專利名稱：盲人聽覺景物辨知掃描儀的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種盲人聽覺景物辨知掃描儀，不屬于醫(yī)療器械而屬于殘障人用具。
背景技術：
盲人除靠觸覺外僅能靠超聲儀器探測其附近的物體，而超聲儀器不但探測距離和分辨能力極其有限而且根本無法分辨彩色和平面畫面。

發(fā)明內(nèi)容
本專利涉及的裝置能讓盲人靠聽覺分辨出光學鏡頭所能成像的遠、近、立體和平面景物而且包含彩色信息和測距離。它通過鏡頭和傳感器掃描景物中不同亮度和彩色并用對應的不同聲音表示出來，讓使用者能憑聲音再根據(jù)約定的掃描位置規(guī)律用大腦形成掃描到的景物影像。由于功能代償?shù)脑?，一般盲人的聽覺好于常人的，經(jīng)過專門訓練者還能提高分辨本裝置所發(fā)聲音的能力，通過熟悉的物體作為參照物結合聲音特征也有助于判斷掃描的對象。使用者用一段時間后，還有可能憑所聽到聲音特征靠條件反射就知道掃描到的是大樹、路面或樓房等，不必每一幅畫面全靠大腦重新合成。對于有彩色概念的后天致盲者和不可逆視力變差者使用本儀器還會有更好的效果。最初的使用者可以靠正常人告知掃描到的景物而學習辨知。通過觸覺感知光學鏡頭的聚焦距離凸凹刻度還能測定被掃描對象距離鏡頭的距離。


下面結合實施例附圖對本專利進一步說明。
圖1是本專利用光學傳感器用反光鏡機械掃描式實施例的方框圖。
圖2是本專利用光學傳感器自身運動機械掃描式實施例的方框圖。
圖3是本專利用一排光學傳感器電子切換掃描式實施例的方框圖。
圖4是本專利用多排光學傳感器電子切換掃描式實施例的方框圖。
圖5是本專利用光強度信號控制的VCO的輸出信號表示亮度信息的實施例方框圖。
具體實施例方式
通過光學鏡頭用擺動的反光鏡把景物反射聚焦到一組光學傳感器組件上、或通過光學傳感器組件的直線運動、或通過光學鏡頭把景物聚焦到一排被分時有序切換的光學傳感器組件上達到掃描景物中一條直線上光學信息的目的，用多條這樣直線上的光學信息就組成了景物的低分辨率平面影像，還可以通過光學鏡頭把景物聚焦到多排被分時切換的光學傳感器組件形成的矩陣上得到景物影像信息。本專利實施例中景物的某一點通過鏡頭和擺動掃描反光鏡將其光學信息聚焦到紅色傳感器組件、黃色傳感器組件和藍色傳感器組件上，此三個傳感器組件得到的電信號經(jīng)非線性放大和檢波(包含對檢波信號的濾波)后分別對應去控制代表紅色的聲音信號發(fā)生器、代表黃色的聲音信號發(fā)生器和代表藍色的聲音信號發(fā)生器的信號輸出強度，三種信號混合后送給耳機用來根據(jù)三種聲音各自的強弱判斷掃描景物中三種彩色的比例以及景物的亮度。其中總的信號強度也可以用來控制壓控振蕩器VCO，而用VCO的輸出頻率代表亮度信息。因為記錄的是紅、黃和藍三種基色，它們的不同比例混合能代表任何彩色，景物的亮度決定了三種聲音各自的強度，也就是說三種基色中每種信號在整個信號中的相對強度代表彩色而所有信號的絕對強度代表亮度。由于擺動掃描反光鏡的擺動使三個傳感器組件得到景物中一條直線上多個點的光學信息，靠耳機聲音就能判斷景物一條直線上的不同亮度和彩色，將此裝置垂至于上述掃描直線方向旋轉(zhuǎn)就能得到多條直線上的亮度和彩色信息，使用者通過耳朵聽到的亮度信息和彩色信息再根據(jù)已經(jīng)知道的掃描位置規(guī)律就能用大腦合成掃描到的景物的彩色影像。與用擺動的反光鏡掃描同樣的道理，掃描可以用直線運動的光學傳感器、分時切換一排或多排傳感器矩陣的方式實現(xiàn)，而每一排和所有排掃描的開始或結束可以分別用不同時間長短的靜音或特定的聲音表示。就像現(xiàn)在數(shù)碼相機的CCD或CMOS傳感器中一個像素的三種彩色傳感器可以認為是在同一個點上一樣，本專利中的三種傳感器因相距很近而可以認為感應的是景物中同一點的光學信息。