一种基于导航系统的导盲车辆路径生成方法和装置与流程

1.本发明涉及导盲技术领域，特别是关于一种基于导航系统的导盲车辆路径生成方法和装置。


背景技术：

2.当前，导航系统的发展应用已经非常成熟，人们可以按照导航的指示前往一个从未去过的地方，极大的方便了群众的生活。但是现有的导盲系统无法顺利指引盲人前行。原因在于现有导航系统给出的是导航方向，正常人会自行选择合适的路径前往，而盲人群体由于其特殊性，只有大致路线是无法指引盲人顺利出行的。
3.因此，亟待提供一种能够适应盲人出行特点的导航方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于导航系统的导盲车辆路径生成方法和装置，来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
5.为实现上述目的，本发明提供一种基于导航系统的导盲车辆路径生成方法，应用于安装有导航系统的导盲车辆，包括：
6.通过所述导航系统，确定从当前位置前往目的地的导航路线；
7.通过摄像头扫描所述导航路线内的区域，识别获取到的图像并进行语义分割，划分所述图像中的可通行区域和不可通行区域；其中所述可通行区域按照安全等级由高到低包括盲道区域、人行道区域和其它道路区域；
8.根据所述导盲车辆的大地坐标与所述导盲车辆在所述图像中的像素坐标之间的关系，建立所述大地坐标与所述图像中的像素坐标之间的转换关系；
9.根据所述转换关系，确定所述图像中安全等级最高区域的边界的大地坐标，根据所述大地坐标在所述安全等级最高区域内确定导盲路径。
10.优选的，通过摄像头扫描所述导航路线内的区域之前还包括：调整所述导盲车辆的方向与所述导航路线的方向一致。
11.优选的，调整所述导盲车辆的方向与所述导航路线的方向一致包括：
12.获取所述导盲车辆的朝向与所述导航路线的方向之间的角度差值，若所述角度差值小于等于预设阈值，则判断所述导盲车辆的朝向与所述导航路线的方向一致；若所述角度差值大于所述预设阈值，则调整所述导盲车辆的朝向至与所述导航路线的方向一致。
13.优选的，根据所述大地坐标在所述安全等级最高区域内确定导盲路径包括：
14.选取所述安全等级最高区域的中间位置的点，构建所述导盲路径。
15.优选的，该方法还包括：
16.所述导盲车根据预设配置更新导盲路径，若新导盲路径与原导盲路径相交，则按照所述原导盲路径继续导盲，在交点更换为所述新导盲路径；若所述新导盲路径与所述原导盲路径不相交，则生成连接所述原导盲路径与所述新导盲路径的过渡路径，沿所述过渡
路径到达所述新导盲路径，再沿所述新导盲路径导盲。
17.优选的，所述生成连接所述原导盲路径与所述新导盲路径的过渡路径包括：
18.生成所述原导盲路径到所述新导盲路径的横向位移作为所述过渡路径。
19.优选的，根据预设的纵向距离m、所述原导盲路径到所述新导盲路径的横向距离s和导盲车前进速度v，结合下式计算所述过渡路径：
[0020][0021]
y＝vt
[0022][0023][0024]
其中，y表示t时刻所述导盲车的纵向位移，x表示t时刻所述导盲车的横向位移，x的最大值为所述原导盲路径到所述新导盲路径的横向距离s。
[0025]
本发明实施例还提供一种基于导航系统的导盲车辆路径生成装置，包括：
[0026]
导航模块，用于确定从当前位置前往目的地的导航路线；
[0027]
扫描模块，用于扫描所述导航路线内的区域，识别获取到的图像并进行语义分割，划分所述图像中的可通行区域和不可通行区域；其中所述可通行区域按照安全等级由高到低包括盲道区域、人行道区域和其它道路区域；
[0028]
