专利名称：基于激光三维扫描的盲人导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子信息类，特别涉及一种盲人导航装置，尤指一种利用激光三维扫描获取道路障碍信息，并通过信息处理系统处理后进行语音提示的盲人导航装置。
背景技术：
我国有1600万盲人群体，他们出行时会面临各种复杂、多变的交通环境，目益增多的机动车辆、道路中的各种障碍物都将威胁到盲人的出行。利用电子信息技术，开发有效的盲人导航装置将大大增加盲人群体的出行便利。目前，盲人导航装置主要是采用被动式成像方法获取道路障碍物信息，存在着分辨率不高的缺陷。同时，该方法可难以获取周围运动物体的运动信息，不能有效地提示盲人避开机动车等高速物体。
发明内容本发明为了克服现有的盲人导航手段的不足，提供一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，可以实现对道路障碍的位置、尺寸、运动等综合信息提取，为盲人提供安全有效的导航手段。本发明通过以下技术方案实现供一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，由激光信号发生模块、扫描发射接收模块、探测处理模块、信息处理导航模块组成。激光信号发生模块中的激光器输出激光信号，并通过信号调制器按照一定频率进行调制，产生激光探测信号。激光探测信号通过扫描发射接收模块中的扫描机构，在垂直和水平两个方向上进行立体空间扫描，对前方道路中的各种目标进行探测，并接收回波信号。探测处理模块对激光回波信号进行处理，通过滤波放大、相位检测、时延检测、多普勒频移检测，输出激光回波的时延、相位和频移数据。信息处理导航模块对探测数据进行处理，结合扫描空间信息，得到前方障碍物的位置、尺寸、运动速度等信息，并对各障碍物危险程度进行判断，将可能对盲人行走产生危险的障碍物及运动车辆的方位、速度等信息通过语音告知盲人。同时，信息处理导航模块中内置的GPS模块通过接收GPS卫星导航系统的定位数据，提供给盲人具体的位置，以及达到理想目的地的路线语音提示。本发明中的立体空间扫描，水平和垂直扫描速率设计大于10转/秒，也即空间扫描周期约为100毫秒，可以满足盲人导航的速度要求。水平和垂直扫描角度设计大于170 度，可以满足盲人前方道路的有效覆盖。出射激光发射角设计优于1毫弧度，对于10米范围内的障碍物的分辨率可以达到1cm，可以有效满足对障碍物探测的分辨率要求。本技术发明与现有技术相比，其显著的优点是(1)采用高相干性窄发散角激光作为探测信号源对前方障碍物进行探测，有效提高了对障碍物探测的分辨率。( 采用激光进行立体空间扫描，扫描视场范围大，避免了探测导航盲区，可以对脚下和高处的障碍物进行告警。(3)采用激光调制和多普勒检测手段，在得到障碍物方位、距离信息外，还可以得到障碍物的相对运动信息，可以实现对诸如运动车辆等目标的告警，使盲人可以有效避开危险目标。
图1是本装置的结构示意图。图2是信号探测处理模块结构框图。图3是信息处理导航模块结构框图其中1—激光器2——激光调制器3——垂直扫描镜4——扫描电机A5——水平扫描镜6——扫描电机B 7——发射接收镜8——探测器A 9—— 探测器B10——信号探测处理模块11——信息处理导航模块12——语音提示喇叭13——分光镜 14——角度检测器A 15——角度检测器B 16——底座
具体实施方式
在图1中，激光器1、激光调制器2、垂直扫描镜3、电机A4、水平扫描镜5、电机B6、 发射接收镜7、探测器A8、探测器B9、信号探测处理模块10、信息处理导航模块11、语音提示喇叭12、分光镜13、角度检测器A14、角度检测器B15都安置在底座16上。底座16构造成手杖形状，便于盲人把持。激光调制器2与激光器1连接，对输出激光按照特定频率进行调制。调制后的激光信号照射到分光镜13上，部分信号光经过透射照射到垂直扫描镜3上，经过垂直扫描镜 3反射后照射到水平扫描镜5上，经过水平扫描镜5反射后照射到发射接收镜7上，经过发射接收镜7透射对前方障碍物进行探测。垂直扫描镜3由电机A4驱动实现垂直方向激光扫描，水平扫描镜5由电机B6驱动实现水平方向激光扫描。激光回波光通过发射接收镜7，照射到探测器A8上，探测器A8与信号探测处理模块10连接，将探测光信号转变为电信号输入到信号探测处理模块10中。同时，分光镜13反射激光器1的输出光，被探测器B9接收，探测器B9与信号探测处理模块10连接，将激光输出信号变换为电信号输入到信号探测处理模块10中。