盲人避障装置

1.本实用新型涉及盲人用品技术领域，具体地，涉及一种盲人避障装置。


背景技术：

2.我国是世界上盲人最多的国家之一，也是视力残疾患者最多的国家。针对盲人这一特殊群体，运用科技手段方便他们的生活，保障他们的安全，已是大势所趋。
3.传统的盲人避障装置，基本上采用基于超声或者红外的监测方式。但是，基于超声的超声波避障传感器，存在测量速度慢、容易受到气温、风向的影响等问题，另外，如果超声波面对吸收声音的物体，也会出现探测失效的情况，避障效果不稳定。而基于红外的监测方式，容易受到强光影响，准确率会下降。
4.因此，传统的盲人避障设备，不能有效保证盲人的安全，并且有可能因为盲人的依赖而对盲人造成伤害。


技术实现要素：

5.根据现有技术中存在的上述不足，本实用新型提供了一种盲人避障装置，包括：
6.深度图像采集装置，用于采集环境障碍物深度信息；
7.微型电脑，用于接收并处理所述障碍物深度信息，以获得所述障碍物的距离和位置信息，并根据所述距离和位置信息生成控制信号；
8.驱动装置，用于根据所述控制信号输出驱动电流；以及
9.报警部件，用于接收所述驱动电流并发出报警信号。
10.优选地，所述深度图像采集装置还用于采集障碍物彩色照片，以识别障碍物的类型。
11.优选地，所述深度图像采集装置包括深度摄像头和rgb摄像头。
12.优选地，所述微型电脑是树莓派。
13.优选地，所述报警部件包括多个间隔设置的震动马达。
14.优选地，多个震动马达中的每一个对应前方的一个区域，震动马达震动的频率和强度指示与障碍物的距离大小。
15.优选地，所述盲人避障装置还包括腰带式佩戴结构。
16.优选地，所述深度图像采集装置、所述微型电脑、所述驱动装置以及所述报警部件分别布置于所述腰带式佩戴结构上。
17.优选地，所述盲人避障装置还包括供电部件，所述供电部件与所述微型电脑连接并为其供电，同时所述微型电脑将电压信号输出至所述驱动装置，所述驱动装置输出驱动电压为所述报警部件供电。
18.优选地，所述驱动装置包括：
19.电压转换芯片，用于将来自所述微型电脑的所述电压信号转换为报警部件的供电电压；以及
20.电流放大mos管，用于接收来自所述微型电脑的控制信号，生成控制电流以控制所述报警部件发出报警信号。
21.由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：本实用新型提供的盲人避障装置，采用深度摄像头做避障检测，能够快速发现前面的障碍物体；还可以通过rgb摄像头获取可见光图像(rgb图像)，在强光下也不会受到干扰，抗干扰能力极强；采用分区域的报警形式，给盲人用户更准确的指引，提升安全性。
附图说明
22.图1是根据本实用新型一个实施例的盲人避障装置的示意图；
23.图2是根据本实用新型的一个实施例的驱动装置的电路示意图；
24.图3是根据本实用新型一个实施例的盲人避障装置的具体结构示意图；
25.图4是根据本实用新型另一实施例的盲人避障装置的具体结构示意图；
26.图5是根据本实用新型一个实施例中微型电脑控制9路gpio的pwm输出示意图。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。
28.图1是根据本实用新型一个实施例的盲人避障装置的示意图。如图1所示，盲人避障装置100包括微型电脑101、深度图像采集装置102、驱动装置103以及报警部件104。其中深度图像采集装置102用于采集环境障碍物深度信息和障碍物彩色照片，并将该障碍物信息传输至微型电脑101。微型电脑101接收到该障碍物深度信息和障碍物彩色照片后，对该障碍物信息进行处理，得到目标障碍物的距离和位置以及障碍物类型等信息。微型电脑101根据该距离和位置以及障碍物类型等信息生成控制信号，并将该控制信号传输至驱动装置103。驱动装置103根据控制信号输出驱动电流或电压至报警部件104，控制报警部件104发出报警信号。该实施例的盲人避障装置还包括供电部件(未示出)，该供电部件与微型电脑101连接并为其供电，同时微型电脑101将电压信号输出至驱动装置103，驱动装置103进而能够输出驱动电压为报警部件104供电。
