视力障碍人士过马路爱心小助手

【主旨】

人工智能爱心小助手

【其他主题】

帮助视力障碍人士，让社会上更多的人注意到这些弱势群体并帮助他们，构建一个和谐美好的社会。

【概述】

       随着社会的高速发展，我们逐渐进入了信息化时代，我们的生活也变得越来越便利，出行方式也变得多样化起来。但在我们的生活中还有这样一群人，视力障碍人士，他们的出行与我们截然相反。他们出行一般依靠导盲棍与路上的盲道，但是人行道上的盲道并不会延展到公路上，以至于他们过马路时并不清楚红绿灯的情况就可能走上马路，轻则造成车流量的拥堵，重则会威胁到他们的生命。为了帮助这些视力障碍人士，我们设计了一款集颜色识别、图像识别、语音合成于一体的人工智能设备。

       视力障碍人士过马路爱心小助手，会在视力障碍人士到达马路边之前开启摄像头并对我们的视野范围内180°进行扫描，如果扫描到安装在红绿灯杆上的特殊标志，会播报语音提示，提醒他前方有马路。然后摄像头继续转动，识别马路对面的红绿灯的状态，并同时播报语音提示，提示他是否可行走。其次，播报后会对红绿灯下的数字进行识别，并进行语音倒计时，警示视力障碍人士过马路的速度。让他们的生活变得更安全、更便利，交通道路上也会变得更有秩序。

       据世界卫生组织2010的统计数据显示，在中国，这个群体十分庞大。失明人士共有824.8万，全国此类存在视力障碍的人数量位列世界第一。而2016年，视障人数的数量已经迅速增长到了1731万人，也就是说，每八十个人中，大约就有一名失明人士。对于视障人士来说，一旦出门，可能要面临比身体残障更无力的状况，如奇形怪状的盲道，没有提示的红绿灯，缺失的导盲犬或是拒入导盲犬的交通工具和餐厅等等。因此，有高达30%的视障人士选择不踏出家门一步。

       如果说盲道是盲人们的指路牌，那导盲犬就是他们第二双眼睛。让他们能在不麻烦旁人的情况下，独立又安全的行走。放眼至全国，目前我国的现役导盲犬仅有150多只，然而所需的导盲犬却要1700多万只，因此至今我国仍然有1700多万的视力障碍人士没有自己的导盲犬。据另一组数据表明，现我国的视力障碍人群中只有24%的人一周可以在没有家人陪同的情况下出行，剩下的人中有46%的人出行必须要家人的陪同，还有30%之多的人基本上不出门。由此可见，“出门”成了视力障碍人士的一大问题。　

       据国家统计局的数据显示，2018年，全国发生交通事故244937起，死亡人数为63194人；这也就意味着，几乎平均每8分钟就有1人因车祸死亡。

       道路交通事故更是严重威胁到这些视力障碍人群的生命安全。视力没有问题的我们都难逃这些可怕的事故，那这些视力障碍人群更是处于无边的危险之中。因此，帮助这些特殊人群排除他们身边的风险是我们每个人义不容辞的责任。我们应马上行动起来，每个人都尽自己的力量，为他们、为社会创造更好更安全的环境。

       本项目主要研究了一款可自动识别并提示的帮助视力障碍人士过马路的装置，我们称它为视力障碍人士过马路爱心小助手。本装置会对使用者的周围可看见的范围内进行扫描，若识别到规定标签就会提醒使用者前方有马路，再对红绿灯的颜色进行判断，若是红色则提醒使用者停下，若为绿色则提醒是绿灯，随后对灯下的数字进行读取并倒计时，提醒使用者过马路需要的速度，保证使用者的安全过马路。

（1）标签识别

       视力障碍人士过马路爱心小助手，首先具备了标签及颜色识别系统，当开启开关后摄像头会进行自动搜索，在视线180°内对使用者的周围进行扫描，搜寻程序中设定好了的标志，倘若搜寻到了指定的标签就会启动相应的语音程序，在整个工具中起到启动主程序作用，倘若没有搜寻到则此小程序会一直运行下去，直到搜寻到标签为止。

（2）语音提示                

       此助手同时也配备了智能语音提示的功能，主要是在识别系统识别到了标签和颜色后播报相应的语音提示，对使用者起到警示的作用，防止他在不经意的情况下就跨入马路上，减小对使用者生命安全的威胁。

