基于人工智能技術的智能盲人眼鏡

江蘇省新海高級中學 黃渝龍

基于人工智能技術的智能盲人眼鏡

江蘇省新海高級中學 黃渝龍

中國是世界盲人最多的國家，據統計我國目前視力殘疾500萬人，占全世界盲人總數的18%，低視力者600 多萬。盲人出行的問題是一個不可忽視的社會問題，現代盲人出行往往依靠盲人手杖、導盲犬、盲道等，這些方式雖然能夠為盲人出行帶來些許便利，但仍然擁有很多弊端。譬如盲人手杖不便攜帶并且非智能化，導盲犬難以控制也并非智能，盲道經常被占用。因此本文針對盲人出行問題設計了一款智能盲人眼鏡，本產品智能便攜，極大的提高了盲人出行的便利，而針對解決盲人出行問題設計的各項功能也極大程度上確保了盲人出行的安全。本產品的特色在于將盲人眼鏡與人工智能技術相結合來實現智能語音、智能導航、障礙物檢測等功能，使盲人導航更富可用性，更具人性化。

人工智能；盲人眼鏡；智能導航

1 引言

1.1 產品需求分析

中國是世界盲人最多的國家，據統計截至2013年我國目前視力殘疾500萬人，占全世界盲人總數的18%，低視力者600多萬，兒童斜弱視者1000萬；同時，我國每年新增45萬盲人。當代盲人出行成了一項重要的社會問題，盲人手杖、導盲犬、盲道成為盲人出行的主要依靠。但是僅僅靠這些還遠遠不夠，譬如盲人手杖，現代大部分盲人出行的工具，不僅不便攜帶，而且非智能化，難以辨別周圍的一切物品；部分盲人也會靠導盲犬引領出行，但導盲犬也并非智能，在一些場所也難以控制；除此之外，盲道也會被人有意無意地占用。因此盲人出行依舊十分不便，盲人事故頻發，他們的安全難以保障。由此設計的盲人智能眼鏡極大地保障了盲人出行安全以及便利，這也正是我們多年來從事這方面研究的重要原因。本產品不僅功能齊全，并且輕便易攜，極大的提高了盲人出行的便利，而針對解決盲人出行問題設計的各項功能也極大程度上確保了盲人出行的安全。除此之外，本產品還增加了一些人性化服務，讓盲人在路途中也能感受親情以及社會的溫暖。這樣盲人群體就能更加安全便利舒適地出行，我們的社會也會更加美好和諧。

1.2 現狀研究

當代盲人出行多依靠手杖及盲道，通過敲打地面和感知腳底的紋路來辨別行走的方向以及是否停下。這些方法弊端很多，例如現在普遍使用的盲人手杖，不僅大而笨重，而且非智能化，難以辨別周圍的物品。若盲人周圍環境復雜，手杖并不能很好的幫助盲人，就可能會導致盲人跌倒，甚至會有更嚴重的安全隱患。除此之外，如果盲人到達一個十字路口或是一個陌生的地方，光靠一個手杖是遠遠不夠的。還有一些盲人依靠訓練過的導盲犬出行，雖然增添了幾分安全，但是導盲犬并非智能，在一些場所也會難以控制，并且盲人本身很難對導盲犬進行很好的照顧，因此這種方式也是非常不便利的。并且現在的盲道也經常被一些人有意無意地占用。目前國內生產的導盲系統也存在類似的問題，如：帶揚聲器的導航棍，優點是晚上可發出光，提醒路人與司機，缺點是易壞、太敏感；探知前方障礙物的盲人眼鏡，優點是體積較小，缺點是功能單一，并不能滿足盲人出行的需求。因此我們在盲人眼鏡的基礎上，增添許多人性化設計，使其更加便捷，更加適合盲人使用。

1.3 產品的創新點

本產品將傳統的盲人眼鏡由功能單一轉向功能豐富，輕便的眼鏡讓盲人在享受智能便捷的同時不會有太大的負擔。本產品內置多種發射接收裝置，能夠進行障礙探測及智能導航功能。此外本產品融合了當前較火的人工智能技術，實現語音識別，智能對話的功能。盲人可以通過本產品與家人實時通訊，使他們在獨自行走時不會感到寂寞并且增加了安全性。這些功能解決了傳統導盲工具的諸多弊端，使其更加高效安全。

2 產品系統介紹

2.1 智能語音對話模塊

智能語音對話模塊主要應用的核心技術是語音識別技術。智能語音對話模塊的基本結構如圖1所示。

圖1 智能語音對話模塊

未知語音變換成電信號后加在識別系統的輸入端，首先經過預處理，再建立語音模型，對輸入的語音信號進行分析，并抽取所需的特征，在此基礎上建立語音識別所需的模板。而計算機再根據一定的搜索和匹配策略，找出一系列最優的與輸入語音匹配的模板。然后根據此模板的定義，通過查表就可以給出計算機的識別結果。計算機根據識別結果，對盲人的話進行理解，完成正確的指令，并對錯誤的指令進行提示。

