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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Umgebung einer
sehbehinderten Person.
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Es
sind Vorrichtungen zur Darstellung der Umgebung einer sehbehinderten
Person in Form von Modellen bekannt, die beispielsweise auf öffentlichen Plätzen ausgestellt
sind und Straßenzüge samt
der Bebauung wiedergeben.
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Weiterhin
sind Vorrichtungen zum Erfassen von Gegenständen beispielsweise in Form
von Kameras bekannt. Diese Vorrichtungen erzeugen bildhafte Erfassungsdaten,
nämlich
in Form der aufgenommenen Bilder, welche von sehbehinderten Personen
nicht oder nur mit erheblichen Einschränkungen ausgewertet werden
können.
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Aus
den Druckschriften
DE
198 53 915 A1 ,
EP
1 293 184 A2 und
US
6 055 048 sind Vorrichtungen zum Erfassen der Umgebung
sehbehinderter Personen bekannt, bei denen ein Gebiet optisch erfasst
und hieraus dann mittels eines zweidimensionalen Felds von Taststiften
ein dreidimensionales Relief erzeugt wird, das vom Benutzer erfühlt werden kann
und ihm so einen Eindruck seiner Umgebung vermittelt.
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Dabei
bezieht sich das in der Druckschrift nach
DE 198 53 915 A1 beschriebene
Verfahren auf die Umsetzung des erfassten 3D-Bildes auf eine zweidimensionale
Fläche
und somit auf ein Matrix/Reliefen-Bild und nicht auf eine eindimensionale Informationsübertragung
auf die Fingerkuppen (Punktuelle Fingerverlängerung). Des Weiteren ist dieses
Gerät in
zwei Teile getrennt. Der Sensor befindet sich im bereich der Augen
und das Wiedergabegerät
in einer Tasche getrennt und mit einem Kabel verbunden. Das in dem
nach der Druckschrift
EP
1 293 184 A2 beschriebene Verfahren bezieht sich auch auf
eine Matrix, die an die Person taktil übertragen wird, aber nicht
auf ein System das wie eine Fingerverlängerung wirkt. Das Verfahren
nach der Druckschrift
US 6 055
048 ähnelt
dem in der Druckschrift
EP
1 293 184 A2 beschriebenen Verfahren, jedoch die dazu vorgesehen
Bauteile differieren. Ansonsten geht es dabei lediglich um die Wiedergabe einer
zweidimensionalen Reliefen-Matrix.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen
der Umgebung einer sehbehinderten Person zu schaffen, welche es
der sehbehinderten Person ermöglicht,
durch Tastreize einen dreidimensionalen Eindruck der Umgebung zu erlangen,
welche diese sehbehinderte Person umgibt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
Erfindung schlägt
mit anderen Worten vor, die Umgebung mit einem fächerförmigen Lichtstrahl abzutasten.
Dieser Lichtfächer
ergibt auf den Objekten, auf welche er auftrifft, eine Linie. Diese
Linie ist je nach Oberflächengestaltung
der Objekte und je nach ihrer Entfernung verzerrt, sofern die Linie aus
einem Winkel zu der Ebene betrachtet wird, in welcher der Lichtstrahlfächer verläuft. Die
Erfindung schlägt
daher weiterhin vor, von dieser Ebene beabstandet ein Bilderfassungsgerät, beispielsweise
eine Kamera, anzuordnen und mit diesem Bilderfassungsgerät den entsprechend
von einer geradlinigen Linie abgewandelten Verlauf des reflektierten
Lichts zu erfassen.
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Diese
noch optische Information wird für
die sehbehinderte Person in eine Tast- Information umgesetzt. Zu diesem Zweck
ist eine Taststiftleiste vorgesehen, die aus einer Vielzahl nebeneinander
angeordneter Taststifte besteht. Die sehbehinderte Person kann diese
Taststifte erfassen und aufgrund einer unterschiedlichen Höhenbeweglichkeit
der einzelnen Stifte den Konturverlauf nachempfinden, den der reflektierte
Lichtstrahl, also die vorgenannte verzerrte Linie, aufweist.
