CZ21022U1

CZ21022U1 - Zařízení pro orientaci nevidomých

Info

Publication number: CZ21022U1
Application number: CZ201022556U
Authority: CZ
Inventors: Donát@Premysl
Original assignee: Donát@Premysl
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2010-06-21

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro orientaci nevidomých v neznámém prostředí (interiér i exteriér), využitelného samostatně nebo jako součást komplexního zařízení využívajícího např.

GPS modul pro globální orientaci nebo speciální rekognitní software.

Dosavadní stav techniky

Obecně je největším handicapem těžce zrakově postižených osob jejich závislost na osobách, které zrakově postižené nejsou. Tato závislost se promítá prakticky do všech jejich běžných činností. Jednou z takových, která je omezuje prakticky každodenně, je neschopnost bezpečného a io samostatného pohybu v neznámém prostředí. Tento problém je u jedinců, kteří nemají možnost využít „průvodcovských služeb“ někoho blízkého (většinou člena rodiny), naprosto zásadní a v krajním případě vede až k celkové sociální izolaci.

Z tohoto důvodu již bylo po celém světě vyvinuto poměrně velké množství elektronických orientačních pomůcek (EOP), které měly tento handicap zmírnit. Pro detekci překážek povětšinou využívaly ultrazvuk nebo laser a informaci o překážkách předávaly v drtivé většině případů hlasovým výstupem. I když se mnohé z nich dostaly až do sériové výroby, žádná se nedočkala masového rozšíření. Důvodem dosavadního neúspěchu těchto pomůcek bylo především to, že informace o detekovaných překážkách, které tyto pomůcky uživateli poskytovaly, byly nedostatečné a nepřesné a zároveň byly naprosto nevhodnou formou (hlasem, zvuky) předávány nevidomému.

Existující navigační pomůcky totiž typicky využívají hlasového kanálu pro sdělování řeči. Uživatel je tak nucen být neustále ve střehu a rozlišovat jak mezi zvuky přicházejícími zvenčí, tak mezi zvukovými signály generovanými pomůckou.

V současné době tedy nej rozšířenější orientační pomůckou nevidomého stále zůstává bílá-slepecká hůl. Její zásadní nevýhodou je především to, že překážky jsou zjišťovány „kontaktním“ způsobem, na krátkou vzdálenost a max. do výšky kolen. Překážky vyšší nebo vyčnívající (např, větev, vývěsní štít, poštovní schránka na fasádě budovy) nejsou pomocí hole detekovatelné a tedy představují pro nevidomého značné riziko.

Úkolem technického řešení zařízení je tedy odstranit výše uvedené nedostatky doposud vyvinutých EOP a navrhnout zařízení tak, aby splňovalo základní požadavky nevidomých pro jejich

3o samostatnou a bezpečnou orientaci v neznámém prostředí.

Podstata technického řešení

Podstatu technického řešení tvoří zařízení pro orientaci nevidomých, které obsahuje senzor, připevněný například na hrudi nebo jiném vhodném místě těla nevidomého který snímá prostor ve směru pohybu nevidomého, hmatový displej, a mezi senzorem a hmatovým displejem zapojený převodník/íiltr výstupního signálu ze senzoru na vstupní signál pro hmatový displej,

U zařízení uvedeného výše obsahuje výstupní signál ze senzoru s výhodou informace o předmětech v prostoru ve směru pohybu nevidomého zvolené ze skupiny velikost, tvar, poloha a vzdálenost předmětů v prostoru ve směru pohybu nevidomého.

Výstupní signál senzoru je ve výhodném provedení ve formě disparitní (hloubkové) mapy.

Senzorem jsou výhodně dvě vedle sebe umístěné kamery, zvláště výhodně stereo-kamera. Použití kamery umožní dále v případě potřeby realizaci modulu pro detekci objektů a/nebo modulu pro rozpoznávání a/nebo čtení textů, popřípadě i další využití.

Výstupní signál ze senzoru je přiveden na vstup převodníku/filtru. Výstupní signál z převodníku/filtru je vstupním signálem pro hmatový displej.

-1 cz ζιυζζ tu

Vstupní signál pro hmatový displej poskytovaný převodníkem/filtrem obsahuje informace o předmětech v prostoru ve směru pohybu nevidomého ve formě vzdálenostní matice.

S výhodou obsahuje vstupní signál pro hmatový displej poskytovaný převodníkem/filtrem informace omezené na prostor ve směru pohybu nevidomého o výšce nad terénem do 2 m, Šířce do

1 m, a do vzdálenosti 3 m od nevidomého.

