基于人工智能技術(shù)的智能盲人眼鏡

江蘇省新海高級(jí)中學(xué) 黃渝龍

基于人工智能技術(shù)的智能盲人眼鏡

江蘇省新海高級(jí)中學(xué) 黃渝龍

中國是世界盲人最多的國家，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國目前視力殘疾500萬人，占全世界盲人總數(shù)的18%，低視力者600 多萬。盲人出行的問題是一個(gè)不可忽視的社會(huì)問題，現(xiàn)代盲人出行往往依靠盲人手杖、導(dǎo)盲犬、盲道等，這些方式雖然能夠?yàn)槊と顺鲂袔硇┰S便利，但仍然擁有很多弊端。譬如盲人手杖不便攜帶并且非智能化，導(dǎo)盲犬難以控制也并非智能，盲道經(jīng)常被占用。因此本文針對(duì)盲人出行問題設(shè)計(jì)了一款智能盲人眼鏡，本產(chǎn)品智能便攜，極大的提高了盲人出行的便利，而針對(duì)解決盲人出行問題設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能也極大程度上確保了盲人出行的安全。本產(chǎn)品的特色在于將盲人眼鏡與人工智能技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)智能語音、智能導(dǎo)航、障礙物檢測(cè)等功能，使盲人導(dǎo)航更富可用性，更具人性化。

人工智能；盲人眼鏡；智能導(dǎo)航

1 引言

1.1 產(chǎn)品需求分析

中國是世界盲人最多的國家，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2013年我國目前視力殘疾500萬人，占全世界盲人總數(shù)的18%，低視力者600多萬，兒童斜弱視者1000萬；同時(shí)，我國每年新增45萬盲人。當(dāng)代盲人出行成了一項(xiàng)重要的社會(huì)問題，盲人手杖、導(dǎo)盲犬、盲道成為盲人出行的主要依靠。但是僅僅靠這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，譬如盲人手杖，現(xiàn)代大部分盲人出行的工具，不僅不便攜帶，而且非智能化，難以辨別周圍的一切物品；部分盲人也會(huì)靠導(dǎo)盲犬引領(lǐng)出行，但導(dǎo)盲犬也并非智能，在一些場(chǎng)所也難以控制；除此之外，盲道也會(huì)被人有意無意地占用。因此盲人出行依舊十分不便，盲人事故頻發(fā)，他們的安全難以保障。由此設(shè)計(jì)的盲人智能眼鏡極大地保障了盲人出行安全以及便利，這也正是我們多年來從事這方面研究的重要原因。本產(chǎn)品不僅功能齊全，并且輕便易攜，極大的提高了盲人出行的便利，而針對(duì)解決盲人出行問題設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能也極大程度上確保了盲人出行的安全。除此之外，本產(chǎn)品還增加了一些人性化服務(wù)，讓盲人在路途中也能感受親情以及社會(huì)的溫暖。這樣盲人群體就能更加安全便利舒適地出行，我們的社會(huì)也會(huì)更加美好和諧。

1.2 現(xiàn)狀研究

當(dāng)代盲人出行多依靠手杖及盲道，通過敲打地面和感知腳底的紋路來辨別行走的方向以及是否停下。這些方法弊端很多，例如現(xiàn)在普遍使用的盲人手杖，不僅大而笨重，而且非智能化，難以辨別周圍的物品。若盲人周圍環(huán)境復(fù)雜，手杖并不能很好的幫助盲人，就可能會(huì)導(dǎo)致盲人跌倒，甚至?xí)懈鼑?yán)重的安全隱患。除此之外，如果盲人到達(dá)一個(gè)十字路口或是一個(gè)陌生的地方，光靠一個(gè)手杖是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。還有一些盲人依靠訓(xùn)練過的導(dǎo)盲犬出行，雖然增添了幾分安全，但是導(dǎo)盲犬并非智能，在一些場(chǎng)所也會(huì)難以控制，并且盲人本身很難對(duì)導(dǎo)盲犬進(jìn)行很好的照顧，因此這種方式也是非常不便利的。并且現(xiàn)在的盲道也經(jīng)常被一些人有意無意地占用。目前國內(nèi)生產(chǎn)的導(dǎo)盲系統(tǒng)也存在類似的問題，如：帶揚(yáng)聲器的導(dǎo)航棍，優(yōu)點(diǎn)是晚上可發(fā)出光，提醒路人與司機(jī)，缺點(diǎn)是易壞、太敏感；探知前方障礙物的盲人眼鏡，優(yōu)點(diǎn)是體積較小，缺點(diǎn)是功能單一，并不能滿足盲人出行的需求。因此我們?cè)诿と搜坨R的基礎(chǔ)上，增添許多人性化設(shè)計(jì)，使其更加便捷，更加適合盲人使用。

