍物的头巾识别障碍物的方法，包括步骤：获取摄像设备实时拍摄到的用户视觉前方的环境图像；对所述环境图像中的障碍物进行识别，并判断所述摄像设备拍摄到的区域内是否存在障碍物；若是，提取所述障碍物的位置，将所述障碍物的位置传送给所述距离传感器，并请求所述距离传感器检测障碍物至用户的距离；接收所述距离传感器检测到的所述障碍物至用户的距离，判断所述障碍物至用户的距离是否达到预设距离阈值；若是，根据识别结果及所述障碍物至用户的距离获取预警信息；根据所述预警信息提醒用户避障。
14.在一些实施例中，所述对所述环境图像中的障碍物进行识别，并判断所述摄像设备拍摄到的区域内是否存在障碍物的步骤包括：将环境图像二值化，提取环境图像中的目标区域，并计算目标区域的面积，若目标区域的面积大于或等于预设面积阈值时，判定为障碍物。进一步地，若目标区域的面积大于或等于预设面积阈值时，计算目标区域中物体的高度，若大于第一预设高度，判定为障碍物。
15.另一些实施例中，若目标区域的面积小于预设面积阈值时，计算目标区域中物体的高度，若大于第二预设高度，判定为障碍物；所述第二预设高度大于第一预设高度。
16.另一些实施例中，若目标区域的面积小于预设面积阈值时，检测目标区域中物体的形状，若为球体，判定为障碍物。
17.在一些实施例中，所述提取所述障碍物的位置的步骤包括：获取障碍物的轮廓，将障碍物轮廓的中心位置作为所述障碍物的位置。
18.另一些实施例中，若沿视觉方向的障碍物长度小于预设长度值，则将障碍物轮廓的中心位置作为所述障碍物的位置。
19.另一些实施例中，若沿视觉方向的障碍物长度大于或等于预设长度值，则将障碍物轮廓的离用户最近的位置作为所述障碍物的位置。
20.本申请的上述用于识别障碍物的头巾及其识别障碍物的方法中，该头巾包括头巾本体及设置在所述头巾本体上的障碍物识别系统，障碍物识别系统通过控制芯片识别实时获取的环境图像中的障碍物，能够准确判断摄像设备拍摄到的区域内存在的障碍物的情况；通过提取障碍物的位置，请求距离传感器根据障碍物的位置检测到障碍物与用户的距离，根据识别结果和障碍物能够准确获得预警信息(如障碍物的类型及障碍物的范围)；从
而基于预警信息能够及时提醒用户避障，进而保护用户的人身安全。另外，该用于识别障碍物的头巾利于用户方便携带，解放出双手。
附图说明
21.为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本申请一实施例的用于识别障碍物的头巾的结构示意图；
23.图2是本申请一实施例的障碍物识别系统的整体架构图；
24.图3是本申请一实施例的采用用于识别障碍物的头巾识别障碍物的方法的流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
26.请参阅图1，本申请提供一种用于识别障碍物的头巾100的实施例，包括头巾本体1及设置在所述头巾本体1上的障碍物识别系统；所述障碍物识别系统包括摄像设备3、距离传感器4、预警模块5及控制芯片6，所述摄像设备3、距离传感器4和预警模块5分别与所述控制芯片6连接；所述摄像设备3用于实时拍摄用户视觉前方的环境图像；所述控制芯片6用于获取所述环境图像，对所述环境图像中的障碍物进行识别，通过识别判断所述摄像设备3拍摄到的区域内是否存在障碍物，若是，提取所述障碍物的位置，将所述障碍物的位置传送给所述距离传感器4，并请求所述距离传感器4检测障碍物至用户的距离；以及用于接收所述距离传感器检测的所述障碍物至用户的距离，判断所述障碍物至用户的距离是否达到预设距离阈值，若是，根据识别结果及所述障碍物至用户的距离获取预警信息并发送给所述预警模块5；所述距离传感器4用于接收所述障碍物的位置，根据所述障碍物的位置检测所述障碍物至用户的距离，以及，向所述控制芯片6发送所述障碍物至用户的距离；所述预警模块5用于接收所述预警信息，根据所述预警信息提醒用户避障。应当理解的是，本实施例的头巾本体1是指用于支撑所述障碍物识别系统的支撑件，该头巾本体1可为头带、头巾或头套等。
