本發(fā)明涉及一種盲人導(dǎo)路器，尤其是一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)字圖像處理、微電子技術(shù)的盲人導(dǎo)路器。

背景技術(shù)：

為盲人指路導(dǎo)航是一件很有意義的事情。早期的電子盲人導(dǎo)路器、導(dǎo)航儀等產(chǎn)品，大多采用超聲波測(cè)距、激光測(cè)距來(lái)等主動(dòng)單線探測(cè)手段來(lái)檢測(cè)障礙物，準(zhǔn)確度比較低，視野狹小，適用范圍有限?，F(xiàn)有的基于圖像處理的盲人導(dǎo)路方案中，主要是對(duì)道路邊界的提取技術(shù)，基于對(duì)道路的邊界識(shí)別，或者通過(guò)圖像處理對(duì)路面狀況進(jìn)行判決，然后將判決結(jié)果換遞給盲人，而不是把圖像內(nèi)容以盲人可識(shí)別的方式直接傳遞給盲人，讓盲人自己來(lái)判別。如何將指示信息傳遞給盲人，多數(shù)方案中采用了聲音技術(shù)、振動(dòng)以及機(jī)械觸覺(jué)。由于盲人主要依靠聽(tīng)覺(jué)感知周?chē)h(huán)境，因此“導(dǎo)路器”采用聽(tīng)覺(jué)則會(huì)占用盲人的聽(tīng)覺(jué)通道，使他們難以感知周?chē)匀画h(huán)境；而振動(dòng)和其它機(jī)械觸覺(jué)（觸覺(jué)顯示）裝置則耗電量較大。如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) CN201610513329.7，公開(kāi)了一種用于人體佩戴的具有紅外全景深感知功能的導(dǎo)盲帽，該導(dǎo)盲帽采用立體圖像采集、視差計(jì)算、并采用主動(dòng)紅外照明，以及微型電磁鐵控制觸點(diǎn)撞針結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一款基于立體視覺(jué)和電致觸覺(jué)陣列的盲人導(dǎo)路器，該導(dǎo)路器采用低功耗的微處理器，微處理器利用同步雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集視頻圖像對(duì)，對(duì)左右兩個(gè)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換（以消除攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的影響）和立體校正，然后通過(guò)立體視覺(jué)算法計(jì)算出畫(huà)面中各個(gè)像素的視差，形成視差圖，并根據(jù)視差圖的數(shù)值的分布情況作出不同處理：（1）當(dāng)視差全部接近0值時(shí)，將左右原始圖像進(jìn)行融合，并計(jì)算融合圖像中的邊緣信息，形成“邊緣圖”，最后通過(guò)掃描控制軟件模塊將邊緣圖直接呈現(xiàn)在“電致觸覺(jué)陣列”上，使盲人感知到圖像中的邊緣信息分布；（2）當(dāng)視差不全部接近0值時(shí)，則通過(guò)掃描控制軟件模塊將視差圖直接呈現(xiàn)在“電致觸覺(jué)陣列”上，從而讓盲人感知到視差圖的內(nèi)容分布。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于立體視覺(jué)和電致觸覺(jué)陣列的盲人導(dǎo)路器，佩戴在盲人身體上，包括雙目微型攝像頭、微處理器、電致觸覺(jué)陣列、傾角傳感器，所述微處理器信號(hào)輸入端連接雙目微型攝像頭和傾角傳感器，輸出端連接電致觸覺(jué)陣列，所述微處理器通過(guò)同步雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集左、右圖像視頻圖像，并經(jīng)過(guò)濾波、圖像校正，并計(jì)算出視差圖和對(duì)校正后的圖像進(jìn)行邊緣計(jì)算，得到邊緣圖像；所述微處理器依據(jù)傾角傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)選擇的圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，并將旋轉(zhuǎn)后的圖像經(jīng)由掃描控制模塊傳送到電致觸覺(jué)陣列上，使盲人用戶(hù)的皮膚得到刺激，感受到圖像的內(nèi)容。

所述微處理器包括預(yù)處理、邊緣計(jì)算、視差計(jì)算、視差圖分析、圖像選擇、圖像變換、掃描控制模塊；所述視差圖分析模塊對(duì)視差圖進(jìn)行分析，分析的結(jié)果用來(lái)控制圖像選擇，如果視差圖的全部像素都接近0值，則選擇原始圖像，否則選擇視差圖。

