專利名稱：展館盲人引導系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種公共設施技術領域的輔助系統，具體地說是一種在展覽館、圖書館，博物館等公共設施中引導盲人參觀展品的展館盲人引導系統。
背景技術：
隨著盲人群體知識結構的不斷提高，盲人的活動范圍不再局限于家里或是自己熟悉的工作場所，盲人們能夠利用現有的公共設施，如圖書館、博物館、社區活動中心等增長知識，豐富自己的生活。同時，公共場所的無障礙化也是現代社會文明程度的標志，現代的公共場所，如圖書館、社區活動中心開始配備盲文書籍閱覽功能和語音上網功能，對盲人也能夠提供一定的服務。由于盲人群體不能視物，公共場所的引導系統不僅要提供場館展品的介紹信息，還要根據盲人所處的地點以及他要去的展品的位置及時提供盲人最需要的信息，同時還必須為盲人規劃行進路線，提示路線上可能遇到的障礙物，如墻面等。如在博物館中，必須根據盲人所處的位置，結合盲人周圍展品的位置引導盲人走至盲人需要參觀的某種展品的位置，然后向盲人介紹展品，為盲人提供有效的服務。簡言之，必須有引導盲人使用展館內“盲人可以使用的設施”(如盲文書籍、盲人用計算機、盲人用交通信號、盲人可以觸摸的藝術品等等)。
對于公共場所而言，一個盲人引導系統應當能同時服務多個盲人，而且引導系統應到獨立于場館，使用引導系統不必改變場所的外觀或改變場所展品的陳列方式。
針對公共場所的盲人導航問題，典型的解決思路有三種一是通過盲道和盲文/聲音指示牌等固定設施被動地等待盲人使用，二是雇用更多的工作人員主動指引盲人，三是使用便攜式的電子裝置幫助盲人認識環境。使用盲道和盲文/聲音指示牌的系統要對場所的每個位置都做一定的改造，雖然實施簡便但往往要改變場所的外觀和展品布置。而工作人員主動指引盲人參觀雖然能根據盲人的參觀過程做有的放矢的介紹，但對工作人員而言工作強度很大。而使用便攜式電子裝置既能根據盲大在場所中的實際位置和需要及時提供盲大需要的引導信息，又不必改變現有的場所設置，相比前兩種解決方案具有明顯的優勢。
經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號200410066207.5，公開號CN1588480A，專利名稱基于單片機輔助盲人穿越交通路口的系統。該技術采用了主機-從機的設計思路，能夠同時輔助任意多個盲人穿越交通路口。但現有技術的主要困難在于，只能傳遞給盲人附近一個物體的狀態(如交通燈信號)，不能精確提示盲人到目標物(路口的紅綠燈或是斑馬線)的位置，更無法根據盲人的位置引導盲人行動。在室內展館的盲人引導任務中，根據盲人在展館中的位置實時引導盲人參觀(提示行進路線和障礙物)并提供有關展品的信息，依靠現有技術無法解決的。至今未見報道有不改變公共場所外觀而能根據盲人的位置實時引導盲人參觀展品的系統。

發明內容
本發明針對現有技術的不足與缺陷，提供一種在不改變公共場所外觀、能夠根據盲人的位置引導盲人參觀展品的展館盲人引導系統。使其能夠依據盲人在展館中的位置，引導盲人走正確的路線，提示行進中遇到的障礙物，提示盲人周圍各物體(包括展品和墻面)的位置，向盲人傳遞展品的介紹信息。本發明能引導盲人使用盲人可以使用的公共設施(如盲文書籍、盲人用計算機、盲人用交通信號、盲人可以觸摸的藝術品等等)。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括服務器、客戶端、攝像監控系統和定位器。使用時每個盲人需要配置一臺客戶端和一個定位器，定位器被固定在盲人頭頂，客戶端由盲人隨身攜帶，攝像監控系統的輸出端接到服務器的輸入端，服務器在公共場所中僅配置一臺。服務器、客戶端和定位器之間不必有物理電連接，但服務器與客戶端之間必須能無線通訊。所述服務器用于服務多個盲人，向盲人使用者提供引導信息和展品介紹信息；所述定位器用于幫助服務器獲得盲人當前位置；所述攝像監控系統用于幫助服務器獲得展館各處圖像；所述客戶端用于接收來自服務器的引導信息，并將引導信息告知盲人。
所述攝像監控系統獲得展館中各處的圖像。當定位器出現在攝像監控系統的監控范圍時，攝像監控系統得到的圖像中含有定位器所成的像，攝像監控系統得到的圖像被送到服務器做進一步處理。
