電子導(dǎo)盲儀在盲后安全中的應(yīng)用

電子導(dǎo)盲儀在盲后安全中的應(yīng)用

盲人是由生理缺陷引起的。他們從白天和第二天的生理缺陷中喪失視覺意識。然而，視覺信息是人類獲得知識和經(jīng)驗的主要來源。因此，視障者在日常生活和安全旅行中受到很大限制。在現(xiàn)實生活中,大多數(shù)的盲人都是通過普通的盲杖來輔助行走的,這種盲杖只是一根普通的長桿,它只能探測局部的障礙物,存在著太多的不足。導(dǎo)盲犬雖然可以協(xié)助引導(dǎo)盲人行進(jìn),但存在訓(xùn)練周期和適應(yīng)期過長、成本較高的缺點,這也使導(dǎo)盲犬的使用率并不高。1電子導(dǎo)盲系統(tǒng)的研制為了協(xié)助盲人安全行進(jìn),提高他們的生活質(zhì)量,世界各國一直在進(jìn)行著電子導(dǎo)盲系統(tǒng)的研制。已經(jīng)成功研制的電子導(dǎo)盲系統(tǒng)大體可以分為四類:超聲波導(dǎo)盲儀、移動式機器人、穿戴式導(dǎo)盲儀和導(dǎo)引式手仗。1.1超聲波導(dǎo)盲儀超聲波導(dǎo)盲儀是以發(fā)射超聲波和接收障礙物反射回波的方式來定位的,與雷達(dá)系統(tǒng)類似,它從接收到的回波中可以得到障礙物的信息。超聲波導(dǎo)盲儀一般由換能器(探頭)、信號處理器(電子盒)和信息輸出器三部分組成。超聲波導(dǎo)盲儀的缺陷是使用者在行進(jìn)時需要不斷進(jìn)行掃描探測動作,而發(fā)現(xiàn)障礙物后,必須經(jīng)過附加測量才能知道其尺寸,因此降低了行進(jìn)的速度。并且,超聲波不能探測出凹坑等障礙,它的傳播也會受到衍射、散射和吸收的影響,使得超聲波導(dǎo)盲儀存在漏檢盲區(qū)信息的問題。1.2超聲波導(dǎo)盲儀主要用于導(dǎo)盲應(yīng)用移動式機器人是具有多種感測器、強大計算能力和高度智能化障礙物躲避系統(tǒng)(OAS)的機器人,它的智能化程度較高,可以在復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行自主的導(dǎo)航,隨著人機接口模塊的設(shè)計與完善,可用于導(dǎo)盲應(yīng)用。基于移動式機器人技術(shù)的導(dǎo)盲儀,功能上比超聲波導(dǎo)盲儀有很大提高。例如,Rentschle研發(fā)的行動輔具VA-PAMAID,可以正確避開障礙物。移動式機器人雖然比超聲波導(dǎo)盲儀功能更完善,更智能化,但是它的硬件和開發(fā)成本相當(dāng)高。并且它的體積龐大,結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,在斜坡和樓梯上無法進(jìn)行移動,使它在行動范圍與地形上受到很大限制,因此并沒有得到廣泛的應(yīng)用。1.3助具的使用穿戴式導(dǎo)盲儀是將導(dǎo)盲裝置直接穿在身上,盲人通過簡單的導(dǎo)盲語音提示來進(jìn)行安全行進(jìn)。美國大學(xué)機器人實驗室開發(fā)了腰帶式行動輔具,該輔具在實際應(yīng)用中可以通過引導(dǎo)的方式使盲人避開障礙物,將盲人作為半被動式接受躲避障礙物命令的移動工具?；蛘咄ㄟ^超聲波描繪出盲人所在區(qū)域的地形后以發(fā)音等方式使其了解和判斷周圍環(huán)境。穿戴式導(dǎo)盲儀雖然比移動式機器人靈活方便,但是這種導(dǎo)盲裝置是穿載在盲人身上的,它的重量較重,成本較高,并且無法給盲人提供心理上的安全感和依賴感。1.4基于borensenin的移動裝置導(dǎo)引式手仗是在手杖的把手部分安裝具有控制作用的微型計算機,在手杖的不同位置安裝專用的探測傳感器,手杖的下端裝有導(dǎo)輪的可移動裝置,目前已存在的此類型機器主要是Borenstein的GuideCane。這種電子導(dǎo)盲儀的實質(zhì)是將移動式機器人的動力系統(tǒng)卸載,保留其智能感測的傳感和控制部分。雖然導(dǎo)引式手杖可以彌補超聲波導(dǎo)盲儀、移動式機器人及穿戴式導(dǎo)盲儀的缺點,是目前相對比較理想的一種電子導(dǎo)盲裝置,但是導(dǎo)引式手仗還是存在體積較龐大、不便于攜帶的缺點,而且它的成本較高,不便于推廣應(yīng)用。