KR20030083031A - Method and apparatus oftransforming visual information into hearing information - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시각장애인의 시력 보조장치에 관한 것으로 장애인에게 전방, 또는 향하고자 하는 방향에 위치하고 있는 물체의 거리 및 위치 정보를 청각으로 인지할 수 있도록 변환하여 제공함으로써 시력 장애인이 지팡이나 타인의 도움을 받지 않고서도 이동을 용이하게 하는데 있다.The present invention relates to a visual aid for the visually impaired, and provides a visual aid for the disabled by converting the distance and location information of the object located in the front, or to the direction to the hearing to help the visually impaired cane or other people It is to facilitate the movement without receiving.
본 발명은 시각 장애인을 위한 시력 보조장치에 관한 것으로 종래에는 지팡이나 개, 또는 보조 인력의 도움을 받아 장애물의 위치나 거리를 파악하여 이동할 수 있었다. 또한 모자나 장신구등에 무선 발신기를 내장하여 반사파가 일정 정도 이상으로 수신되면 경보음을 발생하여 장애인의 경각심을 제공하는 목적의 기술이 사용되어 왔으나 장애물과의 거리 파악이 안되고 또한 위치를 알 수 없는 문제점이 있었다.The present invention relates to a visual aid for the visually impaired in the prior art was able to move by grasping the position or distance of the obstacle with the help of a cane, dog, or assistant. In addition, a radio transmitter is installed in the hat or jewelry, and when the reflected wave is received more than a certain level, an alarm sound is generated to provide the alert of the disabled, but the distance from the obstacle cannot be understood and the location is unknown. There was this.
본 발명에서는 물체와의 거리 및 위치를 시각을 이용하여 파악하는 정도로 정확하게 할 수 있도록 헤드셋 형태로 구성하여 전방을 향하여 전파를 발사하고 이를 좌. 우 수신부에서 수신함으로써 물체와 장애인의 얼굴사이의 직선거리를 정확하게 산출하고 또한 중앙을 기준 하여 물체가 좌, 또는 우측으로 어느 정도 이동한 위치에 있는지를 파악할 수 있게 한다.In the present invention, it is configured in the form of a headset so as to accurately determine the distance and position with respect to the object by using a vision to emit a radio wave toward the front and left. By receiving at the right receiver, the linear distance between the object and the disabled person's face can be calculated accurately, and the distance to the left or right of the object can be determined from the center.
그리고, 장애인이 청각을 이용하여 거리 정보를 좌. 우 귀로 청취하고 좌.우 귀에 청취 되는 음색의 편차(즉, 주파수의 편차: 거리에 따른 주파수 편이 발생)를 이용하여 물체의 위치가 어느 정도 편이 되어 있는지를 파악한다.In addition, a person with a disability left distance information using hearing. Listen to the right ear and use the deviation of the tone (that is, the frequency deviation: frequency shift due to distance) to the left and right ears to determine how far the object is located.
이 과정은 훈련에 의해 정확도가 높아지게 되어 실제 시력이 유년기로부터 형성되는 과정과 동일한 방식으로 학습을 통해 정상 시력을 갖출 수 있게 한다.This process increases accuracy with training, allowing learning to achieve normal vision through learning in the same way that real vision is formed from childhood.
[도 1] 본 발명의 개념도1 is a conceptual diagram of the present invention
본 발명의 개략적인 설명을 위하여 도시한 것으로 물체와의 거리 및 각도를 추정하기 위하여 전파를 물체에 송신하고 좌.우 수신부에 도달되는 반사파를 이용하여 거리차를 계산하고 이를 거리에 따라 주파수가 변하는 음성 발생부를 이용하여 가청음을 발생하고 이를 귀로 듣게 함으로써 시각 장애인이 전면의 물체 위치 및 중앙으로부터의 좌.우 편이 상태를 파악할 수 있게 된다.In order to estimate the distance and angle with respect to the object of the present invention, a radio wave is transmitted to an object in order to estimate the distance and angle, and the distance difference is calculated using the reflected waves reaching the left and right receivers. By generating an audible sound using the voice generator and allowing it to be heard by the ear, the visually impaired person can grasp the position of the front object and the left and right sides from the center.
