基于CCD测距技术的新型导盲系统研究 机器人, 导盲犬, 障碍者, 技术, 国家

520503

关键字：CCD   测距技术   导盲系统  
引言
据世界卫生组织统计，全球每年有70万人成为盲人，目前全球有盲人约4500万，其中90%生活在发展中国家，另有1.8亿人深受视力障碍的影响，而我国现有盲人总数是世界盲人总数的18%，达到800万。另外，随着我国老龄化人口持续增多，到2020年视力障碍者总数将达到现在的4倍，所以急需解决视力障碍者行走避障问题。现在的导盲辅具一般为电子导引手杖、导盲犬、导盲机器人等。电子导盲器主要是以超声波测距为基础来实现导盲避障，其缺点是只能进行小范围单点测距，如果采用多个单点测距会造成系统庞大，干扰严重的问题出现。

本文采用双目CCD结构，以双目视觉测量技术为基础，通过图像处理获取盲人前方三维空间信息，具有响应速度快、扫描范围大等诸多优点，更接近于人双眼的功能和特性。通过语音提示模块能够更加准确地让盲人获知前方障碍物情况，能够较好地解决盲人行走避障问题。

1 双目视觉测距原理分析

该导盲系统以双目视觉测距技术为基础，采用已标定好的双CCD结构采集图像，运用图像匹配技术找到障碍物的相对位置，最后以音频信号的形式传送给人脑，达到导盲的目的。利用双目视觉系统测量摄像机前端物体的距离、方位的原理图如图1所示。




图1中双目摄像机呈光轴平行放置，间距即基线长为b，摄像机焦距均为f，O1和O2为焦点,r为目标物到两个摄像机中心点所在平面上的距离，平面xwy为双摄像机能够共同扫描的视域，即双目测距在该平面的测试范围。目标物在两个摄像机的CCD平面上成的像点出现在不同位置上，即对应不同的像素m和n，像素差即视差为其差d。若用D表示单个像素的尺寸，运用几何光学原理可推导出计算r的公式：




同样，根据相似三角形计算出目标物到双目摄像头中轴线的垂直距离：