27.在一些实施例中，摄像设备3包括用于拍摄用户视觉后方和用户两侧的环境图像摄像设备。
28.控制芯片6还用于对所述环境图像中的障碍物进行识别，如果识别到的障碍物是静止状态的物体，不响应避障提醒操作指令。如果识别到的障碍物是运动状态的物体，则对该障碍物进行连续多帧拍摄，预测该障碍物的运动轨迹，如果运动轨迹指向用户视觉前方，则发出预警信息给预警模块5提醒用户避障。
29.在一些实施例中，控制芯片6还用于将环境图像二值化，提取环境图像中的目标区
域，并计算目标区域的面积，若目标区域的面积大于或等于预设面积阈值时，判定为障碍物。通过设定识别障碍物的标准，忽略尺寸小至不影响盲人行进的障碍物，有利于缩短识别障碍物的用时，及减少识别不影响盲人行进的障碍物产生的功耗。
30.进一步地，控制芯片6还用于在目标区域的面积大于或等于预设面积阈值时，计算目标区域中物体的高度，若所述物体的高度与所述目标区域的面积的比值大于第一预设高度面积比，判定为障碍物。
31.另一些实施例中，控制芯片6还用于在目标区域的面积小于预设面积阈值时，计算目标区域中物体的高度，若所述物体的高度与所述目标区域的面积的比值大于第二预设高度面积比，判定为障碍物；所述第二预设高度面积比大于第一预设高度面积比。例如很尖的钉子，会危害到盲人，有必要提醒避障。
32.另一些实施例中，控制芯片6还用于在目标区域的面积小于预设面积阈值时，检测目标区域中物体的形状，若为球体，判定为障碍物。例如珠子、海洋球等，踩到会容易滑倒，有必要提醒避障。
33.在一些实施例中，控制芯片6还用于在获取障碍物的轮廓，将障碍物轮廓的中心位置作为所述障碍物的位置。通过设定障碍物的位置点，计算方便，从而利于快速提取所述障碍物的位置。
34.另一些实施例中，控制芯片6还用于在沿视觉方向的障碍物长度小于预设长度值，则将障碍物轮廓的中心位置作为所述障碍物的位置。
35.另一些实施例中，控制芯片6还用于在沿视觉方向的障碍物长度大于或等于预设长度值，则将障碍物轮廓的离用户最近的位置作为所述障碍物的位置。计算方便，利于下一步更准确的确定较长障碍物与用户之间的距离。
36.本实施例中，用于识别障碍物的头巾中的障碍物识别系统通过控制芯片识别实时获取的环境图像中的障碍物，能够准确判断摄像设备拍摄到的区域内存在的障碍物的情况；通过提取障碍物的位置，请求距离传感器根据障碍物的位置检测到障碍物与用户的距离，根据识别结果和障碍物能够准确获得预警信息(如障碍物的类型及障碍物的范围)；从而基于预警信息能够及时提醒用户避障，进而保护用户的人身安全。另外，该用于识别障碍物的头巾利于用户方便携带，解放出双手。
37.具体实现时，障碍物识别系统还包括绝缘电线，所述摄像设备3、距离传感器4和预警模块5分别通过绝缘电线与所述控制芯片6连接，所述绝缘电线穿插在所述头巾本体1上，从而将所述摄像设备3、距离传感器4、预警模块5以及控制芯片6固定在所述头巾本体1上，障碍物识别系统中各个元器件可均匀分布在头巾本体上。头巾还可包括收纳袋，收纳袋固定在该头巾本体1上，障碍物识别系统设于该收纳袋内，收纳袋上开设通孔，摄像设备1的摄像头伸出该通孔。障碍物识别系统中的各个元器件均为微型器件，以减少过重造成头巾100变形。请一并参阅图2，在一些实施例中，所述障碍物可包括人形、阻拦物和地洞井盖的至少一种；所述控制芯片6存储有人形检测算法61、阻拦物检测算法62和地洞井盖检测算法63，所述对所述环境图像中的障碍物进行识别，包括：采用所述人形检测算法61对所述环境图像中的人形进行识别，采用所述阻拦物检测算法62对所述环境图像中的阻拦物进行识别，采用所述地洞井盖检测算法63对所述环境图像中的阻拦物进行识别。对于不同类型的障碍物采用对应检测算法进行识别，有利于提高识别的准确度，从而有利于降低误识别率和漏