1.3 產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)

本產(chǎn)品將傳統(tǒng)的盲人眼鏡由功能單一轉(zhuǎn)向功能豐富，輕便的眼鏡讓盲人在享受智能便捷的同時(shí)不會(huì)有太大的負(fù)擔(dān)。本產(chǎn)品內(nèi)置多種發(fā)射接收裝置，能夠進(jìn)行障礙探測(cè)及智能導(dǎo)航功能。此外本產(chǎn)品融合了當(dāng)前較火的人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別，智能對(duì)話的功能。盲人可以通過本產(chǎn)品與家人實(shí)時(shí)通訊，使他們?cè)讵?dú)自行走時(shí)不會(huì)感到寂寞并且增加了安全性。這些功能解決了傳統(tǒng)導(dǎo)盲工具的諸多弊端，使其更加高效安全。

2 產(chǎn)品系統(tǒng)介紹

2.1 智能語音對(duì)話模塊

智能語音對(duì)話模塊主要應(yīng)用的核心技術(shù)是語音識(shí)別技術(shù)。智能語音對(duì)話模塊的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能語音對(duì)話模塊

未知語音變換成電信號(hào)后加在識(shí)別系統(tǒng)的輸入端，首先經(jīng)過預(yù)處理，再建立語音模型，對(duì)輸入的語音信號(hào)進(jìn)行分析，并抽取所需的特征，在此基礎(chǔ)上建立語音識(shí)別所需的模板。而計(jì)算機(jī)再根據(jù)一定的搜索和匹配策略，找出一系列最優(yōu)的與輸入語音匹配的模板。然后根據(jù)此模板的定義，通過查表就可以給出計(jì)算機(jī)的識(shí)別結(jié)果。計(jì)算機(jī)根據(jù)識(shí)別結(jié)果，對(duì)盲人的話進(jìn)行理解，完成正確的指令，并對(duì)錯(cuò)誤的指令進(jìn)行提示。

智能語音對(duì)話模塊包括人機(jī)交互和人人交互兩大功能：人機(jī)交互，即人與機(jī)器的互動(dòng)。盲人的語音轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后通過語音識(shí)別技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，然后計(jì)算機(jī)對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行理解，并從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取資料，找出最優(yōu)質(zhì)的回答，合成語音進(jìn)行交互。譬如盲人想要知道今天的天氣如何，可以說出“查詢今天天氣”或“今天天氣如何”等指令，智能盲人眼鏡通過對(duì)“天氣”、“查詢”、“如何”之類的關(guān)鍵詞，對(duì)盲人說的話進(jìn)行理解，隨后從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取關(guān)于天氣的資料，并通過語音的方式反饋給盲人。這樣盲人便可以更加安全、方便地出行，其生活質(zhì)量也能得到改善。人機(jī)交互外，智能盲人眼鏡還可以實(shí)現(xiàn)人人交互，其流程圖2所示。

圖2 人人交互流程圖

盲人輸入的語音轉(zhuǎn)變成電信號(hào)加在識(shí)別系統(tǒng)的輸入端進(jìn)行語音識(shí)別，智能盲人眼鏡再對(duì)所識(shí)別的語音中的關(guān)鍵詞進(jìn)行提取，找出關(guān)于人人交互的指令，然后通過藍(lán)牙連接手機(jī)來完成指令，從而實(shí)現(xiàn)與家人、朋友的通訊，即人人交互。這樣盲人在行走時(shí)也能感受到親情、友情的溫暖。

2.2 智能識(shí)別模塊

物品識(shí)別模塊是本產(chǎn)品的核心。此模塊不僅可以讓盲人更加安全，還可以幫助盲人再一次認(rèn)識(shí)這美麗的世界，其功能如圖3所示。

圖3 智能識(shí)別模塊

本模塊分為前端和后臺(tái)兩個(gè)部分：

前端方面面向用戶，和用戶交互，主要為利用語音識(shí)別技術(shù)捕捉用戶的語音信號(hào)，開啟識(shí)別功能，智能盲人眼鏡通過攝像頭捕捉圖像，并將圖像轉(zhuǎn)化為信號(hào)發(fā)送給后臺(tái)處理。

