基于四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)研究

侯耀峰，陳曉穎，余 輝福建省漳州市龍海市廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建漳州 363105

基于四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)研究

侯耀峰，陳曉穎，余 輝
福建省漳州市龍海市廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建漳州 363105

最近幾年，行人導(dǎo)航技術(shù)以及成為在車輛導(dǎo)航技術(shù)之后的第二個(gè)最有可能成功的位置服務(wù)應(yīng)用。而盲人屬于一類極其特殊的行人，過馬路最常用的輔助工具是拐杖，以探測(cè)稍遠(yuǎn)些的物體。但是拐杖準(zhǔn)確性不高，無法探知人行橫道的方位和信息及紅綠燈的具體狀態(tài)。大多數(shù)馬路的人行橫道沒有音樂提示，不能告訴盲人什么時(shí)候安全通過。因此，本文將以基于四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)為研究主體，通過分析四軸飛行器、圖像處理、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，研發(fā)一種通過聲音和盲文顯示屏來向用戶及時(shí)提供準(zhǔn)確可靠的紅綠燈信息。

四軸飛行器；盲人；輔助系統(tǒng)

盲人作為當(dāng)今社會(huì)中的一個(gè)特殊的群體，需要社會(huì)各界的共同幫助和關(guān)愛。而困擾盲人群體最大的問題就是如何安全的、自由的獨(dú)立行走。隨著世界科技水平的不斷進(jìn)步，人類文明的不斷提高，越來越多的專家學(xué)者開始關(guān)注盲人這一特殊群體的出行安全問題?，F(xiàn)在也已經(jīng)開發(fā)出許多用于盲人出行的輔助工具，讓盲人可以體驗(yàn)到正常人的生活方式。有視覺障礙的人過馬路最常用的輔助工具是拐杖，以探測(cè)稍遠(yuǎn)些的物體。但是拐杖準(zhǔn)確性不高，無法探知人行橫道的方位和信息及紅綠燈的具體狀態(tài)。

大多數(shù)馬路的人行橫道沒有音樂提示，不能告訴盲人什么時(shí)候安全通過。目前一些為有視覺障礙的人設(shè)計(jì)的儀器協(xié)調(diào)復(fù)雜、價(jià)格昂貴且成本高，普通大眾較難承受且需要使用者隨身攜帶小型計(jì)算機(jī)輔助，這種設(shè)備重量重，體積大，不易攜帶。在便利程度和經(jīng)濟(jì)效益方面都未取得較好的成效，在實(shí)際中的應(yīng)用效果不好，市場(chǎng)推廣價(jià)值有限。利用短距超聲波技術(shù)測(cè)量的儀器只能在短距離和小范圍內(nèi)對(duì)使用者進(jìn)行提示，作用范圍有限。所以，盲人急需一款智能的且可以自主判斷路燈顏色并提示盲人的輔助工具。本文的研究結(jié)論是為了便于盲人、色盲等有視覺障礙的人識(shí)別紅綠燈，順利通過馬路而設(shè)計(jì)，希望為提高盲人生活質(zhì)量提供一些借鑒價(jià)值。

1 盲人過馬路輔助系統(tǒng)的概述

現(xiàn)在市場(chǎng)上存在的導(dǎo)盲設(shè)備都是以憑借聲音信號(hào)對(duì)盲人進(jìn)行提示的語音提示電子系統(tǒng)，該類型的產(chǎn)品是憑借超聲波技術(shù)對(duì)道路前方存在的障礙物以及路面存在的一些變化進(jìn)行聲波探測(cè)，然后再經(jīng)過處理器的轉(zhuǎn)換，最后提示使用者。佛羅里達(dá)大學(xué)開發(fā)的一款適用于室內(nèi)外視覺障礙患者的行動(dòng)導(dǎo)盲裝置，因?yàn)樵撛O(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)在探測(cè)障礙物的所處位置之后，通過語音的方式向盲人進(jìn)行提醒。而日本山梨大學(xué)開發(fā)了一種類似于手推車的智能輔助工具，該工具的外形酷似手推車，高1m，重量60kg，配備了視覺傳感器與聲音傳感器，可以辨別道路標(biāo)志、交通信號(hào)燈，并自動(dòng)引導(dǎo)盲人安全的推過馬路，當(dāng)出現(xiàn)技術(shù)問題時(shí)會(huì)自動(dòng)與服務(wù)中心取得聯(lián)系。美國匹茲堡卡耐基梅隆大學(xué)推廣多組織觸覺傳感器與軟件的形式創(chuàng)造了一款機(jī)器人定位導(dǎo)航裝置，這些裝置雖然效果明顯，但是操作極其復(fù)雜且價(jià)格昂貴，并不適用于一般的患者。

2 四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)的可行性研究

通過上文的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，幫助盲人過馬路的設(shè)備采用的是盲人身上裝配的一些圖像識(shí)別設(shè)備，將識(shí)別的圖像進(jìn)行分析，分析其道路是否可以通行。但是如果道路前方存在大量障礙物或者障礙物是移動(dòng)的，并且移動(dòng)的速度過快并且沒有規(guī)律可言，如汽車、動(dòng)物等，這種情況下，那些使用圖像識(shí)別技術(shù)的輔助系統(tǒng)就無法發(fā)揮其應(yīng)有的效果，進(jìn)而導(dǎo)致無法做出準(zhǔn)確的判斷，很有可能造成用戶出現(xiàn)危險(xiǎn)。

