專利名稱：為視覺障礙人士傳達(dá)周圍環(huán)境信息的裝置的制作方法
為視覺障礙人士傳達(dá)周圍環(huán)境信息的裝置本發(fā)明涉及一種為視覺障礙人士傳達(dá)周圍環(huán)境信息的裝置，它具 有一個(gè)信息發(fā)送器和一個(gè)重發(fā)設(shè)備，其中，該重發(fā)設(shè)備將信息發(fā)送器 提供的信息轉(zhuǎn)化為一種視覺障礙人士可以感知的信號(hào)。所述裝置為大眾所熟悉。例如，利用所述裝置可以使電腦屏幕展 示的信息能夠供盲人閱讀。為此，由觸覺矩陣將電腦顯示器展示出的 文本轉(zhuǎn)換為盲人可以觸摸到的高度輪廓。觸覺矩陣通常包括大量安裝在面上的探針，調(diào)整裝置可以單個(gè)地抬高這些探針。在自己居所和熟悉的環(huán)境之外，盲人從如探測(cè)棍和為盲人領(lǐng)路的 狗獲得定向幫助。然而，這兩種幫助手段都只能實(shí)現(xiàn)有限的靈活性。 此外，在延伸到大約一米遠(yuǎn)的鄰近區(qū)域，盲人可以不用其它幫助手段 通過觸摸來定向。在這一距離區(qū)域之外，盲人僅僅直接通過聽覺印象 推斷瞬間真實(shí)的環(huán)境。從這一現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種為視覺障礙人士傳達(dá)周圍環(huán)境信息的裝置，借助這一裝置，視覺障礙人士的定向能 力和移動(dòng)安全性得以顯著改善。該任務(wù)借助于具有獨(dú)立權(quán)利要求中所述特征的裝置解決。在其從 屬權(quán)利要求中說明優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案。為視覺障礙人士傳達(dá)周圍環(huán)境信息的裝置包括一個(gè)距離傳感器， 它可以設(shè)置在視覺障礙人士的頭上。通過便攜的重發(fā)設(shè)備再現(xiàn)由距離 傳感器提供的距離信息。距離傳感器可以作為集成元件生產(chǎn)。視覺障礙人士可以毫無困難 地?cái)y帶所述距離傳感器。因?yàn)榫嚯x傳感器的測(cè)量范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過視覺障 礙人士可以通過觸摸感知的鄰近區(qū)域，所以通過該裝置顯著擴(kuò)大了視 覺障礙人士的感知區(qū)域。這樣，該裝置對(duì)顯著提高視覺障礙人士的定 向能力和移動(dòng)安全性作出了貢獻(xiàn)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，距離傳感器按照光傳播時(shí)間測(cè)量的原 理工作。所述距離傳感器不依賴于日光和反射物體的光學(xué)特征地運(yùn) 轉(zhuǎn)。除此之外，所述距離傳感器具有高達(dá)約l厘米的測(cè)量精度。優(yōu)選專門用于距離傳感器的功能元件至少部分集成到光電半導(dǎo)體
元件里。在這方面，專門用于距離傳感器的功能元件應(yīng)理解為所有用 于傳輸至少一個(gè)可以用于確定距離的測(cè)量參數(shù)的功能元件。但是用于 給集成半導(dǎo)體元件供電和進(jìn)行緩沖的功能元件不包括在內(nèi)。這樣，專 門用于距離傳感器的功能元件無論如何包括那些發(fā)出和接收光的功能 元件。當(dāng)專門用于距離傳感器的功能元件集成到一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體元 件中時(shí)，則獲得小而輕的距離傳感器，其可以毫不費(fèi)力地戴在頭上。距離傳感器可以集成到頭罩里。這種情況下，視覺障礙人士可以 通過頭部運(yùn)動(dòng)改變距離傳感器的視場(chǎng)的定向。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過便攜的探測(cè)器來再現(xiàn)由距離傳感 器提供的距離信息。為此，這種便攜的探測(cè)器能形成變化的高度輪廓， 視覺障礙人士能簡單地觸摸到這些高度輪廓。用這種方式還可以為視 覺障礙人士傳達(dá)復(fù)雜的距離信息。在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，距離傳感器具有一種線狀的視場(chǎng)。 除此以外，根據(jù)距離傳感器的射束扇面構(gòu)造探測(cè)器的探測(cè)面。然后通 過在探測(cè)面上形成的梯度再現(xiàn)視場(chǎng)內(nèi)物體的距離輪廓，其中，梯度跟 隨距離輪廓的走向。這種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是可以將距離信息簡便并且可靠地傳達(dá)給視 覺障礙人士，因?yàn)樵谔綔y(cè)面上幾乎重現(xiàn)了位于距離傳感器的視場(chǎng)范圍 內(nèi)的物體的平面圖。