專利名稱：基于激光三維掃描的盲人導航裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子信息類，特別涉及一種盲人導航裝置，尤指一種利用激光三維掃描獲取道路障礙信息，并通過信息處理系統處理后進行語音提示的盲人導航裝置。
背景技術：
我國有1600萬盲人群體，他們出行時會面臨各種復雜、多變的交通環(huán)境，目益增多的機動車輛、道路中的各種障礙物都將威脅到盲人的出行。利用電子信息技術，開發(fā)有效的盲人導航裝置將大大增加盲人群體的出行便利。目前，盲人導航裝置主要是采用被動式成像方法獲取道路障礙物信息，存在著分辨率不高的缺陷。同時，該方法可難以獲取周圍運動物體的運動信息，不能有效地提示盲人避開機動車等高速物體。
發(fā)明內容本發(fā)明為了克服現有的盲人導航手段的不足，提供一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，可以實現對道路障礙的位置、尺寸、運動等綜合信息提取，為盲人提供安全有效的導航手段。本發(fā)明通過以下技術方案實現供一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，由激光信號發(fā)生模塊、掃描發(fā)射接收模塊、探測處理模塊、信息處理導航模塊組成。激光信號發(fā)生模塊中的激光器輸出激光信號，并通過信號調制器按照一定頻率進行調制，產生激光探測信號。激光探測信號通過掃描發(fā)射接收模塊中的掃描機構，在垂直和水平兩個方向上進行立體空間掃描，對前方道路中的各種目標進行探測，并接收回波信號。探測處理模塊對激光回波信號進行處理，通過濾波放大、相位檢測、時延檢測、多普勒頻移檢測，輸出激光回波的時延、相位和頻移數據。信息處理導航模塊對探測數據進行處理，結合掃描空間信息，得到前方障礙物的位置、尺寸、運動速度等信息，并對各障礙物危險程度進行判斷，將可能對盲人行走產生危險的障礙物及運動車輛的方位、速度等信息通過語音告知盲人。同時，信息處理導航模塊中內置的GPS模塊通過接收GPS衛(wèi)星導航系統的定位數據，提供給盲人具體的位置，以及達到理想目的地的路線語音提示。本發(fā)明中的立體空間掃描，水平和垂直掃描速率設計大于10轉/秒，也即空間掃描周期約為100毫秒，可以滿足盲人導航的速度要求。水平和垂直掃描角度設計大于170 度，可以滿足盲人前方道路的有效覆蓋。出射激光發(fā)射角設計優(yōu)于1毫弧度，對于10米范圍內的障礙物的分辨率可以達到1cm，可以有效滿足對障礙物探測的分辨率要求。本技術發(fā)明與現有技術相比，其顯著的優(yōu)點是(1)采用高相干性窄發(fā)散角激光作為探測信號源對前方障礙物進行探測，有效提高了對障礙物探測的分辨率。( 采用激光進行立體空間掃描，掃描視場范圍大，避免了探測導航盲區(qū)，可以對腳下和高處的障礙物進行告警。(3)采用激光調制和多普勒檢測手段，在得到障礙物方位、距離信息外，還可以得到障礙物的相對運動信息，可以實現對諸如運動車輛等目標的告警，使盲人可以有效避開危險目標。

圖1是本裝置的結構示意圖。圖2是信號探測處理模塊結構框圖。圖3是信息處理導航模塊結構框圖其中1—激光器2——激光調制器3——垂直掃描鏡4——掃描電機A5——水平掃描鏡6——掃描電機B 7——發(fā)射接收鏡8——探測器A 9—— 探測器B10——信號探測處理模塊11——信息處理導航模塊12——語音提示喇叭13——分光鏡 14——角度檢測器A 15——角度檢測器B 16——底座
具體實施方式
在圖1中，激光器1、激光調制器2、垂直掃描鏡3、電機A4、水平掃描鏡5、電機B6、 發(fā)射接收鏡7、探測器A8、探測器B9、信號探測處理模塊10、信息處理導航模塊11、語音提示喇叭12、分光鏡13、角度檢測器A14、角度檢測器B15都安置在底座16上。底座16構造成手杖形狀，便于盲人把持。激光調制器2與激光器1連接，對輸出激光按照特定頻率進行調制。調制后的激光信號照射到分光鏡13上，部分信號光經過透射照射到垂直掃描鏡3上，經過垂直掃描鏡 3反射后照射到水平掃描鏡5上，經過水平掃描鏡5反射后照射到發(fā)射接收鏡7上，經過發(fā)射接收鏡7透射對前方障礙物進行探測。垂直掃描鏡3由電機A4驅動實現垂直方向激光掃描，水平掃描鏡5由電機B6驅動實現水平方向激光掃描。激光回波光通過發(fā)射接收鏡7，照射到探測器A8上，探測器A8與信號探測處理模塊10連接，將探測光信號轉變?yōu)殡娦盘栞斎氲叫盘柼綔y處理模塊10中。同時，分光鏡13反射激光器1的輸出光，被探測器B9接收，探測器B9與信號探測處理模塊10連接，將激光輸出信號變換為電信號輸入到信號探測處理模塊10中。