專利名稱：導盲器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機控制的導盲器技術。
背景技術：
進入21世紀，隨著計算機軟件、硬件的技術、傳感器技術、智能控制技術的日新月異的快速發展，推動了服務機器人關鍵技術有了明顯突破，服務機器人正成為一個新興的快速發展的產業。
而在國際國內方面的統計，殘疾人中有20％是視力殘疾。
世界衛生組織估計全世界有盲人4000萬到4500萬，低視力是盲人的3倍，約1.4億人。我國曾在上世紀80年代進行過視力殘疾狀況調查，結果顯示，我國有視力殘疾患者近1300萬，其中盲人約550萬。我國每年會出現新盲人大約45萬，即約每分鐘就會出現1個盲人。
人類的主要的信息是通過視覺來獲取的，所以盲殘是殘疾人中最重和最痛苦的殘疾，盲人無法看到現實的世界，無法享受正常人的歡樂。我國要實現“和諧”社會，要實現文明平等的社會，應該十分關懷這550萬處于黑暗之中的盲人。
現國內外助盲器一般僅用超聲波或紅外線探頭來找尋障礙的簡單的方法和設備來助盲，達不到較好的效果。國外高檔類似產品向著服務機器人的方向發展，由于機器人的復雜的機械結構，和高端人工智能軟件的開發，使得產品的成本據高不下，難以給盲人群體所接受。
發明內容
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種設備簡單，標準通用，易于維護，成本低的導盲器。
為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種導盲器，包括傳感器輸入部分，計算機和軟件部分和耳機輸出部分，所述計算機和軟件部分分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分，其特征在于，所述傳感器輸入部分包括左右話筒、左右攝像頭、超聲波測距探頭、垂直和水平角度傳感器；所述計算機和軟件部分包括主體軟件，分別與所述主體軟件連接的機器視覺分析軟件、自然語言理解軟件和機器學習軟件，以及同時與所述機器視覺分析軟件和機器學習軟件連接的“域”圖像信息數據庫和“物件”圖像信息數據庫。
所述主體軟件經便攜式計算機硬件分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分。
所述導盲器的主體軟件中包括導盲模式和學習模式，導盲器的軟件程序分別如下1、所述導盲模式1)讀取各傳感器信息并送至各軟件子模塊；2)讀取各子模塊的處理結果；3)從近至遠，從大至小提取綜合環境中“物件”特征；4)選取打開該“域”的相應“物件”庫；5)有無重點“物件”對象提示，有則轉至6)，無則轉至7)；6)優選重點“物件”；7)對照環境中“物件”特征，找出庫中相應物件及名稱；8)編輯和輸出語音，轉至1)；2、所述學習模式①讀取各傳感器信息并送至各軟件子模塊；
②讀取各子模塊的處理結果；③從近至遠，從大至小提取綜合環境中“物件”特征；④選取打開該“域”的相應“物件”庫；⑤對照環境中“物件”特征，找出庫中相應物件及名稱；⑥找得到相應“物件”嗎？找到則轉至①，找不到則轉至⑦；⑦語言描寫“物件”特征，請輸入者提示；⑧接受提示，輸入對應的數據庫，轉至①。
利用本發明提供的導盲器，由于采用了多傳感器、使用人工智能系統和計算機軟件分析對象，語音輸入的導盲器的高水準的系統設計方案。
國外高檔類似產品向著服務機器人的方向發展，由于機器人的復雜的機械結構，和高端人工智能軟件的開發，使得產品的成本據高不下，難以給盲人群體所接受。本發明充分利用了盲人本人的可活動性，僅采用了導盲方式的傳感器、計算機和軟件，采用語言提示助盲，取消機械行動部分，成本僅為服務機器人的10％左右，為盲人群體可以接受購買。
由于采用雙攝像頭的圖形采集和機器視覺方法，采用“域”和“對象”的數據庫方法，提高了導盲器識別性能。
由于采用語言提示，人機語言對話，使用者可以通過人機對話進行學習幫助盲人更好地使用導盲器。采用了語言對話方式，增加了機器對盲人的可親性，使盲人有精神支柱支持。本發明設備簡單，標準通用，易于維護。
本發明就是使用高技術的手段，用現代傳感技術來觀察環境，用計算機軟硬件技術來分析綜合環境，然后通過語言來告訴盲人，不斷給盲人創造出周圍的環境實體，讓盲人擺脫黑暗，獲取模擬的“光明”世界，以大大提高盲人的生活質量。
圖1是本發明實施例導盲器的結構示意框圖；圖2是本發明實施例導盲器的軟件程序流程框圖。
具體實施例方式
以下結合
