[发明专利]基于云端计算的盲人智能导航眼镜系统及装置

说明书

本发明公开了基于云端计算的盲人智能导航眼镜系统及装置，包括采用摄像头采集场景视频信息，使用超声波传感器测量障碍物的距离，将采集的场景视频信息传输到云端；通过部署在云端的目标检测模型和测距避障模型对上传的视频图像信息进行分析，完成目标识别、场景判定、人脸识别、测距定位任务；最后将信息分析结果和障碍物距离信息进行语音合成播报给盲人。本发明使得盲人智能导航眼镜运行更加流畅，使用更加方便，具备更高的检测速度和精度。

技术领域

本发明涉及盲人导航技术领域领域，尤其涉及基于云端计算的盲人智能导航眼镜系统及装置。

背景技术

盲人由于失去视力导致他们的生活范围大大缩小，其大部分时间都将待在室内活动，考虑到室内起居生活是盲人生活必不可少的一部分，如何帮助盲人完成自己生活的起居，成为解决盲人生活困难，提升盲人生活质量的重要内容。近些年，室内导盲装置的研究逐渐成为众多学者和机构组织的研究方向，大量的研究成果即室内导盲装置涌现，总结目前比较流行的导盲方式主要分以下几种：传感器导盲、射频识别导盲、动物导盲等。

传感器导盲主要使用超声波、红外线等传感器探测障碍物。使用传感器设计出来的导盲设备具有体积小、测距精度高等特点，但传感器的测距范围有限，且容易受环境因素的影响。采用射频识别技术的RFID导盲方式是将RFID阅读器嵌入导盲装置中，并通过预先铺设在盲道上的射频识别标签实现导盲。然而由于RFID电子标签价格比较高，且地面铺设范围大，成本高，难以推广实现。同时RFID技术也存在着电子标签信息被非法修改的情况，其安全性还有待提高。动物导盲主要利用导盲犬，通过它们的嗅觉、视觉为盲人导航。但目前我国导盲犬专业训练人员比较少，同时导盲犬的训练难度较大，训练时间较长，面对我国庞大的盲人数量，实行导盲犬助盲较为困难。针对室内环境，盲人导航眼镜是一种不错的选择。但由于硬件条件限制，以及功能较为单一，现有的导盲眼镜还在不断的研究探索中。

近几年来，随着计算机硬件技术快速发展，盲人导航系统的硬件环境得到了持续改善，同时深度学习、图像处理、语音合成、云端计算等技术日益成熟，并逐渐应用到人工智能的各个领域中。当前盲人导航系统对这些技术的应用较为单一，并没有将它们有机结合起来实现更丰富的功能。

发明内容

发明目的：为了解决目前盲人导航设备受硬件性能限制，计算能力弱且功能单一，导盲效果不理想的问题，本发明提出一种基于云端计算的盲人智能导航眼镜系统及装置。

技术方案：基于云端计算的盲人智能导航眼镜系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据分析模块、数据处理模块；

数据采集模块：使用单目摄像头采集当前场景视频信息，使用超声波传感器测量当前场景无法识别的障碍物距离，将场景视频信息通过ZeroMQ消息传输协议上传至云端服务器；

数据分析模块：通过部署在云端服务器的目标检测算法和测距避障算法对上传的视频图像进行分析，完成目标检测、人脸识别、场景判定、测距定位任务；

所述目标检测算法包含基于改进YOLOv3的目标检测算法和基于opencv人脸检测算法；

基于改进YOLOv3的目标检测算法，使用K-means聚类算法对数据集的先验框进行聚类分析，选出适合本数据集的先验框数目以及大小，同时改进网络结构，增加一个目标检测层，再采用多尺度训练；

采用1-IOU作为K-means算法的距离度量公式，基于交并比的距离度量公式如下：

d(box,centroid)＝1-IOU(box,centroid)

式中，centroid是聚类中心，box则是标注框，d(box,centroid)是每一个标注框与每一个聚类中心之间的距离，IOU(box,centroid)是标注框与聚类中心的交并比；