后臺(tái)方面，系統(tǒng)對(duì)前端發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，篩選所識(shí)別的圖像，并將處理結(jié)果導(dǎo)入到服務(wù)器中，服務(wù)器通過圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，識(shí)別出所捕捉圖像的內(nèi)容，并將識(shí)別結(jié)果返回給前端，前端通過語音信號(hào)返回給用戶。在后臺(tái)進(jìn)行圖片識(shí)別和信息獲取的過程中也應(yīng)用了網(wǎng)頁搜索技術(shù)、知識(shí)搜索技術(shù)、知識(shí)庫技術(shù)。正是這些技術(shù)讓智能盲人眼鏡得以識(shí)別各種各樣的物品。最后智能盲人眼鏡在將搜索結(jié)果向用戶進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別的功能。

當(dāng)盲人想要知道自己身前的物品時(shí)，盲人可發(fā)出如“請(qǐng)辨別這個(gè)物品”的指令，智能盲人眼鏡接受指令后便開啟攝像頭對(duì)盲人身前的物品進(jìn)行捕捉，并在數(shù)據(jù)庫或者使用web服務(wù)搜索出最相似的物品及信息，最后用過語音將結(jié)果反饋給盲人，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的識(shí)別。

2.3 智能導(dǎo)航模塊

智能導(dǎo)航模塊是本產(chǎn)品的特色之一。由于盲人的不便，當(dāng)他們獨(dú)自行走時(shí)，經(jīng)常會(huì)迷路，此時(shí)就需要進(jìn)行導(dǎo)航。

當(dāng)盲人迷路時(shí)，可通過語音激活智能盲人眼鏡的導(dǎo)航系統(tǒng)。盲人的語音通過語音識(shí)別技術(shù)被智能盲人眼鏡識(shí)別，并從中識(shí)別出關(guān)于導(dǎo)航的關(guān)鍵詞，隨即調(diào)用高德地圖API進(jìn)入導(dǎo)航模式，指引盲人安全回家。

3 可實(shí)現(xiàn)功能

本文所設(shè)計(jì)的智能盲人眼鏡可以實(shí)現(xiàn)如下：（1）通過智能識(shí)別技術(shù)，能夠識(shí)別捕捉到的物品，并進(jìn)行障礙物檢測(cè)。（2）能夠根據(jù)盲人的需要介紹所識(shí)別物品的相關(guān)知識(shí)。（3）通過調(diào)用高德地圖API實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)航，在盲人迷路時(shí)指引他安全回家。（4）可以通過語音識(shí)別技術(shù)與盲人進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話，也可以通過藍(lán)牙連接實(shí)現(xiàn)與他人的實(shí)時(shí)通話，讓盲人獨(dú)自一人時(shí)不會(huì)感到寂寞。

4 總結(jié)

本產(chǎn)品將功能單一的盲人眼鏡與人工智能技術(shù)相結(jié)合設(shè)想了一款新型的智能導(dǎo)盲設(shè)備，不僅輕便易攜，而且功能眾多，更富人性化。本產(chǎn)品不僅巧妙地將人工智能技術(shù)與生活相結(jié)合，并且很大程度上解決了盲人出行不便的問題，相信其是有巨大的實(shí)用價(jià)值的，也希望將來我們能將其廣泛應(yīng)用造福更多的盲人。但本產(chǎn)品還有一些不足之處，比如在進(jìn)行物品識(shí)別時(shí)，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取資料需要一定的時(shí)間。除此之外，進(jìn)行障礙物檢測(cè)時(shí)，不能檢測(cè)出盲人周圍的一切物品。本產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于如何提高智能識(shí)別的準(zhǔn)確率和效率，這需要依賴人工智能技術(shù)的發(fā)展程度，如何提高對(duì)障礙物的識(shí)別效率也是當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

[1]馬龍,李成榮,徐波,李騰.語音識(shí)別技術(shù)在智能語音機(jī)器人中的應(yīng)用[J].

[2]潘威,左欣,沈構(gòu)強(qiáng),徐杰,李袁,李強(qiáng).物品識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].

[3]楊國建,石秀娟,潘鴻雁,孟慶鑫,程衛(wèi)鵬.基于SPCE061的智能盲人導(dǎo)航系統(tǒng)[J].

[4]張其善,吳今培,楊東凱.智能車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用[M].科學(xué)出版社,2002.

[5]樊炳輝,盧鳳,王鑫,等.智能上假肢特定人語音識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2017, 38(6):1630-1634.

[6]王瑩.人工智能的進(jìn)展及發(fā)展建議[J].電子產(chǎn)品世界,2017(2):23-26.