29.其中，微型电脑101可以是能够处理障碍物深度信息和障碍物彩色照片的树莓派、rk3399芯片等微型电脑芯片。深度图像采集装置102可以是深度摄像头和rgb摄像头或者其它可以采集深度信息和彩色照片的装置。根据本发明的一个实施例，由于彩色照片用于识别目标障碍物的类型，在仅需要检测障碍物的距离和位置时，可以仅采集深度信息，仅获取障碍物深度信息，例如，可以省略rgb摄像头，仅使用深度摄像头。
30.驱动装置103可以是驱动电路板(驱动板)，也可以是其他能够输出驱动电压和驱动电流的装置。其中驱动电压可用于为报警部件104供电，驱动电流可用于驱动报警部件104发出报警信号。图2是根据本实用新型的一个实施例的驱动装置的电路示意图。如图2所示，驱动装置103包括电压驱动电路和电流驱动电路。电压驱动电路包括电压转换芯片201，用于将来自微型电脑101的电压信号转换为报警部件104的供电电压。电流驱动电路包括电流放大mos管，用于接收来自微型电脑101的控制信号，生成控制电流以控制报警部件104发出报警信号。应当注意，图2中仅示出了一路驱动电路，实际应用中可以根据报警部件104中
报警单元(例如一个震动马达)的数量设置驱动电路的数量。其中，电流驱动电路的数量可以对应于报警单元的数量。电压驱动电路可以仅有一路，即所有的报警单元具有相同的驱动电压，电压驱动电路的数量也可以对应于报警单元的数量，即可以分别控制各个报警单元的供电电压。报警部件104也可以使用单独的电源供电，这种情况下，驱动装置103可以不包括电压驱动电路。
31.报警部件104发出的报警信号可以是震动信号或者声音信号等。报警信号发出的位置对应于障碍物的方位，报警信号的强度和频率对应于障碍物的距离，例如，距离越近则报警信号的强度越大，频率越高。为了方便起见，在本文的下述实施例中，以震动信号作为报警信号为例进行说明。
32.报警部件104可以包括多个间隔设置的震动马达，其中每一个震动马达可以对应前方的一个区域，即各个震动马达可以对应不同的方位。报警信号的强度和频率可以分别对应于震动马达的震动强度和震动频率。距离障碍物越近，则震动马达的震动强度越强、震动频率越高，反之，震动强度越弱、震动频率越低。根据每一个区域对应的震动马达的震动强度和频率，可以感知相应方位的障碍物距离。根据本实用新型的一个实施例，控制信号可以是脉冲方波，通过控制脉冲方波的占空比即可以控制电流放大mos管202的输出电流，进而控制震动马达的震动频率。根据本实用新型的一个实施例，通过控制电压转换芯片201的输入电压，使得震动马达的供电电压发生变化，进而可以控制震动马达的震动强度。在本实用新型中，可以同时控制震动强度和频率，也可以只控制其中之一。
33.以下通过具体实施例对本实用新型的盲人避障装置进行详细说明。
34.图3是根据本实用新型一个实施例的盲人避障装置的具体结构示意图。如图3所示，盲人避障装置300包括微型电脑301、深度摄像头和rgb摄像头302、驱动板303以及报警部件304。优选地，微型电脑301可以是树莓派。优选地，深度摄像头可以采用tof传感器，rgb摄像头可以采用cmos传感器。其中，深度摄像头和rgb摄像头302分别用于采集环境障碍物深度信息和障碍物彩色照片，并将该障碍物信息通过usb接口305传输至微型电脑301。微型电脑301接收到该障碍物深度信息和障碍物彩色照片后，对该障碍物信息进行处理，得到目标障碍物的距离和位置以及障碍物类型等信息。微型电脑301根据该距离和位置以及障碍物类型等信息生成控制信号，并将该控制信号通过排线307传输至驱动板303。优选地，排线307采用gpio转接排线，排线307的一侧与设置于微型电脑301一侧的gpio接口306连接，排线307的另一侧与驱动板303连接。驱动板303根据控制信号输出驱动电流或电压至报警部件304，控制报警部件304发出报警信号。
35.该实施例的盲人避障装置还包括供电部件(未示出)，该供电部件通过type-c接口与微型电脑301连接，微型电脑301将电压信号通过排线307输出至驱动板303中的电压转换芯片，电压转换芯片将电压转换为报警部件304的供电电压并为报警部件304供电。优选地，type-c接口的输出电压为5v，输出电流为3a，电压转换芯片将电压信号转换为3.3v，并提供至报警部件304。
