一种适合马路低头族的安全出行装置及其避障方法与流程

本发明涉及智能危险预警技术领域，特别涉及一种适合马路低头族的安全出行装置及其避障方法。

背景技术：

无线网络的发展以及智能移动终端产品的普及，给我们的生活带来极大的便捷，但是由于生活节奏的加快，更多人选择利用零碎的时间，比如走路的时间，通过移动端进行休闲娱乐。“马路低头族”已经成为一个庞大人群，对交通安全构成巨大威胁。如何让他们在出行中不用“步步惊心”，是目前全世界共同面临的问题。以往的辅助性的安全出行装置只是针对于视觉或听觉有障碍的人群，而且只是弥补单一方面的缺陷。在外观来讲，大多数现有设备都显得笨拙不便，容易吸引异样关注。所以需要一个专门的设备，为出行中注意力分散的人群提供预警功能，保障这些人群的出行安全，减少交通事故的发生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适合马路低头族的安全出行装置及其方法，以解决现有的低头族出行时，由于注意力不集中而造成较为严重的安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适合马路低头族的安全出行装置，包括：

传感器采集模块，包括GPS模块、摄像头模组、距离传感器及声音采集器，分别用于获取实时的定位信息、采集装置所在周围环境的图像数据、距离数据及声音数据；

微处理器模块，用于对所述定位信息、图像数据及距离数据进行处理，以获得环境中装置所在处及异常点的位置信息，以及对所述声音数据进行处理，以获得异常点的声音信息，并根据所述位置信息及声音信息输出安全指示指令；

电源模块，用于为其他模块供电；

输出模块，用于在所述安全指示指令的控制下，输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息，或控制以屏蔽所述移动终端设备。

较佳地，还包括：

出行记录模块，用于在出行过程中对出行路线、出行时间、异常点的位置、异常点的声音数据以及图像数据进行记录，以便为所述微处理器在再次出行时作为输出安全指示指令的参考；

人机交互模块，用于在接入网络后，接收预先设定出行时间、目的地及宏观路线、下载离线地图的命令，并根据所述出行记录模块的记录，进行宏观路线上的对应的异常点的筛选，并将筛选后确认的异常点发送至所述微处理器模块以输出安全指示指令。

较佳地，还包括存储器，所述存储器与所述微处理器相连，用于存储声音模型数据库，所述声音模型数据库包括若干条声音数据模型以及对应的安全指示指令，以供所述微处理器模块调用所述声音模型数据库进行与声音数据的比较和匹配，根据比较和匹配的结果获得安全指示指令，所述安全指示指令包括与输出模块是否报警、报警方式相关的命令。

较佳地，所述传感器采集模块还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器用于在所述声音采集器采集到声音数据后，对所述声音数据的信号进行放大并滤除噪声。

较佳地，微处理器模块还包括摄像头模组控制模块，用于在微处理器模块获得异常点的位置信息或声音信息后发送开启命令至所述摄像头模组使所述摄像头模组开启采集图像数据。

较佳地，所述输出模块包括：

移动终端设备控制装置，用于在所述安全指示指令的控制下，输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息；

信号屏蔽装置，用于在所述安全指示指令的控制下，发送屏蔽信号以屏蔽所述移动终端设备。

本发明还提供了一种适合马路低头族的安全出行装置的避障方法，包括以下步骤：

S1：传感器采集模块采集装置所在周围环境的定位信息、图像数据、距离数据及声音数据；

S2：微处理器模块对所述定位信息、图像数据、距离数据及声音数据进行处理，提取异常点与装置间的实际距离；

S3：微处理器模块根据所述实际距离及/或声音数据判断所述异常点是否对继续行进造成影响，如否，退出，如是，进入步骤S4；

S4：微处理器模块根据所述异常点的信息，控制输出模块输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息，或控制以屏蔽所述移动终端设备。

较佳地，所述微处理器模块提取异常点时，所述异常点来自离线地图，或通过距离数据及声音数据的分析得到，或来自出行记录模块记录的异常点，其中，当所述异常点来自离线地图时，所述微处理器模块直接启动信号屏蔽器装置使其发送屏蔽信号，以屏蔽移动终端设备，当所述异常点来自出行记录模块记录的异常点时，所述微处理器模块控制移动终端设备控制装置输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息。

较佳地，所述微处理器模块通过距离数据及声音数据的分析得到异常点时具体如下：

所述微处理器模块根据所述实际距离判断所述异常点是否对继续行进造成影响的过程具体为：首先，提取前方异常点与装置间的实际距离，当所述实际距离小于预设阈值T1时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息控制移动终端设备控制装置输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息；当所述实际距离小于阈值T2时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息直接启动信号屏蔽器装置使其发送屏蔽信号，以屏蔽所述移动终端设备，其中，T1＜T2；