2中國應(yīng)加大犯罪的發(fā)生率我國是世界上盲人最多的國家,約有500萬盲人,占全世界盲人總數(shù)的18%,就絕對數(shù)字而言,中國盲人總數(shù)早已超過諸如丹麥、芬蘭或挪威等國家的人口。在我國每年約有45萬人失明,如果允許目前的趨勢繼續(xù)保持不變,到2020年預(yù)期我國的盲人總數(shù)將增加4倍。我國盲人目前的導(dǎo)盲輔具普遍是普通盲杖,隨著科技的快速發(fā)展,這種落后的導(dǎo)盲輔具已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化生活的需要,盲人發(fā)生交通事故的事件也屢屢發(fā)生。無論是電子導(dǎo)盲儀龐大的市場需求,還是落后的導(dǎo)盲輔具與現(xiàn)代化生活的矛盾,都將推動電子導(dǎo)盲儀的快速發(fā)展。2.1推廣使用環(huán)境質(zhì)量小、成本高、缺乏安全感超聲波導(dǎo)盲儀行進(jìn)的速度慢,只能進(jìn)行局部障礙物的識別;移動式機器人結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,受地形限制,硬件開發(fā)成本高;穿戴式導(dǎo)盲儀重量重,缺乏安全感;導(dǎo)引式手仗體積大、不便于攜帶。這幾種導(dǎo)盲裝置都普遍存在成本高、不實用的缺點,而盲人的經(jīng)濟(jì)水平相對普遍較低,自主行動不便,這使得價格高昂、不便于攜帶的電子導(dǎo)盲儀無法真正應(yīng)用于他們的實際生活當(dāng)中。因此,成本低廉、體積較小、探測范圍較廣、較精確的實用型導(dǎo)盲裝置是目前電子導(dǎo)盲儀的一個必然發(fā)展趨勢。2.2燈、盲道、斑馬線功能在現(xiàn)代化城市交通系統(tǒng)中存在紅綠燈、盲道、斑馬線等信息,這些都是盲人安全行進(jìn)的基礎(chǔ)保障,而目前的電子導(dǎo)盲儀還不能完全識別判斷這些交通信息。隨著城市的不斷擴大和快速發(fā)展,盲人迷路的情況也常常發(fā)生,未來的電子導(dǎo)盲儀將不僅具有識別紅綠燈、盲道、斑馬線的功能,還將具有通過GPS定位和GPRS向盲人提示其當(dāng)前所在位置的功能。除此之外,電子導(dǎo)盲儀還將具有人機交互功能,常規(guī)的人機交互指的是用戶通過計算機界面與計算機進(jìn)行信息的傳遞和交互,實現(xiàn)人機之間的對話。而盲人失去了視覺資訊,無法完成常規(guī)的人機交互。在現(xiàn)實生活中除了憑借視覺可以和外界進(jìn)行信息交換以外,還有聽覺、嗅覺、觸覺、味覺等感官通道,人機交互式的電子導(dǎo)盲儀可以以此為切入點。目前的語音技術(shù)發(fā)展速度很快,計算機可以識別人類的聲音,可以和人類進(jìn)行語音交流。語音交互成為未來最被看好的人機交互方式,它比其他的交互方式有更多的優(yōu)勢。語音交互包括語音識別、自然語言理解和語音合成,通過語音交互可以實現(xiàn)盲人與計算機之間的人機交互,使電子導(dǎo)盲儀更人性化、更智能化和自主化。2.3犯罪圖像的獲取和識別近年來,圖像處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種實時場合,如機器人導(dǎo)航、目標(biāo)跟蹤、自動駕駛、交通監(jiān)控等,將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)盲應(yīng)用將是電子導(dǎo)盲儀的又一個新發(fā)展方向。通過傳感器獲取盲人所處環(huán)境的圖像,利用計算機對圖像進(jìn)行單目、雙目或多目視覺方法的分析和處理,最終實現(xiàn)對盲人周邊障礙物的識別功能,引導(dǎo)盲人的安全行進(jìn)。圖像的獲得是通過一種視覺傳感器,而這種傳感器與聲納、激光和雷達(dá)傳感器相比,可獲得更高、更準(zhǔn)確的信息,更能方便地與其他傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。所以,圖像處理技術(shù)在導(dǎo)盲系統(tǒng)中的應(yīng)用可以提高電子導(dǎo)盲儀的實時性和判斷的準(zhǔn)確性,使電子導(dǎo)