基于深度圖的盲人輔助行走裝置及其輔助方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機器視覺領域，具體涉及一種基于深度圖的盲人輔助行走裝置及其輔助方法。
【背景技術】
[0002]目前，世界上存在著相當數量的盲人，他們都面臨著獨立出行的障礙，而這一障礙主要是由于他們無法很好地避讓前方的障礙物。由于治愈視力缺陷不是短期內能夠實現的，所以輔助盲人行走的裝置顯得尤為重要，其主要作用是根據前方的障礙物分布來提前提示盲人，以留有時間進行避讓。
[0003]當前，這一問題已有了許多相關的設備與研究。然而，這些設備及研究并沒有很好地解決輔助盲人獨立出行的問題。例如，現有的大部分輔助盲人行走的設備采用超聲波、紅外線或雷達來探測物體，但這些方法不僅受到方向性的局限，而且無法辨別障礙物的大小，因此不能提供準確而全面的避讓信息。公告號為CN 101999982的發明專利公開了一種基于立體視覺的盲人輔助行走裝置及其輔助方法，采用雙目攝像頭實時采集當前場景的兩個視角，并采用一些圖像處理算法來分析道路邊緣以及障礙物；這一方法雖然能夠提供較為準確而全面的避讓信息，但是其需要采集的信息量較大，需要一定的存儲空間；同時處理這一信息的算法也較為復雜，對于處理器具有較高的要求。再者，這一方法主要針對道路檢測，對于室內等空曠的環境的適用效果有待檢測。同時，當前的裝置大多采用語音進行提示，這一方式不僅容易受到周圍嘈雜噪聲的干擾，而且需要聽完提示音的這段延時才能獲取到準確的信息，缺乏直觀性。

【發明內容】

[0004]針對上述存在的技術問題，本發明目的是:提供一種基于深度圖的盲人輔助行走裝置及其輔助方法，該輔助行走裝置結構簡單，成本低廉，無需處理器進行復雜的處理和計算，設備的響應速度快。
[0005]本發明的技術方案是:一種基于深度圖的盲人輔助行走裝置，包括深度攝像機、處理器和振動陣列模塊，所述深度攝像機連接處理器，所述振動陣列連接處理器的輸出端，所述深度攝像機用于采集圖像并輸出深度圖，所述處理器根據灰度值進行處理并控制振動陣列模塊中振動電機的振動強度，所述振動陣列模塊為由至少一個振動電機組成陣列結構。
[0006]優選的，所述振動陣列模塊的大小為M*N，所述處理器根據振動陣列模塊的大小M*N將采集到的深度圖劃分為M*N個方塊，獲取每個方塊的最小的灰度值，組成一個M*N的灰度值矩陣，所述灰度值矩陣與振動陣列模塊中的振動電機一一對應，根據灰度值矩陣中的灰度值控制振動陣列模塊中相應振動電機的振動強度。
[0007]優選的，所述深度攝像機的像素大小為M*N。
[0008]優選的，所述深度攝像機放置在頭部，所述處理器和振動陣列模塊綁定在手臂上。
[0009]本發明還公開了一種基于深度圖的盲人輔助行走裝置的輔助行走方法，包括以下步驟:
SO 1:使用深度攝像機采集某一方向的圖像并輸出深度圖；
S02:根據振動陣列模塊的大小M*N將采集到的深度圖劃分為M*N個方塊，獲取每個方塊的最小的灰度值，組成一個M*N的灰度值矩陣，所述灰度值矩陣與振動陣列模塊中的振動電機對應，根據灰度值矩陣中的灰度值控制振動陣列模塊中相應振動電機的振動強度；
S03:當用戶根據振動無法獲取非常清晰的行走方案時，可以轉動頭部來獲取其他方向的信號，重復步驟SO1、S02，直至獲得清晰的障礙物分布概況。
[0010]與現有技術相比，本發明的優點是:
1.該輔助行走裝置結構簡單，成本低廉，無需處理器進行復雜的處理和計算，設備的響應速度快。
[0011 ] 2.盲人通過振動陣列模塊中不同的振動電機的振動強度來辨別障礙物的位置和距離，不易受外界環境的干擾，而且響應速度快。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
圖1為本發明基于深度圖的盲人輔助行走裝置的結構框圖；
圖2為本發明基于深度圖的盲人輔助行走裝置的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
[0014]實施例:
如圖1所示，一種基于深度圖的盲人輔助行走裝置，包括深度攝像機、處理器和振動陣列模塊，深度攝像機連接處理器，振動陣列連接處理器的輸出端。