對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構、方法及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。
本發明的內容是通過盲人戴有一組安裝有綜合傳感器(包括左右攝像頭、左右耳機、測距儀和水平垂直角度傳感器等)的眼鏡或帽子，并將綜合信息傳送至計算機，通過計算機對這些圖形和信號的智能分析，獲得盲人四周的真實環境信息，并通過親切的聲音(耳機)向盲人進行周圍環境的描述和行動的障礙分析信息傳遞(如“您左面是靠著黃色的墻，中間是走道，右邊2米有一個白色冰箱，前面有一把黑色的椅子，要小心！”)，同時，也可以通過與盲人對話的方式來根據盲人的需求來進行相關的信息傳遞，幫助盲人提高行動能力和生活質量。
參見圖1所示，本發明實施例提供的一種導盲器，包括傳感器輸入部分，計算機和軟件部分和耳機輸出部分，所述計算機和軟件部分分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分，所述傳感器輸入部分包括左右話筒、左右攝像頭、超聲波測距探頭、垂直和水平角度傳感器；所述計算機和軟件部分包括主體軟件，分別與所述主體軟件連接的機器視覺分析軟件、自然語言理解軟件和機器學習軟件，以及同時與所述機器視覺分析軟件和機器學習軟件連接的“域”圖像信息數據庫和“物件”圖像信息數據庫。所述主體軟件經便攜式計算機硬件分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分。
所述傳感器輸入部分輸入傳感器組可制作為眼鏡或帽子形式，佩戴在盲人的頭部，現傳感器組包括六件傳感器，為左右話筒共2件，左右攝像頭共2件，超聲波測距探頭1件，垂直和水平角度傳感器1件。
所述左右話筒在組件中安排了左右一對話筒，位置接近雙耳。
在工作時，話筒產生的聲音信號，可作為輔助信息，供識別軟件識別“域”或“物件”時的參考，(如聲源中出現喇叭聲，可作為“馬路”域的補充判斷)。
左右兩個話筒可以產生立體聲，作為聲源位置的確定，并可作選取“物件”的補充判斷。
在進行機器學習時，通過正常人的語言示教，將擴充計算機“域”和“物件”數據庫。為使語音輸入的聲音清晰，計算機智能軟件處理系統將通過確認的語言聲源立體位置來增強語言聲幅，消弱干擾聲音。
所述左右攝像頭在組件中安排了左右一對攝像頭，位置接近雙眼，這是傳感器組中的最重要的一對傳感器。
在工作時，攝像頭根據計算機的控制進行照片拍攝和圖形的傳遞，目前使用的攝像頭是彩色30萬象素，通過USB口方式與計算機連接。
左右兩個安裝在雙眼位置的攝像頭，可以構成三維機器人視覺系統的硬件傳感器部分，如配合不斷發展的“知識引導三維物體識別系統”軟件，以及與盲人對話的圖形分析的重點提示，和超聲波傳感器的物體位置距離的測試，可滿足圖形中主要大型“物體”的鑒別和距離測試。
所述超聲波測距探頭可配合提供主要“物件”的大概位置。
所述垂直和水平角度傳感器垂直角度傳感器可以提供給使用者頭部的仰角和附角，供計算機了解攝得圖像得上下位置。
所述水平方位角傳感器可以提供給使用者頭部的東南西北的方位角，可以通過此方位角，大致了解頭部的轉動的左右側角和行動方向，來指導和告訴盲人的走行方向。
所述計算機及軟件部分
本發明的計算機及軟件是本發明的最重要的部分，是實現人工智能的圖像、環境分析的關鍵部分，也是隨著技術發展而不斷發展的部分。
所述便攜式計算機硬件本發明目前使用筆記本電腦作為計算機硬件，隨著計算機技術和軟件的發展需要，將要求計算機更快速運算，更小型化。
所述主體軟件在使用狀態下，對各傳感器的信號分送之各軟件模塊進行分析，取出各模塊的對象的分析結果，根據所處在的“域”，配合調用“物件”信息數據庫的有關對象信息，綜合分析作出判斷，并通過語言調用送至使用者。
在學習狀態下，通過人與機器的問答方式，充實各數據庫的信息量。
所述機器視覺分析軟件是人工智能分析的主要軟件，通過分析左右攝像頭輸入的圖片信息，對圖片中自近至遠，自大至小選取對象；分析這些對象的色彩、尺寸、形狀和位置。
所述自然語言理解軟件在“使用”和“學習”的兩個狀態中，都采用了聽取和分析使用者的語言信息，軟件處理除了進行一般的“語言識別”，以分析所含的詞組外，還需以人工智能技術中的“自然語言理解”方法和軟件來進行提高和完善，使計算機能更好、更準確地理解使用者的意思。
所述機器學習軟件是系統軟件工作的另一個部分模塊，可以經過非盲人的佩戴，通過與計算機的問答方式，將相近的“域”的性質和“物件”的性質自動輸入計算機的數據庫，擴充和更新數據庫的內容。比如計算機問“我看到左邊墻上方有一個白色的物體，請問它是什么？”，回答“空調，安裝在房間。”，這樣該軟件模塊即將這個物件“空調”以及特征，安裝在域“房間”的數據庫內，供今后判斷調用。
