一種頭戴式導盲設備的制作方法

本發明屬于導盲設備領域，尤其涉及一種頭戴式導盲設備。

背景技術：

據相關機構調查，中國目前約有盲人1000萬，占世界盲人總數的18％，而且未來有持續增加的趨勢，到2020年，中國盲人數量預估可達5000萬。盲人作為社會上的一個特殊群體，需要社會給予他們更多的關愛和照顧，使他們能夠更好的獨立生活。如何安全行走，是盲人生活中面臨的最大問題。但目前盲人專用的導航產品還不是很成熟。

市場上常見的有一種導盲頭盔，包括頭盔殼體，頭盔殼體的外側安裝有攝像頭和超聲波測量儀，頭盔殼體內置有GPS導航系統和慣性導航系統，攝像頭、超聲波測量儀、GPS導航系統和慣性導航系統均與數據處理器相連接，數據處理器連接人機交互器，該人機交互器包括耳機和麥克風，頭盔殼體內置有供電電源。但是采用GPS、攝像頭和超聲波測量相結合的技術，設備結構比較復雜，操作困難，探測距離和探測范圍有限，精度不高，對障礙物不能準確定位，也無法感知障礙物尺寸信息，產品性能不夠穩定，同時設備昂貴，市場認可度較低，難以得到推廣普及。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種頭戴式導盲設備，旨在解決現有的導盲設備結構比較復雜，操作困難，探測距離和探測范圍有限，精度不高，對障礙物不能準確定位，也無法感知障礙物尺寸信息的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種頭戴式導盲設備，其特征在于，包括：

可對用戶周圍環境進行探測，并形成被探測物體的位置信息的激光雷達系統；

根據所述被探測物體的位置信息形成路況信息，并根據所述路況信息形成提示控制指令的控制器；

根據所述控制指令輸出路況提示信息的提示裝置；以及

可穿戴于用戶頭部，用于安裝所述激光雷達系統、控制器以及提示裝置的固定結構。

本發明提供的頭戴式導盲設備，通過設于頭盔上的激光雷達系統對用戶周圍環境進行探測，并形成被探測物體的位置信息，通過控制器將被探測物體的位置信息進行處理，形成路況信息，并形成提示控制指令，用以控制提示裝置向用戶發出用于表示環境狀況、路況的提示信息；本設備通過激光雷達系統進行環境、路況探測，探測距離、掃描范圍、掃描頻率、角度分辨率、測量距離精度等參數得到有效提升，而且設備安裝簡單，實用性和實時性強，可幫助盲人進行準確實時的導航避障，極大改善了盲人的行走狀況和出行安全。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的頭戴式導盲設備的模塊圖；

圖2是本發明實施例提供的激光雷達系統的模塊圖；

圖3是本發明實施例提供的第二激光雷達的模塊圖；

圖4是本發明實施例提供的頭戴式導盲設備的探測示意圖一；

圖5是本發明實施例提供的頭戴式導盲設備的探測示意圖二；

圖6是本發明實施例提供的一種頭戴式導盲設備的結構圖；

圖7是本發明實施例提供的另一種頭戴式導盲設備的結構圖；

圖8是本發明實施例提供的控制器的模塊圖；

圖9是本發明實施例提供的定位裝置的模塊圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明提供的頭戴式導盲設備，通過設于頭盔上的激光雷達系統對用戶周圍環境進行探測，并形成被探測物體的位置信息，通過控制器將被探測物體的位置信息進行處理，形成路況信息，并形成提示控制指令，用以控制提示裝置向用戶發出用于表示環境狀況、路況的提示信息；本設備通過激光雷達系統進行環境、路況探測，探測距離、掃描范圍、掃描頻率、角度分辨率、測量距離精度等參數得到有效提升，而且設備安裝簡單，實用性和實時性強，可幫助盲人進行準確實時的導航避障，極大改善了盲人的行走狀況和出行安全，用戶體驗好，適于大規模推廣使用。

以下通過具體實施例對本發明方案進行介紹。

如圖1所示，本發明提供了一種頭戴式導盲設備，包括：

可穿戴于用戶頭部的固定結構1；可對用戶周圍環境進行探測，并形成被探測物體的位置信息的激光雷達系統2；根據被探測物體的位置信息形成路況信息，并根據該路況信息形成提示控制指令的控制器3；以及根據控制指令輸出路況提示信息的提示裝置4。固定結構1用于安裝激光雷達系統2、控制器3以及提示裝置4，其中，固定結構1為可穿戴于用戶頭部的可穿戴結構，例如頭盔。該頭盔可以根據用戶的頭部大小進行適應性調整，以符合用戶穿戴的舒適性要求。