处理模块，用于根据所述导盲车辆的大地坐标与所述导盲车辆在所述图像中的像素坐标之间的关系，建立所述大地坐标与所述图像中的像素坐标之间的转换关系；根据所述转换关系，确定所述图像中安全等级最高区域的边界的大地坐标，根据所述大地坐标在所述安全等级最高区域内确定导盲路径。
[0029]
优选的，所述导航模块还用于：调整所述导盲车辆的方向与所述导航路线的方向一致。
[0030]
优选的，所述处理模块还用于：
[0031]
根据预设配置更新导盲路径，若新导盲路径与原导盲路径相交，则按照所述原导盲路径继续导盲，在交点更换为所述新导盲路径；若所述新导盲路径与所述原导盲路径不相交，则生成连接所述原导盲路径与所述新导盲路径的过渡路径，沿所述过渡路径到达所述新导盲路径，再沿所述新导盲路径导盲。
[0032]
本发明实施例由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0033]
通过导航系统得到从当前位置前往目的地的导航路线后，进一步通过扫描导航路线内的区域，划分可通行区域和不可通行区域，并在可通行区域内安全等级最高区域内确定导盲路径，从而能够指引盲人顺利出行。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例提供的一种基于导航系统的导盲车辆路径生成方法的流程示意图。
[0035]
图2为本发明实施例提供的基于导航系统的导盲车辆路径生成方法的应用环境示意图。
[0036]
图3示出本发明实施例中通过导盲车上的导航系统确定的从当前位置前往目的地的导航路线。
[0037]
图4示出本发明实施例中导盲车扫描的区域和语音分割的结果。
[0038]
图5示出本发明实施例中导盲车避障场景示意图。
[0039]
图6示出本发明实施例中路口对应的语义分割图。
[0040]
图7示出本发明实施例中转向对应的语义分割图。
[0041]
图8示出本发明实施例提供的基于导航系统的导盲车辆路径生成装置的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0043]
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0044]
在不冲突的情况下，本发明各实施例及各实施方式中的技术特征可以相互组合，并不局限于该技术特征所在的实施例或实施方式中。
[0045]
下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
[0046]
本文涉及下列术语，为便于理解，对其含义说明如下。本领域技术人员应当理解，下列术语也可能有其它名称，但在不脱离其含义的情形下，其它任何名称都应当被认为与本文所列术语一致。
[0047]
本发明实施例提供一种基于导航系统的导盲车辆路径生成方法，应用于安装有导航系统的导盲车辆，如图1所示，包括：
[0048]
步骤s10，通过所述导航系统，确定从当前位置前往目的地的导航路线；
[0049]
步骤s20，通过摄像头扫描所述导航路线内的区域，识别获取到的图像并进行语义分割，划分所述图像中的可通行区域和不可通行区域；其中所述可通行区域按照安全等级由高到低包括盲道区域、人行道区域和其它道路区域；
[0050]
步骤s30，根据所述导盲车辆的大地坐标与所述导盲车辆在所述图像中的像素坐标之间的关系，建立所述大地坐标与所述图像中的像素坐标之间的转换关系；
[0051]
步骤s40，根据所述转换关系，确定所述图像中安全等级最高区域的边界的大地坐标，根据所述大地坐标在所述安全等级最高区域内确定导盲路径。
[0052]
其中，通过摄像头扫描所述导航路线内的区域之前还可以包括：调整所述导盲车辆的方向与所述导航路线的方向一致。
[0053]
在一种实施方式中，调整所述导盲车辆的方向与所述导航路线的方向一致可以包
括：
