[发明专利]盲人听觉景物辨知扫描仪

说明书

技术领域  本专利涉及一种盲人听觉景物辨知扫描仪，不属于医疗器械而属于残障人用具。

背景技术  盲人除靠触觉外仅能靠超声仪器探测其附近的物体，而超声仪器不但探测距离和分辨能力极其有限而且根本无法分辨彩色和平面画面。

发明内容  本专利涉及的装置能让盲人靠听觉分辨出光学镜头所能成像的远、近、立体和平面景物而且包含彩色信息和测距离。它通过镜头和传感器扫描景物中不同亮度和彩色并用对应的不同声音表示出来，让使用者能凭声音再根据约定的扫描位置规律用大脑形成扫描到的景物影像。由于功能代偿的原因，一般盲人的听觉好于常人的，经过专门训练者还能提高分辨本装置所发声音的能力，通过熟悉的物体作为参照物结合声音特征也有助于判断扫描的对象。使用者用一段时间后，还有可能凭所听到声音特征靠条件反射就知道扫描到的是大树、路面或楼房等，不必每一幅画面全靠大脑重新合成。对于有彩色概念的后天致盲者和不可逆视力变差者使用本仪器还会有更好的效果。最初的使用者可以靠正常人告知扫描到的景物而学习辨知。通过触觉感知光学镜头的聚焦距离凸凹刻度还能测定被扫描对象距离镜头的距离。

