基于增強現實技術的智能導盲眼鏡設計

張平昕 羅唐 杜海軍 陳蕊秋 劉恬瑜

摘 要：盲人的生活大多數都是依靠觸覺、聽覺以及其他輔助工具，如拐杖、導盲犬等，但目前，現有導盲工具仍然存在諸多問題。因此，本文基于增強現實技術設計了一種內置導盲探測裝置的智能導盲眼鏡。該導盲眼鏡具有記憶功能、導航功能、危險報警功能，能有效滿足盲人用戶的實際需求。

關鍵詞：增強現實技術;導盲眼鏡;定位模塊;中央處理器;聲音傳輸模塊

中圖分類號：TP311.52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）22-0011-02

Abstract： Most of the blind people's life depends on touch， hearing and other auxiliary tools， such as crutches， guide dogs， but at present， there are still many problems with the existing guide tools. Therefore， based on augmented reality technology， this paper designed an intelligent guide glasses with built-in guide detection device. The glasses have memory function， navigation function and danger alarm function， which can effectively meet the actual needs of blind users.

Keywords： augmented reality;guide glasses;positioning module;CPU;sound transmission module

盲人群體的生存狀況一直是我國政府和社會長期關注的課題。中國盲人協會官方網站發布的數據顯示，我國目前有上千萬的盲人，數量居世界第一，是殘疾人中不可忽視的一大群體。

盲人的生活大多數都是依靠觸覺、聽覺及其他輔助工具，如拐杖、導盲犬等。盲人的眼睛雖然看不見五彩的世界，但他們的心靈不是封閉的，殘疾并未使他們消極地對待生活，而是向生活發起挑戰，積極地面對生活，他們不但要學會生存、自理，而且還要不斷地提高知識水平和認知能力。

在盲人群體中，也有一部分人因為從小就失明或青年時期失明，導致自尊心受挫，害怕他人的異樣眼光，害怕與社會接觸，于是自我封閉，不愿意接受現實。

據調查，超過92%的盲人不愿意走出家門或只愿意在家附近周圍逛逛;超過33%的盲人需要家人的陪同才愿意出行。而盲人出行的困難非常多：因為看不見紅綠燈，導致過馬路困難;僅靠盲道出行，不能保證出行安全;在車站乘公交車時因為視覺受限，無法快速確定想要乘做的公交車;對于陌生地域，完全不知道方向;道路不平整，容易摔跤等。因此，導盲工具的應用和發展對盲人的生活有著非常重要的作用。

1 現有導盲工具存在的問題

目前，市面上主流的導盲工具有導盲手杖、盲道、導盲犬等。隨著科技的發展，又出現了穿戴式導盲輔具、移動式導盲輔具和導盲機器人[1]。

對于盲人來說，掌握行走方式是日常生活的重要部分，他們可以依賴一定的輔助設施實現安全行走，如盲杖、加入聲波探測障礙物的電子盲杖及其他盲人導航設備等。據調查可知，超過80%的盲人覺得當前所能提供的輔助設施實際上不能滿足其活動需要，它們不能給用戶提供正確的路徑，無法使其準確地躲避障礙[2]。

總的來說，當前的盲人輔助工具仍存在諸多問題：第一，盲道經常被非機動車占道，影響盲人的正常使用;第二，穿戴式導盲輔具利用超聲波掃描所在區域內的障礙物大小，判斷距離的遠近，但由于網絡滯后，有時不能及時傳達正確的信息;第三，移動式導盲輔具主要適用于老年人，可輔助行動者身體的平衡，雖然其功能比較強大，但體積過于龐大，對盲人而言并不適合;第四，導盲犬雖然能幫助盲人避開生活中的危險，但其訓練成本相當高，且很多公眾場合都限制動物進入[3-4]。

2 AR智能導盲系統功能結構

為了解決上述問題，研究者設計了一款可以用于導盲的多功能眼鏡，以改變盲人的出行方式和生活方式。具體來說，筆者是在現有的導盲眼鏡的基礎上，配合增強現實技術（Augmented Reality，AR），設計了一款AR智能導盲眼鏡（見圖1）。該眼鏡主要包括定位模塊、圖像的采集與處理模塊、語音處理模塊、中央處理器、聲音傳輸模塊、視覺跟蹤模塊等6個模塊，具體如圖2所示。

2.1 定位模塊

眼鏡上安裝有定位裝置，與現有的網絡地圖相結合，以實現地點定位，同時安裝有攝像頭、傳感器，可對道路進行識別，并將識別的物體與數據庫進行匹配，得出物體的名稱和當前所處位置。眼鏡末端安置有骨傳感器，其能將所處地點及周圍物體的距離、大小及名稱及時告知用戶，以幫助他們通過聲音識別路障，從而安全避開。

2.2 圖像的采集與處理模塊

眼鏡前有兩個高清攝像機，其通過廣角拍攝采集前方物體的相關信息。之后，將采集的圖像信息實時傳輸到中央處理器，快速地進行模型重建，模擬出虛擬場景進行數據分析。處理完的信息通過網絡實時傳輸到眼鏡處理器，再輸出為語音信息告知使用者。

2.3 語音處理模塊

語音處理模塊可以綁定使用者的聲音，與中央處理器相連通過該模塊，眼鏡能自主識別綁定的用戶，用戶則能與各個功能模塊間實現人機交互。。

眼鏡還可以與用戶手機連接，協助盲人順利地接聽電話、發送信息和存儲信息。

2.4 中央處理器

中央處理器主要用于各個模塊傳輸的數據和信息的分析匯總，并根據數據反映的信息實時調控各個模塊并發出相對應指令。同時，根據各個模塊傳輸的圖像與信號對眼鏡前的物體進行識別與測距。