[0054]
获取所述导盲车辆的朝向与所述导航路线的方向之间的角度差值，若所述角度差值小于等于预设阈值，则判断所述导盲车辆的朝向与所述导航路线的方向一致；若所述角度差值大于所述预设阈值，则调整所述导盲车辆的朝向至与所述导航路线的方向一致。
[0055]
在一种实施方式中，根据所述大地坐标在所述安全等级最高区域内确定导盲路径包括：
[0056]
选取所述安全等级最高区域的中间位置的点，构建所述导盲路径。
[0057]
在一种实施方式中，该方法还包括：
[0058]
所述导盲车根据预设配置更新导盲路径，若新导盲路径与原导盲路径相交，则按照所述原导盲路径继续导盲，在交点更换为所述新导盲路径；若所述新导盲路径与所述原导盲路径不相交，则生成连接所述原导盲路径与所述新导盲路径的过渡路径，沿所述过渡路径到达所述新导盲路径，再沿所述新导盲路径导盲。
[0059]
在一种实施方式中，所述生成连接所述原导盲路径与所述新导盲路径的过渡路径包括：
[0060]
生成所述原导盲路径到所述新导盲路径的横向位移作为所述过渡路径。
[0061]
在一种实施方式中，根据预设的纵向距离m、所述原导盲路径到所述新导盲路径的横向距离s和导盲车前进速度v，结合下式计算所述过渡路径：
[0062][0063]
y＝vt
[0064][0065][0066]
其中，y表示t时刻所述导盲车的纵向位移，x表示t时刻所述导盲车的横向位移，x的最大值为所述原导盲路径到所述新导盲路径的横向距离s。
[0067]
下面通过具体示例说明本发明提供的基于导航系统的导盲车辆路径生成方法。
[0068]
图2示出该方法的应用环境示意图。图2中，a是盲人所在位置，b是盲人目的地，圆角矩形代表一般性非马路区域，黑色实线代表斑马线。
[0069]
图3示出通过导盲车上的导航系统确定的从当前位置前往目的地的导航路线。确定导航路线后，导盲车通过摄像头扫描以自身为圆心，l为半径的范围，将获取到的图像经识别后进行语义分割，并分类。图4示出导盲车扫描的区域和语音分割的结果。如图4所示，其中包括可通行区域和不可通行区域，可通行区域又按照安全等级由高到低分为盲道、人行道、一般道路和斑马线道路四种。其中，一般道路指的是非机动车道又非盲道、人行道和斑马线道路的其它可以步行通过的道路。
[0070]
容易理解，导盲车的摄像头可以仅扫描其前行方向上的图像。此时，需要确定导盲车的方向正确。如图4所示，n箭头代表正北方向，e代表正东。从正北方向顺时针旋转到与车辆朝向重合的角度即为车辆朝向，该方向可由定位系统例如gps直接获取。导航路线的朝向
计算方法同理，导航路线上当前点到下一个点的矢量方向即为此时导航路线的指导方向，该方向也可以由导航系统直接获取。设定一个朝向阈值θ，若导航路线的指导方向与车辆朝向的差的绝对值小于等于θ，则认为两方向一致，此时导盲车朝向正确；若两方向差值大于θ，则导盲车需要调整方向与导航路线方向一致。
[0071]
确定指引导盲车前进的导盲路线包括：
[0072]
如图4所示，经过语义分割后的不同可通行区域之间会有明显的边界。在语义分割图中，导盲车四个顶点的大地坐标已知，则设导盲车的某个顶点坐标为(x,y)，其在语义分割图中对应的像素坐标为(m,n)，任选三个顶点，可以通过下式建立大地坐标与像素坐标的对应关系，得到大地坐标与像素坐标之间的转化矩阵：
[0073][0074]
解得转换矩阵后可以通过像素得到区域边界的确切坐标。选取最高安全等级区域，例如图4中的盲道，在该区域的中间位置选取适量的点，拟合成三次多项式后作为导盲路径。
[0075]
导盲路径生成方式具体如下：
[0076]
首先从最高安全等级区域的两条边界各选一组点[a1,a2,,,an],[b1,b1,,,bn]其中两组点数量相等，且组内相邻两点间距离相等。将两组点对应起来两两链接取中点得到点列表[p1,p2,,,pn]。