本實施例通過激光雷達系統進行環境、路況探測，探測距離、掃描范圍、掃描頻率、角度分辨率、測量距離精度等參數得到有效提升，而且設備安裝簡單，實用性和實時性強，可幫助盲人進行準確實時的導航避障，極大改善了盲人的行走狀況和出行安全。

如圖2、圖3、圖4、圖5所示，作為本發明的一個實施例，激光雷達系統2包括：探測用戶周圍360度范圍的環境情況的第一激光雷達21；以及檢測用戶前方路況的第二激光雷達22。

在本發明的一個實施例中，第一激光雷達21采用基于TOF(Time of Flight，飛行時間)原理的TOF激光雷達，通過計算調制激光發射和返回的時間差得到光程進而得到測量物體的距離信息。通過TOF激光雷達可對用戶周圍360度范圍的環境情況進行探測，可實現對用戶周圍200m范圍內的環境進行360度掃描探測，精度較高，掃描頻率快，數據實時更新，可靠性強。

在本發明的一個實施例中，第一激光雷達21為單個可進行360度范圍探測的激光雷達，或者由多個激光雷達拼接組成，以進行360度范圍的掃描檢測，具體根據實際需求進行選型，若第一激光雷達21由多個激光雷達拼接組成，每個激光雷達的掃描區域組合起來，形成環繞用戶的360度范圍的掃描探測形式，這樣設置，探測的效果較為靈活。

如圖3所示，在本發明的一個實施例中，第二激光雷達22為可通過結構光對路況進行探測的結構光激光雷達。其中，結構光激光雷達包括：結構光發射模塊221，信號采集模塊222，信號處理模塊223。

其中，結構光發射模塊221，用于生成并發射結構光信號。

信號采集模塊222，用于采集結構光發射模塊221發出的，由被探測物體反射回來的反射結構光信號；這里以CMOS圖像傳感器為例，當然不限于該傳感器。

信號處理模塊223，用于根據反射結構光信號在信號采集模塊222上的位置信息，處理得到被探測物體的距離信息。

在本發明的一個實施例中，第二激光雷達，以結構光激光雷達為例，優選安裝在頭盔斜下方，與第一激光雷達21的探測平面呈一定的角度，它是由信號處理模塊223控制結構光發射模塊221產生結構光信號，再由信號采集模塊，比如CMOS圖像傳感器，接受被測物體反射回來的結構光信號，并將由被探測物體反射回來的反射結構光信號在信號采集模塊的圖像中的位置信息傳遞給信號處理模塊223，信號處理模塊223解析來信號采集模塊222的回光信息，利用三角測距原理得到結構光照射范圍內的周圍環境距離信息。第一激光雷達，以TOF激光雷達為例，優選安裝在頭盔殼體正上方，該激光雷達基于飛行時間法，通過計算調制激光發射和返回的時間差得到光程進而得到測量物體的距離信息。

如圖4所示，在本發明實施例中，結構光信號由結構光發射模塊221的輸出端發射出去，結構光信號以輸出端為頂點，形成一束位于同一個平面上、具有一定夾角的出射光。由于結構光激光雷達具有特殊的結構光設計，結構光信號的光束可覆蓋一定角度的二維平面，實現更高的角度分辨率和掃描頻率，可準確探測近距離障礙物以及路面平整度信息，比如方位，距離以及障礙物輪廓大小等，以實時探測路況。

其中，優選的，結構光信號的出射光的夾角α可設置在0～180度范圍內，保證了對用戶前進方向的環境狀況的探測。

更優選的，結構光信號的出射光的夾角α在60～110度之間，以具有足夠的探測寬度，該探測寬度是指在用戶前進方向上的左右延展，以對用戶前方空間或路面進行充分地探測掃描，該探測掃描的寬度滿足人正常前進時的活動范圍。例如，用戶前進路線并非一條直線，比如用戶往旁邊邁出，如果沒有足夠的探測寬度，那么就可能造成用戶邁出的地方未被檢測到；當然如果掃描寬度太大，探測距離就會縮短，精度也會降低，因此將結構光信號的出射光的夾角α在60～110度之間可以較好地解決上述不足。

如圖5所示，在本發明的一個實施例中，第二激光雷達22的輸出端的法向與第一激光雷達21的掃描平面的夾角β在30～80度范圍內，該角度范圍使第二激光雷達可以掃描到用戶前方的路面信息。

