CN101103387B - 为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置 - Google Patents

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Abstract

用于盲人(1)的辅助装置包括生成物体(2)的距离图的距离传感器(3)。由该距离传感器(3)产生的距离信息传输到集成在盲杖(11)中的触觉矩阵(10)上。通过触摸触觉矩阵(10)，盲人(1)可以获得关于其周围环境的信息。

Description

为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置
本发明涉及一种为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置，它具有一个信息发送器和一个重发设备，其中，该重发设备将信息发送器提供的信息转化为一种视觉障碍人士可以感知的信号。
所述装置为大众所熟悉。例如，利用所述装置可以使电脑屏幕展示的信息能够供盲人阅读。为此，由触觉矩阵将电脑显示器展示出的文本转换为盲人可以触摸到的高度轮廓。触觉矩阵通常包括大量安装在面上的探针，调整装置可以单个地抬高这些探针。
在自己居所和熟悉的环境之外，盲人从如探测棍和为盲人领路的狗获得定向帮助。然而，这两种帮助手段都只能实现有限的灵活性。此外，在延伸到大约一米远的邻近区域，盲人可以不用其它帮助手段通过触摸来定向。在这一距离区域之外，盲人仅仅直接通过听觉印象推断瞬间真实的环境。
从这一现有技术出发，本发明的任务在于提供一种为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置，借助这一装置，视觉障碍人士的定向能力和移动安全性得以显著改善。
该任务借助于具有独立权利要求中所述特征的装置解决。在其从属权利要求中说明优选的设计方案和改进方案。
为视觉障碍人士传达周围环境信息的装置包括一个距离传感器，它可以设置在视觉障碍人士的身上。通过便携的重发设备再现由距离传感器提供的距离信息。
距离传感器可以作为集成元件生产。视觉障碍人士可以毫无困难地携带所述距离传感器。因为距离传感器的测量范围远远超过视觉障碍人士可以通过触摸感知的邻近区域，所以通过该装置显著扩大了视觉障碍人士的感知区域。这样，该装置对显著提高视觉障碍人士的定向能力和移动安全性作出了贡献。
在一种优选的实施方式中，距离传感器按照光传播时间测量的原理工作。所述距离传感器不依赖于日光和反射物体的光学特征地运转。除此之外，所述距离传感器具有高达约1厘米的测量精度。
优选专门用于距离传感器的功能元件至少部分集成到光电半导体元件里。在这方面，专门用于距离传感器的功能元件应理解为所有用于传输至少一个可以用于确定距离的测量参数的功能元件。但是用于给集成半导体元件供电和进行缓冲的功能元件不包括在内。这样，专门用于距离传感器的功能元件无论如何包括那些发出和接收光的功能元件。当专门用于距离传感器的功能元件集成到一个或多个半导体元件中时，则获得小而轻的距离传感器，其可以毫不费力地戴在身上。
距离传感器可以集成到头罩里。这种情况下，视觉障碍人士可以通过头部运动改变距离传感器的视场的定向。
在一种优选的实施方式中，通过便携的探测器来再现由距离传感器提供的距离信息。为此，这种便携的探测器能形成变化的高度轮廓，视觉障碍人士能简单地触摸到这些高度轮廓。用这种方式还可以为视觉障碍人士传达复杂的距离信息。
在另一种优选的实施方式中，距离传感器具有一种线状的视场。除此以外，根据距离传感器的射束扇面构造探测器的探测面。然后通过在探测面上形成的梯度再现视场内物体的距离轮廓，其中，梯度跟随距离轮廓的走向。
这种实施方式的优点是可以将距离信息简便并且可靠地传达给视觉障碍人士，因为在探测面上几乎重现了位于距离传感器的视场范围内的物体的平面图。并能以一种简单的方式感知物体的移动，因为在这种情况下，探测面上的梯度相应于物体的运动而移动。
在另一种优选的实施方式中，将视场进行面状扩展。在这种情况下，在探测面上形成与距离图相应的高度轮廓。
由此这种实施方式不仅为视觉障碍人士提供了物体外部轮廓的平面图，而且还提供了完整的距离图。但是缺点是距离分辨率较低，因为必须用探针较小的升程来显示距离传感器的整个距离测量范围。
探测器优选是一种集成到盲杖中的触觉矩阵。这样，当视觉障碍人士抓住盲杖时，总是拿着探测器。
利用这种装置也可以传达视场内物体的速度信息。例如可以使探测面的再现快速运动的物体的区域根据物体的速度进行振动。这样，使视觉障碍人士注意到快速接近他的物体。
本发明的其它特征和优点由以下说明中获得，其中，借助于附图对本发明的实施例进行详细介绍。附图示出：
图1是在实施区域中借助辅助装置定位的盲人；
图2是安装在盲杖上的触觉矩阵的俯视图；
图3至6是按图2的触觉矩阵上不同物体的外部轮廓的视图；
图7是具有面状扩展的视场的另一辅助装置的视图；
图8是图7中辅助装置的触觉矩阵的俯视图；以及
图9是图7中物体在图8中触觉矩阵上的示意图。
图1示出了在物体2范围内借助于辅助装置定位的盲人1。图1中的物体2是一面墙，墙中有一个通道。辅助装置包括集成在盲人1头罩4中的距离传感器3。例如，头罩4可以是额带、便帽或宽檐帽。距离传感器3也可戴在盲人1身体的其它部位。例如，距离传感器3可以集成到太阳镜中。