信號探測處理模塊10對兩路信號進行相位檢測、濾波放大和多普勒測量，輸出激光回波的時延、 相位和頻移數據。信號探測處理模塊10與信息處理導航模塊11連接，將上述數據輸入到信息處理導航模塊11進行處理。角度檢測器A14與掃描電機A4連接，得到水平掃描角度，角度檢測器B15與掃描電機B6連接，得到垂直掃描角度。角度檢測器A14、角度檢測器B15與信息處理導航模塊11連接，提供信息處理導航模塊11有關掃描角度信息。信息處理導航模塊11對探測數據進行處理，結合掃描空間信息，得到前方障礙物的位置、尺寸、運動速度等信息，并對各障礙物危險程度進行判斷，將可能對盲人行走產生危險的障礙物及運動車輛的方位、速度等信息通過語音告知盲人。同時，信息處理導航模塊中內置的GPS模塊通過接收GPS衛(wèi)星導航系統的定位數據，提供給盲人具體的位置，以及達到理想目的地的路線語音提示。如圖2所示，在信號探測處理模塊10中，探測回波信號輸入到濾波放大器A中，激光本征信號輸入到濾波放大器B中，濾波放大器A和濾波放大器B分別與相位、時延檢測電路以及多普勒頻移檢測電路連接，由相位、時延檢測電路實現對回波信號的相位和時延檢測，由多普勒頻移檢測電路實現對回波信號的多普勒頻移數據的檢測。如圖3所示，在信息處理導航模塊11中，由數據輸入接口接收來自信號探測處理模塊10的激光回波時延、相位和多普勒頻移信息，并同時接收來自角度檢測器15、角度檢測器16的掃描方位信息。FPGA與數據輸入接口、SRAM連接，DSP與FPGA連接，通過DSP中的嵌入式處理算法對激光回波時延、多普勒頻移數據以及掃描方位數據進行處理，得到掃描空間中的各障礙物位置、尺寸和速度信息，并按照障礙物距離遠近、尺寸大小和運動速度快慢進行危險等級評定，對有可能對盲人行走造成危險的障礙物目標通過語音合成器進行提示。盲人鍵盤與DSP連接，輸入導航目的地信息。GPS接收模塊與DSP連接，得到盲人當前所在位置信息，并通過調入SRAM中的內置地圖，由DSP計算出最佳導航路徑，通過語音合成器給出導航語音提示。電池供電模塊對信息導航處理模塊及整個裝置進行供電。
權利要求1.一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，其特征在于由激光信號發(fā)生模塊、掃描發(fā)射接收模塊、探測處理模塊、信息處理導航模塊組成；激光信號發(fā)生模塊中的激光器輸出激光信號，并通過信號調制器按照一定頻率進行調制，產生激光探測信號；激光探測信號通過掃描發(fā)射接收模塊中的掃描機構，在垂直和水平兩個方向上進行立體空間掃描；探測處理模塊對激光回波信號進行處理，通過濾波放大、相位檢測、時延檢測、多普勒頻移檢測，輸出激光回波的時延、相位和頻移數據；信息處理導航模塊通過內置的GPS模塊通過接收GPS 衛(wèi)星導航系統的定位數據，提供給盲人具體的位置，以及達到理想目的地的路線語音提示。
2.根據權利要求1所述的一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，其特征在于所述的激光器工作波長為1. 5微米，保證激光的人眼安全。
3.根據權利要求1所述的一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，其特征在于所述的掃描發(fā)射接收模塊由水平掃描鏡和電機驅動實現水平掃描，由垂直掃描鏡和電機驅動實現垂直掃描。
4.根據權利要求1所述的一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，其特征在于信息處理導航模塊中內置GPS定位接收模塊，能夠通過語音合成給出到達目的地的語音導航信肩、ο
專利摘要一種基于激光三維掃描的盲人導航裝置，由激光信號發(fā)生模塊、掃描發(fā)射接收模塊、探測處理模塊、信息處理導航模塊組成。激光信號發(fā)生模塊發(fā)射經過頻率調制的探測激光信號，通過掃描發(fā)射接收模塊在垂直和水平兩個方向上進行立體空間掃描。探測處理模塊對激光回波信號進行處理，輸出激光回波的時延、相位和頻移數據。信息處理導航模塊對探測數據進行處理，得到前方障礙物的位置、尺寸、運動速度等信息，并對各障礙物危險程度進行判斷，將可能對盲人行走產生危險的障礙物及運動車輛的信息通過語音告知盲人。同時，內置的GPS模塊通過提供給盲人具體的位置，以及達到理想目的地的路線語音提示。
文檔編號G01S19/42GK202168925SQ20112010022
公開日2012年3月21日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權日2011年4月8日
發(fā)明者馮廣東, 劉明來, 杜兆芳, 湛群, 黃晨 申請人:安徽農業(yè)大學