基于人工智能技术的智能盲人眼镜

江苏省新海高级中学 黄渝龙

基于人工智能技术的智能盲人眼镜

江苏省新海高级中学 黄渝龙

中国是世界盲人最多的国家，据统计我国目前视力残疾500万人，占全世界盲人总数的18%，低视力者600 多万。盲人出行的问题是一个不可忽视的社会问题，现代盲人出行往往依靠盲人手杖、导盲犬、盲道等，这些方式虽然能够为盲人出行带来些许便利，但仍然拥有很多弊端。譬如盲人手杖不便携带并且非智能化，导盲犬难以控制也并非智能，盲道经常被占用。因此本文针对盲人出行问题设计了一款智能盲人眼镜，本产品智能便携，极大的提高了盲人出行的便利，而针对解决盲人出行问题设计的各项功能也极大程度上确保了盲人出行的安全。本产品的特色在于将盲人眼镜与人工智能技术相结合来实现智能语音、智能导航、障碍物检测等功能，使盲人导航更富可用性，更具人性化。

人工智能；盲人眼镜；智能导航

1 引言

1.1 产品需求分析

中国是世界盲人最多的国家，据统计截至2013年我国目前视力残疾500万人，占全世界盲人总数的18%，低视力者600多万，儿童斜弱视者1000万；同时，我国每年新增45万盲人。当代盲人出行成了一项重要的社会问题，盲人手杖、导盲犬、盲道成为盲人出行的主要依靠。但是仅仅靠这些还远远不够，譬如盲人手杖，现代大部分盲人出行的工具，不仅不便携带，而且非智能化，难以辨别周围的一切物品；部分盲人也会靠导盲犬引领出行，但导盲犬也并非智能，在一些场所也难以控制；除此之外，盲道也会被人有意无意地占用。因此盲人出行依旧十分不便，盲人事故频发，他们的安全难以保障。由此设计的盲人智能眼镜极大地保障了盲人出行安全以及便利，这也正是我们多年来从事这方面研究的重要原因。本产品不仅功能齐全，并且轻便易携，极大的提高了盲人出行的便利，而针对解决盲人出行问题设计的各项功能也极大程度上确保了盲人出行的安全。除此之外，本产品还增加了一些人性化服务，让盲人在路途中也能感受亲情以及社会的温暖。这样盲人群体就能更加安全便利舒适地出行，我们的社会也会更加美好和谐。

1.2 现状研究

当代盲人出行多依靠手杖及盲道，通过敲打地面和感知脚底的纹路来辨别行走的方向以及是否停下。这些方法弊端很多，例如现在普遍使用的盲人手杖，不仅大而笨重，而且非智能化，难以辨别周围的物品。若盲人周围环境复杂，手杖并不能很好的帮助盲人，就可能会导致盲人跌倒，甚至会有更严重的安全隐患。除此之外，如果盲人到达一个十字路口或是一个陌生的地方，光靠一个手杖是远远不够的。还有一些盲人依靠训练过的导盲犬出行，虽然增添了几分安全，但是导盲犬并非智能，在一些场所也会难以控制，并且盲人本身很难对导盲犬进行很好的照顾，因此这种方式也是非常不便利的。并且现在的盲道也经常被一些人有意无意地占用。目前国内生产的导盲系统也存在类似的问题，如：带扬声器的导航棍，优点是晚上可发出光，提醒路人与司机，缺点是易坏、太敏感；探知前方障碍物的盲人眼镜，优点是体积较小，缺点是功能单一，并不能满足盲人出行的需求。因此我们在盲人眼镜的基础上，增添许多人性化设计，使其更加便捷，更加适合盲人使用。

1.3 产品的创新点

本产品将传统的盲人眼镜由功能单一转向功能丰富，轻便的眼镜让盲人在享受智能便捷的同时不会有太大的负担。本产品内置多种发射接收装置，能够进行障碍探测及智能导航功能。此外本产品融合了当前较火的人工智能技术，实现语音识别，智能对话的功能。盲人可以通过本产品与家人实时通讯，使他们在独自行走时不会感到寂寞并且增加了安全性。这些功能解决了传统导盲工具的诸多弊端，使其更加高效安全。

