一种基于景物听觉感知的导盲手电及导盲方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113332110A(43)申请公布日2021.09.03(21)申请号202110615259.7(22)申请日2021.06.02(71)申请人西京学院地址710123陕西省西安市长安区西京路1号(72)发明人陈砚圃杨蕾许郑悦郎郑甜甜(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人季海菊(51)Int.Cl.A61H3/06(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于景物听觉感知的导盲手电及导盲方法(57)摘要一种基于景物听觉感知的导盲手电，包括超声波发射模块、超声波接收模块、深度相机检测模块、音频处理模块、微处理器模块及电源模块；电源模块为整个装置供电，微处理器模块与超声波发射模块、超声波接收模块、深度相机检测模块及音频处理模块建立数据通信，处理数据并实时逻辑分析；微处理器模块将超声波发射模块、超声波接收模块和深度相机检测模块的检测数据实时采样并处理；通过音频处理器模块实时发出由微处理器模块处理后带有距离信息的音频信号，同时将深度相机检测模块检测到的数据通过微处理器模块处理，在带有距离信息的音频信号上加上可变频白噪声，用来表现物体表面粗糙程度，即输出带有距离和路面表面平坦度信息的音频信号，盲人根据听到的音频信号判断障碍物的距离、方位、平坦度信息，指导盲人行动。CN113332110ACN113332110A权利要求书1/2页1.一种基于景物听觉感知的导盲手电，其特征在于，包括手电外壳前端的超声波发射模块(10)及超声波接收模块(20)，外壳下方且近外壳前端设有深度相机检测模块(30)，外壳壳身设有音频处理模块(40)，外壳内部设有微处理器模块(50)及电源模块(60)；所述电源模块(60)为整个装置供电，微处理器模块(50)与超声波发射模块(10)、超声波接收模块(20)、深度相机检测模块(30)及音频处理模块(40)建立数据通信并处理数据。2.一种基于景物听觉感知的导盲手电的导盲方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、超声波信号的采集通过微处理器模块(50)对超声波发射模块(10)发送数据的时间t1及超声波接收模块(20)接收数据的时间t2所形成的测距时间差t2‑t1内的数据进行周期性采集，采样时间在0.1s到1s，并对采集的数据用微处理器模块(50)通过DMA进行传输至内存，得到检测的超声波回波信号是超声波检测模块根据检测物体距离反射回来的信号，超声波回波信号为f1(t)；步骤二、对步骤一得到的超声波回波信号f1(t)逐级扫描，依据斜率的变化取峰值A[i].i＝1，2，3...以步骤一得到的时间差t2‑t1为横坐标，峰值A[i].i＝1，2，3...为纵坐标构建函数关系，即A[i]＝f(t2‑t1)，超声波降频信号峰值与时间差的函数关系a(t),t＝t2‑t1，将函数a(t),t＝t2‑t1作为输出音频信号的幅值量，而测得的距离x＝vt，将距离与输出信号的频率产生映射关系，得出距离和频率的映射关系公式为输出音频信号mo(t)，其中输出音频信号的幅值随着超声波回波强度的改变而改变，输出音频信号的频率随着超声波检测到的距离值的改变而改变；步骤三、基于前方路面灰度图的平坦度检测获取深度相机检测模块(30)采集到的RGB图像和深度图，获得拍摄对象的深度信息即三维的位置和尺寸信息；对RGB图像变换生成灰度图,并对灰度图和深度图作canny边缘检测，获取灰度图中的像素点灰度值；采用灰度差分统计法计算图像的灰度值对比度描述纹理图像的特征：设(x,y)为图像中的一点，(x+Δx，y+Δy)为图像中的另一点，则两点间的灰度差分值为g△(x,y)＝g(x,y)‑g(x+△x,y+△y)式中，g△为灰度差分；设灰度差分的所有可能取值共有m级，令点(x,y)在整幅图像上移动，累计出g△(x,y)取各个数值的次数，由此便可以做出g△(x,y)的直方图，由直方图可以知道g△(x,y)取值的概率p△(i),i在1～m之间取值,当g(i,y)＞＞g(i+Δi,y)，则说明概率分布不平均，灰度值不平坦，当g(i,y)＝g(i+Δi,y)时，说明概率分布平均，灰度值平坦；步骤四﹑将地面平坦度检测信息通过添加的噪声信号表现音频：对步骤三中的灰度值的平坦度用空间频率的低频成分和高频成分的强弱对比表现出来：利用音频信号叠加上不同频率白噪声表示平坦度，并通过音频处理模块(40)以音频信号输出，从听觉感官感知，从而来判断前方地面平坦度；2CN113332110A权利要求书2/2页白噪声的参数频率为其中，是图像灰度差分值中相邻灰度值对比求和后的平均值，m是将灰度值变换为频率的系数，用于表示图像平坦性，频率大于10Hz表示路面不平坦；频率为5Hz