基于振动强度的距离感知导盲手杖的制作方法

本发明涉及导盲技术领域，特别涉及一种基于振动强度的距离感知导盲手杖。

背景技术：

我国有众多的盲人，并且盲人的数量也在逐年增加。为了方便盲人出行，我国建有全球长度最长、分布最广泛的盲道，但是，辅助盲人出行的盲道因规划不合理、人为设限等原因，导致实际使用率差，无法发挥应有作用。比如盲道上常有电线杆、树木、花坛等障碍物；违规停车或商业用途占用；部分盲道自然破损严重，没有及时修复等，基于上述诸多原因，导致盲人无法依赖盲道出行。

为了方便盲人安全出行，一些辅助盲人出行的导盲装置被研发推广，有导盲手杖、导盲眼镜、导盲鞋等等。这些导盲装置一般都配备有各种传感器，如红外传感器、超声波传感器等，用来实时监测盲人前方的障碍物及其距离，并在传感器监测到障碍物时，提醒盲人注意避让。这种方式存在诸多不足：其一，因为是实时监测，所以对于盲人来说，每行走一步，其前方的状态都是未知的，导致盲人出行时有极大的心理压力；其二，导盲装置的工作过程一般为：传感器监测障碍物，控制单元对传感器采集到的信息进行识别、判断等一系列处理，最后才发出语音或振动来提醒盲人，这之间会存在一定的延迟，这会让盲人的行走体验变得很差；其三，现有的传感器基本都仅是针对盲人前方的障碍物进行识别，并没有对盲人所处的环境或行走路面的状况进行识别。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于振动强度的距离感知导盲手杖，通过不同的振动类型来对盲人进行提示。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于振动强度的距离感知导盲手杖，包括手柄和手杖杆，所述的手柄上设置有振动模块，手杖杆中设置有传感器和控制单元，传感器用于获取盲人前方障碍物距离，控制单元接收传感器采集到的障碍物距离信息并进行处理后控制振动模块发出振动提醒，振动模块的振动强度与障碍物距离成反比。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：由于盲人出行时，外面的环境常常较为嘈杂，单纯的采用语音提示有时候会听不清楚，所以这里通过在手柄上设置振动模块，让盲人手握持手杖的同时，能够轻松的感受到提示信息，振动模块采用分级式振动，距离越近，振动越强烈，距离越远，振动越微小，这样，盲人仅通过振动就能感知到前方障碍物的大概距离，使用起来非常方便。

附图说明

图1是智能导盲装置的结构示意图；

图2是包含有智能导盲装置的智能导盲系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合图1至图2，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1和图2，一种智能导盲装置，包括传感器21、控制单元 22以及警示单元23；所述的传感器21用于监测盲人前方障碍物，控制单元22接收传感器21采集到的障碍物信息并进行处理后控制警示单元23发出提醒，传感器21、控制单元22以及警示单元23是所有导盲装置都设置的。在此基础上，本发明还包括输入单元24、定位单元25以及存储单元26，所述的输入单元24用于盲人设置出行终点，定位单元25用于实时获取盲人所在的位置，存储单元26中存储有添加了优化细节的定制路径，控制单元22根据盲人设置的终点以及定位单元25定位的起点与存储的定制路径进行匹配，匹配成功后控制单元 22根据盲人位置以及定制路径上的优化细节控制警示单元23发出提醒，匹配失败后控制单元22根据定位单元25采集的信息生成路径并存储至存储单元26中；管理人员为存储单元26中存储的定制路径添加、修改或删除细节优化。如果盲人出行的路径中间还有需要经过的点，也可以从输入单元24中输入，这时，控制单元22在匹配的时候，就需要对起点、中间点、终点都要进行匹配。

通过为盲人设置定制路径，并且通过管理人员为定制路径添加细节优化，在盲人出行时，一方面能够为其导航，另一方能够实时的告知盲人路况信息和环境信息，让盲人对前方的路况有充分的感知；同时，由于这些提醒都是预先设定好的，可以提前发出提醒，避免了实时监测导致的延迟现象，这些，都大幅提高了盲人出行的舒适度。考虑到日常生活中，绝大多数时候，盲人的出行路径都是固定的几条路线，因此，这里通过建立定制路径，并对定制路径进行细节优化，相当于为盲人不断优化该路径上的提示，让盲人能够熟练的行走该定制路径，并且对于路况和环境信息能够提前感知，这样，盲人出行时能够更从容，极大地降低了盲人出行时的心理压力。对于第一次行走的路线，可以将其存储起来，方便对其添加细节优化，保证盲人再次行走时能有个参考。

由于定位单元25定位精度不够高，不一定能满足实时、准确地对优化细节发出提醒，故本发明中优选地，所述定制路径的优化细节包括路径上辅助定位的源图片以及该图片的提示语音；控制单元22与摄像单元29相连并将摄像单元29采集到的图片作为模板图片与控制单元22内存储的源图片按如下步骤进行匹配处理：(A)设f(x，y)为M×N 的源图片，t(j，k)为I×K的模板图片，其中J≤M，K≤N；(B)根据公式计算源图片中与模板图片对应区域的能量DS(x，y)、模板图片与源图片对应区域额互值关系DST(x，y)以及模板的能量DT(x，y)，

