[发明专利]一种基于立体视觉的盲人辅助行走装置及其辅助方法

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉领域，具体涉及一种基于立体视觉的盲人辅助行走装置及其辅助方法。

背景技术

世界上约有五六千万盲人，我国盲人数量约占世界盲人总数的四分之一。盲人是弱势群体，需要社会更多的帮助，使他们提高独立生活的能力，拥有更好的生活质量。辅助盲人行走是很重要的一个方面。国内外已经研究开发了多种辅助盲人行走的工具，但仍存在许多问题。例如：辅助盲人识别交通信号灯的设备，有的要求在每个路口安装发声装置，有的要求控制红绿灯，这会增加成本，并会对他人造成干扰。大部分辅助盲人行走的设备采用超声波、红外线或雷达来探测障碍物，但这些探测方法具有方向性，只能探测一定角度范围内的障碍物，只能探测一定距离范围内的障碍物，并且无法辨别障碍物的大小，无法识别交通信号灯。有的基于计算机视觉的盲人导航系统只能沿预先设定的路线行走，有很大的局限性。人工视网膜植入技术成本高，技术复杂，不易推广。引导式机器人需要复杂的算法支持，成本较高，并且对走楼梯和倾斜的路面、跨越障碍有一定困难。

谢易铮提出了采用TOSHIBA笔记本电脑，QuickCam^TM Pro 4000CCD和耳机实现盲人辅助系统(详见参考文献：谢易铮，“以立体视觉实作盲人辅具系统”，国立中央大学资讯工程研究所硕士学位论文，台湾，2006年7月)。谢易铮提出利用″路面区域增长法″先切割出环境的路面区域，然后进行“影像量化”，非路面区域根据量化的影像区域块去做影像比对，利用“分群的方法”去除影像杂讯，建立出陌生环境资讯，侦测出障碍物，并利用″立体区域比对″和″不相称分群″来得到障碍物的距离。谢易铮的盲人辅助系统整体算法复杂，采用的CCD摄像头无法适应室内外自然光线强弱的变化，在强烈日光、逆光及傍晚光线暗时会造成图像不清晰，在室外工作时会遇到困难。他采用的障碍物距离测量方法复杂，测距准确率低。他仅在室内做了静态障碍物检测实验，对室外辅助行走、道路轮廓提取、偏离道路预警、动态障碍物检测及交通信号灯检测等方面未进行研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种基于立体视觉的盲人辅助行走装置及其辅助方法，该装置不仅能适应自然光强弱变化，通过语音提示，辅助盲人在室内外无障碍地行走，安全通过交叉路口和对偏离道路预警，还使测量障碍物距离的方法简便易于实现。

本发明的技术方案如下：

一种基于立体视觉的盲人辅助行走装置，该装置包括双目摄像机、中央处理模块和语音输出模块，所述的双目摄像机的左目摄像机和右目摄像机与所述的中央处理模块相连，所述的中央处理模块具有障碍物处理、交通灯处理和偏离道路处理为主的图像处理软件，该中央处理模块的输出端与所述的语音输出模块相连。

所述的双目摄像机为采用超宽动态，强光抑制，低照度摄像机。

所述的双目摄像机采用动态范围是1∶400的超宽动态低照度摄像机。

所述的双目摄像机采用最低照度为0.05Lux的超宽动态低照度摄像机。

所述的中央处理模块采用嵌入式机器视觉图像处理平台。

所述的语音输出模块为所述的中央处理模块自带的语音模块或耳机。

利用上述基于立体视觉的盲人辅助行走装置辅助盲人行走的方法，包括下列步骤：

①将所述的双目摄像机的左目摄像机、右目摄像机对称地安装在盲人帽子前方，离地面等高且左目摄像机、右目摄像机的中心间距固定，该左目摄像机、右目摄像机与所述的中央处理模块相连，所述的中央处理模块的输出端与所述的语音输出模块相连，将语音模块的耳机塞在盲人的耳孔中；

②启动所述的盲人辅助行走装置，左目摄像机、右目摄像机同步实时地采集路况信息；中央处理模块以每秒2-8帧的速度分别将左目摄像机、右目摄像机摄取的视频图像变为连续的分幅的图像序列并暂存；

③所述的中央处理模块首先将左目摄像机或右目摄像机采集的连续的分幅的图像序列转换为灰度图像，然后采用中值滤波进行图像预处理，并对每帧图像进行Canny边缘检测和Hough变换检测直线，提取道路边缘并判断是否为道路边缘：

当是道路边缘时，同时进行步骤④、⑤、⑥；

当不是道路边缘时，同时进行步骤④、⑤；

④障碍物处理：所述的中央处理模块对单目摄像机采集的连续图像帧序列，在图像上选择使用者前进方向上的梯形感兴趣区域，对该区域根据灰度值提取障碍物区域，提取障碍物目标；检测到障碍物目标后，所述的中央处理模块对双目摄像机另一个单目摄像机采集的同一帧图像，采用视差法计算障碍物的距离；