基于运动物体跟踪的导盲方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种残疾人辅助设备技术领域的基于运动物体跟踪的导盲方法及装置。其中运动物体信息读入单元负责拾取视野范围内的图像，并将图像信息传入运动物体检测单元，运动物体跟踪处理这些图像信息后检测出运动物体的运动方向和速度，最后由声音转换输出单元将带有运动物体运动信息的声音从耳机输出给盲人，本发明专利技术主要应用于辅助盲人获取周围环境中的运动物体信息并转变为特定声音，盲人通过这些带有运动物体信息的声音，判断自己所处的环境，如面前驶过的车辆、走路的行人等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测
的导盲装置及方法，具体地说，涉及的是一种 基于运动物体跟踪的导盲方法及装置。
技术介绍
人类获取外界的信息有将近80%依赖于视觉，其他20%依靠听觉和触觉获取。 但是对于盲人，由于失去了视觉感官，他们对外界信息的获取受到了很大限制。 为了提高盲人的生活质量，尽量减少由失明带来的痛苦，科学家们考虑用听觉代 替视觉，希望通过这种感觉替代，将一些重要的视觉信息传递给盲人，特别是运 动物体信息。由于盲人失去了最为重要的信息输入途径——视觉，他们对于运动物体的感 知将会大大下降，比如说马路上疾行的汽车。而解决这个问题单靠简单的辨别物 体声音是不够的。如果通过特定的运动物体跟踪方法和声音输出系统，将视觉信 号顺利转变为听觉信号，那么就可以提醒盲人周围环境中的运动物体，从而避免 诸多不安全因素，达到导盲的目的。目前国内对基于运动物体跟踪的导盲系统研究很少，但是听觉对视觉的代替已经有所发展。经对现有技术的文献检索发现，中国专利名称基于认知和目标辨识的视觉替代方法，专利申请号200710039631.4，该技术可以检测物体在环 境中的类别和位置信息，并可将这些信息转化为声音信号，从而实现视觉对听觉 的代替。但此项技术其实仍然是针对环境中静止物体的辨识，虽然能借助缓冲区 不断更新环境中的物体信息，但对于运动物体检测来说却没有实现连续性，且因 为需要用到缓冲区，算法比较复杂，无法满足实时性，这对于运动物体检测是很 大的不足。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种基于运动物体跟踪的导盲方法及装置，该装置将视觉信号转变为听觉信号，盲人通过该装置能及时获取视野范围内 的运动物体信息，以便于了解周围环境，保护自身安全。 本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所涉及的基于运动物体跟踪的导盲方法，包括如下步骤步骤一，运动物体信息读入摄像头读入周围物体信息，图像以数字信号的 形式表示，每一帧图像对应表达了每一像素点灰度级信息的矩阵。步骤二，运动物体检测连续两帧图像行数字图像处理进行相减'运算，所得 结果矩阵中，灰度级为0的像素点即为两帧图像中相同部分也就是静止物体位 置，灰度级非零的像素点即为两帧图像不同部分也就是运动物体位置，并重新将 这些点的灰度级赋为一相同的非零值。摄像头读入的所有帧都进行上述处理即可 得到运动物体的运动轨迹。步骤三，运动物体质心获得获得运动物体轨迹后，也就可读出轨迹在矩阵 中的行列位置，分别在这两个方向上进行先加和后平均的坐标运算，获得运动物 体的质心。步骤四，视频信号转换为音频信号将运动物体检测得到运动物体信息转换 为能为盲人辨识的三维声音信号，由耳机输出，提示盲人运动物体信息。所述步骤二、三都由DSP完成，步骤四中的声音转换计算也在DSP中完成， 然后耳机输出声音信号给盲人。本专利技术所涉及的基于运动物体跟踪的导盲装置，包括运动物体信息读入单 元、运动物体检测单元和声音转换输出单元。运动物体检测单元的输入端连接运 动物体信息读入单元，其输出端连接声音转换输出单元。所述运动物体信息读入单元读入盲人视野范围内的视觉信息，图像转换为数 字信号的方式表达，每一帧图像对应表达为一个灰度级信息的矩阵。所述运动物体检测单元接受来自运动物体信息读入单元传递来的连续图像， 并通过运动物体检测算法，获得运动物体的位置信息。记录运动物体的位置，通 过求平均值的运算得到运动物体质心。对连续不断的多幅图像进行相同处理后， 就可以得到运动物体的质心轨迹，质心的运动方向和运动速度，即代表了运动物 体的运动方向和运动速度。所述声音转换输出单元接受来自运动物体检测单元传来的运动物体信息，通过合成声音将其转换为虚拟三维声音信号，由耳机输出，为盲人辨识，提示他们 周围环境中的运动物体信息。所述运动物体信息读入单元通过黑白摄像头完成视觉信息的读入。与现有技术相比，本专利技术具有以下的优点首先，只是能够获得静止物体的位置信息对于盲人来说是远远不够的，而目 前的导盲技术大多是针对静止物体的。本专利技术能够为盲人提供运动物体的识别， 从另一个角度上改善了盲人对外界环境的感知，使得盲人能够通过声音更确切的 辨识运动物体信息。其次，运动物体本身产生的声音可以为盲人提供一定的信息，但假如在嘈杂 的环境中，物体本身的声音混杂在一起，为盲人的识别带来很多困难。本专利技术可 以将摄像头视野锁定在盲人正对面，即只提供盲人正前方的运动物体信息，通过 产生很容易辨识二维模拟声音信号将其与其他运动物体信息区分开来。