江蘇省新海高級中學 黃渝龍

基于人工智能技術(shù)的智能盲人眼鏡

江蘇省新海高級中學 黃渝龍

中國是世界盲人最多的國家，據(jù)統(tǒng)計我國目前視力殘疾500萬人，占全世界盲人總數(shù)的18%，低視力者600 多萬。盲人出行的問題是一個不可忽視的社會問題，現(xiàn)代盲人出行往往依靠盲人手杖、導盲犬、盲道等，這些方式雖然能夠為盲人出行帶來些許便利，但仍然擁有很多弊端。譬如盲人手杖不便攜帶并且非智能化，導盲犬難以控制也并非智能，盲道經(jīng)常被占用。因此本文針對盲人出行問題設(shè)計了一款智能盲人眼鏡，本產(chǎn)品智能便攜，極大的提高了盲人出行的便利，而針對解決盲人出行問題設(shè)計的各項功能也極大程度上確保了盲人出行的安全。本產(chǎn)品的特色在于將盲人眼鏡與人工智能技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)智能語音、智能導航、障礙物檢測等功能，使盲人導航更富可用性，更具人性化。

人工智能；盲人眼鏡；智能導航

1 引言

1.1 產(chǎn)品需求分析

中國是世界盲人最多的國家，據(jù)統(tǒng)計截至2013年我國目前視力殘疾500萬人，占全世界盲人總數(shù)的18%，低視力者600多萬，兒童斜弱視者1000萬；同時，我國每年新增45萬盲人。當代盲人出行成了一項重要的社會問題，盲人手杖、導盲犬、盲道成為盲人出行的主要依靠。但是僅僅靠這些還遠遠不夠，譬如盲人手杖，現(xiàn)代大部分盲人出行的工具，不僅不便攜帶，而且非智能化，難以辨別周圍的一切物品；部分盲人也會靠導盲犬引領(lǐng)出行，但導盲犬也并非智能，在一些場所也難以控制；除此之外，盲道也會被人有意無意地占用。因此盲人出行依舊十分不便，盲人事故頻發(fā)，他們的安全難以保障。由此設(shè)計的盲人智能眼鏡極大地保障了盲人出行安全以及便利，這也正是我們多年來從事這方面研究的重要原因。本產(chǎn)品不僅功能齊全，并且輕便易攜，極大的提高了盲人出行的便利，而針對解決盲人出行問題設(shè)計的各項功能也極大程度上確保了盲人出行的安全。除此之外，本產(chǎn)品還增加了一些人性化服務(wù)，讓盲人在路途中也能感受親情以及社會的溫暖。這樣盲人群體就能更加安全便利舒適地出行，我們的社會也會更加美好和諧。

1.2 現(xiàn)狀研究

當代盲人出行多依靠手杖及盲道，通過敲打地面和感知腳底的紋路來辨別行走的方向以及是否停下。這些方法弊端很多，例如現(xiàn)在普遍使用的盲人手杖，不僅大而笨重，而且非智能化，難以辨別周圍的物品。若盲人周圍環(huán)境復雜，手杖并不能很好的幫助盲人，就可能會導致盲人跌倒，甚至會有更嚴重的安全隱患。除此之外，如果盲人到達一個十字路口或是一個陌生的地方，光靠一個手杖是遠遠不夠的。還有一些盲人依靠訓練過的導盲犬出行，雖然增添了幾分安全，但是導盲犬并非智能，在一些場所也會難以控制，并且盲人本身很難對導盲犬進行很好的照顧，因此這種方式也是非常不便利的。并且現(xiàn)在的盲道也經(jīng)常被一些人有意無意地占用。目前國內(nèi)生產(chǎn)的導盲系統(tǒng)也存在類似的問題，如：帶揚聲器的導航棍，優(yōu)點是晚上可發(fā)出光，提醒路人與司機，缺點是易壞、太敏感；探知前方障礙物的盲人眼鏡，優(yōu)點是體積較小，缺點是功能單一，并不能滿足盲人出行的需求。因此我們在盲人眼鏡的基礎(chǔ)上，增添許多人性化設(shè)計，使其更加便捷，更加適合盲人使用。

1.3 產(chǎn)品的創(chuàng)新點

本產(chǎn)品將傳統(tǒng)的盲人眼鏡由功能單一轉(zhuǎn)向功能豐富，輕便的眼鏡讓盲人在享受智能便捷的同時不會有太大的負擔。本產(chǎn)品內(nèi)置多種發(fā)射接收裝置，能夠進行障礙探測及智能導航功能。此外本產(chǎn)品融合了當前較火的人工智能技術(shù)，實現(xiàn)語音識別，智能對話的功能。盲人可以通過本產(chǎn)品與家人實時通訊，使他們在獨自行走時不會感到寂寞并且增加了安全性。這些功能解決了傳統(tǒng)導盲工具的諸多弊端，使其更加高效安全。

2 產(chǎn)品系統(tǒng)介紹

2.1 智能語音對話模塊

智能語音對話模塊主要應(yīng)用的核心技術(shù)是語音識別技術(shù)。智能語音對話模塊的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能語音對話模塊

未知語音變換成電信號后加在識別系統(tǒng)的輸入端，首先經(jīng)過預(yù)處理，再建立語音模型，對輸入的語音信號進行分析，并抽取所需的特征，在此基礎(chǔ)上建立語音識別所需的模板。而計算機再根據(jù)一定的搜索和匹配策略，找出一系列最優(yōu)的與輸入語音匹配的模板。然后根據(jù)此模板的定義，通過查表就可以給出計算機的識別結(jié)果。計算機根據(jù)識別結(jié)果，對盲人的話進行理解，完成正確的指令，并對錯誤的指令進行提示。

