一种电子行走辅助装置制造方法[0002]自20世纪70年代以来，各个国家的学者开始展开了电子行走辅助装置的研究。这些系统通过各种传感器获取周围的环境信息，把传感器获得的信息通过计算机转换成声音信号，使盲人根据这些声音信号在行走中进行定位和移动。这种利用集成电路技术和计算机技术开发的设备又称为电子行走辅助装置(Electronic Travel Aids, ETAS )。尽管各国学者和专家们已经花了 30多年的时间研究和开发各种电子行走辅助装置，但ETA系统的普及和应用始终不是很理想，在国内，有关ETA的研究报道几乎是空白。
[0003]为解决上述问题，本发明公开了一种电子行走辅助装置，目的在于结合图像处理技术和可听化技术，提出一种结构简单，易于使用的电子行走辅助装置。相比现存的ETA系统，本系统先对图像进行简单的处理，提取图像特征，再映射成声音，该方法映射的声音清晰、简单、易于理解。[0004]本发明是采取以下技术方案实现的:一种电子行走辅助装置，包括摄像头、便携式计算机和耳机三部分组成，三部分分别对应完成数据获取、数据处理、数据一声音映射、声音合成和播放声音的工作。摄像头获取原始环境信息的数据，生成单帧的彩色图像，传递给便携式计算机。便携式计算机对摄像头传递来的彩色图像进行图像处理，提取出图像特征，再将图像特征转换成声音通过耳机输出。[0005]本发明的实现还包括以下的技术方案: 上述便携式计算机部分中包括图像处理模块，图像声音映射模块和声音合成模块三个模块。[0006]上述摄像头部分每隔3秒钟拍摄一张彩色照片传给上述图像处理模块，图像处理模块先对这幅图像进行去噪等预处理，去除掉干扰的信息，然后同时进行盲道方向提取和障碍物位置提取两项操作。
[0007]上述图像处理模块中盲道方向提取操作的实现过程为先对去噪后的图像进行灰度化处理，用canny边缘检测方法提取边缘信息，再霍夫变换得到盲道的两条边界直线和这两条直线的角度信息，把直线的角度信息传给图像声音映射模块进行声音映射。
[0008]上述图像处理模块中障碍物位置提取操作的实现过程为对去噪后的图像进行灰度和二值化，然后进行多次迭代闭运算，提取出障碍物，然后计算障碍物的质心，用障碍物的质心代表障碍物的位置。然后将障碍物的质心坐标传递给图像声音映射模块。
[0009]上述图像声音映射模块的实现过程为把从图像处理模块中获取的盲道的方向和障碍物信息，通过映射模型转换成相应的声音参数，将这些声音传递给声音合成模块。[0010]上述声音合成模块采用MatLab中的发声函数sound (y, Fs)可将声音参数转换为声音。其中的y代表声音数据，根据方向信息的不同，所输入的声音数据的参数不同；Fs代表采样频率，应用这个函数可测试采样频率等声音特性。
[0011]本发明优点和有益效果具体体现在以下几个方面:
1.本发明相比现存的ETA系统，映射的声音清晰、简单、易于理解，使用户在不经训练或短时间的学习就能适应目标系统。实验表明，该系统能很好的被盲人接受，从而为盲人的出行提供方便，改善盲人的生活。
[0012]2.本发明中具有无创伤、声音模式丰富、成本低等优点，得到了科研人员的广泛关注。
[0013]3.本发明是采用图像处理技术和听觉显示技术的ETA系统，具有很大的发展潜力。


[0014]图1是本发明组成部分示意图；
图2是本发明的数据传输流程示意图；
图3是图像处理模块的主要流程示意图；
图4是图像声音映射模型示意图。

[0015]以下结合说明书附图1和说明书附图2对本发明的实施做进一步详述:
一种电子行走辅助装置，包括摄像头、便携式计算机和耳机三部分组成，如说明书附图1所示，三部分完成数据获取、数据处理、数据一声音映射、声音合成和播放声音的工作。摄像头获取原始环境信息的数据，生成单帧的彩色图像，传递给便携式计算机。便携式计算机对摄像头传递来的彩色图像进行图像处理，提取出图像特征，再将图像特征转换成声音通过耳机输出。其中便携式计算机的处理是本系统的关键部分，便携式计算机需要处理的工作，包括对原始环境信息进行处理提取环境特征，通过数据一声音映射函数输出声音参数，由得到的声音参数合成声音。