识别率。可选地，所述对所述环境图像中的障碍物识别的信息可包括但不限于障碍物的形状、尺寸、位置、状态(静态还是动态)等。进一步地，所述人形检测算法61可为全卷积头部检测算法，全卷积头部检测算法是一种端对端的可训练的锚基头部检测模型，锚定尺度为2(锚尺寸为32
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32像素)和4(锚尺寸为64
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64像素)。采用全卷积头部检测算法能够快速准确的识别环境图像中的人形，运行速度可达5fps，平均精度可达0.70。
38.在一些实施例中，所述阻拦物可包括但不限于斑马线、雪糕筒、水泥柱、电线杆、汽车、地面堆积物和水渍中的至少一种；和/或，所述地洞井盖可包括但不限于积水、深坑和没有井盖的井洞中的至少一种。
39.在一些实施例中，所述预警模块5包括播音器51和/或振动器52，所述播音器51用于语音播报所述预警信息提醒用户避障，所述振动器52用于振动以提醒用户避障。用户可以根据自身喜好及所处环境选择预警方式，有利于提升用户体验。可选地，所述预警信息可包括但不限于障碍物的名称和障碍物的距离范围等。
40.在一些实施例中，所述摄像设备3包括用于日间拍摄的rgb摄像头31和用于夜间拍摄的夜视仪摄像头32，分别与所述控制芯片连接，所述控制芯片进一步用于获取环境的光线强度，并根据所述环境的光线强度能够自动切换拍摄模式。如此，有利于障碍物识别系统拍摄到更清晰的环境图像，从而有利于提高识别结果的准确性及加快识别速度。
41.在一些实施例中，所述距离传感器4为超声波距离检测设备或红外距离检测设备，通过所述超声波距离检测设备或红外距离检测设备检测所述障碍物至用户的距离。根据障碍物所在环境的真实场景选择性采用超声波距离检测设备和/或红外距离检测设备检测所述障碍物至用户的距离，在保证距离检测的准确度的同时，能够更节能。
42.请参阅图1，在一些实施例中，所述障碍物识别系统还包括供电设7，所述摄像设备3、距离传感器4、预警模块5及控制芯片6分别与所述供电设备7电连接。可选的，所述供电设备7可为但不限于蓄电池。
43.在一些实施例中，所述障碍物识别系统还包括开关8，所述开关8与所述供电设备7电连接，所述开关8用于控制所述障碍物识别系统的开启与关闭。
44.在一些实施例中，所述头巾本体1设有定位凸部9，所述定位凸部9设于所述摄像设备3所在的区域，所述定位凸部9用于对准视觉的前方，使所述摄像设备3拍摄到用户视觉前方的环境图像。可选地，定位凸部9可沿所述摄像设备3的纵向中线设于所述摄像设备3上方或下方。可选地，所述定位凸部9可为圆柱体、棱柱体或球体等。进一步地，所述定位凸部9可与所述开关8集成一体。
45.请参阅图3，本申请还提供一种采用如上述用于识别障碍物的头巾识别障碍物的方法，包括步骤：s1、获取摄像设备实时拍摄到的用户视觉前方的环境图像；s2、对所述环境图像中的障碍物进行识别，并判断所述摄像设备拍摄到的区域内是否存在障碍物；s3、若是，提取所述障碍物的位置，将所述障碍物的位置传送给所述距离传感器，并请求所述距离传感器检测障碍物至用户的距离；s4、接收所述距离传感器检测到的所述障碍物至用户的距离，判断所述障碍物至用户的距离是否达到预设距离阈值；s5、若是，根据识别结果及所述障碍物至用户的距离获取预警信息；s6、根据所述预警信息提醒用户避障。