所述雙目微型攝像頭和微處理器部分作為一個(gè)整體持在盲人手中、或者佩戴在額頭部位，所述電致觸覺(jué)陣列采用電刺激的方式，制作成薄膜電路或柔性電路，貼于盲人手掌背面、或者胳膊皮膚上、或者肚皮上、或者后背皮膚上。

所述薄膜電路上分布有電極，電極呈矩形陣列排布，電極與微處理器相連，微處理器通過(guò)程序產(chǎn)生電脈沖，依次掃描作用在電極上。

所述盲人導(dǎo)路器的供電采用鋰離子電池便攜電源；并附加有聲音、震動(dòng)器，用于輔助提示信息。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的導(dǎo)路器采用低功耗的微處理器，微處理器利用同步雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集視頻圖像對(duì)，對(duì)左右兩個(gè)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換（以消除攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的影響）和立體校正，然后通過(guò)立體視覺(jué)算法計(jì)算出畫(huà)面中各個(gè)像素的視差，形成視差圖，并根據(jù)視差圖的數(shù)值的分布情況作出不同處理：（1）當(dāng)視差全部接近0值時(shí)，將左右原始圖像進(jìn)行融合，并計(jì)算融合圖像中的邊緣信息，形成“邊緣圖”，最后通過(guò)掃描控制軟件模塊將邊緣圖直接呈現(xiàn)在“電致觸覺(jué)陣列”上，使盲人感知到圖像中的邊緣信息分布；（2）當(dāng)視差不全部接近0值時(shí)，則通過(guò)掃描控制軟件模塊將視差圖直接呈現(xiàn)在“電致觸覺(jué)陣列”上，從而讓盲人感知到視差圖的內(nèi)容分布。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，僅利用自然光圖像；支持兩種圖像模式，即深度圖像觸覺(jué)顯示和自然圖像觸覺(jué)顯示，可在兩者之間可以自動(dòng)切換；采用“電致觸覺(jué)陣列”，通過(guò)電刺激直接作用于皮膚細(xì)胞以產(chǎn)生觸覺(jué)效果，而非電磁機(jī)械裝置。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于立體視覺(jué)和電致觸覺(jué)陣列的盲人導(dǎo)路器工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)構(gòu)附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于這里列出的具體器件型號(hào)和參數(shù)。軟件模塊的算法也可選擇其它同類(lèi)作用的算法。

如圖1所示，一種基于立體視覺(jué)和電致觸覺(jué)陣列的盲人導(dǎo)路器，包括雙目微型攝像頭、微處理器、電致觸覺(jué)陣列、傾角傳感器。微處理器信號(hào)輸入端連接雙目微型攝像頭和傾角傳感器，輸出端連接電致觸覺(jué)陣列，所述微處理器通過(guò)同步雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集左、右圖像視頻圖像，并經(jīng)過(guò)濾波、圖像校正，并計(jì)算出視差圖和對(duì)校正后的圖像進(jìn)行邊緣計(jì)算，得到邊緣圖像；所述微處理器依據(jù)傾角傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)選擇的圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，并將旋轉(zhuǎn)后的圖像經(jīng)由掃描控制模塊傳送到電致觸覺(jué)陣列上，使盲人用戶(hù)的皮膚得到刺激，感受到圖像的內(nèi)容。

本發(fā)明的盲人導(dǎo)路器采用便攜電源（例如電池）供電，整個(gè)系統(tǒng)可“分體式”佩帶在盲人身體上的適當(dāng)部位。本發(fā)明的組成和工作原理詳細(xì)描述如下：

（1）預(yù)先對(duì)雙目攝像頭的參數(shù)予以標(biāo)定，并存儲(chǔ)參數(shù)；

（2）微處理器通過(guò)雙目攝像頭實(shí)時(shí)采集彩色立體圖像對(duì)，做適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，并依據(jù)攝像頭的標(biāo)定參數(shù)對(duì)圖像對(duì)進(jìn)行立體校正；