所述微处理器模块根据所述声音数据判断所述异常点是否对继续行进造成影响的过程具体为：首先，提取声音数据对应的声音能量，当所述声音能量大于预设阈值N1时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息控制移动终端设备控制装置输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息；当所述声音能量大于阈值N2时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息直接启动所述信号屏蔽器装置使其发送屏蔽信号，以屏蔽所述移动终端设备，其中，N1＜N2。

较佳地，所述图像数据为二维数组形式的深度图像数据，则所述步骤S2具体包括：

S21：利用所述深度图像数据构造灰度图像，得到坐标值；

S22：返回二维数组形式的深度图像数据查找所需要的深度信息，并进行偏移距离的计算；

S23：将障碍物对应的深度像素转换为障碍物与装置间的实际距离，其中，所述实际距离包括边缘距离和深度距离；

则所述步骤S3进一步包括：

S31：判断所述边缘距离是否均位于左边，如是，进入步骤S32，如否，进入步骤S33；

S32：将边缘距离对应的障碍物视为一个整体，并将最右侧的边缘距离作为障碍物信息以输出模块输出安全指示信号；

S33：判断所述边缘距离是否均位于右边，如是，进入步骤S34，如否，进入步骤S35；

S34：将边缘距离对应的障碍物视为一个整体，并将最左侧的边缘距离作为障碍物信息以输出模块输出安全指示信号；

S35：获取两个障碍物的间距，并判断所述间距是否大于阈值，如是，控制输出模块输出直线通过的安全指示信号，如否，控制输出模块输出避障通过的安全指示信号。

本发明的有益效果是：

本发明提供的适合马路低头族的安全出行装置通过对实时位置信息及常规异常位置信息进行分析，以及对距离信息和声音信息的分析，从宏观和微观两个方面帮助使用者及时地规避危险。不仅能交互地利用现有的出行信息，而且可实时地让使用者对障碍物以及例如汽车鸣笛等异常声音，也能够及时反应。另外，本发明在普通背包的基础上进行改进，外观上只是在背包的肩带上设置了一个黑色盒状装置，避免引起路人异样眼光，适合经常边走路边听歌或低头玩手机的“马路低头族”使用。

附图说明

图1为优选实施例提供的装置组成示意图；

图2为另一优选实施例提供的装置组成示意图；

图3为优选实施例提供的装置部分结构使用示意图。

具体实施方式

为更好地说明本发明，兹以一优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体如下：

如图1所示，本实施例提供的适合马路低头族的安全出行装置，包括：

传感器采集模块10，包括GPS模块11、摄像头模组12、距离传感器13及声音采集器14，分别用于获取实时的定位信息、采集装置所在周围环境的图像数据、距离数据及声音数据；

微处理器模块20，用于分别获取来自GPS模块11、摄像头模组12、距离传感器13及声音采集器14的定位信息、图像数据、红外测距数据及声音数据，并对定位信息、图像数据、红外测距数据及声音数据进行处理，以获得环境中装置所在处及异常点的位置信息，以及对所述声音数据进行处理，以获得异常点的声音信息，并根据所述位置信息及声音信息输出安全指示指令；

电源模块30，用于为其他模块供电；

输出模块40，用于在所述安全指示指令的控制下输出安全指示信号至移动终端设备以控制所述移动终端设备显示安全提示信息或控制，以屏蔽移动终端设备80。其中，安全指示信号以无线的形式发送至移动终端设备，本发明的输出模块可以通过开启蓝牙、连入WiFi网络或移动通信网络等方式与移动终端设备进行无线通信。

进一步地，该装置还包括存储器50，存储器50与微处理器20相连，用于存储声音模型数据库，其中，该声音模型数据库包括若干条声音数据模型以及对应的安全指示指令，以供微处理器模块20调用该声音模型数据库进行与声音数据的比较和匹配，根据比较和匹配的结果获得安全指示指令，这里的安全指示指令包括与输出模块是否报警、报警方式相关的命令。

在另一优选实施例中，如图2所示，该装置还包括：

出行记录模块60，用于在出行过程中对出行路线、出行时间、异常点的位置、异常点的声音数据以及图像数据进行记录，以便为所述微处理器在再次出行时作为输出安全指示指令的参考；

人机交互模块70，用于在接入网络后，接收预先设定出行时间、目的地及宏观路线、下载离线地图的命令，并根据所述出行记录模块的记录，进行宏观路线上的对应的异常点的筛选，并将筛选后确认的异常点发送至所述微处理器模块以输出安全指示指令。

其中，上述的图像采集器11优选为为深度摄像头，该深度摄像头用于采集深度图像数据，而所述微处理器根据所述深度图像数据处理得到异常点(如障碍物)的位置及大小等信息。距离传感器12优选为红外发射器，用于直接检测障碍物与装置间的距离。而声音采集器13优选为麦克风。

