基于增强现实技术的智能导盲眼镜设计

张平昕 罗唐 杜海军 陈蕊秋 刘恬瑜

摘 要：盲人的生活大多数都是依靠触觉、听觉以及其他辅助工具，如拐杖、导盲犬等，但目前，现有导盲工具仍然存在诸多问题。因此，本文基于增强现实技术设计了一种内置导盲探测装置的智能导盲眼镜。该导盲眼镜具有记忆功能、导航功能、危险报警功能，能有效满足盲人用户的实际需求。

关键词：增强现实技术;导盲眼镜;定位模块;中央处理器;声音传输模块

中圖分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）22-0011-02

Abstract： Most of the blind people's life depends on touch， hearing and other auxiliary tools， such as crutches， guide dogs， but at present， there are still many problems with the existing guide tools. Therefore， based on augmented reality technology， this paper designed an intelligent guide glasses with built-in guide detection device. The glasses have memory function， navigation function and danger alarm function， which can effectively meet the actual needs of blind users.

Keywords： augmented reality;guide glasses;positioning module;CPU;sound transmission module

盲人群体的生存状况一直是我国政府和社会长期关注的课题。中国盲人协会官方网站发布的数据显示，我国目前有上千万的盲人，数量居世界第一，是残疾人中不可忽视的一大群体。

盲人的生活大多数都是依靠触觉、听觉及其他辅助工具，如拐杖、导盲犬等。盲人的眼睛虽然看不见五彩的世界，但他们的心灵不是封闭的，残疾并未使他们消极地对待生活，而是向生活发起挑战，积极地面对生活，他们不但要学会生存、自理，而且还要不断地提高知识水平和认知能力。

在盲人群体中，也有一部分人因为从小就失明或青年时期失明，导致自尊心受挫，害怕他人的异样眼光，害怕与社会接触，于是自我封闭，不愿意接受现实。

据调查，超过92%的盲人不愿意走出家门或只愿意在家附近周围逛逛;超过33%的盲人需要家人的陪同才愿意出行。而盲人出行的困难非常多：因为看不见红绿灯，导致过马路困难;仅靠盲道出行，不能保证出行安全;在车站乘公交车时因为视觉受限，无法快速确定想要乘做的公交车;对于陌生地域，完全不知道方向;道路不平整，容易摔跤等。因此，导盲工具的应用和发展对盲人的生活有着非常重要的作用。

1 现有导盲工具存在的问题

目前，市面上主流的导盲工具有导盲手杖、盲道、导盲犬等。随着科技的发展，又出现了穿戴式导盲辅具、移动式导盲辅具和导盲机器人[1]。

对于盲人来说，掌握行走方式是日常生活的重要部分，他们可以依赖一定的辅助设施实现安全行走，如盲杖、加入声波探测障碍物的电子盲杖及其他盲人导航设备等。据调查可知，超过80%的盲人觉得当前所能提供的辅助设施实际上不能满足其活动需要，它们不能给用户提供正确的路径，无法使其准确地躲避障碍[2]。

总的来说，当前的盲人辅助工具仍存在诸多问题：第一，盲道经常被非机动车占道，影响盲人的正常使用;第二，穿戴式导盲辅具利用超声波扫描所在区域内的障碍物大小，判断距离的远近，但由于网络滞后，有时不能及时传达正确的信息;第三，移动式导盲辅具主要适用于老年人，可辅助行动者身体的平衡，虽然其功能比较强大，但体积过于庞大，对盲人而言并不适合;第四，导盲犬虽然能帮助盲人避开生活中的危险，但其训练成本相当高，且很多公众场合都限制动物进入[3-4]。

2 AR智能导盲系统功能结构

为了解决上述问题，研究者设计了一款可以用于导盲的多功能眼镜，以改变盲人的出行方式和生活方式。具体来说，笔者是在现有的导盲眼镜的基础上，配合增强现实技术（Augmented Reality，AR），设计了一款AR智能导盲眼镜（见图1）。该眼镜主要包括定位模块、图像的采集与处理模块、语音处理模块、中央处理器、声音传输模块、视觉跟踪模块等6个模块，具体如图2所示。

2.1 定位模块

眼镜上安装有定位装置，与现有的网络地图相结合，以实现地点定位，同时安装有摄像头、传感器，可对道路进行识别，并将识别的物体与数据库进行匹配，得出物体的名称和当前所处位置。眼镜末端安置有骨传感器，其能将所处地点及周围物体的距离、大小及名称及时告知用户，以帮助他们通过声音识别路障，从而安全避开。

2.2 图像的采集与处理模块

眼镜前有两个高清摄像机，其通过广角拍摄采集前方物体的相关信息。之后，将采集的图像信息实时传输到中央处理器，快速地进行模型重建，模拟出虚拟场景进行数据分析。处理完的信息通过网络实时传输到眼镜处理器，再输出为语音信息告知使用者。

2.3 语音处理模块

语音处理模块可以绑定使用者的声音，与中央处理器相连通过该模块，眼镜能自主识别绑定的用户，用户则能与各个功能模块间实现人机交互。。

眼镜还可以与用户手机连接，协助盲人顺利地接听电话、发送信息和存储信息。

2.4 中央处理器

中央处理器主要用于各个模块传输的数据和信息的分析汇总，并根据数据反映的信息实时调控各个模块并发出相对应指令。同时，根据各个模块传输的图像与信号对眼镜前的物体进行识别与测距。