2 产品系统介绍

2.1 智能语音对话模块

智能语音对话模块主要应用的核心技术是语音识别技术。智能语音对话模块的基本结构如图1所示。

图1 智能语音对话模块

未知语音变换成电信号后加在识别系统的输入端，首先经过预处理，再建立语音模型，对输入的语音信号进行分析，并抽取所需的特征，在此基础上建立语音识别所需的模板。而计算机再根据一定的搜索和匹配策略，找出一系列最优的与输入语音匹配的模板。然后根据此模板的定义，通过查表就可以给出计算机的识别结果。计算机根据识别结果，对盲人的话进行理解，完成正确的指令，并对错误的指令进行提示。

智能语音对话模块包括人机交互和人人交互两大功能：人机交互，即人与机器的互动。盲人的语音转化为电信号后通过语音识别技术进行识别，然后计算机对识别结果进行理解，并从数据库中调取资料，找出最优质的回答，合成语音进行交互。譬如盲人想要知道今天的天气如何，可以说出“查询今天天气”或“今天天气如何”等指令，智能盲人眼镜通过对“天气”、“查询”、“如何”之类的关键词，对盲人说的话进行理解，随后从数据库中调取关于天气的资料，并通过语音的方式反馈给盲人。这样盲人便可以更加安全、方便地出行，其生活质量也能得到改善。人机交互外，智能盲人眼镜还可以实现人人交互，其流程图2所示。

图2 人人交互流程图

盲人输入的语音转变成电信号加在识别系统的输入端进行语音识别，智能盲人眼镜再对所识别的语音中的关键词进行提取，找出关于人人交互的指令，然后通过蓝牙连接手机来完成指令，从而实现与家人、朋友的通讯，即人人交互。这样盲人在行走时也能感受到亲情、友情的温暖。

2.2 智能识别模块

物品识别模块是本产品的核心。此模块不仅可以让盲人更加安全，还可以帮助盲人再一次认识这美丽的世界，其功能如图3所示。

图3 智能识别模块

本模块分为前端和后台两个部分：

前端方面面向用户，和用户交互，主要为利用语音识别技术捕捉用户的语音信号，开启识别功能，智能盲人眼镜通过摄像头捕捉图像，并将图像转化为信号发送给后台处理。

后台方面，系统对前端发送的信号进行预处理，筛选所识别的图像，并将处理结果导入到服务器中，服务器通过图像识别技术对图像进行分析处理，识别出所捕捉图像的内容，并将识别结果返回给前端，前端通过语音信号返回给用户。在后台进行图片识别和信息获取的过程中也应用了网页搜索技术、知识搜索技术、知识库技术。正是这些技术让智能盲人眼镜得以识别各种各样的物品。最后智能盲人眼镜在将搜索结果向用户进行反馈，从而实现智能识别的功能。

当盲人想要知道自己身前的物品时，盲人可发出如“请辨别这个物品”的指令，智能盲人眼镜接受指令后便开启摄像头对盲人身前的物品进行捕捉，并在数据库或者使用web服务搜索出最相似的物品及信息，最后用过语音将结果反馈给盲人，实现对物品的识别。

2.3 智能导航模块

智能导航模块是本产品的特色之一。由于盲人的不便，当他们独自行走时，经常会迷路，此时就需要进行导航。

当盲人迷路时，可通过语音激活智能盲人眼镜的导航系统。盲人的语音通过语音识别技术被智能盲人眼镜识别，并从中识别出关于导航的关键词，随即调用高德地图API进入导航模式，指引盲人安全回家。

3 可实现功能

本文所设计的智能盲人眼镜可以实现如下：（1）通过智能识别技术，能够识别捕捉到的物品，并进行障碍物检测。（2）能够根据盲人的需要介绍所识别物品的相关知识。（3）通过调用高德地图API实现智能导航，在盲人迷路时指引他安全回家。（4）可以通过语音识别技术与盲人进行实时对话，也可以通过蓝牙连接实现与他人的实时通话，让盲人独自一人时不会感到寂寞。

4 总结

本产品将功能单一的盲人眼镜与人工智能技术相结合设想了一款新型的智能导盲设备，不仅轻便易携，而且功能众多，更富人性化。本产品不仅巧妙地将人工智能技术与生活相结合，并且很大程度上解决了盲人出行不便的问题，相信其是有巨大的实用价值的，也希望将来我们能将其广泛应用造福更多的盲人。但本产品还有一些不足之处，比如在进行物品识别时，从数据库中调取资料需要一定的时间。除此之外，进行障碍物检测时，不能检测出盲人周围的一切物品。本产品的实现难点在于如何提高智能识别的准确率和效率，这需要依赖人工智能技术的发展程度，如何提高对障碍物的识别效率也是当今研究的一个热点。

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