上述的传感器采集模块10还包括数字信号处理器15，数字信号处理器15用于在声音采集器14采集到声音数据后，对声音数据的信号进行放大并滤除噪声。当然，该数字信号处理器15也可用于对来自摄像头模组12、距离传感器13的信号进行进一步的优化处理，本发明不限定其具体功能为仅处理声音信号。

进一步地，参见图2，本实施例中的输出模块40还包括：

移动终端设备控制装置41，用于在安全指示指令的控制下输出安全指示信号至移动终端设备以控制所述移动终端设备显示安全提示信息；

信号屏蔽装置42，用于在安全指示指令的控制下发送屏蔽信号以屏蔽所述移动终端设备。

如图3所示，本实施例中传感器采集模块10的GPS模块(GPS模块为内置模块，图3中未示出)、摄像头模组12、距离传感器13及声音采集器14可与背包整体相连，其中，摄像头模组12、距离传感器13及声音采集器14可集成设置为一体式结构，也可根据需要设置为分体式结构。具体地，本发明装置的传感器采集模块可通过设置一连接夹子或别针等连接件与背包带相连，其位置可根据使用者的实际需求进行调整，一般可以调整到使用者的前方肩部位置，以使摄像头的方向向前。当然，在其他优选实施例中，还可以设置该传感器采集模块连接至衣物或佩饰上，本发明不限制其具体的连接物，只要其能够满足连接至使用者的衣饰(包括背包、手杖等用品)上后能够测量得到使用者前方或周围的障碍物的距离数据及周围环境的声音数据即可。

其中，本实施例中的微处理器模块中包括一嵌入式微处理器，其采用基于ARM的架构，可实现实时监控，不用停止处理器的运行就可以读写和修改存储器。另外在稳定性、功耗、性能等方面都有上佳表现。由于芯片本身存储容量不大，所以本实施例中采用外置的存储器，用于存储深度图像数据以及声音模型数据库的数据。而输出模块采用手环震动方式实现，主要是方便提醒障碍方位以及危险提醒，提高使用者的注意力，防止因继续的注意力分散，而发生危险。电源模块用于为其他模块供电。基于ARM架构的嵌入式微处理器、存储器、电源等模块可置于背包内部。在其他优选实施例中，嵌入式微处理器、存储器、电源等模块可设为与传感器模块一体的微型集成结构，同时连接在衣饰上，方便在不同场合使用。

本发明还提供了一种适合马路低头族的安全出行装置的避障方法，包括以下步骤：

S1：传感器采集模块采集装置所在周围环境的定位信息、图像数据、距离数据及声音数据；

S2：微处理器模块对所述定位信息、图像数据、距离数据及声音数据进行处理，提取异常点与装置间的实际距离；

S3：微处理器模块根据所述实际距离及/或声音数据判断所述异常点是否对继续行进造成影响，如否，退出，如是，进入步骤S4；

S4：微处理器模块根据所述异常点的信息控制输出模块输出安全指示信号至移动终端设备以控制所述移动终端设备显示安全提示信息或控制以屏蔽所述移动终端设备。

其中，微处理器模块在提取异常点时，提取的异常点来自微处理器获取的来自人机交互模块下载的离线地图，或通过当前采集的距离数据及声音数据的分析得到，或来自出行记录模块记录的异常点，其中，当所述异常点来自离线地图时，所述微处理器模块直接启动信号屏蔽器装置使其发送屏蔽信号，以屏蔽移动终端设备，当所述异常点来自出行记录模块记录的异常点时，所述微处理器模块控制移动终端设备控制装置输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息。

微处理器模块通过距离数据及声音数据的分析得到异常点时具体如下：

所述微处理器模块根据所述实际距离判断所述异常点是否对继续行进造成影响的过程具体为：首先，提取前方异常点与装置间的实际距离，当所述实际距离小于预设阈值T1时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息控制移动终端设备控制装置输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息；当所述实际距离小于阈值T2时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息直接启动信号屏蔽器装置使其发送屏蔽信号，以屏蔽所述移动终端设备，其中，T1＜T2，T1及T2的值本领域技术人员可根据需要自定义设置。

微处理器模块根据所述声音数据判断所述异常点是否对继续行进造成影响的过程具体为：首先，提取声音数据对应的声音能量，当所述声音能量大于预设阈值N1时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息控制移动终端设备控制装置输出安全指示信号至移动终端设备，以控制所述移动终端设备显示安全提示信息；当所述声音能量大于阈值N2时，所述微处理器模块根据所述异常点的信息直接启动所述信号屏蔽器装置使其发送屏蔽信号，以屏蔽所述移动终端设备，其中，N1＜N2，N1及N2的值本领域技术人员可根据需要自定义设置。

