基于机器视觉的智能导盲眼镜设计基于机器视觉的智能导盲眼镜设计
提出一种基于机器视觉的智能导盲眼镜系统的设计方案。采用三星公司Cortex-A8架构的 S5PV210作为中央处
理器,搭载Linux系统,配备双目采集、GPS定位、语音播报、GSM短信、语音通话、无线传输六大核心功能模
块搭建智能导盲眼镜系统的硬件平台,结合深度学习算法在远程云服务器上完成了对目标场景的智能识别,最
后以语音的形式实时对盲人的行走作出准确引导。系统测试结果表明,该智能导盲眼镜系统在测试环境下不仅
能对盲人出行正确导航,还具有一定的目标识别能力,能帮助盲人进行简易物品归类。该系统还兼有GPS定
位、语音通话、GSM短信等多项辅助功能。
0 引言引言
据世界卫生组织统计,截至目前全球约有盲人7 800万,其中90%生活在发展中国家,中国现有盲人数量占据世界盲人总数
的18%,多达1 400万。盲人作为社会中的一种弱势群体,视力残疾、眼部疾病给其生活带来了诸多不便。另一方面,近年来
随着我国老龄化人口的持续增多,视力障碍者数量也在急剧上升,如何保障盲人群体及视障人士安全有效地出行显得尤为重
要。为此,本文设计了一种基于机器视觉
[1]
的智能导盲眼镜,旨在帮助盲人朋友在行走过程中,安全、有效地避开道路上的目
标障碍物,尽最大可能地保障其出行安全。相较于市场上导盲效率不理想的导盲手杖和价格昂贵的导盲犬,基于机器视觉的智
能导盲眼镜系统更具竞争力。
1 智能导盲眼镜控制系统的总体设计智能导盲眼镜控制系统的总体设计
本文的智能导盲眼镜控制系统由前端嵌入式采集传输系统和远程云平台服务器两大部分组成。嵌入式采集传输系统以三
星Cortex-A8架构的S5PV210处理器为载体,搭载Linux内核,配备双目采集、GPS定位、语音播报、GSM短信、语音通话、
无线传输等核心功能模块搭建智能导盲眼镜系统的硬件平台,主要完成信息采集传输和智能指令导盲功能。云平台服务器作为
智能导盲眼镜的远程数据处理中心,在服务器配置上,选用阿里云作为云端服务器,再融入深度学习、双目测距
[2]
等相关算
法,实现对智能导盲眼镜前端场景目标的图像识别、距离检测和方位判断。此外该服务器还构建了GPS卫星数据匹配平台,
结合智能导盲眼镜实体,能对眼镜使用者进行实时有效地定位。本系统的总体设计框图如图1所示。
2 智能导盲眼镜控制系统硬件设计智能导盲眼镜控制系统硬件设计
2.1 双目采集模块设计双目采集模块设计
双目采集模块选用两个性能参数完全一致的CMOS高清摄像头,用于智能导盲眼镜前方场景信息的采集,帮助盲人获取前
方目标和相应的场景信息。
2.2 GPS定位模块设计定位模块设计
全球定位系统(GPS)能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置,可在全球范围内进行全天候、全方位的实时定位。系统
选用瑞士Ublox公司的NEO-6M模组作为GPS模块的核心单元,主要用于实时获取盲人所在地理位置的经纬度坐标。
2.3 无线通信传输模块设计无线通信传输模块设计
无线通信传输模块主要由3G芯片和对应的外围电路组成,采用3G无线技术,实现智能导盲眼镜与远程云平台服务器的双向
通信。一方面将双目摄像头模块采集到的图片以及GPS模块获取到的地理位置坐标信息通过3G网络发到远端云服务器平台,
另一方面将服务器的图片识别和地理位置配对结果反送回来传递给智能导盲眼镜,进行语音播报,把结果实时告诉给盲人。同
时利用3G模块的GSM短信功能,智能导盲眼镜系统也会将从云服务器端获取的结果,以短消息的形式及时告知盲人家属。另
外,在特殊情况下,盲人也可利用3G的电话功能直接与亲属间进行语音通话。图2为无线通信传输模块的应用电路图。