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摘 要：中国是世界盲人最多的国家，据统计我国目前视力残疾500万人，占全世界盲人总数的18%，低视力者600 多万。盲人出行的问题是一个不可忽视的社会问题。本盲人导航系统是以siri模块为盲人与外界的连接纽带，以盲人行走常带的手杖为载体，单片机为控制核心，加以高亮度发光二极管闪烁、超声波发射、超声波接收、红外发射、红外接收以及一些电源电路等模块组成。本作品的特色就在于使用当前热门的siri人工智能来实现其他导航系统所不能轻易完成或难以通过盲人自身完成的功能，使盲人导航更富可用性，更具人性化。
关键词：Siri 智能导航 障碍探测 红绿灯识别
1、引言
当前全世界大约有4500万盲人，中国的视力残疾人有1263万人。全世界每年还有700新增盲人。尽管他们看不到这个五彩斑斓的世界，但是却有权利感受到这个世界的多彩。传统的盲人導航装置多为普通的手杖，盲人通过敲打地面及周围的物体来判断行走的方向，以及是否停下。这种手杖的弊端很多，它的主要缺点是不能发现较远的障碍物以及发现在盲人前方的悬空物体。而目前国内生产的导盲系统也存在类似的问题，如：带扬声器的导航棍，优点是晚上可发出光，提醒路人与司机，缺点是易坏、太敏感；探知前方障碍物的盲人眼镜，优点是体积较小，缺点是测量范围小。
本作品运用传统的导航外形——手杖，内置多种发射接收装置，可以实现障碍探测，查询路线，勘察路障的的基本应用，同时可以通过siri的智能交流与盲人进行语言交流，手杖可以通过无线蓝牙接入siri的系统从而通过siri告知盲人该做些什么，本品可以省去繁杂的操作，沉重的设备，而且能够更加准确更加安全的导航，而且更加人性化，为盲人的生活也添加了色彩，从而解决了传统手杖和导航设备的诸多弊端，更加高效安全的导航。
2、盲人智能导航系统介绍
2.1siri模块
Siri是苹果公司在其产品上应用的一项语音控制功能。Siri可以令手机等移动设备变身为一台智能化机器人，利用Siri用户可以通过手机读短信、介绍餐厅、询问天气、语音设置闹钟等。Siri可以支持自然语言输入，并且可以调用系统自带的天气预报、日程安排、搜索资料等应用，还能够不断学习新的声音和语调，提供对话式的应答。
在前端方面，主要是语音识别以及语音合成技术。语音识别技术是把用户的口语转化成文字，语音合成则是把返回的文字结果转化成语音输出。当前的siri可以实现辨识度很高的语音交互，即使只有几个关键字它也能理解用户的大概意思，这一技术是十分强大的。因此本文的创意正是利用这项功能实现了盲人与机器的交互，从而使用户发布命令变得十分便捷，且精确度很高。
后台技术的目的就是处理用户的请求，并返回最匹配的结果。基本的结构是分析用户的输入（已经通过语音转化），根据输入类型，分别采用合适的技术进行处理。这些合适的后台技术包括，网页搜索技术、知识搜索技术、知识库技术、问答以及推荐技术。正是有了这些技术人们才能几乎没有障碍的与siri实现交流，这也是选择它为盲人导航服务的根本。
2.2障碍物探测与定位
利用传统导盲手杖的超声波模块，用于识别常见的路况，一个超声波模块包括一个发送端和一个接收端，通过多个超声波模块组成超声波阵列对不同方向的环境进行采样分析，完成对常见路况的识别，提示盲人是否有障碍物。其原理如下：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20KHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。利用超声波的特性，可做成各种超声波传感器，结合不同的电路，可以制成超声波仪器及装置，在通讯、医疗及家电中获得广泛应用。
图1超声波定位示意图
作为超声波传感器的材料，主要为压电晶体。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，故它分为发送器和接收器。超声波传感器有透射型、反射型两种类型，常用于防盗报警器、接近开关、测距及材料探伤、测厚等。
2.3红绿灯探测模块
鉴于目前绝大部分人行横道红绿灯没有配合声音提示，利用带摄像头的智能手机，通过人行横道红绿灯的自动识别技术，将大大提高盲人过马路的安全系数。在本模块拟采用颜色过滤的人行横道红绿灯自动识别算法，该方法首先对红绿灯位置进行检测，然后在色彩模型的色调子空间进行颜色分析的基础上进行红绿灯的过滤与分类。