所述服務器包括四個部分定位單元、物體信息數據庫、計算單元和無線發送單元。定位單元接受來自攝像監控系統的圖像，定位單元的輸出端連接到計算單元的輸入端，物體信息數據庫接受來自計算單元的查詢，物體信息數據庫輸出端連接到計算單元的輸入端，計算單元的輸出端連接到無線發送單元的輸入端。其中定位單元通過檢測圖像中盲人攜帶的定位器實時獲知盲人的最新位置信息，包括盲人在公共場所中的位置以及盲人面對的方向；物體信息數據庫負責提供公共設施內各物體，包括各展品和各墻面的三維位置信息，物體信息數據庫內的信息是預先根據場所的實際情況輸入的；物體信息數據庫還負責存儲各展品的介紹信息；計算單元負責根據盲人的位置信息和從物體信息數據庫中得到位于盲人附近各物體的三維位置信息計算得到各物體相對盲人的位置信息、為盲人的目標展品規劃的路徑信息等引導信息以及盲人附近范圍內的展品信息；無線發送單元負責將各物體相對盲人的位置信息傳送給盲人。
所述客戶端包括三個部分無線接收單元、用戶輸入單元和感覺替代單元。無線接收模塊通過無線信號接受來自服務器無線發送單元的引導信號，無線信號的輸出端連接到感覺替代單元的輸入端；用戶輸入單元的輸出端連接到感覺替代單元的輸入端；由感覺替代單元傳遞給盲人聲音信息。無線接收單元負責接受來自服務器的引導信息，包括各物體相對盲人的位置信息；用戶輸入單元負責接受來自用戶的狀態要求；感覺替代單元負責根據用戶的狀態要求，生成虛擬聲源與各個物體包含的位置信息相一致的立體聲聲音信號，使盲人能直觀了解到周圍的物體的意義并且知道物體的位置。
本發明中，用戶可以通過用戶輸入單元提出狀態要求，命令系統以特定的方式發出聲音信號。在“環境瀏覽”狀態下，系統向盲人提供盲人附近各種物體，包括展品和墻面的立體聲音，使盲人能盡快了解到周圍環境中的各個物體。在“行路引導”狀態下，系統首先接受盲人的輸入為盲人規劃一條到達目標展品的路徑，根據為盲人規劃的路徑提供聲音，指引盲人沿著路徑到達目標展品的位置。當盲人距障礙物，如展館的墻小于事先設定的閾值時，向盲人提示障礙物的存在。“展品介紹”狀態下系統將盲人正前方的展品的介紹信息傳遞給盲人。
本發明能夠在不改變場所外觀的條件下，能夠依據盲人在展館中的位置，及時引導盲人走參觀路線，向盲人提示行進中遇到的障礙物，提示盲人周圍各物體(包括展品和墻面)的位置，向盲人傳遞展品的介紹信息。
與現有技術相比，本發明引導盲人特點在于(1)充分利用現代展館普遍采用的攝像監控網絡，僅需在場所中配置一臺服務器，在盲人身上配置一個定位器和一個客戶端即可實現引導，無需改變場所的外觀。(2)能夠根據盲人的位置實時提供盲人周圍，特別是盲人正面向的區域中的物體信息，包括各展品的信息和各墻面的信息，使盲人處于一個各物體隨時自我提示的友好環境中。(3)主機中集中處理盲人的位置信息和場所中的物體位置信息，方便提升系統的軟件，容易實現實時講解、路徑規劃提示等功能。(4)能夠同時服務多個盲人，減少資源浪費。


圖1為本發明的各個模塊之間的關系的框圖。
圖2位本發明實施例的定位器上的特定的點模式的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括四個部分定位器1、攝像監控網絡2、服務器和客戶端。服務器包括定位單元3、物體信息數據庫4、計算單元5和無線發送單元6。客戶端包括無線接收單元7、用戶輸入單元8和感覺替代單元9。在本實施例中，位于盲人的頭部的定位器1帶有如圖2所示的點模式，該點模式在相互垂直的兩根軸線上(如圖所示的X軸和Y軸)具有數量不同的點，使得點模式具有能被識別的兩根軸線，并且軸線能夠被區分。因此預先設定點模式的一個軸(如Y軸)與盲人的正前方重合時，點模式能被覆蓋于展館的攝像監控系統拍攝到并且通過定位單元3的圖像處理算法檢測出點模式Y軸的方向，因而盲人在展館中的位置以及盲人面對的方向(可以認為是盲人正在行進的方向)可知。由于攝像頭都事先經過了標定，當檢測到盲人頭部的定位器時，服務器的定位單元3能不斷更新盲人的在展館中的位置和盲人行進的方向。