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Es
wird also der sehbehinderten Person eine bewusst nur recht grobe
Information über
die Umgebung vermittelt. Dies stellt eine vorteilhafte Reduzierung
der Informationsflut dar, verglichen mit dem Versuch, der sehbehinderten
Person ein zweidimensionales Bild über Tastreize vermitteln zu
wollen, oder – ähnlich dem
eingangs genannten Modell – eine
dreidimensionale Modelllandschaft durch entsprechend viele, flächig auf
einem Tablett angeordnete Taststifte zu erzeugen.
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Wenn
sich die sehbehinderte Person beispielsweise entlang einer Bordsteinkante
bewegt, so können
mit der vorgeschlagenen Vorrichtung der Verlauf dieser Bordsteinkante
sowie gegebenenfalls hinderlich im Weg befindliche Masten von Straßenschildern
oder Laternen, Hydranten oder dergleichen zuverlässig angezeigt werden. Ohne
der sehbehinderten Person ein detailliertes Bild ihrer Umgebung zu
vermitteln, ermöglicht
die vorgeschlagene Vorrichtung eine grobe Vorab-Orientierung, so
dass beispielsweise auch das Auffinden eines auf einer Tischplatte
abgestellten Glases vereinfacht wird.
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Die
Auflösung
der Tast-Informationen kann mit einer möglichst hohen Genauigkeit dadurch
erfolgen, dass jeder einzelne Taststift angesteuert wird, so dass
die Höhenbeweglichkeit
der Taststifte optimal an den tatsächlichen Konturverlauf des
reflektierten Lichtes angepasst werden kann. Um die Steuerung der
Taststifte zu vereinfachen, kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise
mehrere Taststifte jeweils zu einer Gruppe zusammenzufassen und gleichartig
anzusteuern, wobei sich allerdings eine dementsprechend gröbere Auflösung ergibt,
mit welcher die Tast-Information den Konturverlauf des reflektierten
Lichtes wiedergibt.
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Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, in der Tastleiste Elektromagnete vorzusehen,
welche die Höhenbeweglichkeit
der einzelnen Taststifte bzw. der gruppenweise zusammengefassten
Taststifte beeinflussen.
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Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass die Taststifte federbelastet sind, so
dass sie grundsätzlich
in einer ausgefahrenen Stellung angeordnet sind, in welcher sie über die
eigentliche Leiste maximal hinausragen. Gegen die Federwirkung können die Taststifte
in die Leiste eingedrückt
werden. Dabei kann die Steuerung in Verbindung mit Elektromagneten
vorsehen, dass ein bestimmter Tiefenanschlag bewirkt wird, wie weit
die Taststifte in die Leiste eingedrückt werden können, oder
dass – auch
bei stets gleicher möglicher
Eindrucktiefe – der
Widerstand veränderlich
ist, mit welchem die Taststifte in die Leiste eingedrückt werden
können.
In beiden Fällen
kann der Benutzer über
die Taststiftleiste streichen und eine Tast-Information über die
von dem Lichtstrahlfächer
erfasste Umgebung erhalten.
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Eine
Testschaltung kann vorgesehen sein, mittels derer die Taststifte
unabhängig
von der tatsächlichen
Umgebung in ihrer Höhenbeweglichkeit beeinflusst
werden, z. B. gegen die Federwirkung eingezogen werden oder nur
gegen einen hohen Widerstand beweglich sind. Hierdurch kann der
Benutzer die Taststifte auf korrekte Funktion überprüfen und Gefahren vorbeugen,
die sich dadurch ergeben könnten,
dass ein tatsächlich
vorhandenes Hindernis aufgrund einer fehlerhaften Funktion eines
oder mehrerer Taststifte nicht angezeigt wird.
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Der
Benutzer muss selbstverständlich
wissen, welchen Bereich seiner Umgebung die Vorrichtung erfasst,
also welche ”Blickrichtung” sie hat.