紅色傳感器組件、黃色傳感器組件和藍色傳感器組件對應裝有紅色、黃色和藍色濾光片，因而各自對應得到景物中對應的彩色信息。除了用濾光片還可以用分光棱鏡達到分光目的。本專利幾種實施例中采用了彩色繪畫中用的三基色而沒采用電視或數(shù)碼相機中使用的紅、綠和藍三種基色是考慮到人對于彩色相加得到新的彩色更容易理解和接受。例如，可以分別用不同幅度的500赫茲、1000赫茲和1500赫茲正弦波信號對應表示不同強度的紅色、黃色和藍色，上述三種顏色也可以分別用笛聲、琴聲和號聲等表示。每一條直線掃描的開始可以用一段靜音來表示，這就是本專利聲音信號發(fā)生器通過掃描同步驅(qū)動及掃描開始標識電路和擺動反光鏡或掃描切換電路同步工作的目的。正常音樂每分鐘大約80-120拍，而人能分辨1/8拍的音樂。也就是說常人有分辨短至1/16秒聲音的能力。如果掃描的開始用一段1/16秒靜音來表示，這段靜音時間也正好可以用來復位掃描電路或擺動掃描反光鏡或直線運動的光學傳感器組件到下一個掃描開始的狀態(tài)，使用者每1/16秒分辨一次聲音，理想情況下掃描一列分辨15次時可在1秒時間內(nèi)完成，水平旋轉(zhuǎn)不同角度分別做15次這樣的掃描共需15秒的時間——也就是說使用者要得到一幅15像素乘以15像素(此處的一個像素實際對應的是分辨一次三種聲音的相對強度和絕對強度，以下同)分辨率的影像需要15秒的時間。本專利中使用的鏡頭的微距、廣角、望遠、光圈、自動光圈和自動聚焦技術已相當成熟，能用來掃描和判斷不同范圍、不同距離和不同亮度的景物。擺動掃描反光鏡也常見。用光學傳感器組成一排或多排矩陣陣列使用的技術已被廣泛使用。紅色傳感器組件、黃色傳感器組件和藍色傳感器組件用現(xiàn)有的濾光鏡或棱鏡技術以及現(xiàn)在的數(shù)碼相機等普遍用的CCD或CMOS傳感器矩陣就能實現(xiàn)，可以根據(jù)需要僅僅取CCD或CMOS傳感器矩陣中一排中平均不相鄰的若干個構成一排傳感器、或僅儀取CCD或CMOS傳感器矩陣中平均不相鄰的若干排中平均不相鄰的若干個構成比原來像素矩陣小的傳感器像素矩陣。非線性放大電路除了放大傳感器信號以外還對信號進行非線性處理以使光學信號的彩色和亮度信息范圍和代表它們的聲音在對應的幅度和頻率方面與人的聽力范圍相適應，必要時可加參數(shù)控制調(diào)整電路通過電位器等進行調(diào)整以適應不同亮度、不同彩色和不同對比度的信號處理，一些經(jīng)典的信號壓縮或擴展電路都可以擔當。檢波電路就像調(diào)幅收音機的檢波器一樣得到傳感器光學信號的電壓包絡線信號并濾波掉掃描切換電路切換產(chǎn)生的噪聲，當然可以用二極管和濾波阻容元件構成。其濾波電路時間常數(shù)的選擇足以能兼顧掃描速度和檢波輸出信號不會對后級輸出和調(diào)制出過多和過強的新頻率信號。比如該電路的時間常數(shù)選擇得使其輸出信號通頻帶為50赫茲時就既足以能保證1/16秒掃描一個像素這樣的速度要求，又能使代表光學信息的聲音信號發(fā)生器的頻率受此信號調(diào)制后的新頻率成分絕大多數(shù)都不偏離原來頻率50赫茲(也就相當于調(diào)幅波的邊帶信號)。代表彩色的聲音信號發(fā)生器的電路有很多現(xiàn)成的可以用，只是要注意使用頻率單一的正弦波信號為好，可以用信號發(fā)生電路后級加壓控可調(diào)增益放大器實現(xiàn)。