信号探测处理模块10对两路信号进行相位检测、滤波放大和多普勒测量，输出激光回波的时延、 相位和频移数据。信号探测处理模块10与信息处理导航模块11连接，将上述数据输入到信息处理导航模块11进行处理。角度检测器A14与扫描电机A4连接，得到水平扫描角度，角度检测器B15与扫描电机B6连接，得到垂直扫描角度。角度检测器A14、角度检测器B15与信息处理导航模块11连接，提供信息处理导航模块11有关扫描角度信息。信息处理导航模块11对探测数据进行处理，结合扫描空间信息，得到前方障碍物的位置、尺寸、运动速度等信息，并对各障碍物危险程度进行判断，将可能对盲人行走产生危险的障碍物及运动车辆的方位、速度等信息通过语音告知盲人。同时，信息处理导航模块中内置的GPS模块通过接收GPS卫星导航系统的定位数据，提供给盲人具体的位置，以及达到理想目的地的路线语音提示。如图2所示，在信号探测处理模块10中，探测回波信号输入到滤波放大器A中，激光本征信号输入到滤波放大器B中，滤波放大器A和滤波放大器B分别与相位、时延检测电路以及多普勒频移检测电路连接，由相位、时延检测电路实现对回波信号的相位和时延检测，由多普勒频移检测电路实现对回波信号的多普勒频移数据的检测。如图3所示，在信息处理导航模块11中，由数据输入接口接收来自信号探测处理模块10的激光回波时延、相位和多普勒频移信息，并同时接收来自角度检测器15、角度检测器16的扫描方位信息。FPGA与数据输入接口、SRAM连接，DSP与FPGA连接，通过DSP中的嵌入式处理算法对激光回波时延、多普勒频移数据以及扫描方位数据进行处理，得到扫描空间中的各障碍物位置、尺寸和速度信息，并按照障碍物距离远近、尺寸大小和运动速度快慢进行危险等级评定，对有可能对盲人行走造成危险的障碍物目标通过语音合成器进行提示。盲人键盘与DSP连接，输入导航目的地信息。GPS接收模块与DSP连接，得到盲人当前所在位置信息，并通过调入SRAM中的内置地图，由DSP计算出最佳导航路径，通过语音合成器给出导航语音提示。电池供电模块对信息导航处理模块及整个装置进行供电。
权利要求1.一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，其特征在于由激光信号发生模块、扫描发射接收模块、探测处理模块、信息处理导航模块组成；激光信号发生模块中的激光器输出激光信号，并通过信号调制器按照一定频率进行调制，产生激光探测信号；激光探测信号通过扫描发射接收模块中的扫描机构，在垂直和水平两个方向上进行立体空间扫描；探测处理模块对激光回波信号进行处理，通过滤波放大、相位检测、时延检测、多普勒频移检测，输出激光回波的时延、相位和频移数据；信息处理导航模块通过内置的GPS模块通过接收GPS 卫星导航系统的定位数据，提供给盲人具体的位置，以及达到理想目的地的路线语音提示。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，其特征在于所述的激光器工作波长为1. 5微米，保证激光的人眼安全。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，其特征在于所述的扫描发射接收模块由水平扫描镜和电机驱动实现水平扫描，由垂直扫描镜和电机驱动实现垂直扫描。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，其特征在于信息处理导航模块中内置GPS定位接收模块，能够通过语音合成给出到达目的地的语音导航信肩、ο
专利摘要一种基于激光三维扫描的盲人导航装置，由激光信号发生模块、扫描发射接收模块、探测处理模块、信息处理导航模块组成。激光信号发生模块发射经过频率调制的探测激光信号，通过扫描发射接收模块在垂直和水平两个方向上进行立体空间扫描。探测处理模块对激光回波信号进行处理，输出激光回波的时延、相位和频移数据。信息处理导航模块对探测数据进行处理，得到前方障碍物的位置、尺寸、运动速度等信息，并对各障碍物危险程度进行判断，将可能对盲人行走产生危险的障碍物及运动车辆的信息通过语音告知盲人。同时，内置的GPS模块通过提供给盲人具体的位置，以及达到理想目的地的路线语音提示。
文档编号G01S19/42GK202168925SQ20112010022
公开日2012年3月21日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者冯广东, 刘明来, 杜兆芳, 湛群, 黄晨 申请人:安徽农业大学