DS(x，y)与像素位置(x，y)有关，其随像素位置(x，y)的变化而缓慢变化甚至不变；DST(x，y)随着像素位置(x，y)的变化而变化；DT(x，y)与图像像素位置(x，y)无关，只用计算一次即可。(C)当DS(x，y)为常数时，在DST(x，y)取最大值时，认为模板图片和源图片是匹配的并执行步骤E；当DS(x，y)不为常数时，执行下一步；(D)根据以下公式计算归一化互相关值R(x，y)，

在R(x，y)取最大值时，认为模板图片和源图片是匹配的并执行步骤E；(E)将所匹配的源图片对应的提示语音通过警示单元23发出提醒。通过步骤A到步骤E，将摄像单元29拍摄到的图片实时的与存储的源图片进行匹配，从而在匹配成功后就能确定盲人已经到达该地点，此时将与源图片对应的提示语音播报出来，就具有非常好的及时性，避免定位单元25定位精度不高所带来的不准确性。在实际使用中，可以先通过定位单元25进行初步定位，然后对该定位范围内的细节优化的源图片进行匹配，这样可以大幅减少计算量，提高匹配速度。

这里细节优化可以有很多种，但不论是何种细节优化，主要是为了让盲人能够最大限度地感知路况信息和环境信息。本实施例中，提供几种优选的细节优化实施例以供参考，但实际上，除了下面以外，还有很多其他的细节优化，不再一一详细列出。优选地，所述的源图片包括路况图片和环境图片，路况图片包括丁字路口或十字路口图片、上下台阶图片、上下坡道图片、坑洼路面图片、傍水路面图片中的一种或多种；环境图片包括公园图片、景点图片、小区图片、座椅图片、固定障碍物图片中的一种或多种。这些图片所对应的语音可以按照以下方式进行阐述：

丁字路口或十字路口提示可以这样说：前方n米有十字路口/丁字路口、路口车辆较多/较少、现在是红灯/绿灯、还有多少秒、过马路需步行n米、请减速慢行等等，这些都可以添加上去。其中的红绿灯提示需要配合红绿灯识别模块来进行，有了这些提示，盲人可以从容、安全的经过路口。上下台阶提示可以这样说：前方n米有台阶、台阶是上还是下、台阶阶数是多少、台阶每阶高度是多少等等。这样，盲人在行走台阶之前，就能对台阶有充分的认识，不会出现踩空和绊倒的现象。上下坡道提示可以这样说：前方n米有下坡/上坡、坡道长度 n米、坡道角度n度等等。这样就能在盲人到达坡道之前就能调整姿态，避免突然上下坡时，身体倾斜角度不对而导致摔倒。坑洼路面提示和傍水路面提示，主要是让盲人充分了解到前方的路况信息，对于坑洼路面，可以提醒盲人减速慢行，傍水路面提示盲人绕行。

我们都知道，对于盲人来说，不同的区域安全程度不同、功能也不同。进入公园时可以提示，此处为公园，机动车极少，安全性非常高，适合漫步；景点里，会有很多好看的风景，可以提醒盲人驻足拍照；小区里会有复杂的路况，但安全性也较高。及时的对盲人进行环境提示，可以让盲人能够更从容的面对周边环境。遇到座椅时进行提示，主要是方便盲人在疲劳时能够找到合适的地方进行休息；遇到固定障碍物时提示，主要是方便盲人在行走时提前收到障碍物提醒，及早作出应对。

导盲装置的结构有很多种，现在常用的导盲装置可以为手杖10 或导盲眼镜或导盲鞋或导盲腰带或导盲腕带或其他可穿戴设备。参阅图1，本实施例中优选地，所述的导盲装置为手杖10，手杖10由手柄11和手杖杆12两部分构成；这里之所以用手杖10，基于几点考虑：其一，手杖10本身就可以作为盲人探索前方的工具使用；其二，手杖 10可以增加盲人的平衡感；其三，盲人在使用手杖10时，周围的人可以获知盲人的身份，故而在行走时会有所避让，起到保护盲人的作用。

优选地，所述的警示单元23包括设置在手柄11上的振动模块231，由于盲人出行时，外面的环境常常较为嘈杂，单纯的采用语音提示有时候会听不清楚，所以这里通过在手柄11上设置振动模块231，让盲人手握持手杖10的同时，能够轻松的感受到提示信息。传感器 21监测盲人前方障碍物的距离并将距离输出至控制单元22，控制单元 22将距离转换成控制信号驱动振动模块231工作且振动模块231的振动强度与距离成反比。振动模块231采用分级式振动，距离越近，振动越强烈，距离越远，振动越微小，这样，盲人仅通过振动就能感知到前方障碍物的大概距离，使用起来非常方便。

这里的振动模块231可以用振动电机来实现，可以通过提高振动幅度来增强振动强度，也可以通过提高振动频率来增强振动强度，当然同时提高振动幅度和频率也是可以的。下面针对这三种不同的方式进行详细阐述。