图2红绿灯识别流程图
在红绿灯检测过程中，需要对输入图像进行分析，判断是否为含有红绿灯的图片，此过程是通过模式识别中的分类算法实现的，通过分类算法确定图像中的人行横道交通灯的位置以后，剩下的问题就是判断红灯还是绿灯，即红绿灯分类问题。红绿灯的分类在HSI空间的H （色调） 子空间进行。实际拍摄的红绿灯图像由于光照等的影响并非为纯红或则纯绿， 因此需要对正样本集做一个颜色统计以得到检测时对颜色阈值范围的一个比较准确的设定。统计时需将样本由RGB颜色空间转化为HSI颜色空间。从RGB到HSI颜色空间的转换步骤如下：
HSI模型中的I分量与图像的彩色信息无关，H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相联的。这些特点使得HSI模型非常适合彩色特性检测与分析。
3、可实现的功能
1、普通导盲手杖的探测路面，辅助行走功能
2、智能导航，通过无线传输的一个模块将手杖的系统接入到手机中并由siri进行控制、转达。包括障碍物的探测、红绿灯的感知以及路线查询
3、全语音控制，功能均可以由苹果的siri模块通过声音告知用户障碍物的方位，例如“正前方有障碍，距离五米”“目前为红灯，不能过马路”。用户也可以通过语言与siri交流：“查询一下最近公交站怎么走”，siri则会给出方案并指示先向前走或者左右转等。
4.聊天功能，盲人在路上或者家里无人陪伴时也可以与siri进行聊天，排解寂寞。
4、结语
本项目运用了传统的导盲器械与苹果siri模块的结合设想了一款新型的智能导盲设备，不仅使用方便，而且功能更多，更富人性化。现今可以用苹果手机作为使用平台，将来也可专门为盲人制作一款更适宜的使用终端，相信其是有巨大的开发空间与实用价值的，也希望将来我们能将其广泛应用造福更多的盲人。
参考文献
[1]徐丽珍，何耀平，孙霖等.基于智能手机的人行横道红绿灯自动识别[J].计算机工程与应用，2010，46（23）：219-222.DOI：10.3778/j.issn.1002-8331.2010.23.062.
[2]王荣本，赵一兵，李琳辉等.智能车辆的障碍物检测研究方法综述[J].公路交通科技，2007，24（11）：109-113，124.DOI：10.3969/j.issn.1002-0268.200 7.11.025.
[3]邱国普，杨立，张立等.各种障碍物的检测[J].电子世界，2004，（12）：41-42.
[4]赵洪刚.基于对话型语音的说话人在线识别技术研究[D].黑龙江大学，2010.DOI：10.7666/d.y1695164.
关键词：Siri 智能导航 障碍探测 红绿灯识别
1、引言
当前全世界大约有4500万盲人，中国的视力残疾人有1263万人。全世界每年还有700新增盲人。尽管他们看不到这个五彩斑斓的世界，但是却有权利感受到这个世界的多彩。传统的盲人導航装置多为普通的手杖，盲人通过敲打地面及周围的物体来判断行走的方向，以及是否停下。这种手杖的弊端很多，它的主要缺点是不能发现较远的障碍物以及发现在盲人前方的悬空物体。而目前国内生产的导盲系统也存在类似的问题，如：带扬声器的导航棍，优点是晚上可发出光，提醒路人与司机，缺点是易坏、太敏感；探知前方障碍物的盲人眼镜，优点是体积较小，缺点是测量范围小。
本作品运用传统的导航外形——手杖，内置多种发射接收装置，可以实现障碍探测，查询路线，勘察路障的的基本应用，同时可以通过siri的智能交流与盲人进行语言交流，手杖可以通过无线蓝牙接入siri的系统从而通过siri告知盲人该做些什么，本品可以省去繁杂的操作，沉重的设备，而且能够更加准确更加安全的导航，而且更加人性化，为盲人的生活也添加了色彩，从而解决了传统手杖和导航设备的诸多弊端，更加高效安全的导航。
2、盲人智能导航系统介绍
2.1siri模块
Siri是苹果公司在其产品上应用的一项语音控制功能。Siri可以令手机等移动设备变身为一台智能化机器人，利用Siri用户可以通过手机读短信、介绍餐厅、询问天气、语音设置闹钟等。Siri可以支持自然语言输入，并且可以调用系统自带的天气预报、日程安排、搜索资料等应用，还能够不断学习新的声音和语调，提供对话式的应答。
在前端方面，主要是语音识别以及语音合成技术。语音识别技术是把用户的口语转化成文字，语音合成则是把返回的文字结果转化成语音输出。当前的siri可以实现辨识度很高的语音交互，即使只有几个关键字它也能理解用户的大概意思，这一技术是十分强大的。因此本文的创意正是利用这项功能实现了盲人与机器的交互，从而使用户发布命令变得十分便捷，且精确度很高。