并能以一種簡單的方式感知物體的移動(dòng)，因?yàn)樵?這種情況下，探測(cè)面上的梯度相應(yīng)于物體的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)。在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，將視場(chǎng)進(jìn)行面狀擴(kuò)展。在這種情況 下，在探測(cè)面上形成與距離圖相應(yīng)的高度輪廓。由此這種實(shí)施方式不僅為視覺障礙人士提供了物體外部輪廓的平 面圖，而且還提供了完整的距離圖。但是缺點(diǎn)是距離分辨率較低，因 為必須用探針較小的升程來顯示距離傳感器的整個(gè)距離測(cè)量范圍。探測(cè)器優(yōu)選是一種集成到盲杖中的觸覺矩陣。這樣，當(dāng)視覺障礙 人士抓住盲杖時(shí)，總是拿著探測(cè)器。利用這種裝置也可以傳達(dá)視場(chǎng)內(nèi)物體的速度信息。例如可以使探 測(cè)面的再現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的物體的區(qū)域根據(jù)物體的速度進(jìn)行振動(dòng)。這樣， 使視覺障礙人士注意到快速接近他的物體。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)由以下說明中獲得，其中，借助于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。附圖示出圖l是在實(shí)施區(qū)域中借助輔助裝置定位的盲人； 圖2是安裝在盲杖上的觸覺矩陣的俯視圖； 圖3至6是按圖2的觸覺矩陣上不同物體的外部輪廓的視圖； 圖7是具有面狀擴(kuò)展的視場(chǎng)的另一輔助裝置的視圖； 圖8是圖7中輔助裝置的觸覺矩陣的俯視圖；以及 圖9是圖7中物體在圖8中觸覺矩陣上的示意圖。

圖1示出了在物體2范圍內(nèi)借助于輔助裝置定位的盲人l。圖1中 的物體2是一面墻，墻中有一個(gè)通道。輔助裝置包括集成在盲人1頭 罩4中的距離傳感器3。例如，頭罩4可以是額帶、便帽或?qū)掗苊薄＞?離傳感器3也可戴在盲人1頭部的其它部位。例如，距離傳感器3可 以集成到太陽鏡中。距離傳感器3優(yōu)選在光傳播時(shí)間測(cè)量的基礎(chǔ)上工作。在不需要機(jī) 械活動(dòng)零件就能實(shí)現(xiàn)的距離傳感器中，與感光接收器的靈敏度同步調(diào)整激光照明，其中，將接收器成排或成矩陣分布地設(shè)置在半導(dǎo)體元件 的表面上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉這種距離傳感器3的不同基本原理， 其中包括PMD ( -Photonic Mixing Device)及MDSI ( -Multiple Double Short Time Integration)。光傳播時(shí)間測(cè)量的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 其可以借助于集成半導(dǎo)體元件得以實(shí)施。這樣，獲得小而輕的距離傳 感器，這種距離傳感器可以毫不費(fèi)力地戴在頭上。原則上可以考慮具有機(jī)械掃描單元的距離傳感器。尤其可以借助 硅微力學(xué)創(chuàng)造輕巧牢固的掃描單元。盲人1可以通過頭部的傾斜5或旋轉(zhuǎn)6隨意控制距離傳感器1在 空間區(qū)域中的線狀視場(chǎng)7。為了掃描視場(chǎng)7，距離傳感器3發(fā)射出一個(gè) 包括大量傳感器射線9的射束扇面8，這些傳感器射線優(yōu)選均勻地分布 在線狀視場(chǎng)7的角度范圍上。例如，在IOO度的視角上可以分布64根 傳感器射線。借助集成在盲杖ll中的觸覺矩陣IO來再現(xiàn)例如以10Hz 的頻率攝取的距離圖。距離圖中包含的周圍環(huán)境信息優(yōu)選以無線方式 在距離傳感器3和觸覺矩陣IO之間傳輸。圖2示出了集成在盲杖11中的觸覺矩陣10的俯視圖。觸覺矩陣 10在探測(cè)面12上具有大量探針13，可以將探針13抬高到超出探測(cè)面 12。觸覺矩陣為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉，并不是本發(fā)明的主題。與距離傳感器3的射束扇面8相應(yīng)地構(gòu)造觸覺矩陣10的探測(cè)面12。因此，探測(cè)面12優(yōu)選構(gòu)造成扇形。