智能語音對話模塊包括人機交互和人人交互兩大功能：人機交互，即人與機器的互動。盲人的語音轉(zhuǎn)化為電信號后通過語音識別技術(shù)進行識別，然后計算機對識別結(jié)果進行理解，并從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取資料，找出最優(yōu)質(zhì)的回答，合成語音進行交互。譬如盲人想要知道今天的天氣如何，可以說出“查詢今天天氣”或“今天天氣如何”等指令，智能盲人眼鏡通過對“天氣”、“查詢”、“如何”之類的關(guān)鍵詞，對盲人說的話進行理解，隨后從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取關(guān)于天氣的資料，并通過語音的方式反饋給盲人。這樣盲人便可以更加安全、方便地出行，其生活質(zhì)量也能得到改善。人機交互外，智能盲人眼鏡還可以實現(xiàn)人人交互，其流程圖2所示。

圖2 人人交互流程圖

盲人輸入的語音轉(zhuǎn)變成電信號加在識別系統(tǒng)的輸入端進行語音識別，智能盲人眼鏡再對所識別的語音中的關(guān)鍵詞進行提取，找出關(guān)于人人交互的指令，然后通過藍牙連接手機來完成指令，從而實現(xiàn)與家人、朋友的通訊，即人人交互。這樣盲人在行走時也能感受到親情、友情的溫暖。

2.2 智能識別模塊

物品識別模塊是本產(chǎn)品的核心。此模塊不僅可以讓盲人更加安全，還可以幫助盲人再一次認識這美麗的世界，其功能如圖3所示。

圖3 智能識別模塊

本模塊分為前端和后臺兩個部分：

前端方面面向用戶，和用戶交互，主要為利用語音識別技術(shù)捕捉用戶的語音信號，開啟識別功能，智能盲人眼鏡通過攝像頭捕捉圖像，并將圖像轉(zhuǎn)化為信號發(fā)送給后臺處理。

后臺方面，系統(tǒng)對前端發(fā)送的信號進行預(yù)處理，篩選所識別的圖像，并將處理結(jié)果導入到服務(wù)器中，服務(wù)器通過圖像識別技術(shù)對圖像進行分析處理，識別出所捕捉圖像的內(nèi)容，并將識別結(jié)果返回給前端，前端通過語音信號返回給用戶。在后臺進行圖片識別和信息獲取的過程中也應(yīng)用了網(wǎng)頁搜索技術(shù)、知識搜索技術(shù)、知識庫技術(shù)。正是這些技術(shù)讓智能盲人眼鏡得以識別各種各樣的物品。最后智能盲人眼鏡在將搜索結(jié)果向用戶進行反饋，從而實現(xiàn)智能識別的功能。

當盲人想要知道自己身前的物品時，盲人可發(fā)出如“請辨別這個物品”的指令，智能盲人眼鏡接受指令后便開啟攝像頭對盲人身前的物品進行捕捉，并在數(shù)據(jù)庫或者使用web服務(wù)搜索出最相似的物品及信息，最后用過語音將結(jié)果反饋給盲人，實現(xiàn)對物品的識別。

2.3 智能導航模塊

智能導航模塊是本產(chǎn)品的特色之一。由于盲人的不便，當他們獨自行走時，經(jīng)常會迷路，此時就需要進行導航。

當盲人迷路時，可通過語音激活智能盲人眼鏡的導航系統(tǒng)。盲人的語音通過語音識別技術(shù)被智能盲人眼鏡識別，并從中識別出關(guān)于導航的關(guān)鍵詞，隨即調(diào)用高德地圖API進入導航模式，指引盲人安全回家。

3 可實現(xiàn)功能

本文所設(shè)計的智能盲人眼鏡可以實現(xiàn)如下：（1）通過智能識別技術(shù)，能夠識別捕捉到的物品，并進行障礙物檢測。（2）能夠根據(jù)盲人的需要介紹所識別物品的相關(guān)知識。（3）通過調(diào)用高德地圖API實現(xiàn)智能導航，在盲人迷路時指引他安全回家。（4）可以通過語音識別技術(shù)與盲人進行實時對話，也可以通過藍牙連接實現(xiàn)與他人的實時通話，讓盲人獨自一人時不會感到寂寞。

4 總結(jié)

本產(chǎn)品將功能單一的盲人眼鏡與人工智能技術(shù)相結(jié)合設(shè)想了一款新型的智能導盲設(shè)備，不僅輕便易攜，而且功能眾多，更富人性化。本產(chǎn)品不僅巧妙地將人工智能技術(shù)與生活相結(jié)合，并且很大程度上解決了盲人出行不便的問題，相信其是有巨大的實用價值的，也希望將來我們能將其廣泛應(yīng)用造福更多的盲人。但本產(chǎn)品還有一些不足之處，比如在進行物品識別時，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取資料需要一定的時間。除此之外，進行障礙物檢測時，不能檢測出盲人周圍的一切物品。本產(chǎn)品的實現(xiàn)難點在于如何提高智能識別的準確率和效率，這需要依賴人工智能技術(shù)的發(fā)展程度，如何提高對障礙物的識別效率也是當今研究的一個熱點。

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