36.报警部件304采用带有n路(图3中为9路)震动马达308的柔性板，优选地，n路震动马达均匀间隔设置，也可以根据需要，将震动马达设置在合适的位置。柔性板的一侧设有fpc接口，柔性板通过fpc接口与驱动板303连接。驱动板303包括n路电流驱动电路，每一路电流驱动电路均包括电流放大mos管。
37.微型电脑301的gpio接口306包括n路控制信号的输出，其通过排线307连接至n路驱动电路，通过电流放大mos管分别对应连接至报警部件304的n路震动马达，以分别对应控制n路震动马达的震动频率，形成分区域的报警信号。进一步地，该控制信号为pwm(脉冲宽度调制)信号。
38.图4是根据本实用新型另一实施例的盲人避障装置的具体结构示意图。如图4所示，盲人避障装置400还包括腰带式佩戴结构401，微型电脑402、深度摄像头403、rgb摄像头404、驱动板、报警部件405以及供电部件分别布置于该腰带式佩戴结构401上。
39.报警部件405的n路震动马达布置于腰带式佩戴结构401的其中一段上，并在使用者的腰腹部形成工作区域。优选地，n取值为9。优选地，驱动板上集成有电压转换芯片和电流放大mos管。
40.以下对本实用新型的盲人避障装置的工作过程进行描述。在该示例中，盲人避障装置的硬件主要由树莓派、深度摄像头、40pin gpio转接线、自制驱动板和带有9路马达的柔性板组成，整体采用5v 3a的type-c接口进行供电。其中深度摄像头通过usb接口连接到树莓派的usb接口，驱动板一侧通过40pin的gpio排线连接到树莓派的40个gpio，另一侧和柔性板的fpc接口进行直连。在该示例中，省略了rgb摄像头，仅通过深度摄像头获取距离和深度信息。
41.图5是根据本实用新型一个实施例中微型电脑控制9路gpio的pwm输出示意图。如图5所示，微型电脑通过控制9路gpio的pwm输出控制9路马达转动。从1-9对应的gpio依次是29、31、33、35、37、32、36、38和40(参见图5浅色框)。
42.树莓派通过usb接口循环采集深度摄像头的深度图(480*640，精度1/3mm(代表返回回来的深度如果为3000mm，对应实际深度为：3000*1/3＝1000mm))，将深度图切分为9列，计算1-9共9列区域的深度值，分别得到最终9列的最小深度为[d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8,d9]。按如下公式：
[0043]
p＝(3000-d)/3000
[0044]
式中，p为pwm方波信号的占空比，d为每一列区域的最小返回深度值，3000为深度测量范围的最大值。由此可得到对应最终9个马达的pwm占空比，p的范围为0-100％。
[0045]
在获取9列区域的最小深度的过程中，还可以针对特定距离(例如1m)之外的深度值数据进行过滤，即过滤掉距离较远的障碍信息；对特定距离(例如1m)之内的深度值数据过滤小于设定阈值的无效值，即过滤掉距离过近的干扰信息，以得到有效范围内的深度值。然后在这些有效范围内的深度值中获得最终9列的最小深度，提高精确度。
[0046]
根据本发明的一个实施例，树莓派还可以预设目标检测模型，可以采用传统的ssd模型，提取每种障碍物外观的特异性特征，并输出障碍物的位置检测结果。
[0047]
以上内容，均为本优选实施例中所采用的树莓派本身所能够实现的功能，能够自动输出9路gpio接口的pwm的控制信号，并通过电流放大mos管分别对应控制9路震动马达的震动频率，形成报警信号。
[0048]
本实用新型上述实施例提供的盲人避障装置，利用深度摄像头和rgb摄像头，采集环境障碍物深度信息和障碍物彩色照片，并通过微型电脑得到目标的距离和位置以及障碍物类型等信息，反馈到报警部件(例如震动马达)上，输出报警信息(例如引起震动)，提醒盲人前方障碍物的方位以及障碍物距离。采用深度摄像头做避障检测，能够快速发现前面的
障碍物体；通过rgb摄像机获取可见光图像(rgb图像)，在强光下也不会受到干扰，抗干扰能力极强；采用分区域的报警形式，给盲人用户更准确的指引，提升安全性。
[0049]
虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