所述“域”圖像信息數據庫安放各種“域”的信息和特征。
所述“物件”圖像信息數據庫安放各種“物件”的信息和特征，為“域”信息庫的子庫。
參見圖2所示，導盲器的軟件程序的流程如下
進入導盲模式或學習模式；1、導盲模式1)讀取各傳感器信息并送至各軟件子模塊；2)讀取各子模塊的處理結果；3)從近至遠，從大至小提取綜合環境中“物件”特征；4)選取打開該“域”的相應“物件”庫；5)有無重點“物件”對象提示，有則轉至6)，無則轉至7)；6)優選重點“物件”；7)對照環境中“物件”特征，找出庫中相應物件及名稱；8)編輯和輸出語音，轉至1)；2、學習模式；1)讀取各傳感器信息并送至各軟件子模塊；2)讀取各子模塊的處理結果；3)從近至遠，從大至小提取綜合環境中“物件”特征；4)選取打開該“域”的相應“物件”庫；5)對照環境中“物件”特征，找出庫中相應物件及名稱；6)找得到相應“物件”嗎？找到則轉至1)，找不到則轉至7)；7)語言描寫“物件”特征，請輸入者提示；8)接受提示，輸入對應的數據庫，轉至1)。
本發明具有計算機自學習功能，可以經過非盲人的佩戴，通過與計算機的問答方式，將相近的“域”的性質和“物件”的性質自動輸入計算機的數據庫，擴充和更新數據庫的內容。比如計算機問“我看到左邊墻上方有一個白色的物體，請問它是什么？”，回答“空調，安裝在房間。”，這樣計算機即將這個物件“空調”以及特征，安裝在域“房間”的數據庫內，供今后判斷調用。
本發明目前以國內助盲為主，全部采用中文信息，達到技術相對成熟后，另開辟英語版本。
本發明的技術基礎是建立于目前正在發展之中的計算機技術、彩色圖像識別技術、立體圖像識別、語音識別技術和人工智能技術(包括自然語言理解、機器視覺、機器學習等技術分支)等技術基礎之上的。
權利要求
1.一種導盲器，包括傳感器輸入部分，計算機和軟件部分和耳機輸出部分，所述計算機和軟件部分分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分，其特征在于，所述傳感器輸入部分包括左右話筒、左右攝像頭、超聲波測距探頭、垂直和水平角度傳感器；所述計算機和軟件部分包括主體軟件，分別與所述主體軟件連接的機器視覺分析軟件、自然語言理解軟件和機器學習軟件，以及同時與所述機器視覺分析軟件和機器學習軟件連接的“域”圖像信息數據庫和“物件”圖像信息數據庫。
2.根據權利要求1所述的導盲器，其特征是，所述主體軟件經便攜式計算機硬件分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分。
3.根據權利要求1所述的導盲器，其特征是，所述導盲器的主體軟件中，包括導盲模式和學習模式，所述軟件程序分別如下所述導盲模式1)讀取各傳感器信息并送至各軟件子模塊；2)讀取各子模塊的處理結果；3)從近至遠，從大至小提取綜合環境中“物件”特征；4)選取打開該“域”的相應“物件”庫；5)有無重點“物件”對象提示，有則轉至6)，無則轉至7)；6)優選重點“物件”；7)對照環境中“物件”特征，找出庫中相應物件及名稱；8)編輯和輸出語音，轉至1)；所述學習模式①讀取各傳感器信息并送至各軟件子模塊；②讀取各子模塊的處理結果；③從近至遠，從大至小提取綜合環境中“物件”特征；④選取打開該“域”的相應“物件”庫；⑤對照環境中“物件”特征，找出庫中相應物件及名稱；⑥找得到相應“物件”嗎？找到則轉至①，找不到則轉至⑦；⑦語言描寫“物件”特征，請輸入者提示；⑧接受提示，輸入對應的數據庫，轉至①。
全文摘要
本發明公開一種導盲器，涉及計算機控制的導盲器技術領域；該導盲器包括傳感器輸入部分，計算機和軟件部分和耳機輸出部分，所述計算機和軟件部分分別連接所述傳感器輸入部分和所述耳機輸出部分，其特征在于，所述傳感器輸入部分包括左右話筒、左右攝像頭、超聲波測距探頭、垂直和水平角度傳感器；所述計算機和軟件部分包括主體軟件，分別與所述主體軟件連接的機器視覺分析軟件、自然語言理解軟件和機器學習軟件，以及同時與所述機器視覺分析軟件和機器學習軟件連接的“域”圖像信息數據庫和“物件”圖像信息數據庫。本發明的導盲器設備簡單，標準通用，易于維護，成本低，能大大提高盲人的生活質量。
文檔編號A61H3/00GK1969781SQ20051011074
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者陳家祥, 申純太, 戚紀良, 孫勤, 楊軍, 李慕君 申請人:上海電氣自動化設計研究所有限公司