其中，传感器采集模块采集周围环境的声音数据传递给微处理器模块，微处理器模块通过对声音数据的分析，得到声音能量。

在另一优选实施例中，微处理器模块判断所述声音信息是否需要进行报警的具体过程为：将声音数据与一包括若干条声音数据模型以及对应的安全指示指令声音模型数据库进行比较和匹配，以获得对应的安全指示指令，安全指示指令包括与输出模块是否报警、报警方式相关的命令。

在本实施例中，微处理器模块通过图像数据处理得到异常点的流程，具体包括：S401：通过摄像头模组获取深度图像数据流，将深度数据流传输给微处理器模块的处理器。S402：微处理器模块进行障碍物的识别后，计算障碍物与人之间的实际距离。其中，构成有效障碍物的条件与物体的位置和与人的相对大小有关。所有阻碍运动的物体都可判断为障碍(障碍为实时获取得到的异常点的一种)。S403：根据障碍物位置及与人的相对大小，判断是否为有效阻碍。如是，进入步骤S404：根据障碍物的实际情况，计算避开的偏移距离，再进入步骤S405：选择最小偏移距离所在的路线为安全路线进行避障。将该安全路线对应的安全指示信号输出作为避障通过的安全指示信号提供给输出模块。如否，返回步骤S402继续获取深度图像数据。其中，图像处理过程中识别障碍物的方法采用二值化判断方法，具体为：首先将1m以外的物体设为安全距离，则其值为0；再计算障碍物在图像数据中的凸包面积，当面积小于预设阈值时，则其值也为0；否则输出该凸包对应的物体为障碍物，并输出凸包坐标，以供作为障碍物的位置信息。

其中，本实施例中采集得到的图像数据为二维数组形式的深度图像数据，则所述步骤S2具体包括：

S21：利用所述深度图像数据构造灰度图像，得到坐标值；

S22：返回二维数组形式的深度图像数据查找所需要的深度信息，并进行偏移距离的计算；

S23：将障碍物对应的深度像素转换为障碍物与装置间的实际距离，其中，所述实际距离包括边缘距离和深度距离。

这里处理器根据一定的几何关系，对数据进行读取判断。在本实施例子中，只需要X方向和Z方向的两个距离，即边缘距离和深度距离。

对于一个地面凸起的障碍物而言，其可能存在三种位置关系，根据不同的位置关系，接收相应的边缘距离进行后续计算。即判断两个障碍物存在合并的可能性。则所述步骤S3进一步包括：

S31：判断所述边缘距离是否均位于左边，如是，进入步骤S32，如否，进入步骤S33；

S32：将边缘距离对应的障碍物视为一个整体，并将最右侧的边缘距离作为障碍物信息以输出模块输出安全指示信号；

S33：判断所述边缘距离是否均位于右边，如是，进入步骤S34，如否，进入步骤S35；

S34：将边缘距离对应的障碍物视为一个整体，并将最左侧的边缘距离作为障碍物信息以输出模块输出安全指示信号；

S35：获取两个障碍物的间距，并判断所述间距是否大于阈值，如是，控制输出模块输出直线通过的安全指示信号，如否，控制输出模块输出避障通过的安全指示信号。这里的避障通过的安全指示信号包括处理器自动计算的避开的偏移距离，选择最小偏移距离的避障路线，以通过输出模块提供给装置的使用者。

具体而言，传感器内含数字信号处理器，可以用来强化接受声音的清晰度同时处理噪声。本部分流程包括：S401：确定声音监测区域。由于受到声音接收覆盖角度的限制，接收到声音后默认为从前方声源发出。所以本发明采取声音接收与视觉接收装置可分离的方法，根据使用者的不同需求，有针对性地锁定声音监测区域。

S402：麦克风接收声音信号，并计算声音信号的能量。

S403：判断声音信号的能量是否大于阈值N1或N2。当声音信号的能量大于阈值N1时，对声音数据进行进一步的分析，进入步骤S404：提取声音频率范围以及高频维持时间等特征，及S405：与前期建立的声音模型数据库中存储的声音特征参数及不同类别的声音模型进行匹配。实现声音的分类及进行对应的预警。如声音能量大于阈值N2，则直接预警进行屏蔽信号的操作。如声音能量不大于阈值，则反馈步骤S402继续接收声音信号，重新计算新声音信号的能量，并不预警。

声音模型大类上包括：人声模型和车辆喇叭声模型。所述的声音信号的能量是指声音的振幅。根据声音的类别，微处理器通过输出模块，给予使用者反馈，提醒低头族提高注意力，注意危险的来临。

在本实施例中，当视觉避障和声音预警同时启动时，采用听觉优先躲避原则。即声音预警一般的产生来源为动态，给予使用者的反应时间短，所以采用听觉优先原则。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。