附图说明  下面结合实施例附图对本专利进一步说明。

图1是本专利用光学传感器用反光镜机械扫描式实施例的方框图。

图2是本专利用光学传感器自身运动机械扫描式实施例的方框图。

图3是本专利用一排光学传感器电子切换扫描式实施例的方框图。

图4是本专利用多排光学传感器电子切换扫描式实施例的方框图。

图5是本专利用光强度信号控制的VCO的输出信号表示亮度信息的实施例方框图。

具体实施方式  通过光学镜头用摆动的反光镜把景物反射聚焦到一组光学传感器组件上、或通过光学传感器组件的直线运动、或通过光学镜头把景物聚焦到一排被分时有序切换的光学传感器组件上达到扫描景物中一条直线上光学信息的目的，用多条这样直线上的光学信息就组成了景物的低分辨率平面影像，还可以通过光学镜头把景物聚焦到多排被分时切换的光学传感器组件形成的矩阵上得到景物影像信息。本专利实施例中景物的某一点通过镜头和摆动扫描反光镜将其光学信息聚焦到红色传感器组件、黄色传感器组件和蓝色传感器组件上，此三个传感器组件得到的电信号经非线性放大和检波(包含对检波信号的滤波)后分别对应去控制代表红色的声音信号发生器、代表黄色的声音信号发生器和代表蓝色的声音信号发生器的信号输出强度，三种信号混合后送给耳机用来根据三种声音各自的强弱判断扫描景物中三种彩色的比例以及景物的亮度。其中总的信号强度也可以用来控制压控振荡器VCO，而用VCO的输出频率代表亮度信息。因为记录的是红、黄和蓝三种基色，它们的不同比例混合能代表任何彩色，景物的亮度决定了三种声音各自的强度，也就是说三种基色中每种信号在整个信号中的相对强度代表彩色而所有信号的绝对强度代表亮度。由于摆动扫描反光镜的摆动使三个传感器组件得到景物中一条直线上多个点的光学信息，靠耳机声音就能判断景物一条直线上的不同亮度和彩色，将此装置垂至于上述扫描直线方向旋转就能得到多条直线上的亮度和彩色信息，使用者通过耳朵听到的亮度信息和彩色信息再根据已经知道的扫描位置规律就能用大脑合成扫描到的景物的彩色影像。与用摆动的反光镜扫描同样的道理，扫描可以用直线运动的光学传感器、分时切换一排或多排传感器矩阵的方式实现，而每一排和所有排扫描的开始或结束可以分别用不同时间长短的静音或特定的声音表示。就像现在数码相机的CCD或CMOS传感器中一个像素的三种彩色传感器可以认为是在同一个点上一样，本专利中的三种传感器因相距很近而可以认为感应的是景物中同一点的光学信息。红色传感器组件、黄色传感器组件和蓝色传感器组件对应装有红色、黄色和蓝色滤光片，因而各自对应得到景物中对应的彩色信息。除了用滤光片还可以用分光棱镜达到分光目的。本专利几种实施例中采用了彩色绘画中用的三基色而没采用电视或数码相机中使用的红、绿和蓝三种基色是考虑到人对于彩色相加得到新的彩色更容易理解和接受。例如，可以分别用不同幅度的500赫兹、1000赫兹和1500赫兹正弦波信号对应表示不同强度的红色、黄色和蓝色，上述三种颜色也可以分别用笛声、琴声和号声等表示。每一条直线扫描的开始可以用一段静音来表示，这就是本专利声音信号发生器通过扫描同步驱动及扫描开始标识电路和摆动反光镜或扫描切换电路同步工作的目的。正常音乐每分钟大约80-120拍，而人能分辨1/8拍的音乐。也就是说常人有分辨短至1/16秒声音的能力。如果扫描的开始用一段1/16秒静音来表示，这段静音时间也正好可以用来复位扫描电路或摆动扫描反光镜或直线运动的光学传感器组件到下一个扫描开始的状态，使用者每1/16秒分辨一次声音，理想情况下扫描一列分辨15次时可在1秒时间内完成，水平旋转不同角度分别做15次这样的扫描共需15秒的时间——也就是说使用者要得到一幅15像素乘以15像素(此处的一个像素实际对应的是分辨一次三种声音的相对强度和绝对强度，以下同)分辨率的影像需要15秒的时间。本专利中使用的镜头的微距、广角、望远、光圈、自动光圈和自动聚焦技术已相当成熟，能用来扫描和判断不同范围、不同距离和不同亮度的景物。摆动扫描反光镜也常见。用光学传感器组成一排或多排矩阵阵列使用的技术已被广泛使用。红色传感器组件、黄色传感器组件和蓝色传感器组件用现有的滤光镜或棱镜技术以及现在的数码相机等普遍用的CCD或CMOS传感器矩阵就能实现，可以根据需要仅仅取CCD或CMOS传感器矩阵中一排中平均不相邻的若干个构成一排传感器、或仅仪取CCD或CMOS传感器矩阵中平均不相邻的若干排中平均不相邻的若干个构成比原来像素矩阵小的传感器像素矩阵。非线性放大电路除了放大传感器信号以外还对信号进行非线性处理以使光学信号的彩色和亮度信息范围和代表它们的声音在对应的幅度和频率方面与人的听力范围相适应，必要时可加参数控制调整电路通过电位器等进行调整以适应不同亮度、不同彩色和不同对比度的信号处理，一些经典的信号压缩或扩展电路都可以担当。检波电路就像调幅收音机的检波器一样得到传感器光学信号的电压包络线信号并滤波掉扫描切换电路切换产生的噪声，当然可以用二极管和滤波阻容元件构成。其滤波电路时间常数的选择足以能兼顾扫描速度和检波输出信号不会对后级输出和调制出过多和过强的新频率信号。比如该电路的时间常数选择得使其输出信号通频带为50赫兹时就既足以能保证1/16秒扫描一个像素这样的速度要求，又能使代表光学信息的声音信号发生器的频率受此信号调制后的新频率成分绝大多数都不偏离原来频率50赫兹(也就相当于调幅波的边带信号)。代表彩色的声音信号发生器的电路有很多现成的可以用，只是要注意使用频率单一的正弦波信号为好，可以用信号发生电路后级加压控可调增益放大器实现。扫描同步驱动及扫描开始标识电路用来驱动摆动扫描反光镜摆动或驱动光学传感器组件直线运动并同步其复位和代表扫描开始的一段静音或者用来同步扫描切换电路和同步产生代表扫描开始的一段静音，其电路的实现轻而易举，可以通过摆动扫描反光镜或直线运动的光学传感器组件带动微动开关或光耦传感器触发单稳态触发器开启表示扫描开始的一段静音(例如输出1/16秒脉冲控制音频放大集成电路的MUTE静音脚)。VCO有很多成熟电路可以用。音频放大器和耳机技术已相当普遍和成熟。所用的声音信号发生器及其所用的放大器和传感器不但每个都可以单独控制开关，而且可以减少个数而仅仅扫描得到两种基色或一种基色影像，甚至可以仅仅用亮度传感器而不用三个基色传感器仅仅得到只含亮度信息的景物影像。本装置可加包括红外照明的照明装置以适合黑暗环境下使用。耳机的输入端可以有信号接出点以用来以录音的方式“录像”。为了省电和消除摆动扫描反光镜或直线运动的光学传感器组件机械运动噪声，用分时切换一排或多排传感器矩阵实现扫描为好，而其中用分时切换一排传感器实现扫描的方式有利于扫描一次分辨不清时重复扫描，用分时切换多排传感器矩阵而又能用开关选择只扫描一排传感器扫描方案最佳，每一排和所有排扫描的开始或结束可以分别用不同时间长短的静音或特定的声音表示。测距离是靠手感分辨可手动调节镜头上的聚焦距离凸凹刻度实现的，而聚焦的确定是靠扫描得到的声音变化最大(也就是扫描对象组成部分的分界成像清晰，和数码相机及摄像机自动对焦利用对焦状态下得到的视频信号中高频信号成分最多是相似的道理)实现的。