基于深度图的盲人辅助行走装置及其辅助方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器视觉领域，具体涉及一种基于深度图的盲人辅助行走装置及其辅助方法。
【背景技术】
[0002]目前，世界上存在着相当数量的盲人，他们都面临着独立出行的障碍，而这一障碍主要是由于他们无法很好地避让前方的障碍物。由于治愈视力缺陷不是短期内能够实现的，所以辅助盲人行走的装置显得尤为重要，其主要作用是根据前方的障碍物分布来提前提示盲人，以留有时间进行避让。
[0003]当前，这一问题已有了许多相关的设备与研究。然而，这些设备及研究并没有很好地解决辅助盲人独立出行的问题。例如，现有的大部分辅助盲人行走的设备采用超声波、红外线或雷达来探测物体，但这些方法不仅受到方向性的局限，而且无法辨别障碍物的大小，因此不能提供准确而全面的避让信息。公告号为CN 101999982的发明专利公开了一种基于立体视觉的盲人辅助行走装置及其辅助方法，采用双目摄像头实时采集当前场景的两个视角，并采用一些图像处理算法来分析道路边缘以及障碍物；这一方法虽然能够提供较为准确而全面的避让信息，但是其需要采集的信息量较大，需要一定的存储空间；同时处理这一信息的算法也较为复杂，对于处理器具有较高的要求。再者，这一方法主要针对道路检测，对于室内等空旷的环境的适用效果有待检测。同时，当前的装置大多采用语音进行提示，这一方式不仅容易受到周围嘈杂噪声的干扰，而且需要听完提示音的这段延时才能获取到准确的信息，缺乏直观性。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的技术问题，本发明目的是:提供一种基于深度图的盲人辅助行走装置及其辅助方法，该辅助行走装置结构简单，成本低廉，无需处理器进行复杂的处理和计算，设备的响应速度快。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于深度图的盲人辅助行走装置，包括深度摄像机、处理器和振动阵列模块，所述深度摄像机连接处理器，所述振动阵列连接处理器的输出端，所述深度摄像机用于采集图像并输出深度图，所述处理器根据灰度值进行处理并控制振动阵列模块中振动电机的振动强度，所述振动阵列模块为由至少一个振动电机组成阵列结构。
[0006]优选的，所述振动阵列模块的大小为M*N，所述处理器根据振动阵列模块的大小M*N将采集到的深度图划分为M*N个方块，获取每个方块的最小的灰度值，组成一个M*N的灰度值矩阵，所述灰度值矩阵与振动阵列模块中的振动电机一一对应，根据灰度值矩阵中的灰度值控制振动阵列模块中相应振动电机的振动强度。
[0007]优选的，所述深度摄像机的像素大小为M*N。
[0008]优选的，所述深度摄像机放置在头部，所述处理器和振动阵列模块绑定在手臂上。
[0009]本发明还公开了一种基于深度图的盲人辅助行走装置的辅助行走方法，包括以下步骤:
SO 1:使用深度摄像机采集某一方向的图像并输出深度图；
S02:根据振动阵列模块的大小M*N将采集到的深度图划分为M*N个方块，获取每个方块的最小的灰度值，组成一个M*N的灰度值矩阵，所述灰度值矩阵与振动阵列模块中的振动电机对应，根据灰度值矩阵中的灰度值控制振动阵列模块中相应振动电机的振动强度；
S03:当用户根据振动无法获取非常清晰的行走方案时，可以转动头部来获取其他方向的信号，重复步骤SO1、S02，直至获得清晰的障碍物分布概况。
[0010]与现有技术相比，本发明的优点是:
1.该辅助行走装置结构简单，成本低廉，无需处理器进行复杂的处理和计算，设备的响应速度快。
[0011 ] 2.盲人通过振动阵列模块中不同的振动电机的振动强度来辨别障碍物的位置和距离，不易受外界环境的干扰，而且响应速度快。
【附图说明】
[0012]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明基于深度图的盲人辅助行走装置的结构框图；
图2为本发明基于深度图的盲人辅助行走装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0014]实施例:
如图1所示，一种基于深度图的盲人辅助行走装置，包括深度摄像机、处理器和振动阵列模块，深度摄像机连接处理器，振动阵列连接处理器的输出端。