距离传感器3优选在光传播时间测量的基础上工作。在不需要机械活动零件就能实现的距离传感器中，与感光接收器的灵敏度同步调整激光照明，其中，将接收器成排或成矩阵分布地设置在半导体元件的表面上。本领域的技术人员熟悉这种距离传感器3的不同基本原理，其中包括PMD(＝Photonic Mixing Device)及MDSI(＝Multiple DoubleShort Time Integration)。光传播时间测量的一个优点是其可以借助于集成半导体元件得以实施。这样，获得小而轻的距离传感器，这种距离传感器可以毫不费力地戴在身上。
原则上可以考虑具有机械扫描单元的距离传感器。尤其可以借助硅微力学创造轻巧牢固的扫描单元。
盲人1可以通过头部的倾斜5或旋转6随意控制距离传感器1在空间区域中的线状视场7。为了扫描视场7，距离传感器3发射出一个包括大量传感器射线9的射束扇面8，这些传感器射线优选均匀地分布在线状视场7的角度范围上。例如，在100度的视角上可以分布64根传感器射线。借助集成在盲杖11中的触觉矩阵10来再现例如以10Hz的频率摄取的距离图。距离图中包含的周围环境信息优选以无线方式在距离传感器3和触觉矩阵10之间传输。
图2示出了集成在盲杖11中的触觉矩阵10的俯视图。触觉矩阵10在探测面12上具有大量探针13，可以将探针13抬高到超出探测面12。触觉矩阵为本领域的技术人员所熟悉，并不是本发明的主题。
与距离传感器3的射束扇面8相应地构造触觉矩阵10的探测面12。因此，探测面12优选构造成扇形。
如果物体2位于距离传感器3的视场7内，则在探测面12上产生盲人1容易触摸到的梯度，它在整个探测面12上的走向与物体2的外部轮廓相对应。
图3到6分别展示了位于视场7内的物体2的平面图及其在探测面12上所属的显示。
图3示出了直接位于盲人1前面的墙14在探测面12上的显示图。探针13相应于墙14外部轮廓形成***15，图3中探测面12的阴影区域表示这些***15。在此限制***15边界的梯度16按照盲人1与墙14之间的距离越过探测面12。因为盲人1容易触摸到梯度16，所以盲人1得到关于墙14的特征和与墙14之间距离的信息。
图4示出了角17在探测面12上的显示图。这种情况下，***15限制在探测面12的一个角状截取部分上。
盲人1通过触摸探测面12上的***15可以确定他到角17、例如建筑物拐角的距离并且从远处绕开该角。
物体2轮廓的细节也可以在探测面12上展现出来。
图5示出了一个圆角18在探测面12的显示图。这种情况下，***15的梯度16相应于角18的外部轮廓进行了倒圆。
最后在图6中示出了图1中透视示出的物体2的平面图和显示图。图1中示出的物体包括墙20中的通道19。在这种情况下，***15限制在两个角状部分上，其中，在角状的***15之间有一个凹处21，它表示通道19。通过触摸在探测面12上形成的高度轮廓，盲人1知道自己前面距离传感器3的测量区域中存在通道2。因此，盲人1可以从相应于距离传感器3的测量区域的距离处走向通道19。
需要补充说明的是，空的区域也可以如同障碍物一样通过***表明。在这种情况下，障碍物通过探针13的下沉展示。
另一种变型方案涉及视场7的造型。在图7中示出了一种改动过的辅助装置。在图7中示出的辅助装置包括一个具有面状扩展的视场23的距离传感器22。为了展示距离传感器22摄取的距离图，设置了图8中所示的触觉矩阵24。触觉矩阵的探测面25的结构相应于视场23的形状。在探测面25上产生与距离传感器22摄取的距离图相应的高度轮廓。探针13的偏移在此优选与物体2的所测量的距离成比例。如果视场23内没有物体2，那么探针13尽可能远地缩进。相反，如果物体2位于距盲人1最近处，那么探针13则尽可能远地抬高。
在图9中示出了图1和图6中的物体2在探测面25上的显示图。物体2指具有通道19的墙20。在这种情况下，在探测面25上形成一个与墙20的距离图相应的***26。凹处27表示通道19。
需要补充说明的是，集成在盲杖11中的触觉矩阵10或24既能提供物体2外部轮廓的平面图视图，也能提供距离图的显示图。这点或者通过两个分离的探测面12和25实现，或者通过可切换的探测面12或35实现。
另外，通过触觉矩阵10和24可以表示出每个像点朝盲人1的方向的速度分量。通过由距离传感器3和22直接并且连续检测距离图，通过比较两个彼此相连的距离图可以计算每个像点朝盲人1的方向的速度。例如，通过对应各像点的探针13的与速度成比例的振动可以为盲人1传达速度信息。这样使盲人1注意到快速接近他的物体2。与速度相关的振动的频率和振幅都可以调整速度的显示。也可以借助于身体附近携带的振动器传达振动信号。
在另一种经过改动的实施方式中，距离信息通过听觉信号传达给盲人。例如，可以通过报警声音指示出附近有障碍物，盲人离障碍物越近，报警声音越大。另外也可以考虑当接近障碍物时，借助声音合成器发出话语警告。后者的优点是，警告不会淹没在环境噪声中。借助于助听器或具有助听器外观的仪器可以不引入注目地传达听觉信号。
这里说明的辅助装置显著地简化了盲人的移动。佩带所述辅助装置的盲人1的感知能力有时甚至超过看得见的人。因为这里所述的辅助装置甚至在完全黑暗中也能工作。所以盲人1在夜里也能定位。除此之外为盲人1传达了关于离物体2的距离和速度的可靠信息。