Výstupním signálem hmatového displeje je v jednom provedení tlak a/nebo frekvence vibrací a/nebo amplituda vibrací a/nebo délka trvání vibrací, popř. jejich kombinace.

Hmatový displej je s výhodou tvořen maticí prvků, např. vibračních akčních členů - aktuátorů, přičemž každý prvek hmatového displeje může být přiřazen konkrétnímu místu před uživatelem.

ίο V jednom výhodném provedení zařízení má hmatový displej rozlišení 3 sloupce ^x 7 řádků, popř. 5 sloupců χ 7 řádků.

Hmatový displej je připevněný na těle nevidomého.

Příklady provedení technického řešení

Zařízení tvoří tři hlavní části: senzor pro detekci překážek, hmatový 2D displej a převodník/filtr.

Vzdálenost k překážkám je měřena dálkoměmým senzorem umístěným např. na hrudi nevidomého. Data senzoru jsou zpracována v převodníku/filtru, který může být realizován např. jako minipočítač umístěný v přídavném batůžku, a převedena na signály pro hmatový displej.

Senzor pro detekci překážek

Základním prvkem pomůcky je senzor pro detekci překážek. Aby bylo možné rozlišit blízké - a tudíž potenciálně nebezpečné - překážky od vzdálených objektů, je nutné kromě detekce překážek provádět i měření jejich vzdáleností od uživatele.

V současné době existuje velké množství senzorů pro měření vzdáleností. Při výběru vhodného senzoru do pomůcky pro nevidomé jsme limitováni především hmotností, velikostí, spotřebou a odolností vůči vnějším vlivům. Jako optimální senzor je použita stereo-kamera.

Při detekci překážek stereo-kamerou jsou objekty snímány dvěma nezávislými kamerami umístěnými paralelně vedle sebe například na hrudi nevidomého. K. bodům, které jsou vidět oběma kamerami, lze na základě znalosti vzájemné polohy snímacích čipů kamer určit vzdálenost. Určení těchto bodů (tzv. disparitní, hloubková mapa) je výpočetně náročné. Existují však stereokamery se speciálním hardwarem pro rychlý výpočet disparitní mapy. Jednou z těchto kamer je např. stereo-kamera STOČ, která je použita v popisované pomůcce. Stereo-kamera STOC-6 obsahuje dva CMOS čipy vzájemně vzdálené šest centimetrů, každý o rozlišení 640 ^x 480 pixelů. Rychlost snímání scény je až 30 obr./s při spotřebě 0,25 W. Stereo-kamery pracují i za umělého osvětlení a šera.

Stereo-kamery poskytují kromě informace o vzdálenostech bodů i klasický barevný obrázek. Ten je možné dále použít např. k detekci dveří v dopravních prostředcích nebo čtení cen na výrobcích v obchodech. Tím vzniká prostor pro další rozšíření zařízení, které tedy může navíc obsahovat např. modul pro detekci objektů a/nebo modul pro rozpoznávání a/nebo čtení textů.

Převodník/filtr

Z disparitní mapy lze na základě znalosti kalibračních parametru kamery určit vzdálenosti k jed40 notlivým bodům. Vzhledem k přítomnosti šumu v obraze, částečnému zákrytu některých bodů nebo nedostatečnému osvětlení nelze určit vzdálenost ke všem bodům, které kamery vidí. V kancelářském prostředí je typicky určena vzdálenost k 100 tisícům bodů, ve venkovním prostředí je to až 150 tisíc. Vzniklý mrak 3D boduje filtrován a body jsou shlukovány. Vzdálenost shluků je zanesena do výstupní vzdálenostní matice 3 x 7 (alternativně 5 * 7). Na jejím základě je aktivo-2ván hmatový 2D displej s výhodou tak, že každý prvek hmatového displeje je přiřazen konkrétnímu místu před uživatelem.

Prevodník/filtr, který provádí uvedené úkony a poskytuje signály pro hmatový displej, může být realizován např. jako minipočítač umístěný s napájecí baterií v přídavném batůžku. Ten přijatá data vyhodnotí, a to především v tom smyslu, že jsou použity pouze informace o překážkách, které se nacházejí ve směru pohybu nevidomého a jeho bezprostřední blízkosti (do cca 3 m) v ploše o přibližné velikosti rámu dveří (cca 2 m výšky a 1 m šířky), což je plocha nutná pro bezpečný průchod nevidomého. Překážky ve větší vzdálenosti nebo mimo trasu pohybu uživatele budou ignorovány, aby nedošlo k „zahlcení“ uživatele v tu chvíli nepodstatnými informacemi.