如果物體2位于距離傳感器3的視場(chǎng)7內(nèi)，則在探測(cè)面12上產(chǎn)生 盲人1容易觸摸到的梯度，它在整個(gè)探測(cè)面12上的走向與物體2的外 部輪廓相對(duì)應(yīng)。圖3到6分別展示了位于視場(chǎng)7內(nèi)的物體2的平面圖及其在探測(cè) 面12上所屬的顯示。圖3示出了直接位于盲人1前面的墻14在探測(cè)面12上的顯示圖。 探針13相應(yīng)于墻14外部輪廓形成隆起15，圖3中探測(cè)面12的陰影區(qū) 域表示這些隆起15。在此限制隆起15邊界的梯度16按照盲人1與墻 14之間的距離越過探測(cè)面12。因?yàn)槊と?容易觸摸到梯度16，所以盲 人1得到關(guān)于墻14的特征和與墻14之間距離的信息。圖4示出了角17在探測(cè)面12上的顯示圖。這種情況下，隆起15 限制在探測(cè)面12的一個(gè)角狀截取部分上。盲人1通過觸摸探測(cè)面12上的隆起15可以確定他到角17、例如 建筑物拐角的距離并且從遠(yuǎn)處繞開該角。物體2輪廓的細(xì)節(jié)也可以在探測(cè)面12上展現(xiàn)出來。圖5示出了一個(gè)圓角18在探測(cè)面12的顯示圖。這種情況下，隆 起15的梯度16相應(yīng)于角18的外部輪廓進(jìn)行了倒圓。最后在圖6中示出了圖1中透視示出的物體2的平面圖和顯示圖。 圖1中示出的物體包括墻20中的通道19。在這種情況下，隆起15限 制在兩個(gè)角狀部分上，其中，在角狀的隆起15之間有一個(gè)凹處21，它 表示通道19。通過觸摸在探測(cè)面12上形成的高度輪廓，盲人l知道自 己前面距離傳感器3的測(cè)量區(qū)域中存在通道2。因此，盲人l可以從相 應(yīng)于距離傳感器3的測(cè)量區(qū)域的距離處走向通道19。需要補(bǔ)充說明的是，空的區(qū)域也可以如同障礙物一樣通過隆起表 明。在這種情況下，障礙物通過探針13的下沉展示。另一種變型方案涉及視場(chǎng)7的造型。在圖7中示出了一種改動(dòng)過 的輔助裝置。在圖7中示出的輔助裝置包括一個(gè)具有面狀擴(kuò)展的視場(chǎng) 23的距離傳感器22。為了展示距離傳感器22攝取的距離圖，設(shè)置了 圖8中所示的觸覺矩陣24。觸覺矩陣的探測(cè)面25的結(jié)構(gòu)相應(yīng)于視場(chǎng) 23的形狀。在探測(cè)面25上產(chǎn)生與距離傳感器22攝取的距離圖相應(yīng)的 高度輪廓。探針13的偏移在此優(yōu)選與物體2的所測(cè)量的距離成比例。 如果視場(chǎng)23內(nèi)沒有物體2，那么探針13盡可能遠(yuǎn)地縮進(jìn)。相反，如果 物體2位于距盲人1最近處，那么探針13則盡可能遠(yuǎn)地抬高。在圖9中示出了圖1和圖6中的物體2在探測(cè)面25上的顯示圖。 物體2指具有通道19的墻20。在這種情況下，在探測(cè)面25上形成一 個(gè)與墻20的距離圖相應(yīng)的隆起26。凹處27表示通道19。需要補(bǔ)充說明的是，集成在盲杖11中的觸覺矩陣IO或24既能提 供物體2外部輪廓的平面圖視圖，也能提供距離圖的顯示圖。這點(diǎn)或 者通過兩個(gè)分離的探測(cè)面12和25實(shí)現(xiàn)，或者通過可切換的探測(cè)面12 或35實(shí)現(xiàn)。另外，通過觸覺矩陣10和24可以表示出每個(gè)像點(diǎn)朝盲人1的方 向的速度分量。通過由距離傳感器3和22直接并且連續(xù)檢測(cè)距離圖， 通過比較兩個(gè)彼此相連的距離圖可以計(jì)算每個(gè)像點(diǎn)朝盲人1的方向的 速度。例如，通過對(duì)應(yīng)各像點(diǎn)的探針13的與速度成比例的振動(dòng)可以為 盲人1傳達(dá)速度信息。這樣使盲人1注意到快速接近他的物體2。與速 度相關(guān)的振動(dòng)的頻率和振幅都可以調(diào)整速度的顯示。也可以借助于頭 部附近攜帶的振動(dòng)器傳達(dá)振動(dòng)信號(hào)。在另一種經(jīng)過改動(dòng)的實(shí)施方式中，距離信息通過聽覺信號(hào)傳達(dá)給 盲人。例如，可以通過報(bào)警聲音指示出附近有障礙物，盲人離障礙物 越近，報(bào)警聲音越大。另外也可以考慮當(dāng)接近障礙物時(shí)，借助聲音合 成器發(fā)出話語警告。后者的優(yōu)點(diǎn)是，警告不會(huì)淹沒在環(huán)境噪聲中。借 助于助聽器或具有助聽器外觀的儀器可以不引入注目地傳達(dá)聽覺信 號(hào)。這里說明的輔助裝置顯著地簡化了盲人的移動(dòng)。佩帶所述輔助裝 置的盲人1的感知能力有時(shí)甚至超過看得見的人。因?yàn)檫@里所述的輔 助裝置甚至在完全黑暗中也能工作。所以盲人1在夜里也能定位。除 此之外為盲人1傳達(dá)了關(guān)于離物體2的距離和速度的可靠信息。