Claims (10)

1.为视觉障碍人士(1)传达周围环境信息的装置，它具有信息发送器(3，22)和重发设备(10，24)，其中，该重发设备(10，24)将信息发送器(3，22)提供的信息转化为一种视觉障碍人士(1)可以感知的信号(15，16，21，26，27)，其中，所述信息发送器是可以设置在视觉障碍人士(1)身上的距离传感器(3，22)，并且所述便携的重发设备(10，24)再现由距离传感器提供的距离信息，其特征在于：所述距离传感器(3，22)在光传播时间测量的基础上工作，其中所述距离传感器(3，22)集成在头罩(4)中，并且所述重发设备是便携的探测器(10，24)，它将距离传感器(3，22)提供的距离信息通过高度轮廓(15，16，21，26，27)再现，并且所述探测器(10，24)集成在盲杖(11)中。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于：专门用于所述距离传感器(3，22)的功能元件集成在光电半导体元件中。
3.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述距离传感器(3，22)将距离信息以无线方式传输到重发设备(10，24)。
4.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述重发设备通过听觉信号再现距离信息。
5.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述距离传感器(3)具有线状的视场(7)。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于：所述探测器具有相应于距离传感器(3)的射束扇面(8)构造的探测面(12)，在该探测面(12)上通过跟随距离轮廓走向的梯度(16)再现视场(7)内的物体(2)的距离轮廓。
7.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述距离传感器(22)具有面状扩展的视场(23)。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于：所述探测器(24)具有相应于视场的形状构成的探测面(25)，该探测面(25)通过与距离图相应的高度轮廓(26，27)再现距离传感器(22)摄取的距离图。
9.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述探测器是触觉矩阵(10，24)。
10.按权利要求1所述的装置，其特征在于：所述探测器通过配属于相应物体(2)的探测元件(13)的与速度相关的振动再现物体(2)的速度信息。
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