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Vorteilhaft
kann dem Benutzer die Ausrichtung der Vorrichtung und die Ausrichtung
des Erfassungswinkels, in welchem die Vorrichtung die Umgebung erfasst,
dadurch vermittelt werden, dass die Vorrichtung am Arm oder an der
Hand des Benutzers angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine intuitive Steuerung
und Ausrichtung der Vorrichtung durch den Benutzer erfolgen. Die
Taststiftleiste ist dabei vorteilhaft den Fingerkuppen des Benutzers
benachbart angeordnet, so dass der Benutzer durch geringfügige Fingerbewegungen
die Tast-Informationen erhalten kann und seine andere Hand frei
bleibt.
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Vorteilhaft
können
die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung – wie die Lichtquelle, das
Bilderfassungsgerät
und die Taststiftleiste – zusammengefasst
sein in Form eines handschuhartigen Gerätes, so dass die Vorrichtung
insgesamt einfach vom Benutzer angelegt werden kann und sämtliche
wesentlichen Komponenten kompakt zusammengefasst sind.
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Vorteilhaft
kann die Energiequelle von den übrigen,
vorgenannten, wesentlichen Komponenten getrennt sein, beispielsweise
in Form eines rucksackartig- oder gürtelartig getragenen Energiepacks. Auf
diese Weise kann die am Arm oder an der Hand des Benutzers geführte übrige Vorrichtung
möglichst leichtgewichtig
ausgestaltet sein, so dass der Benutzer bei der Handhabung der Vorrichtung
möglichst wenig
ermüdet.
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Eine
Solarzelle kann zur Energieversorgung vorgesehen sein, wobei diese
je nach Leistungsbedarf der Vorrichtung entweder ausschließlich oder
lediglich ergänzend
die Energie liefert, um die Nutzungsdauer der ansonsten vorgesehenen
Energiequelle, beispielsweise des vorgenannten Energiepacks, zu
verlängern.
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Vorteilhaft
kann ein Laser als Lichtquelle verwendet werden. Derartige Laser
sind leichtgewichtig, weisen kleine bauliche Abmessungen auf und
sind handelsüblich,
einschließlich
der Lasersteuerung, welche den Lichtstrahl zu einem Fächer aufweitet bzw.
verschwenkt.
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Vorzugsweise
kann eine Digitalkamera als Bilderfassungsgerät vorgesehen sein. Derartige
Digitalkameras sind ebenfalls handelsüblich, dementsprechend preisgünstig und
zudem mit geringen baulichen Abmessungen und geringem Gewicht lieferbar.
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Das
Bilderfassungsgerät
kann abweichend von der Ausgestaltung als Kamera auch radarähnlich ausgestaltet
sein und Laufzeitinformationen des Lichtstrahls erfassen, so dass
diese Laufzeitinformationen äquivalent
zu dem vorbeschriebenen Konturverlauf des Lichtstrahls ausgewertet
und in die Tast-Informationen
umgesetzt werden können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellungen
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
auf einem Tisch befindlichen, von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfassten Gegenstand,
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2 eine
Vorrichtung, bei welcher die wesentlichen Komponenten handschuhartig
zusammengefasst sind, und
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3 in
gegenüber 2 vergrößertem Maßstab eine
Taststiftleiste.
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In 1 ist
eine Tischplatte 1 dargestellt, auf der sich ein zylindrischer
Gegenstand 2 befindet. Schräg von oben werden sowohl die
Tischplatte 1 als auch der Gegenstand 2 mit einem
Lichtstrahlfächer angestrahlt,
wobei sich aufgrund der Auffächerung des
Lichtstrahls eine Linie 3 ergibt, die in 1 gepunktet
dargestellt ist. Diese Linie verläuft auf der Tischplatte 1 geradlinig
und auf der zylindrischen Mantelfläche des Gegenstandes 2 gebogen.
Aufgrund des Höhenversatzes
zwischen den beiden geradlinigen Teilen der Linie 3 und
dem gebogenen Teil der Linie 3 ist zudem deutlich, dass
sich der Gegenstand 2 weiter vorn befindet als der Bereich
der Tischplatte 1, auf welchen die übrige, geradlinige Linie 3 trifft.
