[发明专利]一种基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法

权利要求书

1.一种基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法，其特征在于：步骤如下：

(1)根据穿戴式视觉导盲系统的避障要求，在全局目标点位置确定而环境信息未知的情况下，采用一种全局路径规划与局部路径规划相结合的组合路径规划方法；

(2)在步骤(1)全局目标点的基础上，首先进行全局路径规划：全局路径由预存的GIS地图查找获得，随后在双目相机拍摄的当前帧时刻，计算当前点的位置，并从当前点出发，通过对全局路径进行预瞄跟踪来确定局部规划目标点；

(3)在步骤(2)局部规划目标点的基础上，进行基于A*算法的局部路径规划：在局部路径规划前，首先对获取的当前帧的环境信息进行栅格可视化处理，即对栅格图中的所有栅格单元进行信息存储和栅格单元间的连线代价标识，随后使用A*算法进行局部路径规划，得到局部规划路径；

(4)在步骤(3)局部规划路径的基础上，采用二次加权的路径转换方法计算当前帧的行走方向与局部规划路径的角度偏差，即行走方向误差角，作为诱导盲人行走的控制器的输入信息，直到达到全局目标点；

所述步骤(3)中，对当前帧的环境信息进行栅格可视化处理具体实现为：

(31)将当前帧的环境信息映射到行数为M，列数为N的栅格图中；栅格图中的任意一个栅格称作栅格单元，栅格单元采用直角坐标系法和序号法相结合的栅格标识方式；栅格单元的信息存储，指对其所在的直角坐标、序号和环境信息进行记录与标识；

(32)直角坐标系法通过在当前帧的栅格图中，定义水平方向向右为x轴正方向，竖直方向向上为y轴正方向的栅格直角坐标系xOy，任意的栅格单元用直角坐标(x,y)唯一标识；序号法主要按照逐列、逐行递增的顺序给每个栅格单元标识唯一的序号n；将直角坐标法与序号法标识的栅格单元建立一一对应的关系，如下：

n＝y*N+x；

(33)每个栅格单元对应唯一的环境信息，在环境信息的存储过程中，按照环境信息的不同，将栅格单元分为普通点、障碍物点、安全距离点、盲道中心线点和盲道扩展线点：安全距离点是距离障碍物点一定安全距离的栅格单元，目的是提高避障的安全性；盲道中心线点为盲道中心线的空间方程投影在栅格图上的栅格单元，向盲道中心线点两侧扩展一层栅格单元设置为盲道扩展线点，目的是更加真实地反映盲道的实际宽度；

(34)栅格单元间的连线代价标识方法遵循最优优先的路径搜索原则，根据在躲避障碍物的前提下、优先跟随盲道的要求设置不同元素栅格点间的连线代价优先级，计算时首先判断当前点n与相邻点m各自所属的元素种类，确定两者连线的代价优先级L_nm；

(35)根据L_nm，计算连线代价C_nm为：

C_nm＝S+L_nm×r

式中：S为初始代价基准，r为相邻优先级间的代价差，两者均为正常数。

2.根据权利要求1所述的基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法，其特征在于：所述步骤(2)中，全局路径由预存的GIS地图查找获得，并分段存储为空间方程形式，全局目标点以空间位置坐标的形式进行描述；当前点的位置和行走方向来源于GPS/IMU组合导航装置的实时检测与定位，分别存储为空间位置坐标和地理方向形式；当前帧获取的环境信息主要包括障碍物和盲道的位置信息，其获取过程为：首先由双目相机采集环境图像，随后经过图像处理算法计算，最终得到障碍物的空间位置坐标和盲道中心线的空间位置方程。

3.根据权利要求1所述的基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过对全局路径的预瞄跟踪来确定局部规划目标点的过程为：首先获得盲人的当前点位置和行走方向，再以当前位置为圆心、R为预瞄半径作圆弧，弧线与全局路径的交点即为预瞄点，坐标记为(x',y')，设全局路径方程为y＝f(x)，计算公式如下：

联立(1)式中的两个等式方程组，求得该方程组的解即为预瞄点坐标，随后，将求得的预瞄点与当前点进行连线，取连线与当前帧栅格图边沿的栅格交点为局部规划目标点。