（3）颜色识别

       在识别到标签播放的语音提示后，使用者需要把设备上的滚动按钮拨动一下，使设备的模式从标签识别切换到颜色识别，摄像头就会对红绿灯的颜色进行识别，识别到红色就会提醒使用者停下，识别到绿色则会提醒使用者再次拨动按钮使之变回标签识别，开启之后的程序。

（1）电路连接

将图片中的器材，主要包括micro:bit主板、micro:bit&掌控扩展板、HUSKYLENS(二哈识图)、语音合成播报模块、舵机以及其他设备连接起来，同时通过外置的电源供电，让电路能够在脱机情况下有效地运行并实现相应的功能。如图1所示。

图1所用电子元件

（2）模型设计

我们根据实际作品的大小，利用激光雕刻和3D打印技术构建模型

图2模型草图绘制

图3模型草图绘制

（3）模型建立

利用构建好的模型制作外壳。

图4构建3D模型

①3D打印

图5 3D模型

②雕刻与粘合

图6 雕刻与粘合

（4）文档编辑

图7 说明文档编辑

（1）元件组装

       根据设计所需要的元件进行正确的组装，让各个连接处都在micro:bit&掌控扩展板上正确的位置，保证不会因连错电路导致程序无法运行和烧坏元件。

图8 硬件连接图

（2）程序试运行

       在进行元件与外壳之间的组装之前要先对程序进行多次试运行，确保程序正确，避免组装好了外壳后程序有问题再次拆开调试导致损伤元件和外壳的问题。

语音合成

红绿灯识别

倒计时实现

舵机驱动转动摄像头

（3）场景搭建

为了演示视力障碍人士过马路爱心小助手的各项功能，我们进行了如下图所示的场景搭建。

图11 视力障碍人士标志

图12 红绿灯标志与数字倒计时标志

图13 总体场景模拟

五、主要功能介绍

（1）图像识别

本作品运用了微型舵机来帮助HUSKYLENS(二哈识图)实现摄像头自由偏转的功能，让我们的工具在运行时摄像头可以对视野范围内进行扫描搜索设定的提示标签，察觉前方是否有马路。

还运用到了HUSKYLENS(二哈识图)中的标签识别和颜色识别的功能，主要识别马路上的红路灯颜色机器数字，由此控制语音播报的内容。

（2）语音播报

由HUSKYLENS(二哈识图)的结果控制语音合成播报模块进行播报语音。首先是二哈进行颜色识别，如果识别到了红色，小助手就会播报“现为红灯，请等待。”提示使用者需要停下；若是绿灯则会播报“现在为绿灯，请切换至标签识别。”这时使用者就需要把滚动按钮拨动一下，切换至标签识别。例如，时间为15秒，机器就会提醒“时间过短，请等待下一次绿灯”，若时间为30秒，则会提示剩余的时间，提示使用者加快脚步。

（1）现实生活中绝大部分人都只关注到了人行道上的盲道被占问题，很少有人会关注到那些视力障碍人群出行过程中在过马路时的危险，我们这是从一个不被大多数人所关注到的方面，对视力障碍人士进行帮助。

（2）该作品有效的降低了视力障碍人群出行的危险与风险。

（3）语音提示，图像识别功能利用率高，更加简便，设计也更加人性化。

（4）3D打印技术让我们程序中理想化的工具快速变为现实。

（1）二哈识图功能过于单一，搜寻过于迟缓，延迟比较严重，无法达到远距离的识别，还需功能更加多、更加灵敏的识图工具。

（2）二哈需要单独的外接电源才能运行，过于繁重与复杂。

（3）我们设计的仅仅只是一个理想的模型，它的体积需要更小一点，功能也可以更加完善。

[1]     许越琳, 郑鸣珍, 杨水铃,等. 盲人红绿灯多功能提醒器[J]. 少年发明与创造:小学版, 2015.

[2]     邱逸凡, 朱忠荣. 一种辅助盲人过马路的装置及方法:, CN105976607B[P]. 2018.

[3]     任晓宇. 基于FPGA技术的语音导盲系统的研究[D]. 哈尔滨理工大学, 2015.

[4]     吴东. 混合动力车危及盲人的安全[J]. 时代英语:高一版, 2007, No.119(06):3-3.