(가) 물체: 거리 및 위치를 파악하려는 대상(A) Object: object to determine distance and location
(나) 좌수신부: 헤드셋 형태로 구성되어 좌측 귀의 위치에 구성된 반사파 수신부(B) Left receiver: A reflected wave receiver configured in the form of a headset and positioned at the position of the left ear
(다) 빔 송신부: 전파나 레이져, 초음파 등을 전면으로 발사하는 블록(C) Beam transmitters: blocks that emit radio waves, lasers, ultrasonic waves, etc. to the front;
(라) 우수신부: 헤드셋 형태로 구성되어 우측 귀의 위치에 구성된 반사파 수신부(D) Excellent bride: Reflective wave receiver configured in the form of headset and located at the position of right ear
(마) 가청음 발생부: 좌 수신부와 물체간의 거리에 반비례하는 주파수를 음성으로 변환하여 주는 블록(E) Audible sound generator: A block that converts a frequency into voice in inverse proportion to the distance between the left receiver and the object.
(바) 가청음 발생부: 우 수신부와 물체간의 거리에 반비례하는 주파수를 음성으로 변환하여 주는 블록(F) Audible sound generator: A block that converts a frequency in inverse proportion to the distance between the right receiver and the object.
(1) 조사파: 빔 송신부에서 물체에 송출되는 전파, 레이져, 초음파, 또는 적외선(1) Irradiation waves: radio waves, lasers, ultrasonic waves, or infrared rays transmitted to objects by the beam transmitter
(2) , (3) 반사파: 물체에 반사되어 나오는 전파, 레이져, 적외선, 도는 초음파(2), (3) reflected waves: radio waves, lasers, infrared rays, or ultrasonic waves reflected from an object
(4), (5) 음파: 가청음(4), (5) sound waves: audible sound
전자시력 보조장치: 블록 (나) ∼ (바) 로 구성되어 물체의 거리 및 위치를 알려주는 장치Electronic vision aids: a device consisting of blocks (b) to (bar) that informs the distance and position of an object
[도 2] 본 발명의 구성도2 is a block diagram of the present invention
전자시력 보조장치의 구성도Configuration of Electronic Vision Aids
(가)좌 반사파 수신부: 헤드셋 형태로 구성되어 좌측 귀의 위치에 구성된 반사파 수신부(A) Left echo receiver: A echo receiver configured in the form of a headset and positioned at the left ear
(나)좌 가청음 발생부: 좌측 귀에 음파를 전달하기 위하여 수신되는 전기신호를 음파로 변환하여주는 블록(B) Left audible sound generator: A block that converts an electrical signal received into sound waves to deliver sound waves to the left ear
(다)빔 송신부: 전파나 레이져, 적외선, 초음파 등을 전면으로 발사하는 블록(C) Beam transmitter: Block that emits radio waves, lasers, infrared rays, ultrasonic waves, etc. to the front
(라)제어 및 연산부: (마) 타이밍 발생부에서 수신되는 타이밍 신호를 기준으로 (다) 빔 송신부의 신호출력 타이밍을 제어하고 동시에 좌.우수신부로부터 수신된 반사파 타이밍을 분석하여 좌.우 반사파 수신부에서 물체까지의 거리를 계산하고 이를 주파수에 반비례 (거리가 멀면 주파수가 낮고, 거리가 가까우면 주파수가 높음)하도록 가청주파수로 변환하여 이를 해당 가청음 발생부에 제공한다.(D) Control and calculation unit: (e) Control the signal output timing of the beam transmitter based on the timing signal received from the timing generator and (c) Simultaneously analyze the reflected wave timing received from the left and right receivers to reflect the left and right reflected waves. Calculate the distance from the receiver to the object and convert it to an audible frequency in inverse proportion to the frequency (if the distance is far, the frequency is low, if the distance is close, the frequency is high), and provide it to the audible sound generator.
(마) 타이밍 발생부: (라) 제어 및 연산부에서 신호 송신 제어 및 거리 연산에 사용되는 기준 타이밍을 발생하여 이를 (라) 제어 및 연산부에 제공한다.(E) Timing generation unit: (D) Generates and provides the reference timing used for the signal transmission control and distance calculation in the control and calculation unit.
(바)우 반사파 수신부: 헤드셋 형태로 구성되어 우측 귀의 위치에 구성된 반사파 수신부(F) Right echo receiver: A echo receiver configured in the form of a headset and positioned at the position of the right ear
(사)우 가청음 발생부: 우측 귀에 음파를 전달하기 위하여 수신되는 전기신호를 음파로 변환하여주는 블록(G) Right audible sound generator: A block that converts the received electrical signal into sound waves to deliver sound waves to the right ear
(1)RX1: (가) 좌 반사파 수신부에서 반사파를 수신하여 이를 전기신호로 변환한 신호.(1) RX1: (A) A signal obtained by receiving a reflected wave from the left reflected wave receiver and converting it into an electrical signal.