[0016]上述便携式计算机部分中包括图像处理模块，图像声音映射模块和声音合成模块三个模块。系统数据的流程如说明书附图2所示，数据传输的流程和系统的结构构成是相对应的。
[0017]以下结合说明书附图3对本发明中的图像处理模块做进一步详述:
图像处理模块的主要功能是从摄像头获取的图像通过一系列的图像处理的过程提取出盲道方向和障碍物位置信息。如果直接把整幅图像映射成声音，会把图像中包括背景和噪声等一些无用的信息也转化成声音，这样得出的声音冗余信息较多，不易理解且处理的数据量大，转化速度慢。所以要对图像进行处理，提取出对系统有用的数据特征，只把这些数据特征映射成声音，这样处理数据量小，得出的声音易于理解，并且映射速度较快。图像的特征主要是图像中的盲道的方向特征和障碍物的位置信息，因此图像处理模块主要分两步进行图像处理。图像处理模块的流程如说明书附图3所示。
[0018]摄像头每隔3秒钟拍摄一张彩色照片传给图像处理模块，图像处理模块先对这幅图像进行去噪等预处理，去除掉干扰的信息，然后同时进行盲道方向提取和障碍物位置提取的计算。
[0019](I)提取盲道的两条边缘线来得到盲道方向特征，盲道方向提取的步骤是，先对去噪后的图像进行灰度化处理，用canny边缘检测方法提取边缘信息，再霍夫变换得到盲道的两条边界直线和这两条直线的角度信息，把直线的角度信息传给图像声音映射模块进行声音映射。
[0020](2)第二部提取障碍物的位置信息。障碍物位置提取对去噪后的图像进行灰度和二值化，然后进行多次迭代闭运算，提取出障碍物，然后计算障碍物的质心，用障碍物的质心代表障碍物的位置。然后将障碍物的质心坐标传递给图像声音映射模块。
[0021]以下结合说明书附图4对本发明中的图像声音映射模块做进一步详述:
该模块是本发明的主要模块，主要功能是把从图像处理模块中获取的盲道的方向和障
碍物信息，通过映射模型转换成相应的声音参数，再用这些声音参数合成声音。
[0022](1)特征数据
在现实生活中，盲人一直沿着盲道行走，当偏离盲道时盲人需要知道偏离盲道的方向，路边存在着很多公共设施如垃圾桶、座椅等，盲人行走需要绕过这些公共设施，避免碰撞。所以构成盲人行走障碍的环境信息可以分成两种:
A.道路方向。提取盲道的边缘线来代表盲道方向。
[0023]B.障碍物。就是盲道附近的公共设施和行人，会影响盲人行走的物体。
[0024](2)声音参数
A.音调。声音的相对幅值可以通过音调最直接的表达出来。一般，大的数据用高的音阶或频率进行表示。把数据映射成我们所熟悉的标准的音乐的音阶，会让我们更容易理解。因此，音调提供了比较丰富的数据的表达范围。
[0025]B.响度。表现出声音的不同强弱。响度的感受会受到频率的很大影响。所以在可听化设计时要小心使用响度这个声音参数，此处我们用响度的小，中和大三个强度来表达数据，可以起到很好的效果。
[0026]C.节奏。节奏是很容易区分的，要可能使旋律不同，这样就有较大的区分度，采用不同的旋律是非常有效的方法。
[0027](3)映射模型
目前听觉显示的主要表示方法有三种:听标、耳标和可听化，本发明基于听觉显示技术，设计了相应的环境信息映射方案。道路方向是一种连续环境信息，适合用可听化技术来实现这类连续信号的变化。道路上的障碍物(垃圾桶、电线杆等)是一种离散的信息，适合用听标或耳标这种离散的听觉显示方式来表现。所以对于助盲系统可以建立如说明书附图4所示的映射模型。
[0028]基于以上理论和所建立的模型，我们用计算机合成的音乐来表示盲道的方向，用四种方案来表示盲道方向，第一种方案用频率表示盲道方向，第二中方案用频率和响度表示盲道方向，第三种方案用节奏表示盲道方向，第四重方案用节奏和响度表示盲道方向。因为人们对响度的区分度不是很明显，所以选取大、中、小三个响度来辅助频率和节奏的表示，使用户更容易辨别。用锣声来表示前方有障碍物，声音响度的大小表示障碍物的远近，除了用非语音来实现信息的显示外，也可以利用语音提示帮助用户更好地理解声音的含义。但为了避免长时间的语音提示引起用户的听觉疲劳，语音提示只是起到辅助功能。
[0029]利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。