基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能導(dǎo)盲眼鏡設(shè)計(jì)

張平昕 羅唐 杜海軍 陳蕊秋 劉恬瑜

摘 要：盲人的生活大多數(shù)都是依靠觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及其他輔助工具，如拐杖、導(dǎo)盲犬等，但目前，現(xiàn)有導(dǎo)盲工具仍然存在諸多問(wèn)題。因此，本文基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種內(nèi)置導(dǎo)盲探測(cè)裝置的智能導(dǎo)盲眼鏡。該導(dǎo)盲眼鏡具有記憶功能、導(dǎo)航功能、危險(xiǎn)報(bào)警功能，能有效滿足盲人用戶的實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);導(dǎo)盲眼鏡;定位模塊;中央處理器;聲音傳輸模塊

中圖分類號(hào)：TP311.52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）22-0011-02

Abstract： Most of the blind people's life depends on touch， hearing and other auxiliary tools， such as crutches， guide dogs， but at present， there are still many problems with the existing guide tools. Therefore， based on augmented reality technology， this paper designed an intelligent guide glasses with built-in guide detection device. The glasses have memory function， navigation function and danger alarm function， which can effectively meet the actual needs of blind users.

Keywords： augmented reality;guide glasses;positioning module;CPU;sound transmission module

盲人群體的生存狀況一直是我國(guó)政府和社會(huì)長(zhǎng)期關(guān)注的課題。中國(guó)盲人協(xié)會(huì)官方網(wǎng)站發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)目前有上千萬(wàn)的盲人，數(shù)量居世界第一，是殘疾人中不可忽視的一大群體。

盲人的生活大多數(shù)都是依靠觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及其他輔助工具，如拐杖、導(dǎo)盲犬等。盲人的眼睛雖然看不見(jiàn)五彩的世界，但他們的心靈不是封閉的，殘疾并未使他們消極地對(duì)待生活，而是向生活發(fā)起挑戰(zhàn)，積極地面對(duì)生活，他們不但要學(xué)會(huì)生存、自理，而且還要不斷地提高知識(shí)水平和認(rèn)知能力。

在盲人群體中，也有一部分人因?yàn)閺男【褪骰蚯嗄陼r(shí)期失明，導(dǎo)致自尊心受挫，害怕他人的異樣眼光，害怕與社會(huì)接觸，于是自我封閉，不愿意接受現(xiàn)實(shí)。

據(jù)調(diào)查，超過(guò)92%的盲人不愿意走出家門或只愿意在家附近周圍逛逛;超過(guò)33%的盲人需要家人的陪同才愿意出行。而盲人出行的困難非常多：因?yàn)榭床灰?jiàn)紅綠燈，導(dǎo)致過(guò)馬路困難;僅靠盲道出行，不能保證出行安全;在車站乘公交車時(shí)因?yàn)橐曈X(jué)受限，無(wú)法快速確定想要乘做的公交車;對(duì)于陌生地域，完全不知道方向;道路不平整，容易摔跤等。因此，導(dǎo)盲工具的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)盲人的生活有著非常重要的作用。

1 現(xiàn)有導(dǎo)盲工具存在的問(wèn)題

目前，市面上主流的導(dǎo)盲工具有導(dǎo)盲手杖、盲道、導(dǎo)盲犬等。隨著科技的發(fā)展，又出現(xiàn)了穿戴式導(dǎo)盲輔具、移動(dòng)式導(dǎo)盲輔具和導(dǎo)盲機(jī)器人[1]。

對(duì)于盲人來(lái)說(shuō)，掌握行走方式是日常生活的重要部分，他們可以依賴一定的輔助設(shè)施實(shí)現(xiàn)安全行走，如盲杖、加入聲波探測(cè)障礙物的電子盲杖及其他盲人導(dǎo)航設(shè)備等。據(jù)調(diào)查可知，超過(guò)80%的盲人覺(jué)得當(dāng)前所能提供的輔助設(shè)施實(shí)際上不能滿足其活動(dòng)需要，它們不能給用戶提供正確的路徑，無(wú)法使其準(zhǔn)確地躲避障礙[2]。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前的盲人輔助工具仍存在諸多問(wèn)題：第一，盲道經(jīng)常被非機(jī)動(dòng)車占道，影響盲人的正常使用;第二，穿戴式導(dǎo)盲輔具利用超聲波掃描所在區(qū)域內(nèi)的障礙物大小，判斷距離的遠(yuǎn)近，但由于網(wǎng)絡(luò)滯后，有時(shí)不能及時(shí)傳達(dá)正確的信息;第三，移動(dòng)式導(dǎo)盲輔具主要適用于老年人，可輔助行動(dòng)者身體的平衡，雖然其功能比較強(qiáng)大，但體積過(guò)于龐大，對(duì)盲人而言并不適合;第四，導(dǎo)盲犬雖然能幫助盲人避開(kāi)生活中的危險(xiǎn)，但其訓(xùn)練成本相當(dāng)高，且很多公眾場(chǎng)合都限制動(dòng)物進(jìn)入[3-4]。

2 AR智能導(dǎo)盲系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

為了解決上述問(wèn)題，研究者設(shè)計(jì)了一款可以用于導(dǎo)盲的多功能眼鏡，以改變盲人的出行方式和生活方式。具體來(lái)說(shuō)，筆者是在現(xiàn)有的導(dǎo)盲眼鏡的基礎(chǔ)上，配合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，AR），設(shè)計(jì)了一款A(yù)R智能導(dǎo)盲眼鏡（見(jiàn)圖1）。該眼鏡主要包括定位模塊、圖像的采集與處理模塊、語(yǔ)音處理模塊、中央處理器、聲音傳輸模塊、視覺(jué)跟蹤模塊等6個(gè)模塊，具體如圖2所示。

2.1 定位模塊

眼鏡上安裝有定位裝置，與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)地圖相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)地點(diǎn)定位，同時(shí)安裝有攝像頭、傳感器，可對(duì)道路進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別的物體與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，得出物體的名稱和當(dāng)前所處位置。眼鏡末端安置有骨傳感器，其能將所處地點(diǎn)及周圍物體的距離、大小及名稱及時(shí)告知用戶，以幫助他們通過(guò)聲音識(shí)別路障，從而安全避開(kāi)。

2.2 圖像的采集與處理模塊

眼鏡前有兩個(gè)高清攝像機(jī)，其通過(guò)廣角拍攝采集前方物體的相關(guān)信息。之后，將采集的圖像信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒胩幚砥?，快速地進(jìn)行模型重建，模擬出虛擬場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。處理完的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)窖坨R處理器，再輸出為語(yǔ)音信息告知使用者。

2.3 語(yǔ)音處理模塊

語(yǔ)音處理模塊可以綁定使用者的聲音，與中央處理器相連通過(guò)該模塊，眼鏡能自主識(shí)別綁定的用戶，用戶則能與各個(gè)功能模塊間實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。。

眼鏡還可以與用戶手機(jī)連接，協(xié)助盲人順利地接聽(tīng)電話、發(fā)送信息和存儲(chǔ)信息。

2.4 中央處理器

中央處理器主要用于各個(gè)模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信息的分析匯總，并根據(jù)數(shù)據(jù)反映的信息實(shí)時(shí)調(diào)控各個(gè)模塊并發(fā)出相對(duì)應(yīng)指令。同時(shí)，根據(jù)各個(gè)模塊傳輸?shù)膱D像與信號(hào)對(duì)眼鏡前的物體進(jìn)行識(shí)別與測(cè)距。