SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：针对市场上辅盲设备成本高、功能不全面、误差大以及智能化程度低的问题,设计了一种基于视觉检测技术的可佩戴式盲人智能导航仪。该装置分为下位机控制终端和上位机用户作端两部分,下位机实时采集语音、图像等信号,上位机接收并进行处理。装置中运用了OV7670避障模块、BDS导航模块以及语音交互模块,可以实时采集路况与盲人用户的语音信息,并结合相应的手机App进行远程管理,保障盲人用户安全便利出行。
关键词：盲人；便利出行；智能导航
Development of Wearable Intelligent Navigation Instrument for Blind People Based on Visual Detection Technology
HU Geyou,LI Lieqi,XIAO Jinfeng,PAN Meng,LIU Liya,ZENG Qingli
(College of Information Science and Engineering,Jishou University,Jishou Hunan 416000)
【Abstract】：Aiming at the problems of high cost,incomplete function,large error and low intelligence degree of auxiliary blind equipment in the market,a wearable intelligent navigation instrument for blind people based on visual detection technology was designed.The device is divided into two parts:The lower computer control terminal and the upper computer user terminal.The lower computer collects voice,image and other signals in real time,and the upper computer receives and processes them.OV7670 obstacle avoidance module,BDS navigation module and voice interaction module are used in the device,which can collect real-time road conditions and voice information of blind users,and carry out remote management combined with corresponding mobile Apps to ensure the safety and convenience of blind users.
【Key words】：the blind;convenient travel;intelligent navigation
0引言
在人们的日常生活中,视觉是获取信息的主要感觉,而盲人以及视障人士无法利用视觉获得信息,导致出行十分不便,盲人以及视障人士出行也就成为社会上一大问题。现有的辅盲设备存在成本高、功能不全面、误差大、智能化程度低等缺点,无法普及到盲人群体中的每个个体,因此,设计一款基于视觉检测技术的可佩戴式的盲人智能导航仪就显得尤为重要[1,2]。
该装置拟具备语音交互、定位、连续导航、避障等功能,且便携性高、成本低、易操作,能够从真正意义上为盲人的安全便捷出行提供保障。
1装置总体设计
1.1装置简述
如图1所示,该盲人智能导航仪分为下位机控制终端和上位机用户操作端,下位机是以MCU为核心的连接了OV7670摄像头的避障模块、BDS、语音交互模块以及供电模块,上位机为导航模块的用户管理和操作系统,上位机和下位机之间通过移动通信实现信息交互。
盲人可通过下位机语音输入出行目的地,下位机通过接收盲人输入的语音信号,由语音交互模块进行处理,将处理好的信息语音输出给用户,同时下位机的语音信息又通过移动通信模块与上位机通信,达到实时语音交互的效果。
如图2所示为装置模型,1为壳体,2为摄像头,3为开关按钮,4为麦克风。
1.2装置功能
该装置所能够实现的功能包括：
(1)用户通过耳麦输入导航目的地,导航模块根据目的地进行规划路线,并实时进行语音播报路线。