方案一，所述的控制单元22中存储有{距离范围，振动幅度}信息对，控制单元22将传感器21采集到的障碍物距离与其存储的距离范围比较后驱动振动模块231按对应的振动幅度动作。信息对可以有3 到10组，信息对越多，振动强度分的越细，一般来说，有个3到5 组就可以了。比如1米内对应一个振动幅度，1米到2米对应一个振动幅度，2米到5米对应一个振动幅度，5米以外不振动。通过存储信息对，可以避免复杂运算，只需要进行比较处理就可以了，提高系统的响应时间，能够更快速地对前方障碍物的距离作为相应。

方案二，所述的控制单元22中存储有{距离范围，振动频率}信息对，控制单元22将传感器21采集到的障碍物距离与其存储的距离范围比较后驱动振动模块231按对应的振动频率动作。与实施例一不同的是，这里是通过提高振动频率来增加振动强度的。

方案三，所述的控制单元22中存储有{距离范围，振动幅度，振动频率}信息对，控制单元22将传感器21采集到的障碍物距离与距离范围比较后驱动振动模块231按对应的振动幅度和频率动作。本实施例中，将振动幅度和振动频率同时提高，当距离特别近时，振动单元强烈、高频振动，这样能让盲人的感受更为强烈。

传感器21的种类有很多种，本实施例中具体地，所述手杖杆12 的上段固定设置有舵机13；传感器21包括超声波测距模块211和红外线测距模块212，超声波测距模块211固定在舵机13上，舵机13 动作时带动超声波测距模块211进行前方扇形范围的障碍检测；红外线测距模块212设置在手杖杆12的底端用于探测地面凹凸物。通过设置超声波测距模块211和红外线测距模块212，可以将盲人前方、地面所有的障碍物都能检测到，最大限度地保证盲人安全。同时，设置舵机13后，只需要一个超声波测距模块211就能够对盲人前方扇形范围内的所有障碍进行检测，无需额外设置多个超声波测距模块211，可以大幅降低成本。

所述的手杖杆12中位于舵机13下方依次设置有GPS模块、中控芯片以及电源28，GPS模块即为所述的定位单元25，中控芯片即为所述的控制单元22；存储单元26包括内存卡，源图片以及该图片的提示语音存储在内存卡上；所述的摄像单元29设置在手柄11的前端，摄像单元29识别路口的红绿灯状态并将识别结果输出至警示单元23 上进行提醒；电源28为所有模块供电，所有模块包括舵机13、中控芯片、传感器21、警示单元23、输入单元24、GPS模块，电源28最好选择可充电的锂电池，方便重复使用。

考虑到盲人在输入时有所不便，故本发明中，所述的输入单元24 包括语音识别模块，盲人发出的语音通过语音识别模块转换成数字信号输出至控制单元22；警示单元23还包括喇叭232，控制单元22将传感器21采集到的障碍物信息、定制路径上的细节优化通过喇叭232 进行语音播报；或者也可以设置蓝牙模块，让盲人通过蓝牙耳机来收听语音播报；或者可以设置耳机插口，让盲人通过有线耳机来收听语音播报。语音识别模块和喇叭232设置在手杖杆12上端。

参阅图2，本发明还提供了一种包括前述智能导盲装置的系统，该系统在包括智能导盲装置的基础上，还包括服务器和摄像单元29，存储单元26通过GPRS模块27和服务器之间的数据通过网络同步，管理人员通过移动终端与服务器通讯为定制路径添加、修改或删除细节优化；控制单元22控制摄像单元29每隔一段时间拍摄一张照片存储至服务器中作为管理人员为定制路径添加、修改或删除细节优化的依据；设置服务器和摄像单元以后，管理人员可以方便的对定制路径的细节优化进行添加、修改和删除，大幅提高盲人出行的舒适度，同时，可以将所有用户的细节优化进行统一存储，随着预存图片的越来越多，对路径的细节优化会越来越完善，更有利于盲人使用。同时，管理人员通过服务器向控制单元22发送指令启动摄像单元29为盲人进行实时导航，添加这个功能以后，可以在盲人需要帮助的时候，管理人员通过摄像单元29获取到盲人面前的环境状况，然后可以通过控制单元 22直接向警示单元23发出指令来指导盲人，从而解决一些比较麻烦的路况给盲人所带来的不便。

优选地，述定制路径的优化细节包括路径上的源图片以及该图片的提示语音；控制单元22与摄像单元29相连并将摄像单元29采集到的图片作为模板图片与控制单元22内存储的源图片进行匹配处理；在控制单元22匹配失败的情况下，控制单元22上传模板图片至服务器中完成全像素匹配并将匹配结果传回至控制单元22中。由于每人人使用的导盲装置不一样，摄像单元29拍摄场景的方位、距离、内容可能不一致，中控芯片基于模板图片的识别可能会出现困难。此时，利用网络功能上传拍摄的图片，后台数据库利用更强大的计算能力，与数据库中更多的源图片进行匹配，从而匹配到合适的源图片，这样可以大幅提高图片匹配的成功率，也使得及时、准确的语音提示变为可能，让盲人更从容的行走在外面。