物體信息數據庫4內的物體信息，包括各展品的位置信息和展館中墻面的位置信息是通過已有的地圖生成的方法得到的。地圖生成算法在機器人導航領域是已為人所知的技術。利用圖像傳感器、超聲傳感器或激光測距儀都能得到傳感器周圍的距離圖像，得到場所中各個位置的距離圖像后，通過已有的地圖生成算法(如occupy grid網格占據算法)可以得到場所的地圖。通過查詢展館地圖，可以知道場所中障礙物、墻面的位置，為告知盲人環境的空間結構以及為盲人導路提供依據。由于在圖書館、博物館等場所中的展品等公共資源的位置幾乎是不變的，因此展品的位置能夠被預先輸入到場所的二維地圖中作為引導盲人的依據。物體信息數據庫中還存儲有各展品的介紹信息。
計算單元5處理盲人所處位置周圍的物體相對盲人的三維位置信息。通過比較從定位單元3得到的盲人當前的位置和地圖中各墻面、障礙物以及展品的位置信息，提取距離盲人一定范圍內的墻面、障礙物以及展品相對盲人的位置信息。結合物體信息數據庫內的展館地圖，計算單元利用路徑規劃算法生成一條引導盲人參觀的路徑。
無線發送單元6將計算單元5得到的引導信息(包括距離盲人一定范圍內的墻面、障礙物以及展品相對盲人的位置信息，展品的介紹信息和路徑信息)送至相應的盲人客戶端上的無線接收單元7。
客戶端的無線接收單元7從服務器無線發送單元6處傳來的引導信息。
用戶輸入單元8通過按鍵接受使用者輸入的狀態要求。客戶端可以有若干種狀態，每種狀態與一定的聲音生成方式相對應。“環境瀏覽”的狀態下，盲人可以要求系統向他提供盲人附近各種物體，包括展品和墻面的立體聲音，使盲人能盡快了解到周圍環境中的各個物體。在“展品介紹”狀態下，盲人可以要求系統將盲人正前方的展品的介紹信息傳遞給盲人。在“行路引導”狀態下，系統根據為盲人規劃的參觀路徑提供立體聲音，指引盲人沿著路徑到達目標展品的位置，當盲人距障礙物，如展館的墻小于事先設定的閾值時，系統根據墻相對盲人的位置，向盲人提示障礙物的存在。
感覺替代單元9負責將引導信息中有關物體(包括各展品和各墻面)的信息，根據用戶輸入單元提供的狀態要求，一一轉換為對應的虛擬立體聲信號。一個物體的虛擬立體聲信號的虛擬聲源位置與物體的位置重合，使得對應的虛擬立體聽上去是從物體的位置處發出的。根據從用戶輸入單元8處得到的狀態要求，用對應的聲音生成方式把每個物體的虛擬立體聲信號通過一定的時移后疊加得到的表示環境的聲音。這樣盲人能夠直觀地感受到盲人周圍環境中各物體的位置。
上述實施例可以看出，通過本發明盲人能夠及時獲知周圍的展品的位置(在“環境瀏覽狀態”下)，能夠得到展館中行進路線和障礙的提示(“行路引導”狀態下)，能夠“參觀”展館中的展品，得到展品的介紹(在“展品介紹”狀態下)，在參觀展館的自始至終處于系統的輔助之下；而且，本發明利用了現代展館普遍采用的攝像監控網絡，僅需在場所中配置一臺服務器，在盲人身上配置一個定位器和一個客戶端即可實現引導，無需改變場所的外觀；能夠同時服務多個盲人，減少資源浪費。
權利要求
1.一種展館盲人引導系統，其特征在于包括服務器、客戶端、攝像監控系統和定位器；所述定位器被固定在盲人頭頂，所述客戶端由盲人隨身攜帶，所述攝像監控系統的輸出端接到服務器的輸入端，所述服務器在公共場所中僅配置一臺，其中服務器與客戶端之間能無線通訊，所述服務器用于服務多個盲人，向盲人使用者提供引導信息和展品介紹信息；所述定位器用于幫助服務器獲得盲人當前位置；所述攝像監控系統用于幫助服務器獲得展館各處圖像；所述客戶端用于接收來自服務器的引導信息，并將引導信息告知盲人。
2.如權利要求1所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述服務器包括定位單元、物體信息數據庫、計算單元和無線發送單元；定位單元接受來自攝像監控系統的圖像，定位單元的輸出端連接到計算單元的輸入端，物體信息數據庫接受來自計算單元的查詢，物體信息數據庫輸出端連接到計算單元的輸入端，計算單元的輸出端連接到無線發送單元的輸入端，其中定位單元通過檢測圖像中盲人攜帶的定位器實時獲知盲人的最新位置信息，包括盲人在公共場所中的位置以及盲人面對的方向；物體信息數據庫負責提供公共設施內各物體，包括各展品和各墻面的三維位置信息，物體信息數據庫內的信息是預先根據場所的實際情況輸入的，物體信息數據庫還負責存儲各展品的介紹信息；計算單元負責根據盲人的位置信息和從物體信息數據庫中得到位于盲人附近各物體的三維位置信息計算得到各物體相對盲人的位置信息、為盲人的目標展品規劃的路徑信息等引導信息以及盲人附近范圍內的展品信息；無線發送單元負責將各物體相對盲人的位置信息傳送給盲人。