(2)F1: (라) 제어 및 연산부에서 물체로부터 (가) 좌 반사파 수신부까지의 거리를 나타내는 주파수로 변환된 전기 신호(2) F1: (D) The electrical signal converted into a frequency representing the distance from the object to the left reflected wave receiver in the control and calculating section.
(3)Cont: (라) 제어 및 연산부에서 (다) 빔 송신부의 송신 타이밍을 제어하는 신호(3) Cont: (D) A signal for controlling the transmission timing of the (C) beam transmitting section in the control and calculating section.
(4)Ref: (마) 타이밍 발생부에서 출력되는 기준 타이밍 신호(4) Ref: (e) Reference timing signal output from the timing generator
(5)RX2: (바) 우 반사파 수신부에서 반사파를 수신하여 이를 전기신호로 변환한 신호.(5) RX2: (f) A signal obtained by receiving a reflected wave at the right reflected wave receiving unit and converting it into an electric signal.
(6)F2: (라) 제어 및 연산부에서 물체로부터 (바) 우 반사파 수신부까지의 거리를 나타내는 주파수로 변환된 전기 신호(6) F2: (d) electrical signal converted to a frequency representing the distance from the control and computing unit to the object from the object to the right reflected wave receiver.
(7),(8) 음파: 가청음(7), (8) sound waves: audible sound
(9) TX: (다) 빔 송신부에서 송출되는 레이져, 전파, 초음파, 또는 적외선신호(9) TX: (C) Laser, radio wave, ultrasonic wave or infrared signal transmitted from the beam transmitter
[도 3] 파형도 및 거리 산출 원리Figure 3 waveform diagram and distance calculation principle
(가) 신호 송.수신 타이밍: 송신 신호와 수신 신호의 펄스 폭 및 각각의 도달 시간을 송신 시간 기준으로 표시(A) Signal transmission / reception timing: Display pulse width and each arrival time of transmission signal and reception signal based on transmission time.
(1) 송신펄스: 도2-(다)빔 송신부에서 출력되는 펄스 모양(1) Transmission pulse: Pulse shape output from the beam transmitting part of Fig. 2- (C)
(2) 좌 수신펄스: 도 2-(가) 좌 반사파 수신부에서 수신되는 반사파 펄스 모양(2) Left receiving pulse: Figure 2- (A) reflected wave pulse shape received from the left reflected wave receiver
(3) 우 수신펄스: 도 2-(바) 우 반사파 수신부에서 수신되는 반사파 펄스 모양(3) Right receiving pulse: Fig. 2- (f) Shape of reflected wave pulse received from right reflected wave receiver
(나) 반사파를 이용한 거리 및 위치 산출: 도 2-(가) 및 (바) 좌.우 반사파 수신부사이의 거리를 K, 도2-(가) 좌 반사파수신부와 물체사이의 거리를 M, 도 2-(바) 우 반사파 수신부와 물체와의 거리를 L 이라 했을 때 K 는 정해진 값이고, L,M 은 모두 연산을 통하여 구할 수 있는 값이므로 이 세 값을 알게 되면 물체와의 직선거리 y 와 좌우 편심 정도를 나타내는 x 를 알 수 있다.(B) Calculation of distance and position using reflected waves: Fig. 2- (a) and (f) Distance between left and right reflected wave receivers K, Figure 2- (a) Distance between left reflected wave receiver and objects M, Fig 2- (F) When the distance between the right echo receiver and the object is L, K is a fixed value, and L and M are all values that can be obtained through calculation. The x representing the left and right eccentricity can be seen.