ío Hmatový displej

Podle popisovaného technického řešení je pro sdělení informace o poloze a velikosti překážek použit plošný hmatový (taktilní) 2D displej, který pro předávání informace používá hmatu. Tento princip předávání informací dosud nebyl u žádné sériově vyráběné pomůcky použit.

Podle polohy překážek vzhledem k uživateli jsou aktivovány odpovídající prvky hmatového dis15 pleje, což nevidomému umožňuje poznat, kde se překážka nachází. Díky přijatému 2D řešení displej zobrazuje realitě blízký tvar překážek.

Vstupní signál pro hmatový displej poskytovaný převodníkem/filtrem se v plošném zobrazení (2D) a rozlišení 3 (sloupce) * 7 (řádků), tj. 21 bodů (alternativně 5x7, tedy 35 bodů), schematicky přenese hmatem (vibracemi a tlakem, příp. kombinací obojího) přímo na tělo uživatele. Ten pak bude schopen velmi rychle odhadnout polohu, tvar a velikost překážky a na tuto informaci zareagovat a překážce se vyhnout. Výstupním signálem hmatového displeje může být tlak, frekvence vibrací a/nebo amplituda vibrací a/nebo délka trvání vibrací, popř. jejich kombinace.

Hmatový displej je umístěn přímo na těle (např. trup - břicho) nevidomého, vhodně ve formě elastického pásu se zakomponovanými akčními členy - aktuátory.

Ve výhodném provedení hmatový displej obsahuje 21 vibračních aktuátorů rozdělených do sedmi řádků po třech sloupcích (alternativně 35 vibračních aktuátorů po sedmi řadách v pěti sloupcích). Každý aktuátor je ovládán samostatně. Frekvence, amplituda a délka trvání vibrování jednotlivých aktuátorů je variabilní. Podle polohy překážek vzhledem k uživateli jsou aktivovány odpovídající prvky hmatového displeje, což nevidomému umožňuje poznat, kde se překážka nachází. Díky přijatému 2D řešení displej zobrazuje realitě blízký tvar překážek.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je konstruováno a určeno jako elektronická orientační pomůcka pro samostatný pohyb nevidomých, slabozrakých a hluchoslepých osob.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

35 1, Zařízení pro orientaci nevidomých, vyznačující se tím, že obsahuje senzor, který snímá prostor ve směru pohybu nevidomého, hmatový displej, a mezi senzorem a hmatovým displejem zapojený převodník/filtr výstupního signálu ze senzoru na vstupní signál pro hmatový displej.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstupní signál ze senzoru

40 obsahuje informace o předmětech v prostoru ve směru pohybu nevidomého zvolené ze skupiny velikost, tvar, poloha a vzdálenost předmětů v prostoru ve směru pohybu nevidomého.

-33. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výstupní signál senzoru je ve formě disparitní mapy.
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že senzorem jsou dvě vedle sebe umístěné kamery, zvláště stereo-kamera.
5 5, Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že navíc obsahuje modul pro detekci objektů a/nebo modul pro rozpoznávání a/nebo čtení textů.
6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní signál pro hmatový displej poskytovaný převodníkem/filtrem obsahuje informace o předmětech v prostoru ve směru pohybu nevidomého ve formě vzdálenostní matice.

io
7, Zařízení podle nároku 1 nebo 6, vyznačující se tím, že vstupní signál pro hmatový displej poskytovaný převodníkem/filtrem obsahuje informace omezené na prostor ve směru pohybu nevidomého o výšce nad terénem do 2 m, šířce do 1 m, a do vzdálenosti 3 m od nevidomého.
8. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že hmatový displej má výstupní

15 signál zvolený z tlaku, frekvence vibrací a/nebo amplitudy vibrací a/nebo délky trvání vibrací, popř. jejich kombinace.
9. Zařízení podle nároku 1 nebo 8, vyznačující se tím, že hmatový displej obsahuje matici prvků - vibračních aktuátorů.
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že každý prvek hmatového dis20 pleje je přiřazen konkrétnímu místu před uživatelem.
11. Zařízení podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že hmatový displej má rozlišení 3 sloupce x 7 řádků nebo 5 sloupců χ 7 řádků.
12. Zařízení podle některého znároků 1, 8 až 11, vyznačuj ící se t í m , že hmatový displej je připevněný na těle nevidomého.

25 13. Zařízení podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že senzor je připevněný na hrudi nevidomého.