再次，从设备本身来说，DSP的小巧轻便方便了盲人的携带，使其几乎可以 在所有场合得到应用，这对于盲人是十分重要的。如果便携性的要求得不到满足， 导盲的作用无法最大程度的发挥，设备也就失去了意义，而本专利技术恰恰满足了这 个要求。附图说明图1为本专利技术实施例的结构框图图2为本专利技术实施例的使用状态图 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护 范围不限于下述的实施例。如图l所示，本实施例中，所述装置由装配在盲人头部的黑白摄像头(即运 动物体信息读入单元)、运动物体检测单元、声音转换输出单元组成，其中运 动物体检测单元、声音转换输出单元的功能均由DSP平台实现。另外，还有外围 设备耳机。运动物体信息读入单元读入运动物体信息，利用黑白摄像头拾取视野范围内的图像，将图像信息提供给运动物体检测单元。运动物体检测单元接受读入单元传来的信息之后，首先进行去噪和阈值化预 处理，再进行运动物体检测，得到运动物体轮廓和质心， 一连串的图像输入可以 得到一条质心轨迹，此质心运动的方向和速度，就等价于实际运动物体的运动方 向和速度。运动物体检测提供了一种简单易行的运动物体跟踪方法。当以设定的 的时间间隔来拾取两幅固定场景的连续图像，并且将两幅图像相减，场景中的运 动物体就会因为位置差别而出现结果为非0的运动物体轮廓，而图像其他部分， 比如说背景、非运动物体，其相减结果为0。得到所有非O像素点的位置信息后， 根据简单的坐标求和平均法得到运动物体质心。此质心作为运动物体的标志，可 以表达其运动方向和速度。声音转换输出单元接受运动物体检测单元传来的质心运动信息，并通过合成 声音利用HRTF (Head-Related Transfer Function头相关传输函数)这一音 效定位算法实现视频信号向音频信号的转换。与服TF对应的时域表示称为头相 关冲激响应HRIR (Head-Related Impulse Response),它是方位角9 、仰角小 和时间t的函数。本实施例所采用的声音转换算法中，服IR是对25个方位角、50个仰角以及 200个时间点进行的离散采样。HRIR作为周围环境对于声音的冲激响应，声源输 出的声音序列只要与对应的HRIR数据进行巻积就能得到带有位置信息的声音序 列。<formula>formula see original document page 7</formula>双耳耳机将得到的结果，即左右耳不同的声音序列^()和&(w)，输出给盲人，就可使他们听到带有运动物体运动信息的虚拟三维立体声。但此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动物体跟踪的导盲方法，其特征在于，包括如下步骤：　步骤一，运动物体信息读入：摄像头读入周围物体信息，图像以数字信号的形式表示，每一帧图像对应表达了每一像素点灰度级信息的矩阵；　步骤二，运动物体检测：连续两帧图像行数字图像处理进行相减运算，所得结果矩阵中，灰度级为０的像素点即为两帧图像中相同部分也就是静止物体位置，灰度级非零的像素点即为两帧图像不同部分也就是运动物体位置，并重新将这些点的灰度级赋为一相同的非零值，摄像头读入的所有帧都进行上述处理即可得到运动物体的运动轨迹；　步骤三，运动物体质心获得：获得运动物体轨迹后，读出轨迹在矩阵中的行列位置，分别在这两个方向上进行先加和后平均的坐标运算，获得运动物体的质心；　步骤四，视频信号转换为音频信号：将运动物体检测得到运动物体信息转换为能为盲人辨识的三维声音信号，由耳机输出，提示盲人运动物体信息。

【技术特征摘要】
1. 一种基于运动物体跟踪的导盲方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，运动物体信息读入摄像头读入周围物体信息，图像以数字信号的形式表示，每一帧图像对应表达了每一像素点灰度级信息的矩阵；步骤二，运动物体检测连续两帧图像行数字图像处理进行相减运算，所得结果矩阵中，灰度级为0的像素点即为两帧图像中相同部分也就是静止物体位置，灰度级非零的像素点即为两帧图像不同部分也就是运动物体位置，并重新将这些点的灰度级赋为一相同的非零值，摄像头读入的所有帧都进行上述处理即可得到运动物体的运动轨迹；步骤三，运动物体质心获得获得运动物体轨迹后，读出轨迹在矩阵中的行列位置，分别在这两个方向上进行先加和后平均的坐标运算，获得运动物体的质心；步骤四，视频信号转换为音频信号将运动物体检测得到运动物体信息转换为能为盲人辨识的三维声音信号，由耳机输出，提示盲人运动物体信息。2. 根据权利要求1所述的基于运动物体跟踪的导盲方法，其特征是，所述视 频信号转换为音频信号通过头相关传输函数实现。3. 根据权利要求2所述的基于运动物体跟踪的导盲方法，其特征是，所述头相关传输函数种，采用声强级的方法来代替距离信息，距离远的运动物体对应的声音弱，而距离近的物体对应较强的声音。4. 一种基于运动物体跟踪的导盲装置，其特征在于，包括运动物体信息读入单元、运动物体检测单元和声音转换输出单元，运动物体检测单元的输入端连接 运动物体信息读入单元，其输出端连接声音转换输出单元，其中所述运...

【专利技术属性】
技术研发人员：童善保，聂旻，解程程，石梦莹，李正军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]