優選的，第二激光雷達22的輸出端的法向與第一激光雷達21的掃描平面的夾角β在45～60度范圍內，探測范圍、探測距離適當，實現了對用戶前方路面的精確探測。

在本發明實施例中，TOF激光雷達可進行360度全方位掃描激光雷達，該TOF激光雷達可優選安裝在頭盔殼體的外側正上方，以實現360度全方位掃描探測，能夠測量200米范圍內的物體的距離、方位和速度信息，數據更新速率快。而結構光激光雷達，優選安裝在頭盔斜下方，可實現近距離環境的精準探測掃描，這里主要是掃描用戶前進方向上的環境狀況，它能夠測量高精度0～10米范圍內的二維平面距離和方位信息，測量頻率高，數據更新速率快。

在本發明的一個實施例中，頭盔1作為實現掃描探測功能的安裝主體，第一激光雷達21與第二激光雷達22在頭盔1上的安裝方式包括：1、兩個激光雷達分立安裝于頭盔1上，如圖6所示；2、兩個激光雷達組合成固定模塊安裝于頭盔1上，如圖7所示。

如圖8所示，在本發明的一個實施例中，控制器3包括：用于接收被探測物體的距離信息的信號接收模塊31；將被探測物體的距離信息進行處理，形成路況信息的數據處理模塊32；將路況信息轉換成提示控制指令的信號轉換模塊33；以及將提示控制指令輸出至提示裝置4的信號傳輸模塊34。其中，路況信息可以是障礙物或其他路面特征，如凹坑，與用戶的相對距離、角度、速度等信息。

在本發明的一個實施例中，提示裝置4包括一可根據所述提示控制指令輸出提示信息的提示信息輸出單元41，其中，提示信息輸出單元包括：語音提示模塊、振動提示模塊，及觸覺反饋提示模塊中的一種或多種組合。

其中，語音提示模塊為音頻播放器，如耳機；振動提示模塊通過產生振動，讓用戶通過感受不同的振動形式來獲知路況；觸覺反饋提示模塊，比如將路況信息在屏幕上以盲文的形式展示。

在本發明實施例中，激光雷達系統2對周圍環境進行掃描探測后得到的被探測物體的距離信息作為輸入信號，將該距離信息通過數據處理模塊32進行處理，形成路況信息，例如被探測物體與用戶間的相對距離、方位、速度等信息；再通過信號轉換模塊33將路況信息轉換成提示控制指令，提示控制指令通過信號傳輸模塊34以有線或無線的方式傳輸給提示裝置4，例如，提示裝置4具有一語音提示模塊，該語音提示模塊為音頻播放器，更具體的如藍牙耳機，則提示控制指令通過信號傳輸模塊34無線傳輸至藍牙耳機，以進行語音播報，盲人聽到語音提示后進行自主判斷就可以產生相應的行動。

如圖9所示，在本發明的一個實施例中，頭戴式導盲設備還包括一定位裝置5，該定位裝置5包括：用于獲取設備的定位信息的GPS模塊51；以及將所述定位信息發送至相關聯的終端或后臺服務器的無線通信模塊52。通過該方案，盲人用戶的家人可以在任何地方通過網絡確定盲人的位置，以防盲人用戶迷路走丟，可進一步確保盲人安全。

在本發明的一個實施例中，所述頭戴式導盲設備上還設有可進行呼救或被動防碰撞的信號指示燈。作為被動防碰撞的信號指示燈，使用戶在晚上行走時更有辨識度，避免其他人對用戶造成的碰撞；當人該信號指示燈還可以具有呼救功能，當用戶感覺到或系統檢測到危險路況，可通過信號指示燈發出閃爍光進行呼救，同時還可以配置蜂鳴器，以增強呼救效果。

上述發明實施例提供的頭戴式導盲設備，通過設于頭盔上的激光雷達系統對用戶周圍環境進行探測，并形成被探測物體的距離信息，通過控制器將被探測物體的距離信息進行處理，形成路況信息，并形成提示控制指令，用以控制提示裝置向用戶發出用于表示環境狀況、路況的提示信息；本設備通過激光雷達系統進行環境、路況探測，探測距離、掃描范圍、掃描頻率、角度分辨率、測量距離精度等參數得到有效提升，而且設備安裝簡單，實用性和實時性強，可幫助盲人進行準確實時的導航避障，極大改善了盲人的行走狀況和出行安全，用戶體驗好，適于大規模推廣使用。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。