本發(fā)明涉及環(huán)境感知無障礙輔助，具體為基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著導航技術(shù)的不斷進步，針對視障人群的輔助導航工具逐步從傳統(tǒng)的語音提示、電子地圖等形式發(fā)展為更精細和多樣化的交互方式。其中，基于三維建模和點云數(shù)據(jù)的導航方法逐漸成為研究熱點，通過激光雷達(lidar)或結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，再結(jié)合建模算法生成觸覺導航模型，為視障人群提供了直觀的環(huán)境感知工具。在激光器技術(shù)方面，sesam(半導體飽和吸收鏡)被動調(diào)q激光器因其高峰值功率、窄脈寬的特性在精確測距和三維掃描中表現(xiàn)突出，被廣泛用于高精度環(huán)境建模領(lǐng)域。另一方面，3d打印技術(shù)的發(fā)展使得觸覺導航模型能夠快速生成，并通過物理觸摸提供即時反饋，大幅度提升了視障人群的空間認知能力。這些技術(shù)的結(jié)合為無障礙導航提供了新的可能性。

2、盡管現(xiàn)有技術(shù)在視障導航領(lǐng)域取得了一定進展，但仍存在諸多不足之處。第一，傳統(tǒng)的語音導航和電子地圖往往依賴用戶的聽覺或記憶能力，無法提供直接的環(huán)境細節(jié)感知，對于復雜場景的導航支持有限。第二，現(xiàn)有的激光掃描技術(shù)多以連續(xù)波或主動調(diào)q激光器為主，掃描精度較低，且對復雜環(huán)境中的多路徑反射和光散射影響處理能力不足，導致環(huán)境數(shù)據(jù)的完整性和精確性受限。第三，點云數(shù)據(jù)的處理與建模技術(shù)在噪聲過濾、表面優(yōu)化等方面的算法仍然較為初級，生成的三維模型缺乏觸覺特性設(shè)計，難以滿足視障人群通過觸摸感知細節(jié)的需求。此外，現(xiàn)有技術(shù)在動態(tài)環(huán)境中實時更新地圖模型的能力較弱，無法有效應對環(huán)境變化，如障礙物的出現(xiàn)或路徑的臨時封閉。因此，現(xiàn)有技術(shù)尚未形成一個完整、高效的系統(tǒng)來滿足視障人群的實時導航和觸覺感知需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有的導航技術(shù)方法存在無法直接提供視障用戶環(huán)境細節(jié)感知、激光掃描精度受復雜環(huán)境影響較大、模型生成的觸覺特性不足，以及無法實時應對動態(tài)環(huán)境變化的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法，包括獲取目的地并規(guī)劃路線，使用定制sesam激光器進行環(huán)境掃描；進行數(shù)據(jù)處理，生成觸覺感知導航地圖模型；使用即時3d打印設(shè)備生成觸覺導航地圖，實時檢測環(huán)境更新地圖。

4、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述獲取目的地并規(guī)劃路線包括用戶通過語音輸入目的地，系統(tǒng)調(diào)用dijkstra算法基于當前位置信息和實時更新的地圖數(shù)據(jù)，規(guī)劃路徑。

5、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述使用定制sesam激光器進行環(huán)境掃描包括基于sesam被動調(diào)q的激光器進行環(huán)境障礙物距離測試，利用產(chǎn)生的1064nm脈沖激光對周圍環(huán)境進行測距，表示為

6、

7、其中，d為目標距離，c為光速，t為激光脈沖往返時間，e為環(huán)境光強，e0為光強標定常數(shù)，σ為介質(zhì)散射系數(shù)，k為散射增益調(diào)節(jié)系數(shù)，r為表面粗糙度，r0為標準粗糙度，α為激光入射角，∈為粗糙度增益系數(shù)；