權(quán)利要求
1.為視覺障礙人士(1)傳達(dá)周圍環(huán)境信息的裝置，它具有信息發(fā)送器(3，22)和重發(fā)設(shè)備(10，24)，其中，該重發(fā)設(shè)備(10，24)將信息發(fā)送器(3，22)提供的信息轉(zhuǎn)化為一種視覺障礙人士(1)可以感知的信號(hào)(15，16，21，26，27)，其特征在于所述信息發(fā)送器是可以設(shè)置在視覺障礙人士(1)頭上的距離傳感器(3，22)，并且所述便攜的重發(fā)設(shè)備(10，24)再現(xiàn)由距離傳感器提供的距離信息。
2. 按權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述距離傳感器(3， 22)在光傳播時(shí)間測(cè)量的基礎(chǔ)上工作。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于專門用于所述距 離傳感器(3， 22)的功能元件集成在光電半導(dǎo)體元件中。
4. 按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述距 離傳感器(3, 22)集成在頭罩(4)中。
5. 按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述距 離傳感器(3, 22 )將距離信息以無線方式傳輸?shù)街匕l(fā)設(shè)備(10， 24 )。
6. 按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述重 發(fā)設(shè)備通過聽覺信號(hào)再現(xiàn)距離信息。
7. 按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述重 發(fā)設(shè)備是便攜的探測(cè)器(10， 24)，它將距離傳感器(3, 22)提供的 距離信息通過高度輪廓(15， 16， 21， 26, 27 )再現(xiàn)。
8. 按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述距 離傳感器(3)具有線狀的視場(chǎng)(7)。
9. 按權(quán)利要求7和8所述的裝置，其特征在于所述探測(cè)器具有 相應(yīng)于距離傳感器(3)的射束扇面(8)構(gòu)造的探測(cè)面(12)，在該 探測(cè)面(12 )上通過跟隨距離輪廓走向的梯度(16 )再現(xiàn)視場(chǎng)(7 )內(nèi) 的物體(2)的距離輪廓。
10. 按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 距離傳感器(22)具有面狀擴(kuò)展的視場(chǎng)(23)。
11. 按權(quán)利要求7和10所述的裝置，其特征在于所述探測(cè)器(24 ) 具有相應(yīng)于視場(chǎng)的形狀構(gòu)成的探測(cè)面(25)，該探測(cè)面(25)通過與 距離圖相應(yīng)的高度輪廓(26， 27)再現(xiàn)距離傳感器(22)攝取的距離 圖。
12. 按權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 探測(cè)器是觸覺矩陣(10， 24)。
13. 按權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 探測(cè)器(10， 24)集成在盲杖(11)中。
14. 按權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述 探測(cè)器通過配屬于相應(yīng)物體(2)的探測(cè)元件(13)的與速度相關(guān)的振 動(dòng)再現(xiàn)物體(2)的速度信息。
全文摘要
用于盲人(1)的輔助裝置包括生成物體(2)的距離圖的距離傳感器(3)。由該距離傳感器(3)產(chǎn)生的距離信息傳輸?shù)郊稍诿ふ?11)中的觸覺矩陣(10)上。通過觸摸觸覺矩陣(10)，盲人(1)可以獲得關(guān)于其周圍環(huán)境的信息。
文檔編號(hào)A61F9/08GK101103387SQ200680002201
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2006年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者G·多門斯, P·門格爾, W·斯塔克 申請(qǐng)人:西門子公司