본 발명은, 헤드셋 형태로 구성되어 좌측 귀의 위치에 구성된 (가) 좌 반사파 수신부, 좌측 귀에 음파를 전달하기 위하여 수신되는 전기신호를 음파로 변환하여주는 (나) 좌 가청음 발생부, 전파나 레이져, 적외선, 초음파 등을 전면으로 발사하는 (다) 빔 송신부, 신호출력 타이밍을 제어하고 동시에 좌. 우수신부로부터 수신된 반사파 타이밍을 분석하여 좌.우 반사파 수신부에서 물체까지의 거리를 계산하고 이를 주파수에 반비례 (거리가 멀면 주파수가 낮고, 거리가 가까우면 주파수가 높음)하도록 가청주파수로 변환하여 이를 해당 가청음 발생부에 제공하는 (라) 제어 및 연산부, 기준 타이밍을 발생하여 이를 (라) 제어 및 연산부에 제공하는 (마) 타이밍 발생부, 헤드셋 형태로 구성되어 우측 귀의 위치에 구성된 (바) 우 반사파 수신부, 우측 귀에 음파를 전달하기 위하여 수신되는 전기신호를 음파로 변환하여주는 (사) 우 가청음 발생부로 구성되어 있으며 그 동작을 도 2 및 도 3 을 이용하여 설명하면 다음과 같다.The present invention is configured in the form of a headset (a) the left reflected wave receiver configured at the position of the left ear, (b) the left audible sound generator, radio wave or laser, which converts the electrical signal received to deliver sound waves to the left ear, (C) beam transmitter to emit infrared, ultrasonic, etc. to the front, control the signal output timing and left at the same time. Analyze the reflected wave timing received from the superior bride and calculate the distance from the left and right reflected wave receiver to the object and convert it to an audible frequency in inverse proportion to the frequency (lower distance if the distance is far, and higher frequency if the distance is closer). (D) a control and arithmetic unit provided to the audible sound generating unit, and (d) a timing generation unit and a headset form for generating and providing the reference timing to the (a) control and arithmetic unit. It is composed of a reflected wave receiver and a right audible sound generator for converting a received electrical signal into sound waves in order to transmit sound waves to the right ear. The operation thereof will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2-(다) 빔 송신부에서 전파를 도 3-(가)-(1)과 같이 주기 T를 갖고 짧은 펄스 형태로 발사하면 발사된 전파는 전방으로 직진하여 물체에 부딪쳐 반사되어 되돌아 온다. 반사파는 도 2-(가) 및 (바)에서 수신되며 도 3-(가)-(2) 및 (3)과 같이 각각 T1, T2에 수신되었다고 하면 ‘전파속도 x T1/2’이 도3-(나)의 M이 되고 ‘전파속도 x T2/2’가 도3-(나)의 L이 된다. 그리고 도2-(가) 및 (바)사이의 직선거리는 좌우 귀까지의 거리이므로 이미 정해진 값 K이다. 이를 이용하여 전방 물체와의 거리 (도 3-(나)의 y) 및 중심으로부터의 편이 거리(도 3-(나)의 x)를 구할 수 있다. 구해진 L, M을 도 2-(라) 제어 및 연산부에서 거리에 반비례하는 가청 주파수로 변환하고 이를 좌.우 가청음 발생부로 송출한다. 즉, 거리가 멀면 20 Hz∼ 20KHz 사이의 저주파수의 신호로 변환하고 거리가 가까우면 고주파 신호로 변환하여 출력한다.When the radio wave is emitted from the beam transmitter of FIG. 2- (C) with a period T as shown in FIGS. 3- (A)-(1), the emitted radio wave goes forward and hits an object to reflect back. If the reflected wave is received in FIGS. 2- (a) and (bar) and received in T1 and T2 as shown in FIGS. 3- (a)-(2) and (3), 'propagation speed x T1 / 2' is shown in FIG. It becomes M of-(b) and 'propagation speed x T2 / 2' becomes L of Fig. 3- (b). And the straight line distance between Fig. 2- (a) and (bar) is the distance K between the left and right ears. This can be used to find the distance to the front object (y in Fig. 3- (b)) and the deviation distance from the center (x in Fig. 3- (b)). The obtained L and M are converted into an audible frequency inversely proportional to the distance in the control and calculating unit of FIG. In other words, when the distance is far, the signal is converted into a low frequency signal between 20 Hz and 20 KHz. When the distance is short, it is converted to a high frequency signal and output.