8、結(jié)合激光掃描得到的距離數(shù)據(jù)和掃描角度，生成目標環(huán)境的點云數(shù)據(jù)，表示為：

9、p(x,y,z)＝{(disinθicosφi,disinθisinφi,dicosθi)}

10、其中，di為激光測得的目標點距離，θi和φi為激光的俯仰角和偏航角。

11、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述進行數(shù)據(jù)處理包括對點云數(shù)據(jù)進行預處理，包括去噪、濾波和異常值剔除，利用處理后的三維點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維點云數(shù)據(jù)集w，基于點云數(shù)據(jù)構(gòu)建三維網(wǎng)格模型，表示為：

12、

13、

14、其中，ui,uj,uk為三角網(wǎng)格的頂點，表示幾何相鄰條件函數(shù)，進行三角網(wǎng)格約束，ρ為幾何紋理系數(shù)，為點云局部法向量場的散度，ξ為調(diào)節(jié)法向量散度對強化因子影響，ζ為密度系數(shù)，r(ui)為頂點ui的鄰域點集合，||qi-qj||為點i與鄰域點j的距離。

15、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述生成觸覺感知導航地圖模型包括進行表面優(yōu)化使整體模型光滑，引入觸覺紋理偏移項，通過高頻特征在表面生成特定紋理，特定紋理為障礙物紋理和路徑邊界紋理，表面優(yōu)化表示為：

16、

17、其中，q″m為優(yōu)化后的坐標，η為加權(quán)控制參數(shù)，qm為點云中原始點m的三維坐標，r(m)為點m的鄰域點集合，qn為鄰域點n的三維坐標，η為距離加權(quán)強度參數(shù)，||qn-qm||為點qn和點qm之間的歐幾里得距離，(qn-qm)為點qn到點qm的向量，ν為紋理偏移幅度參數(shù)，f為紋理頻率參數(shù)，控制波紋的周期長短，||qm||為點qm到坐標原點的歐幾里得距離。

18、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述使用即時3d打印設(shè)備生成觸覺導航地圖包括將生成的三維模型導入3d打印軟件，預設(shè)厚度和填充率，完成打印后進行語音播報，告知用戶完成地圖打印。

19、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述實時檢測環(huán)境更新地圖包括基于sesam被動調(diào)q的激光器進行環(huán)境感知，當檢測到當前路線中出現(xiàn)攔截在步行路線中的障礙物時，發(fā)出語音示警，告知用戶暫停移動，以當前位置為起點重新打印觸摸地圖。

20、本發(fā)明的另外一個目的是提供一種基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成系統(tǒng)，其能通過生成的觸覺導航地圖具備高度還原環(huán)境特征的能力，同時針對障礙物和路徑邊界的觸覺紋理設(shè)計，使用戶通過觸摸即可直觀感知重要信息，解決了現(xiàn)有導航地圖缺乏觸覺表現(xiàn)力，觸摸特點不清晰的問題。

21、作為本發(fā)明所述的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括環(huán)境感知模塊，地圖生成模塊，3d打印模塊；所述環(huán)境感知模塊用于獲取目的地并規(guī)劃路線，使用定制sesam激光器進行環(huán)境掃描；所述地圖生成模塊用于進行數(shù)據(jù)處理，生成觸覺感知導航地圖模型；所述3d打印模塊用于使用即時3d打印設(shè)備生成觸覺導航地圖，實時檢測環(huán)境更新地圖。

22、一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序是實現(xiàn)基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的步驟。

23、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法的步驟。

24、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的基于定制sesam激光器的觸覺導航地圖生成方法使用sesam激光器進行高精度環(huán)境掃描有效克服了現(xiàn)有激光器設(shè)備在復雜環(huán)境中精度不足的問題，使系統(tǒng)能夠獲取完整且真實的環(huán)境信息，將模型分為光滑的通行區(qū)和有紋理的障礙物，簡潔的構(gòu)造使3d打印成本更低，用戶更易掌握模型。本發(fā)明在準確性、成本以及用戶適應方面都取得更加良好的效果。