技术特征：
1.一种盲人避障装置，其特征在于，其包括：深度图像采集装置，包括tof传感器，用于采集环境障碍物深度信息，以及rgb摄像头，用于采集障碍物彩色照片，以识别障碍物的类型；微型电脑，用于接收并处理所述障碍物深度信息以及所述障碍物彩色照片，以获得所述障碍物的距离和位置以及障碍物类型信息，并根据所述距离和位置以及障碍物类型信息生成控制信号；驱动装置，用于根据所述控制信号输出驱动电流；以及报警部件，用于根据所述驱动电流发出报警信号。2.根据权利要求1所述的盲人避障装置，其特征在于，所述微型电脑是树莓派。3.根据权利要求1所述的盲人避障装置，其特征在于，所述报警部件包括多个间隔设置的震动马达。4.根据权利要求3所述的盲人避障装置，其特征在于，多个震动马达中的每一个对应前方的一个区域，震动马达震动的频率和强度指示与障碍物的距离大小。5.根据权利要求4所述的盲人避障装置，其特征在于，所述盲人避障装置还包括腰带式佩戴结构。6.根据权利要求5所述的盲人避障装置，其特征在于，所述深度图像采集装置、所述微型电脑、所述驱动装置以及所述报警部件分别布置于所述腰带式佩戴结构上。7.根据权利要求1-6中任一项所述的盲人避障装置，其特征在于，所述盲人避障装置还包括供电部件，所述供电部件与所述微型电脑连接并为其供电，同时所述微型电脑将电压信号输出至所述驱动装置，所述驱动装置输出驱动电压为所述报警部件供电。8.根据权利要求7所述的盲人避障装置，其特征在于，所述驱动装置包括：电压转换芯片，用于将来自所述微型电脑的所述电压信号转换为报警部件的供电电压；以及电流放大mos管，用于接收来自所述微型电脑的控制信号，生成控制电流以控制所述报警部件发出报警信号。

技术总结
提供一种盲人避障装置，包括：深度图像采集装置，用于采集环境障碍物深度信息；微型电脑，用于接收并处理所述障碍物深度信息，以获得所述障碍物的距离和位置信息，并根据所述距离和位置信息生成控制信号；驱动装置，用于根据所述控制信号输出驱动电流；以及报警部件，用于接收所述驱动电流并发出报警信号。用于接收所述驱动电流并发出报警信号。用于接收所述驱动电流并发出报警信号。


技术研发人员：王义 陈益强 李栋
受保护的技术使用者：中国科学院计算技术研究所
技术研发日：2021.09.22
技术公布日：2022/5/25