도 2-(나) 및 (사)에서 도 2-(라) 로부터 수신한 가청 주파수 신호를 음파로 변환하여 각각 좌.우 귀에 제공하면 장애인은 청취 되는 음파를 통하여 위에서 구한 L, M의 값을 판별하고 이를 이용하여 y, x를 추정할 수 있게 된다.(가청음을 인식하는데 귀를 헤드셋 형태로 막게 되면 외부 다른 소리가 들리지 않으므로 이를 귀뒤의 연골을 진동시켜 소리를 전달하게도 구현할 수 있다.) L, M, y, x를 추정하는 정확도를 높이는 방법은 반복적인 학습을 통하여 달성될 수 있다. 즉, 시각 장애인이 좌.우 귀에서 들려오는 음의 음색을 이용하여 물체와의 거리 및 편이된 위치를 머리속에서 추정하게 되는데 이를 반복적으로 학습할수록 추정 정확도가 증가되어 정상적인 시각을 가진 사람 수준에 도달 될 수 있다.In Figures 2- (b) and (g), the audible frequency signals received from Figure 2- (d) are converted to sound waves and provided to the left and right ears, respectively. It is possible to estimate and use y and x to estimate it. (If you block the ear in the form of a headset to recognize the audible sound, other sounds are not heard outside, so it can be realized by vibrating cartilage behind the ear to transmit sound.) L A method of increasing the accuracy of estimating M, y, and x may be achieved through iterative learning. That is, the visually impaired person estimates the distance from the object and the shifted position in the head by using the sound tones from the left and right ears. Can be reached.
추정되는 거리를 식으로 나타내면In terms of the estimated distance,
y = (M2- ((K2+ M2- L2)/2K2)2)1/2------------------------(1)식y = (M 2 -((K 2 + M 2 -L 2 ) / 2K 2 ) 2) 1/2 ------------------------ (1)
x = (K2+ M2- L2)/2K -----------------------------------(2)식x = (K 2 + M 2 -L 2) / 2K ----------------------------------- ( 2) Expression
이 되며 위의 (1), (2)식에서 K값은 양 귀사이의 거리이며, L, M은 각각 두 귀에서 물체까지의 거리이고, x, y 값은 실제 장애인의 머릿속에서 반복적인 학습에 의해 구해지게 된다.In the above equations (1) and (2), K is the distance between your company, L and M are the distances from the two ears to the object, and x and y are the repetitive learning in the head of the disabled person. Will be saved.
본 발명의 시력 보조장치를 착용하고 물체의 위치 및 거리를 알고자 하는 방향으로 고개를 돌리면 전파는 머리가 향하고 있는 방향의 정면에 있는 물체를 향하여 투사 되므로 정상 시력을 가진 사람이 보고자 하는 방향으로 고개를 돌려 보는 것과 동일한 결과를 얻게 된다.Wearing the vision aids of the present invention and turning the head in the direction to know the position and distance of the object, the radio wave is projected toward the object in front of the head facing direction, so the head with the normal vision to see You will get the same result as if you tried turning.
투사하는 빔의 굵기를 조절하여 물체의 위치 및 거리 정보의 정확도를 높일 수 있는데 빔을 얇게 하면 정확한 거리나 위치 파악이 가능한 반면 시야가 좁아지게 되며 빔이 굵게 되면 시야가 넓어지는 반면 위치 및 거리 정보의 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 빔의 굵기 조절이 눈의 조리개 조절과 같은 기능이 된다.By adjusting the thickness of the beam to be projected, you can increase the accuracy of the location and distance information of the object. Thinning the beam allows accurate distance or location determination, while narrowing the field of view. Will be less accurate. Therefore, the thickness of the beam is the same function as the aperture of the eye.
본 발명은 시각 장애인이 착용하여 전방의 물체에 대한 거리 및 위치 정보를 가청음으로 변환하여 좌.우 귀를 통하여 인지하게 함으로써, 반복적인 학습을 통해 시력을 청각으로 변환하는 것이 가능하게 되므로 지팡이나 맹인 보조견, 보호자 등의 도움이 없이도 거리를 자유롭게 다닐 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명을 이용한 장치를 착용하고 훈련을 통하여 전방의 물체나 장애물의 위치, 거리, 형상에 대한 인지 능력을 높일 수 있어 시각을 청각으로 대체하는 것이 가능하게 된다. 또한 특수한 분야의 조명이 없는 곳이나 시계가 불량한 곳에서 청각을 이용하여 시계를 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the visually impaired person can be visually transformed into hearing by repetitive learning by converting distance and position information about an object in front of the object into an audible sound. There is an effect that you can move freely on the street without the assistance of a dog, guardian, etc. In particular, by wearing the device using the present invention and training can increase the ability to recognize the position, distance, shape of the object or obstacle in front of the eye can be replaced by the auditory. In addition, there is an effect that can secure the watch using hearing in a place where there is no special field of light or poor watch.
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| KR1020020021389A KR20030083031A (en) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | Method and apparatus oftransforming visual information into hearing information |
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| KR1020020021389A KR20030083031A (en) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | Method and apparatus oftransforming visual information into hearing information |
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Legal Events
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