Die Krümmung
des Gegenstandes 2 wird durch die Biegung des gebogenen
Abschnitts der Linie 3 repräsentiert.
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Der
von einer geraden Linie abweichende Verlauf der Linie 3 resultiert
daraus, dass die Bilderfassung aus einem anderen Winkel erfolgt
als die Bestrahlung der Tischplatte 1 und des Gegenstandes 2 mit
dem Lichtstrahl. Läge
die Betrachtungsebene in der Ebene, in welcher der Lichtstrahlfächer verläuft, so
würde unabhängig von
der Ausgestaltung der Umgebung stets eine lediglich gradlinige Linie
als reflektiertes Licht ausgewertet werden können.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4 mit
einem Handschuh 5. Unterhalb des Handschuhs 5 ist,
an dem Daumen vorbei leuchtend, eine Lichtquelle 6 in Form
eines Lasers angeordnet, wobei dieser Laser keinen linienförmigen,
sondern einen fächerförmigen Lichtstrahl
aussendet. Der Lichtstrahl ist gepunktet mit 7 angedeutet;
er trifft auf einen Gegenstand 2.
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Oben
auf dem Handschuh 5 ist ein Bilderfassungsgerät 8 in
Form einer digitalen Kamera angeordnet, wobei der Bild- oder Betrachtungs-
oder Erfassungsbereich zwischen zwei gepunkteten Grenzlinien 9 liegt.
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Wie 2 verdeutlicht,
liegt der Gegenstand 2 im Bilderfassungsbereich des Bilderfassungsgerätes 8.
Aufgrund der höhenversetzten
Anordnung der Lichtquelle 1 und des Bilderfassungsgerätes 8,
also der Anordnung des Bilderfassungsgerätes 8 außerhalb
der Ebene, in welcher der Lichtstrahl 7 aufgefächert verläuft, ergeben
sich die anhand von 1 rein beispielhaft erläuterten
Konturverläufe
der reflektierten Lichtlinien in Abhängigkeit von der Ausgestaltung
der erfassten Umgebung.
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Rein
beispielhaft ist dabei in 2 die Lichtquelle 6 unterhalb
und das Bilderfassungsgerät 8 oberhalb
des Handschuhs 5 angeordnet. Von der Wirkungsweise her
kann genauso gut die umgekehrte Anordnung vorgesehen sein, bei welcher
die Lichtquelle 6 oberhalb des Bilderfassungsgerätes 8 angeordnet
ist.
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Die
Bildinformationen anhand eines Linienverlaufs, welcher beispielsweise ähnlich der
Linie 3 von 1 sein kann, werden in Tast-Informationen umgesetzt
durch eine aus den Zeichnungen nicht ersichtliche Steuerung, wobei
diese Tast-Informationen mittels einer aus 2 ersichtlichen
Taststiftleiste 10 dem Benutzer des Handschuhs 5 vermittelt
werden.
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3 zeigt
schematisch eine derartige Taststiftleiste 10: Sie besteht
aus der eigentlichen Leiste 11 und einer Vielzahl von Taststiften 12,
die axial beweglich, also höhenbeweglich
gegenüber
der Leiste 11 angeordnet sind und unterschiedlich tief
in die Leiste 11 bzw. durch die Leiste 11 hindurch
gedrückt werden
können.
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3 zeigt
dabei den Ruhezustand der Taststiftleiste 10, in welchem
sämtliche
Taststifte 12 maximal ausgefahren sind. Dieser Ruhezustand
kann vorteilhaft ohne einen Bedarf elektrischer Energie beibehalten
werden, beispielsweise indem die Taststifte 12 federbelastet
in der dargestellten Ruheposition gehalten werden.