(2)摄像头实时采集道路图像,若识别图像中存在障碍物,则确定障碍物相对于用户的位置,语音提醒用户或避让或重新规划路线。
(3)用户家属可通过App和Web网页端上的地图及标识得知盲人实时的位置,对于较远场所的出行,可结合地图信息查询给盲人提供乘车信息。
2硬件设计
基于视觉检测技术的可佩戴式盲人智能导航仪硬件部分包括MCU主控芯片,与MCU主控芯片连接的导航模块、语音交互模块、避障模块、移动模块、供电模块。
(1)导航模块：借助高德地图API开发利用实现持续导航,包括地图搜索、地图定位和路线规划功能。
(2)语音交互模块：借助科大讯飞开放平台实现用户与智能导航装置的语音识别及交互。
(3)避障模块：借助OV7670摄像头采集图像。
(4)移动通信模块：在室外借助4G技术实现。
(5)供电模块：借助5V锂电池给整个装置供电。
3软件设计
本装置以Android系统为平台开发了一款具有定位、导航、避障等功能的应用程序。盲人家属可以随时查看盲人的定位,保障盲人用户的安全。
手机App设计：此App目标用户为盲人和盲人家属。App取代传统App的点击选中,使用滑动选中功能取而代之,并配有语音提示,便于盲人使用。盲人及盲人家属可通过如图3所示页面进行注册和登录。盲人及家属间账号可彼此绑定。盲人遇到紧急情况可通过App快速联系家属或报警,家属可以通过App查看盲人的实时定位,以及远程帮助盲人进行导航目的地的设置。
4系统测试
基于视觉检测技术的可佩戴式盲人智能导航仪设计完成后,需要对装置的硬件和软件进行测试。首先对系统硬件进行测试,确定装置是否合理,确认合理后便进行软件测试,若各模块功能都能有效实现,最后再进行装置整体测试。
4.1硬件测试
4.1.1语音交互模块测试
为了检验语音识别的有效性,分别在小于20cm和大于30cm两个不同距离间距对模块进行测试,由非特定的人在不同的环境下对语音识别模块的问答模式和串口加问答模式的不同条件下各进行20次测试。其测试结果如表1、表2所示。
记录的数据表明：在杂音环境下问答识别模式成功率大幅降低,串口加问答模式的识别成功率无明显变化,减小识别距离对识别成功率有较大的提升。故使用该模块时建议使用串口加识别模式识别距离最好保持在20cm以内,并尽量避免嘈杂环境下,如表3所示。
显示语句为语音输入语句在串口中的合成显示,通过重复测试所得的数据表明语音输入语句的合成成功率高,可以满足语音识别的基本需求。
4.1.2避障模块测试
为了检验视觉避障功能的有效性,此测试在不同距离放置大型障碍物,多次测量结果如表4所示。
根据此次测试数据可得出远距离测量误差低于近距离,对于本避障模块,1~2m的范围内具有较高的障碍物识别率,该装置避障能力满足技术需求。
4.2软件测试
完成硬件及其相关模块的相关调试后,对App根据实际情况进行调试。调试过程中针对主要功能进行测试,主要包括：系统稳定及网络通信部分、地图导航部分、语音避障部分。
4.2.1定位测试
根据系统设计与功能实现具体需求,系统采用高德地图API进行定位功能的实现。测试过程中通过滑动选择定位功能,进入定位页面,判断是否能定位在对应位置,最终结果良好。
4.2.2地图导航测试
系统根据采集的定位数据作为起始点,语音输入位置作为目的地,通过API实现对地图导航功能的实现。在调试过程中,语音输入目的地,并语音确定后,系统进入导航界面。将导航界面与其他地图App导航进行分析比对,最终确认导航功能实现无误。
4.2.3语音避障测试
采用科大讯飞API实现语音播报功能,系统根据下位机上传的避障分析信息进行语音播报。在测试过程中,系统处于导航模式,使盲人导航仪距障碍物距离2m时,系统语音距障碍物2m,请绕行。使导航仪距障碍物距离1m时,系统语音提示前方距离障碍物1m,请停止或转向。测试全程语音提示清晰,弥补了硬件端的不足,确认语音提示避障功能实现无误。
5结论
视觉对于人类有着无可比拟的重要作用,它是人类探索世界的外在感官之一。盲人群体由于缺失视觉的帮助,在生活中有极大地不便之处,同时无障碍出行又是盲人群体探索世界的一大途径[3],故设计一款基于视觉检测技术的可佩戴式盲人智能导航仪来保障盲人群体出行安全,以此来照亮盲人群体。
参考文献
[1]何腾鹏,张荣芬,刘超,等.基于机器视觉的智能导盲眼镜设计[J].电子技术应用,2017,43(4):58-61.
[2]徐波.盲人视觉辅助导航系统设计[D].合肥:中国科学院大学(中国科学院人工智能学院),2020.
[3]李诗芸.基于可穿戴的智能盲人导航设计[J].工业设计,2018(3):102-103.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/46177.html