后台技术的目的就是处理用户的请求，并返回最匹配的结果。基本的结构是分析用户的输入（已经通过语音转化），根据输入类型，分别采用合适的技术进行处理。这些合适的后台技术包括，网页搜索技术、知识搜索技术、知识库技术、问答以及推荐技术。正是有了这些技术人们才能几乎没有障碍的与siri实现交流，这也是选择它为盲人导航服务的根本。
2.2障碍物探测与定位
利用传统导盲手杖的超声波模块，用于识别常见的路况，一个超声波模块包括一个发送端和一个接收端，通过多个超声波模块组成超声波阵列对不同方向的环境进行采样分析，完成对常见路况的识别，提示盲人是否有障碍物。其原理如下：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20KHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。利用超声波的特性，可做成各种超声波传感器，结合不同的电路，可以制成超声波仪器及装置，在通讯、医疗及家电中获得广泛应用。
图1超声波定位示意图
作为超声波传感器的材料，主要为压电晶体。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，故它分为发送器和接收器。超声波传感器有透射型、反射型两种类型，常用于防盗报警器、接近开关、测距及材料探伤、测厚等。
2.3红绿灯探测模块
鉴于目前绝大部分人行横道红绿灯没有配合声音提示，利用带摄像头的智能手机，通过人行横道红绿灯的自动识别技术，将大大提高盲人过马路的安全系数。在本模块拟采用颜色过滤的人行横道红绿灯自动识别算法，该方法首先对红绿灯位置进行检测，然后在色彩模型的色调子空间进行颜色分析的基础上进行红绿灯的过滤与分类。
图2红绿灯识别流程图
在红绿灯检测过程中，需要对输入图像进行分析，判断是否为含有红绿灯的图片，此过程是通过模式识别中的分类算法实现的，通过分类算法确定图像中的人行横道交通灯的位置以后，剩下的问题就是判断红灯还是绿灯，即红绿灯分类问题。红绿灯的分类在HSI空间的H （色调） 子空间进行。实际拍摄的红绿灯图像由于光照等的影响并非为纯红或则纯绿， 因此需要对正样本集做一个颜色统计以得到检测时对颜色阈值范围的一个比较准确的设定。统计时需将样本由RGB颜色空间转化为HSI颜色空间。从RGB到HSI颜色空间的转换步骤如下：
HSI模型中的I分量与图像的彩色信息无关，H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相联的。这些特点使得HSI模型非常适合彩色特性检测与分析。
3、可实现的功能
1、普通导盲手杖的探测路面，辅助行走功能
2、智能导航，通过无线传输的一个模块将手杖的系统接入到手机中并由siri进行控制、转达。包括障碍物的探测、红绿灯的感知以及路线查询
3、全语音控制，功能均可以由苹果的siri模块通过声音告知用户障碍物的方位，例如“正前方有障碍，距离五米”“目前为红灯，不能过马路”。用户也可以通过语言与siri交流：“查询一下最近公交站怎么走”，siri则会给出方案并指示先向前走或者左右转等。
4.聊天功能，盲人在路上或者家里无人陪伴时也可以与siri进行聊天，排解寂寞。
4、结语
本项目运用了传统的导盲器械与苹果siri模块的结合设想了一款新型的智能导盲设备，不仅使用方便，而且功能更多，更富人性化。现今可以用苹果手机作为使用平台，将来也可专门为盲人制作一款更适宜的使用终端，相信其是有巨大的开发空间与实用价值的，也希望将来我们能将其广泛应用造福更多的盲人。
参考文献
[1]徐丽珍，何耀平，孙霖等.基于智能手机的人行横道红绿灯自动识别[J].计算机工程与应用，2010，46（23）：219-222.DOI：10.3778/j.issn.1002-8331.2010.23.062.
[2]王荣本，赵一兵，李琳辉等.智能车辆的障碍物检测研究方法综述[J].公路交通科技，2007，24（11）：109-113，124.DOI：10.3969/j.issn.1002-0268.200 7.11.025.
[3]邱国普，杨立，张立等.各种障碍物的检测[J].电子世界，2004，（12）：41-42.
[4]赵洪刚.基于对话型语音的说话人在线识别技术研究[D].黑龙江大学，2010.DOI：10.7666/d.y1695164.