（3）依據(jù)視差算法，微處理器中的視差計(jì)算軟件依據(jù)校正后的“立體圖像對(duì)”計(jì)算出視差圖；

（4）對(duì)原始圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到邊緣圖；

（5）微處理器分析視差圖的數(shù)值分布情況，分析得結(jié)果作為圖像選擇的控制依據(jù)；

（6）如果視差圖的像素值不是全部接近0，則選擇視差圖，否則選擇邊緣圖；

（7）根據(jù)攝像頭的傾角，對(duì)選擇的圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，以校正攝像頭在使用過(guò)程中受到被動(dòng)旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的影響。

（8）旋轉(zhuǎn)變換后的圖像經(jīng)由掃描控制模塊轉(zhuǎn)換成電致觸覺(jué)陣列的輸入掃描信號(hào)，從而將視差圖呈現(xiàn)到電致觸覺(jué)陣列上，讓盲人通過(guò)皮膚感知到視差圖的內(nèi)容。

其中，電致觸覺(jué)陣列采用電刺激的方式。即制作成薄膜電路（或其他材質(zhì)的柔性電路） ，貼在盲人的皮膚上。薄膜電路上分布有一定數(shù)量的電極，它們呈矩形陣列排布，電極與微處理器相連。微處理器通過(guò)程序產(chǎn)生電脈沖，依次掃描作用在電極上。電致觸覺(jué)陣列的作用相當(dāng)于一個(gè)觸覺(jué)顯示器。

該發(fā)明盲人導(dǎo)路器可以佩戴在盲人身體上來(lái)，攝像頭和微處理器部分可以作為一個(gè)整體持在手中、或者佩戴在額頭等部位，而電致觸覺(jué)陣列則需要貼于手掌背面、或者胳膊皮膚上、或者肚皮上、或者后背皮膚上等部位。該盲人導(dǎo)路器的供電可采用鋰離子電池等大容量小體積的便攜電源。該盲人導(dǎo)路器可附加采用聲音、震動(dòng)等輔助提示信息。攝像頭采用全局快門(mén)的攝像頭，以提高圖像質(zhì)量。電致觸覺(jué)陣列采用薄膜電路、圓形電極陣列，根據(jù)電脈沖的頻率、占空比、猝發(fā)結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)等方面的控制，使得皮膚感知到應(yīng)有的觸覺(jué)效果。

微處理器中的軟件包括預(yù)處理、邊緣計(jì)算、視差計(jì)算、視差圖分析、圖像選擇、圖像變換、掃描控制等模塊。雙攝像機(jī)同步拍攝的左、右圖像送入微處理器，并經(jīng)過(guò)預(yù)處理（濾波、圖像校正等），然后計(jì)算出視差圖；同時(shí)對(duì)校正后的圖像進(jìn)行邊緣計(jì)算，得到邊緣圖像。對(duì)視差圖進(jìn)行分析，分析的結(jié)果用來(lái)控制圖像選擇，如果視差圖的全部像素都接近0值，則選擇原始圖像，否則選擇視差圖。依據(jù)傾角傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)選擇的圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，然后將旋轉(zhuǎn)后的圖像經(jīng)由掃描控制模塊傳送到“電致觸覺(jué)陣列”上，使用戶(hù)的皮膚得到刺激，感受到圖像的內(nèi)容。

微處理器采用低功耗的產(chǎn)品，例如STM32F7系列，并利用其DCMI接口以實(shí)時(shí)幀率采集視頻圖像，圖像格式采用176x144 YUV格式。攝像機(jī)的校正參數(shù)和校正矩陣預(yù)先存儲(chǔ)在片內(nèi)Flash中。采用邊緣保持濾波算法對(duì)圖像作濾噪處理，并依據(jù)攝像機(jī)參數(shù)和校正矩陣對(duì)圖像進(jìn)行立體校正。對(duì)校正后的圖像進(jìn)行視差計(jì)算和邊緣計(jì)算，生成視差圖和邊緣圖，根據(jù)視差圖的數(shù)值分布情況選擇視差圖或者邊緣圖作為后續(xù)處理對(duì)象。選擇的圖像經(jīng)過(guò)傾角校正，作為結(jié)果圖像，最后經(jīng)由掃描控制模塊輸出到電致觸覺(jué)陣列，刺激皮膚，感知圖像內(nèi)容，由用戶(hù)自己通過(guò)感知的圖像來(lái)判斷應(yīng)該往哪個(gè)方向走。