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Abhängig von
dem erfassten Konturverlauf der Licht-Linie, beispielsweise wie
bei der Linie 3 in 1, können die
einzelnen Taststifte 12 unterschiedlich tief abgesenkt
werden, so dass die Oberflächen
der Stifte 12 denselben Konturverlauf nachbilden wie ihn
die Linie 3 aufweist.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, die Taststifte 12 nicht unterschiedlich
tief abzusenken, sondern ihren Widerstand gegen das Eindrücken unterschiedlich stark
auszugestalten, so dass beispielsweise die mittleren Taststifte 12,
die den höheren,
gebogenen Bereich der Linie 3 repräsentieren würden, vergleichsweise ”hart” eingestellt
würden,
also mit einem vergleichsweise hohen Widerstand gegen das Eindrücken, während die
beiden niedriger innerhalb des Bilderfassungsbereiches liegenden,
seitlichen, geradlinigen Bereiche der Linie 3 einen demgegenüber geringeren
Widerstand aufweisen würden
und die zugehörigen
Taststifte 12 dementsprechend ”weicher” eingestellt wären.
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In
beiden Varianten, mit unterschiedlicher Tiefenanordnung der Taststifte 12 oder
mit unterschiedlichem Druckwiderstand der Taststifte 12 kann die
jeweilige Beeinflussung der Höhenbeweglichkeit der
Taststifte 12 durch Elektromagnete erfolgen. Die entsprechenden
analogen Signale zur Ansteuerung der Elektromagnete werden durch
die vorerwähnte Steuerung
erzeugt, welche die Signale des Bilderfassungsgerätes 8 auswertet
und umsetzt.
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Diese
Steuerung kann vorzugsweise einen Mikroprozessor aufweisen, so dass
sie baulich klein und leichtgewichtig ausgestaltet werden kann.
So kann sie gegebenenfalls in den Handschuh 5 integriert
werden bzw. an dem Handschuh 5 befestigt werden und durch
kurze Signalwege eine schnelle Signalverarbeitung und eine störungsunanfällige Ausgestaltung
der Vorrichtung 4 begünstigen.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Steuerung vom Handschuh 5 entfernt
vorzusehen, um das Gewicht und damit die Handhabung des Handschuhs 5 für den Benutzer
zu erleichtern.
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Die
Energieversorgung kann insbesondere dann, wenn vergleichsweise schwergewichtige
Energiespeicher verwendet werden, wie beispielsweise elektrische
Batterien oder Akkumulatoren, von der in 2 dargestellten
Vorrichtung 4 getrennt sein und vom Benutzer an einer anderen
Stelle bequemer getragen werden.
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Das
Bilderfassungsgerät 8 kann
in Form einer handelsüblichen,
kleinen, leichtgewichtigen und preiswerten Digitalkamera ausgestaltet
sein. Relevant ist, dass dieses Bilderfassungsgerät 8 die
Kontraste auswerten kann, die mit Hilfe der Lichtquelle 6 erzeugt
werden und die sich zwischen der Licht-Linie und der Umgebung ergeben.
Es kann daher gegebenenfalls vorgesehen sein, besonders Kameras
oder ähnliche
Bilderfassungsgeräte
zu verwenden, die für eine
regelrechte Bildwiedergabe lediglich vergleichsweise geringe Anforderungen
erfüllen
und dementsprechend preisgünstig
sein können.
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Für den Benutzer
liegt ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung darin,
dass eine räumliche,
oder zumindest als Bild 2-dimensional erfasste Information in eine
lediglich einreihige oder einzeilige Information umgesetzt wird.
Auf diese Weise wird die Konzentration des Benutzers nicht übermäßig mit
der Auswertung derartiger Informationen beansprucht. Vielmehr liefert
die Vorrichtung lediglich grobe, schnell verarbeitbare Informationen,
die dem Benutzer die Vorab-Orientierung in seiner Umgebung erleichtern
und ihn zielgerichteter die relevanten Bereiche der Umgebung erfassen
lassen, beispielsweise mit den auch bislang von diesem Benutzer
benutzten Hilfsmitteln, beispielsweise das manuelle Ertasten der
Umgebung oder das Ertasten mittels eines Taststockes. Gegenüber einem
derartigen Taststock weist die Vorrichtung den Vorteil auf, dass
sie je nach Ausgestaltung eine größere Reichweite aufweisen kann
als ein derartiger Taststock, so dass insbesondere bei gefährlichen
Hindernissen eine möglichst frühzeitige
Warnung für
den Benutzer vorliegt.