智能語音對話模塊包括人機交互和人人交互兩大功能：人機交互，即人與機器的互動。盲人的語音轉化為電信號后通過語音識別技術進行識別，然后計算機對識別結果進行理解，并從數據庫中調取資料，找出最優質的回答，合成語音進行交互。譬如盲人想要知道今天的天氣如何，可以說出“查詢今天天氣”或“今天天氣如何”等指令，智能盲人眼鏡通過對“天氣”、“查詢”、“如何”之類的關鍵詞，對盲人說的話進行理解，隨后從數據庫中調取關于天氣的資料，并通過語音的方式反饋給盲人。這樣盲人便可以更加安全、方便地出行，其生活質量也能得到改善。人機交互外，智能盲人眼鏡還可以實現人人交互，其流程圖2所示。

圖2 人人交互流程圖

盲人輸入的語音轉變成電信號加在識別系統的輸入端進行語音識別，智能盲人眼鏡再對所識別的語音中的關鍵詞進行提取，找出關于人人交互的指令，然后通過藍牙連接手機來完成指令，從而實現與家人、朋友的通訊，即人人交互。這樣盲人在行走時也能感受到親情、友情的溫暖。

2.2 智能識別模塊

物品識別模塊是本產品的核心。此模塊不僅可以讓盲人更加安全，還可以幫助盲人再一次認識這美麗的世界，其功能如圖3所示。

圖3 智能識別模塊

本模塊分為前端和后臺兩個部分：

前端方面面向用戶，和用戶交互，主要為利用語音識別技術捕捉用戶的語音信號，開啟識別功能，智能盲人眼鏡通過攝像頭捕捉圖像，并將圖像轉化為信號發送給后臺處理。

后臺方面，系統對前端發送的信號進行預處理，篩選所識別的圖像，并將處理結果導入到服務器中，服務器通過圖像識別技術對圖像進行分析處理，識別出所捕捉圖像的內容，并將識別結果返回給前端，前端通過語音信號返回給用戶。在后臺進行圖片識別和信息獲取的過程中也應用了網頁搜索技術、知識搜索技術、知識庫技術。正是這些技術讓智能盲人眼鏡得以識別各種各樣的物品。最后智能盲人眼鏡在將搜索結果向用戶進行反饋，從而實現智能識別的功能。

當盲人想要知道自己身前的物品時，盲人可發出如“請辨別這個物品”的指令，智能盲人眼鏡接受指令后便開啟攝像頭對盲人身前的物品進行捕捉，并在數據庫或者使用web服務搜索出最相似的物品及信息，最后用過語音將結果反饋給盲人，實現對物品的識別。

2.3 智能導航模塊

智能導航模塊是本產品的特色之一。由于盲人的不便，當他們獨自行走時，經常會迷路，此時就需要進行導航。

當盲人迷路時，可通過語音激活智能盲人眼鏡的導航系統。盲人的語音通過語音識別技術被智能盲人眼鏡識別，并從中識別出關于導航的關鍵詞，隨即調用高德地圖API進入導航模式，指引盲人安全回家。

3 可實現功能

本文所設計的智能盲人眼鏡可以實現如下：（1）通過智能識別技術，能夠識別捕捉到的物品，并進行障礙物檢測。（2）能夠根據盲人的需要介紹所識別物品的相關知識。（3）通過調用高德地圖API實現智能導航，在盲人迷路時指引他安全回家。（4）可以通過語音識別技術與盲人進行實時對話，也可以通過藍牙連接實現與他人的實時通話，讓盲人獨自一人時不會感到寂寞。

4 總結

本產品將功能單一的盲人眼鏡與人工智能技術相結合設想了一款新型的智能導盲設備，不僅輕便易攜，而且功能眾多，更富人性化。本產品不僅巧妙地將人工智能技術與生活相結合，并且很大程度上解決了盲人出行不便的問題，相信其是有巨大的實用價值的，也希望將來我們能將其廣泛應用造福更多的盲人。但本產品還有一些不足之處，比如在進行物品識別時，從數據庫中調取資料需要一定的時間。除此之外，進行障礙物檢測時，不能檢測出盲人周圍的一切物品。本產品的實現難點在于如何提高智能識別的準確率和效率，這需要依賴人工智能技術的發展程度，如何提高對障礙物的識別效率也是當今研究的一個熱點。

[1]馬龍,李成榮,徐波,李騰.語音識別技術在智能語音機器人中的應用[J].

[2]潘威,左欣,沈構強,徐杰,李袁,李強.物品識別系統的設計與實現[J].

[3]楊國建,石秀娟,潘鴻雁,孟慶鑫,程衛鵬.基于SPCE061的智能盲人導航系統[J].

[4]張其善,吳今培,楊東凱.智能車輛定位導航系統及應用[M].科學出版社,2002.

[5]樊炳輝,盧鳳,王鑫,等.智能上假肢特定人語音識別系統實現[J].計算機工程與設計,2017, 38(6):1630-1634.

[6]王瑩.人工智能的進展及發展建議[J].電子產品世界,2017(2):23-26.