[发明专利]一种基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法

说明书

本发明涉及一种基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法，在双目相机拍摄的每一帧通过对全局路径的预瞄跟踪来确定局部规划目标点，根据相机实时检测到的环境信息进行局部路径规划，输出行走方向误差角来诱导盲人行走，直到达到全局目标点。在局部路径规划中，首先对当前帧的环境信息进行栅格可视化，然后使用A*算法进行局部路径规划，最后采用二次加权的路径转换方法计算当前帧行走方向与局部规划路径的角度偏差，作为诱导盲人行走控制器的输入信息。本发明设计了一种新型的导盲仪组合路径规划方法，能够实现实时规划路径，为引导盲人在躲避障碍物的前提下、跟随盲道行走、最终到达目的地提供必要基础。

技术领域

本发明涉及一种基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法，用于导盲设备，为引导盲人在躲避障碍物的前提下、跟随盲道行走、并最终到达目的地提供必要基础，尤其适用于未知环境下的实时导盲任务。

背景技术

盲人由于先天或后天的生理原因而丧失了视觉，大部分盲人群体期望智能仪器能够帮助他们解决出行困难问题。近年来，国内外研制出的导盲仪种类繁多，如导盲机器人、智能手杖、穿戴式导盲设备等，其中穿戴式导盲设备凭借其更直观的感知方式、更方便的携带方式以及更好的用户体验已经成为现今导盲仪研究的主流方向。

在导盲仪的设计过程中，除了解决环境元素的探测与定位导航问题，对于如何在存在障碍物区域内找出一条安全快捷道路的研究也十分必要。现有的大多数导盲仪只具备单一的避障能力，不具备完整的路径规划功能，导盲仪的路径规划算法是当今导盲仪研发的重要技术发展方向。

路径规划问题的研究方法主要分为全局方法、局部方法以及组合方法三种。全局规划方法依照己获取的环境信息规划出一条路径，规划路径的精确程度取决于获取环境信息的准确程度，并且计算量较大，如遗传算法、粒子群算法等。局部规划方法仅对当前获取的局部环境信息进行规划，和全局规划方法相比，局部规划方法更具有实时性和实用性，但缺陷是在某些情况下会产生局部极点、不能顺利到达目的地，如人工势场法等，且现有的局部路径规划方法过于单一，不适用于盲人在复杂环境中行走。在实际应用中，导盲仪需要引导盲人沿着可行区域(盲道、无障碍道路等)行走一段较长距离、并到达目的地，故单独的全局方法和局部方法并不适用于导盲仪路径规划。组合路径规划方法结合了全局和局部方法的优点，能够在进行实时的局部规划的同时，到达全局目的地。然而，大多数组合路径规划算法直接将全局规划得到的粗略路径点作为局部规划的目标点，导致引导盲人的行走轨迹过于生硬，异于正常人行走规则，不符合人体工程学；另外，针对导盲仪的不同导盲需求，尚未有功能较为完整的导盲仪路径规划系统，故上述方法均并不适用于导盲仪路径规划。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有方法在未知环境下的导盲仪实时路径规划中不适用的缺陷，提供一种基于连续帧的导盲仪组合路径规划方法，能够实现引导盲人在躲避障碍物的前提下、尽量跟随盲道、并最终到达目的地的导盲仪路径规划任务，提高了导盲算法的适用性。

本发明的技术解决方案是：所述的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，得到局部规则路径；