46.在一些实施例中，步骤s1还可以包括：拍摄用户视觉后方和用户两侧的环境图像。
47.对所述环境图像中的障碍物进行识别，如果识别到的障碍物是静止状态的物体，
不响应避障提醒操作指令。
48.如果识别到的障碍物运动状态的物体，则对该障碍物进行连续多帧拍摄，预测该障碍物的运动轨迹，如果运动轨迹指向用户视觉前方，则发出预警信息提醒用户避障。
49.在一些实施例中，步骤s2之后还包括：s3’、若否，重新执行步骤s1、s2。也就是说，当所述摄像设备拍摄到的区域内不存在障碍物时，执行步骤s3。当所述摄像设备拍摄到的区域内不存在障碍物时，执行步骤s3’。
50.在一些实施例中，步骤s4之后还包括：s5’、若否，重新执行步骤s3、s4。也就是说，当所述摄像设备拍摄到的区域内不存在障碍物时，执行步骤s5。当所述摄像设备拍摄到的区域内不存在障碍物时，执行步骤s5’。
51.在一些实施例中，步骤s2包括：将环境图像二值化，提取环境图像中的目标区域，并计算目标区域的面积，若目标区域的面积大于或等于预设面积阈值时，判定为障碍物。通过设定识别障碍物的标准，忽略尺寸小至不影响盲人行进的障碍物，有利于缩短识别障碍物的用时，及减少识别不影响盲人行进的障碍物产生的功耗。
52.进一步地，若目标区域的面积大于或等于预设面积阈值时，计算目标区域中物体的高度，若所述物体的高度与所述目标区域的面积的比值大于第一预设高度面积比，判定为障碍物。
53.另一些实施例中，若目标区域的面积小于预设面积阈值时，计算目标区域中物体的高度，若所述物体的高度与所述目标区域的面积的比值大于第二预设高度面积比，判定为障碍物；所述第二预设高度面积比大于第一预设高度面积比。例如很尖的钉子，会危害到盲人，有必要提醒避障。
54.另一些实施例中，若目标区域的面积小于预设面积阈值时，检测目标区域中物体的形状，若为球体，判定为障碍物。例如珠子、海洋球等，踩到会容易滑倒，有必要提醒避障。
55.在一些实施例中，步骤s3中，所述提取所述障碍物的位置的步骤包括：获取障碍物的轮廓，将障碍物轮廓的中心位置作为所述障碍物的位置。通过设定障碍物的位置点，计算方便，从而利于快速提取所述障碍物的位置。
56.另一些实施例中，若沿视觉方向的障碍物长度小于预设长度值，则将障碍物轮廓的中心位置作为所述障碍物的位置。
57.另一些实施例中，若沿视觉方向的障碍物长度大于或等于预设长度值，则将障碍物轮廓的离用户最近的位置作为所述障碍物的位置。计算方便，利于下一步更准确的确定较长障碍物与用户之间的距离。
58.在一些实施例中，所述障碍物包括人形、阻拦物和地洞井盖的至少一种；所述对所述环境图像中的障碍物进行识别，还包括：采用所述人形检测算法对所述环境图像中的人形进行识别，采用所述阻拦物检测算法对所述环境图像中的阻拦物进行识别，采用所述地洞井盖检测算法对所述环境图像中的阻拦物进行识别。
59.进一步地，所述阻拦物包括斑马线、雪糕筒、水泥柱、电线杆、汽车、地面堆积物和水渍中的至少一种；和/或，所述地洞井盖包括积水、深坑和没有井盖的井洞中的至少一种。
60.尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用
于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
61.即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
62.另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。
63.在本申请中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。