一种基于激光雷达的视觉信息替代方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种视觉信息替代方法，用于盲人避障技术。

背景技术

中国是世界上盲人最多的国家。据统计，2018年我国视力残疾患者人数达到1700多万，中国的盲人总数占世界盲人总数的17.84%,另有双眼低视力患者1200万。超声与红外传感器在盲人避障的领域已经发展很久，但也有其不可忽视的缺点：一、超声易受环境干扰，如温度以及空气密度，在长距离的测量中误差偏大，且无法得到障碍物的角度信息，一般需要配置多个角度的超声传感器，造成成本过高；二、红外传感器测量距离较短，有效距离一般为30cm-80cm，且抗环境光干扰能力较差，对深色物体识别较差，而激光雷达具有测距远，精度高，抗光干扰能力强的优点，因此本发明利用激光雷达获取障碍物的位置信息，辅助盲人安全出行。近年来，国内外研究的电子辅助行走系统都是通过在盲人身上安装各种测距传感器，来获取周围障碍物及其距离信息，并转换为其他的非视觉信号，如将位置信息通过语音、震动等方式反馈给盲人，这些方式并不能快速准确的反馈给盲人障碍物的位置信息，因此本发明将障碍物位置信息转换为听觉信息，替代视觉信息快速反馈给盲人障碍物位置信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于激光雷达的视觉信息替代方法。测距传感器检测盲人周边的障碍物，经过单片机处理计算，分别输出两路信号，至耳机的左右声道，通过改变输出信号幅值、频率以及间隙，将障碍物的位置信息转换为盲人的听觉信息，从而告知盲人物体所在方位以及距离远近。

本发明提供了一种基于激光雷达的视觉信息替代方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：利用基于三角法的激光雷达传感器，采集障碍物的角度信息以及距离信息。S2：单片机接收到传感器输出的数据，对数据进行处理计算，根据计算结果，输出波形。

S3：将波形输入耳机的左右声道，告知盲人障碍物的位置信息。根据资料，人耳判断物体方位主要依靠两个参数，一、声音进入左右耳的响度差。二、声音进入左右耳的时间差。本发明反馈机制基于此原理，通过分别控制左右声道的方波幅值与相位，确定障碍物的位置信息。具体的反馈机制：根据所查资料，理论上，人的听觉频率范围是在20-20kHz,人耳对1kHz-4kHz频率范围的声音最为敏感。本发明输出波形频率默认值为1kHz。本发明默认初始状态下，耳机左右声道均为5mv幅值的方波，以头部正前方为零度，左右九十度，共一百八十度为检测范围，物体所在角度每偏移十五度，相应声道的方波幅值增加2mv。例如，头部正前方以左十五度存在一个物体，此时，耳机左声道为7mv的方波，右声道是幅值为5mv的方波输入，幅值变化波形如图1所示。

据资料显示，一个成人的头部直径约为20cm，声波在空气中的传播速度为340m/s，根据公式t=x/v 得t≈590us，即声波在空气中，从人头部的一端到另一端所经过的时间约为590us，因此，每偏移一度，该声道就应比另一声道提前3.3us输入波形。例如，头部正前方以左十五度存在一个物体，则左声道应比右声道提前49.5us输入波形，相位变化波形如图2所示。

本发明，以十个方波为一组，通过改变每组方波之间的时间间隙，判断其物体离盲人的距离远近。物体离盲人越近，每组方波之间的时间间隙越短。

综上，本发明通过改变输入左右声道的波形幅值与相位，判断其物体所在方位，通过控制一组方波之间的间隙长短，判断其物体离盲人的距离远近。激光雷达检测物体示意图如图3所示。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为根据双耳强度差效应输出的左右声道幅值图。

图2为根据双耳时间差效应输出的左右声道相位图。

图3为本设计检测物体的示意图。