[0015]深度摄像机放置在用户的头部，主要用于获取前方景物的深度图，即被检测物体到深度摄像机(或用户)的距离矩阵，深度摄像机可以选择当前市面上常见的深度摄像机，也可以自行设计针对本应用的深度摄像机。
[0016]处理器根据灰度值进行处理并控制振动阵列模块中振动电机的振动强度。振动阵列模块的大小为M*N，即由M*N振动电机组成阵列结构。处理器和振动阵列模块绑定在手臂上。
[0017]如图2所示，本实施例采用市面上常见的深度摄像机，其输出是一个深度图，其中的每个像素的灰度值代表了对应的点到深度摄像机的距离，颜色越深表示距离越远。
[0018]根据振动阵列模块的大小M*N，将采集到的深度图划分为M*N个方块。然后对于每个方块，我们获取最小的灰度值，即距离用户最近的一个点的距离。通过这个处理可以生成一个M*N的矩阵，值越小表示距离越近。该矩阵与振动阵列模块中的振动电机一一对应，根据这个矩阵，振动阵列模块中的每个振动单元对应到一个值，根据值的大小调整振动强度。值越小，则振动强度越大，表示障碍物越接近用户，越需要用户注意避让。所以，随着用户不断靠近一个障碍物，相应部分的振动单元的振动会逐渐增强。
[0019]当用户根据振动无法获取非常清晰的行走方案时，可以转动头部来获取其他方向的反馈信号，综合这一系列的信号，用户总可以获取到一个比较清晰的障碍物分布概况。
[0020]对于针对本应用的深度摄像机，可以设计为M*N的像素大小，即对应了输出振动阵列，这样可以省去划分与处理的过程，使得设备的处理速度更快。
[0021]应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【主权项】
1.一种基于深度图的盲人辅助行走装置，其特征在于，包括深度摄像机、处理器和振动阵列模块，所述深度摄像机连接处理器，所述振动阵列连接处理器的输出端，所述深度摄像机用于采集图像并输出深度图，所述处理器根据灰度值进行处理并控制振动阵列模块中振动电机的振动强度，所述振动阵列模块为由至少一个振动电机组成阵列结构。2.根据权利要求1所述的基于深度图的盲人辅助行走装置，其特征在于，所述振动阵列模块的大小为M*N，所述处理器根据振动阵列模块的大小M*N将采集到的深度图划分为M*N个方块，获取每个方块的最小的灰度值，组成一个M*N的灰度值矩阵，所述灰度值矩阵与振动阵列模块中的振动电机 对应，根据灰度值矩阵中的灰度值控制振动阵列模块中相应振动电机的振动强度。3.根据权利要求2所述的基于深度图的盲人辅助行走装置，其特征在于，所述深度摄像机的像素大小为M*N。4.根据权利要求1-3任一项所述基于深度图的盲人辅助行走装置，其特征在于，所述深度摄像机放置在头部，所述处理器和振动阵列模块绑定在手臂上。5.一种基于权利要求4所述的基于深度图的盲人辅助行走装置的辅助行走方法，其特征在于，包括以下步骤: 501:使用深度摄像机采集某一方向的图像并输出深度图； 502:根据振动阵列模块的大小M*N将采集到的深度图划分为M*N个方块，获取每个方块的最小的灰度值，组成一个M*N的灰度值矩阵，所述灰度值矩阵与振动阵列模块中的振动电机 对应，根据灰度值矩阵中的灰度值控制振动阵列模块中相应振动电机的振动强度； 503:当用户根据振动无法获取非常清晰的行走方案时，可以转动头部来获取其他方向的信号，重复步骤SO1、S02，直至获得清晰的障碍物分布概况。
【专利摘要】<b>本发明公开了一种</b><b>基于深度图的盲人辅助行走装置</b><b>，包括深度摄像机、处理器和振动阵列模块，所述深度摄像机连接处理器，所述振动阵列连接处理器的输出端，所述深度摄像机用于采集图像并输出深度图，所述处理器根据灰度值进行处理并控制振动阵列模块中振动电机的振动强度，所述振动阵列模块为由至少</b><b>一</b><b>个振动电机组成阵列结构</b><b>。</b><b>该</b><b>辅助行走装置结构简单，成本低廉，无需处理器进行复杂的处理和计算，设备的响应速度快。</b>
【IPC分类】A61H3/06
【公开号】CN105267014
【申请号】CN201510605592
【发明人】罗天明, 于莉, 程飞
【申请人】西交利物浦大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月22日