[0015]深度攝像機放置在用戶的頭部，主要用于獲取前方景物的深度圖，即被檢測物體到深度攝像機(或用戶)的距離矩陣，深度攝像機可以選擇當前市面上常見的深度攝像機，也可以自行設計針對本應用的深度攝像機。
[0016]處理器根據灰度值進行處理并控制振動陣列模塊中振動電機的振動強度。振動陣列模塊的大小為M*N，即由M*N振動電機組成陣列結構。處理器和振動陣列模塊綁定在手臂上。
[0017]如圖2所示，本實施例采用市面上常見的深度攝像機，其輸出是一個深度圖，其中的每個像素的灰度值代表了對應的點到深度攝像機的距離，顏色越深表示距離越遠。
[0018]根據振動陣列模塊的大小M*N，將采集到的深度圖劃分為M*N個方塊。然后對于每個方塊，我們獲取最小的灰度值，即距離用戶最近的一個點的距離。通過這個處理可以生成一個M*N的矩陣，值越小表示距離越近。該矩陣與振動陣列模塊中的振動電機一一對應，根據這個矩陣，振動陣列模塊中的每個振動單元對應到一個值，根據值的大小調整振動強度。值越小，則振動強度越大，表示障礙物越接近用戶，越需要用戶注意避讓。所以，隨著用戶不斷靠近一個障礙物，相應部分的振動單元的振動會逐漸增強。
[0019]當用戶根據振動無法獲取非常清晰的行走方案時，可以轉動頭部來獲取其他方向的反饋信號，綜合這一系列的信號，用戶總可以獲取到一個比較清晰的障礙物分布概況。
[0020]對于針對本應用的深度攝像機，可以設計為M*N的像素大小，即對應了輸出振動陣列，這樣可以省去劃分與處理的過程，使得設備的處理速度更快。
[0021]應當理解的是，本發明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【主權項】
1.一種基于深度圖的盲人輔助行走裝置，其特征在于，包括深度攝像機、處理器和振動陣列模塊，所述深度攝像機連接處理器，所述振動陣列連接處理器的輸出端，所述深度攝像機用于采集圖像并輸出深度圖，所述處理器根據灰度值進行處理并控制振動陣列模塊中振動電機的振動強度，所述振動陣列模塊為由至少一個振動電機組成陣列結構。2.根據權利要求1所述的基于深度圖的盲人輔助行走裝置，其特征在于，所述振動陣列模塊的大小為M*N，所述處理器根據振動陣列模塊的大小M*N將采集到的深度圖劃分為M*N個方塊，獲取每個方塊的最小的灰度值，組成一個M*N的灰度值矩陣，所述灰度值矩陣與振動陣列模塊中的振動電機 對應，根據灰度值矩陣中的灰度值控制振動陣列模塊中相應振動電機的振動強度。3.根據權利要求2所述的基于深度圖的盲人輔助行走裝置，其特征在于，所述深度攝像機的像素大小為M*N。4.根據權利要求1-3任一項所述基于深度圖的盲人輔助行走裝置，其特征在于，所述深度攝像機放置在頭部，所述處理器和振動陣列模塊綁定在手臂上。5.一種基于權利要求4所述的基于深度圖的盲人輔助行走裝置的輔助行走方法，其特征在于，包括以下步驟: 501:使用深度攝像機采集某一方向的圖像并輸出深度圖； 502:根據振動陣列模塊的大小M*N將采集到的深度圖劃分為M*N個方塊，獲取每個方塊的最小的灰度值，組成一個M*N的灰度值矩陣，所述灰度值矩陣與振動陣列模塊中的振動電機 對應，根據灰度值矩陣中的灰度值控制振動陣列模塊中相應振動電機的振動強度； 503:當用戶根據振動無法獲取非常清晰的行走方案時，可以轉動頭部來獲取其他方向的信號，重復步驟SO1、S02，直至獲得清晰的障礙物分布概況。
【專利摘要】<b>本發明公開了一種</b><b>基于深度圖的盲人輔助行走裝置</b><b>，包括深度攝像機、處理器和振動陣列模塊，所述深度攝像機連接處理器，所述振動陣列連接處理器的輸出端，所述深度攝像機用于采集圖像并輸出深度圖，所述處理器根據灰度值進行處理并控制振動陣列模塊中振動電機的振動強度，所述振動陣列模塊為由至少</b><b>一</b><b>個振動電機組成陣列結構</b><b>。</b><b>該</b><b>輔助行走裝置結構簡單，成本低廉，無需處理器進行復雜的處理和計算，設備的響應速度快。</b>
【IPC分類】A61H3/06
【公開號】CN105267014
【申請號】CN201510605592
【發明人】羅天明, 于莉, 程飛
【申請人】西交利物浦大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月22日