因?yàn)樯鲜鰡栴}的存在，所以，筆者提出了基于四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)這一課題，并擬定出了一種便于用戶識(shí)別路燈狀況，而且是體積非常小，方便攜帶，效果穩(wěn)定，設(shè)計(jì)非常人性化的設(shè)備。該設(shè)備由帶有圖像采集功能且規(guī)格為8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器，并在飛行器上安置ARM處理器，給使用者佩戴藍(lán)牙耳機(jī)、以及內(nèi)置GPS定位系統(tǒng)和盲文顯示屏的運(yùn)動(dòng)手環(huán)或者智能手表。通過這些設(shè)備可以對(duì)用戶前方路口處交通指示燈的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并應(yīng)用圖像處理技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行圖像的搜索，定位，分割，特征提取，特征匹配，快速判斷出紅綠燈的狀態(tài)并截取圖片中計(jì)時(shí)器顯示的秒數(shù)，通過藍(lán)牙耳機(jī)和盲文顯示屏為使用者及時(shí)提供準(zhǔn)確可靠的紅綠燈信息，幫助有視覺障礙的人順利通過十字路口。同時(shí)本項(xiàng)目對(duì)行進(jìn)中的障礙也有提示信息。希望本文的研究結(jié)論可以為我國殘疾人類扶持科研項(xiàng)目提供一定借鑒價(jià)值，可以為我國患有視覺障礙疾病患者提供服務(wù)，使其可以放心、安全的獨(dú)自出行。

3 四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)的運(yùn)行原理是通過手環(huán)先對(duì)用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，當(dāng)用戶佩戴手環(huán)移動(dòng)道路口附近時(shí)，GPS定位器發(fā)出信號(hào)，傳給ARM處理器，ARM處理器經(jīng)過處理將信息轉(zhuǎn)化為語音和文字的形式傳到藍(lán)牙耳機(jī)和盲文顯示屏，以此來告知用戶附近會(huì)有路口，讓用戶暫時(shí)停止移動(dòng)并準(zhǔn)備接下來的步驟：

第一，盲人在接受到路口預(yù)警信號(hào)時(shí)停止急需移動(dòng)，并從身上拿出帶有圖像收集功能的8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器，在辨別上下之分后，啟動(dòng)并將其拋向空中，這時(shí)，ARM處理器發(fā)出信號(hào)讓飛行器在空中自動(dòng)收集周圍的路況以及交通信號(hào)燈信息。

第二，當(dāng)帶有圖像采集系統(tǒng)規(guī)格為8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器采集到周圍的路面信息之后，會(huì)立刻通過藍(lán)牙傳給ARM處理器進(jìn)行處理以及分析，判斷是否可以過馬路，如果可以過馬路，ARM處理器傳信息給藍(lán)牙耳機(jī)和盲文顯示屏讓其通過馬路。如果，當(dāng)時(shí)的狀態(tài)并不足以用戶通過馬路，帶有圖像采集系統(tǒng)規(guī)格為8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器一直在空中采集數(shù)據(jù)，傳給ARM處理器進(jìn)行處理以及分析，直到變?yōu)榫G燈，ARM處理器傳信息給藍(lán)牙耳機(jī)和盲文顯示屏讓其通過馬路。

第三，在盲人過馬路的這段時(shí)間內(nèi)，8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器會(huì)一直在空中保持監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)燈閃爍并即將變換時(shí)，ARM處理器會(huì)發(fā)出警告，來提示用戶。

第四，當(dāng)用戶安全穿過馬路時(shí)，會(huì)通過手環(huán)對(duì)8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器發(fā)出回收指令，在ARM收到回收指令之后，會(huì)追蹤用戶手環(huán)上的GPS定位裝置，并對(duì)8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器發(fā)出位置信息，8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器將自行追蹤到定位點(diǎn)上方，然后垂直下降。這時(shí)，用戶只需要將佩戴運(yùn)動(dòng)手環(huán)的一只手伸出，并保持手心向上，五指打開。而且手環(huán)和藍(lán)牙耳機(jī)在8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器的回收過程中，會(huì)通過振動(dòng)和語音的方式，對(duì)8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器與用戶之間的距離進(jìn)行實(shí)時(shí)提示，以保證用戶可以準(zhǔn)確無誤對(duì)8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器進(jìn)行回收。

第五，當(dāng)回收完成后，并將8cm×8cm×3cm的小型四軸飛行器放入口袋當(dāng)中，一次完整的四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束。

4 結(jié)論

本文是一種基于四軸飛行器的盲人過馬路輔助系統(tǒng)為研究主體，并通過該系統(tǒng)完成對(duì)盲人過馬路時(shí)對(duì)交通信號(hào)燈的智能識(shí)別、反饋與檢測(cè)，憑借振動(dòng)和語音的形式對(duì)用戶進(jìn)行提示，最終完成用戶安全、準(zhǔn)確地完成獨(dú)過馬路的過程。由于全世界科技水平的不斷進(jìn)步，單純的聲波或者語音導(dǎo)盲已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)如今道路狀況復(fù)雜的情況了。而這種通過小型飛行器對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管和反饋模式的導(dǎo)盲模式正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)導(dǎo)盲的不足，為盲人們提供更加安全、個(gè)性且實(shí)用的導(dǎo)盲輔助系統(tǒng)。

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A

1674-6708（2016）168-0111-02

侯耀峰，福建省漳州市龍海市廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院。

陳曉穎，福建省漳州市龍海市廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院。

余輝，福建省漳州市龍海市廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院。