3.如權利要求1所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述客戶端包括無線接收單元、用戶輸入單元和感覺替代單元；無線接收模塊通過無線信號接受來自服務器無線發送單元的引導信號，無線信號的輸出端連接到感覺替代單元的輸入端；用戶輸入單元的輸出端連接到感覺替代單元的輸入端；由感覺替代單元傳遞給盲人聲音信息，無線接收單元負責接受來自服務器的引導信息，包括各物體相對盲人的位置信息；用戶輸入單元負責接受來自用戶的狀態要求；感覺替代單元負責根據用戶的狀態要求，生成虛擬聲源與各個物體包含的位置信息相一致的立體聲聲音信號，使盲人能直觀了解到周圍的物體的意義并且知道物體的位置。
4.如權利要求3所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述感覺替代單元負責將引導信息中有關物體的信息，根據用戶輸入單元提供的狀態要求，一一轉換為對應的虛擬立體聲信號；一個物體的虛擬立體聲信號的虛擬聲源位置與物體的位置重合，使得對應的虛擬立體聽上去是從物體的位置處發出的，根據從用戶輸入單元處得到的狀態要求，用對應的聲音生成方式把每個物體的虛擬立體聲信號通過時移后疊加得到的表示環境的聲音，這樣盲人能夠直觀地感受到盲人周圍環境中各物體的位置。
5.如權利要求1或3所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述客戶端，在“環境瀏覽”的狀態下，向盲人提供盲人附近各種物體，包括展品和墻面的立體聲音，使盲人能盡快了解到周圍環境中的各個物體。
6.如權利要求1或3所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述客戶端，在“展品介紹”狀態下，將盲人正前方的展品的介紹信息傳遞給盲人。
7.如權利要求1或3所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述客戶端，在“行路引導”狀態下，在“行路引導”狀態下，系統根據為盲人規劃的參觀路徑提供立體聲音，指引盲人沿著路徑到達目標展品的位置。
8.如權利要求1所述的展館盲人引導系統，其特征是，所述定位器，帶有點模式，該點模式在相互垂直的兩根軸線上具有數量不同的點，使得點模式具有能被識別的兩根軸線，并且軸線能夠被區分；預先設定點模式的一個軸與盲人的正前方重合時，點模式能被覆蓋于展館的攝像監控系統拍攝到并且通過服務器檢測出點模式Y軸的方向，因而知道盲人在展館中的位置以及盲人面對的方向；由于攝像頭都事先經過了標定，當檢測到盲人頭部的定位器時，服務器能不斷更新盲人的在展館中的位置和盲人行進的方向。
全文摘要
一種展館盲人引導系統，包括服務器、客戶端、攝像監控系統和定位器；定位器被固定在盲人頭頂，客戶端由盲人隨身攜帶，攝像監控系統的輸出端接到服務器的輸入端，服務器在公共場所中僅配置一臺，其中服務器與客戶端之間能無線通訊，服務器用于服務多個盲人，向盲人使用者提供引導信息和展品介紹信息；定位器用于幫助服務器獲得盲人當前位置；攝像監控系統用于幫助服務器獲得展館各處圖像；客戶端用于接收來自服務器的引導信息，并將引導信息告知盲人。本發明能夠在不改變場所外觀的條件下，能夠依據盲人在展館中的位置，及時引導盲人走參觀路線，向盲人提示行進中遇到的障礙物，提示盲人周圍各物體的位置，向盲人傳遞展品的介紹信息。
文檔編號G09F25/00GK101073531SQ200710039629
公開日2007年11月21日 申請日期2007年4月19日 優先權日2007年4月19日
發明者童善保, 謝青, 朱湘君, 閆靜, 杜嘉, 朱貽盛, 邱意弘 申請人:上海交通大學