掃描同步驅(qū)動及掃描開始標識電路用來驅(qū)動擺動掃描反光鏡擺動或驅(qū)動光學傳感器組件直線運動并同步其復位和代表掃描開始的一段靜音或者用來同步掃描切換電路和同步產(chǎn)生代表掃描開始的一段靜音，其電路的實現(xiàn)輕而易舉，可以通過擺動掃描反光鏡或直線運動的光學傳感器組件帶動微動開關或光耦傳感器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器開啟表示掃描開始的一段靜音(例如輸出1/16秒脈沖控制音頻放大集成電路的MUTE靜音腳)。VCO有很多成熟電路可以用。音頻放大器和耳機技術已相當普遍和成熟。所用的聲音信號發(fā)生器及其所用的放大器和傳感器不但每個都可以單獨控制開關，而且可以減少個數(shù)而僅僅掃描得到兩種基色或一種基色影像，甚至可以僅僅用亮度傳感器而不用三個基色傳感器僅僅得到只含亮度信息的景物影像。本裝置可加包括紅外照明的照明裝置以適合黑暗環(huán)境下使用。耳機的輸入端可以有信號接出點以用來以錄音的方式“錄像”。為了省電和消除擺動掃描反光鏡或直線運動的光學傳感器組件機械運動噪聲，用分時切換一排或多排傳感器矩陣實現(xiàn)掃描為好，而其中用分時切換一排傳感器實現(xiàn)掃描的方式有利于掃描一次分辨不清時重復掃描，用分時切換多排傳感器矩陣而又能用開關選擇只掃描一排傳感器掃描方案最佳，每一排和所有排掃描的開始或結束可以分別用不同時間長短的靜音或特定的聲音表示。測距離是靠手感分辨可手動調(diào)節(jié)鏡頭上的聚焦距離凸凹刻度實現(xiàn)的，而聚焦的確定是靠掃描得到的聲音變化最大(也就是掃描對象組成部分的分界成像清晰，和數(shù)碼相機及攝像機自動對焦利用對焦狀態(tài)下得到的視頻信號中高頻信號成分最多是相似的道理)實現(xiàn)的。
權利要求
1.本專利涉及一種盲人聽覺景物辨知掃描儀，其特征在于光學傳感器或由其構成的一維(實際是一排)或二維矩陣通過鏡頭有序掃描景物得到的信號經(jīng)電路處理后，控制代表亮度和顏色的聲音信號發(fā)生器，使人能憑聲音的強弱和音調(diào)等判斷掃描到的亮度和顏色信息再根據(jù)約定的掃描位置規(guī)律用大腦形成影像，靠聚焦時掃描得到的聲音變化最強并觸感聚焦距離凸凹刻度測定距離。
2.本專利涉及一種盲人聽覺景物辨知掃描儀，其特征在于所用的聲音信號發(fā)生器及其所用的放大器和傳感器不但每個可以單獨開關，而且可以減少個數(shù)，僅僅掃描得到兩種基色或一種基色亮度信息的影像，甚至可以僅僅用亮度傳感器而不用三個基色傳感器僅僅得到只含亮度信息的景物影像。
3.本專利涉及一種盲人聽覺景物辨知掃描儀，其特征在于代表一種特定彩色或亮度的聲音信息可以單獨用一只耳機發(fā)聲表示。
4.本專利涉及一種盲人聽覺景物辨知掃描儀，其特征在于通過觸覺感知鏡頭聚焦距離凸凹刻度能測定距離，而聚焦狀態(tài)則靠掃描得到的聲音變化最強確定。
全文摘要
用聲音的強弱和音調(diào)等特征表示光的顏色與亮度，用傳感器配合棱鏡或濾光鏡等通過光學鏡頭掃描景物得到三基色強度的三個電信號。這三個電信號分別控制三個不同的聲音信號發(fā)生器的信號輸出強度后使三種信號混合放大送給耳機，用以根據(jù)三種聲音各自的相對強弱判斷掃描到的三基色中每種彩色的比例，根據(jù)三種聲音總的絕對強弱或由此強弱決定的VCO輸出信號頻率判斷掃描到的亮度信息。通過約定的掃描位置規(guī)律確定掃描景物中每個抽樣判別點(相當于相片中的像素)位置。綜合各點的亮度、彩色和位置信息使用者能用大腦形成掃描到的景物的彩色影像。通過觸覺感知鏡頭聚焦距離凸凹刻度能測定距離，而聚焦狀態(tài)則靠掃描得到的聲音變化最強確定。
文檔編號A61F9/08GK101057802SQ200710105590
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權日2007年5月16日
發(fā)明者蘇重清 申請人:蘇重清