“引路者”红外线-热成像智能导盲杖

孙小涵 徐婷

上海健康医学院护理与健康管理学院

随着科技的发展智能产品也在市场上崭露头角，智能导盲杖的出现无疑是对视障人士群体的一个好消息。然而现在市场上出售的智能导盲杖，功能大多只有电台广播与手电筒功能，提供一些娱乐功能和夜间警示功能。先进一些智能导盲杖会具备障碍物提醒功能，但不具备障碍物区分功能从而导致过多提醒信息影响使用，视障人士往往会因为受到过多的信息而无法处理，导致使用时更加紧张。而本产品在基本功能的基础上增加了两项新功能：（1）利用红外线感应技术感应区域内的障碍物并做出提示，利用热成像感应技术区别行人与障碍物，做到信息的过滤。（2）增设GPS导航系统，提供实时定位和根据盲道而设立的导航路线，为使用者提供准确安全的路线以及意外呼叫救援。

一、研究目的

视障人士能否利用一个强大性能的设备使自己完成安全出行这一问题促使本研究团队萌发智能导盲杖设计动机，将科技与导盲杖结合，强化导盲杖性能，为视障人士的安全出现带来更好的保障。

二、研究设计

（一）导盲杖结构

1.把手

智能导盲杖把手采用双层结构、防滑设计（图1）。下层把手契合各类人的手型，可以提高握持的舒适度，上层把手起到保护作用的同时还增添了功能按键。把手可以超过270°的旋转，既可以实现传统的直杆式用法，也可以根据使用者的习惯来旋转至一个合适的角度。下层的握把处安装了三个独立震动模块，可以让使用者精确判断障碍物的位置。上层握把包含语音提示的扬声器大小开关、加热装置按钮，报警以及定位发送按钮。

2.杖身

杖身采用铝合金材料，保证导盲杖的坚固与轻便共存的特点。杖身的涂料采用传统的红白相间设计，添加3M反光贴，在夜晚出行使用时能够给远处行使的车辆予以提醒。杖身底部搭配可替换式PU防滑垫，摩擦力大可以有效防止使用时打滑，并且在使用久后可以替换防滑垫。杖身内部的红外线加热成像感应使本产品的可靠防误装系统，红外线感应前方距离内的障碍物，热成像感应可根据所识别物体的温度来区别是行人还是障碍物，避免过多的障碍信息，影响盲人的行动。杖身采用折叠式设计，折叠处有橡胶包胶保护，每一块感应元件都能够很好的被保护起来，维持较长的使用寿命。

图1 “引路者”红外线—热成像智能导盲杖把手

（二）导盲杖防误撞系统设计

1.感应技术

杖身、手柄转轮关节处共安装两个传感器模块，手柄处的传感器模块中带有热成像功能，可以自动在立体扇形区域内区分行人与障碍物，杖身设有向上与向前的感应器，可以识别使用者头部高度的障碍物与使用者面前的障碍物。且每一个感应器皆采用陀螺仪设计，能够始终保证设定好的探测范围以及角度不发生太多变化（图2）。

图2 “引路者”红外线—热成像智能导盲杖导防误撞系统设计

（1）红外线感应技术

红外线感应技术依靠内置的激光红外线测距仪，本产品分为上下两个组块，上部的测距仪位于把手旋转环节的下方以及杖底上40cm处，上组块可以测得当前组块上1～2m的距离，下组块可以测得距离盲人正前方180°扇形7米外的障碍物，可以配合语音系统给予由轻到重的音量变化，由弱至强的震动反馈。

（2）热成像感应技术

热成像感应技术在国内运用的其实不算少，将此技术应用在导盲杖的产品是为了能够在普通障碍物与人之间起到一个区分的作用。本产品将设定一个温度区间在33℃至38℃的范围内，利用感应元件将此温度区间设置为不用提醒，因为人体的温度主要是在这一区间内，这样可以最大程度的避免不必要的提醒，起到较好的信息的过滤。

2.模块震动与语音播报提醒系统

震动模块安置在握把之上，震动强度设立了三个强度大小，震动的强度会根据前方障碍物的距离7米→4米→1米而逐渐增强，给予使用者更加准确直观的感知。语音播报分为扬声器与内置蓝牙耳机。扬声器的提醒音为路人设计，行人可能存在低头看手机而没有注意到迎面走来的是一位视障人士，从而发生误撞的情况，扬声器可以在接近1米时发出语音提示。

（三）GPS定位系统

1.目的地导航系统

本产品的目的地导航系统需要搭配蓝牙耳机使用，使用者可以通过语音指令来输入想要到达的目的地，地图导航系统将会根据当前的道路实况选择出最安全的一条道路来为使用者提供一个语音引导，本产品的导航地图预期与谷歌地图合作，提高路线的精确度与路况的真实性。

2.实时位置共享

本产品会以1分钟/次的频率上传当前的位置，每个导盲杖都会有自己的独立编号，所有的实时位置信息将会被记录在后台，在导盲杖有严重损坏或者受到剧烈撞击的时候便会发送警报，警报的信息会第一时间由后台接受并联系到附近的救援机构。

三、结论

本项目所研发的“引路者”红外线-热成像智能导盲杖，创新点与特殊点在于对热成像技术和GPS导航系统的应用。热成像技术的应用可以使得导盲杖在对前方障碍物信息的判断中有一个滤过的作用，避免过多的提示，给予使用者在信息的处理上有足够的反应时间；GPS导航系统的应用对使用者的出行增加了更多目的地选择的可能与行路过程中的准确性。传统的杖身外貌与手感设计，全新的智能科技系统，两者结合为盲人带来更多的便利。