[0077]
设多项式为f(x)＝a0 a1x a
2 x2 a
3 x3，则根据最小二乘法得法方程组为
[0078][0079]
上述方程组中m为方程阶数等于3，n为元素个数即点列表的点数，x,y为点p的横纵坐标，解得a0,a1,a2,a3，则得到三次多项式的表达式，以其轨迹作为导盲路径。
[0080]
其中，导盲车可以实时更新导盲路径，也可以根据其扫描半径设置合适的扫描周期，例如每行驶距离l/2更新一次导盲路径，也可以设置为根据时间周期更新导盲路径，具体可以根据实际需要灵活设置。
[0081]
更新导盲路径后，若新导盲路径与原导盲路径相交，则按照原导盲路径继续导盲，在交点更换为新导盲路径；若新导盲路径与原导盲路径不相交，则生成连接原导盲路径与新导盲路径的过渡路径，沿过渡路径到达新导盲路径，再沿新导盲路径导盲。例如，生成原导盲路径到新导盲路径的横向位移作为过渡路径。
[0082]
下面对本发明实施例所提供的导盲车辆路径生成方法的特定应用场景进行说明。
[0083]
(一)避障
[0084]
如图5所示，箭头代表导盲路线，黑点代表障碍物。现检测到前进方向上有障碍物，需指引盲人进行避让。预设一个安全避让距离m，指在一般下为保证盲人安全，允许盲人与障碍物相距的最近距离。在语义环境中，沿障碍物边缘延伸m，将此区域定义为避障区域。可
以设置导盲路线不得与此区域相交。然后计算导盲车与避障区域的最远横向距离s，即为需要偏移的避障距离。为保证导盲路线的连续与平滑，导盲车指引盲人在行进中避障。
[0085]
假设盲人前进速度为v，避障路径上点的坐标为(x,y)，x为横向位移，y为纵向位移，则
[0086][0087]
y＝vt
[0088][0089][0090]
且可以进一步限制x的最大值为s，即导盲车与避障区域的最远横向距离。基于x和y的值得到避障路线。
[0091]
(二)生成过渡路径
[0092]
当前可通行区域同方向上有更高级的可通行区域与之相邻，且高级区域内无障碍物时，指引盲人往高级可通行区域内换道。
[0093]
此时，过渡路径的生成可以参考上述避障方式，预设纵向距离m，当前路线到更高级的可通行区域的中心的横向距离s，盲人前进速度为v，避障路径上点的坐标为(x,y)，x为横向位移，y为纵向位移，则
[0094][0095]
y＝vt
[0096][0097][0098]
x的最大值为s。基于x和y的值得到过渡路径。
[0099]
(三)路口
[0100]
结合图3所示，盲人跟随导航路线时经过路口，此时环境情况发生了变化。图6示出路口对应的语义分割图，其中，箭头代表空心箭头导盲路线，黑色箭头代表导航路线，圆弧代表扫描范围，此时的情况可以归纳为，行进方向正确，可通行区域发生变更。
[0101]
可通行区域变更分为两种，一种是导盲路径从高级区域前往低级区域，另一种是导盲路径从低级区域前往高级区域。
[0102]
当可通行区域发生变更时，首先在新的区域计算该区域的路径，然后判断两条路径是否会相交，若相交则按照当前路径继续导盲，到交点出更换为新的路径。若不相交，则生成连接原导盲路径与新导盲路径的过渡路径，沿过渡路径到达新导盲路径，再沿新导盲路径导盲。
[0103]
另外，当导盲车对图像进行判断，确定当前环境为路口时，也可以不经过计算，通过下述方式直接确定导盲路径：
[0104]
由高级区域变更到低级区域，在保证导盲路径与导航路径方向一致的情况下，按现有的导盲路径方向，对导盲路径做延长处理；
[0105]
由低级区域变更到高级区域，取高级区域的中点与当前导盲车位置的连线作为导盲路径。
[0106]
(四)转向
[0107]
结合图3所示，盲人跟随导航路线时需要转向。图7示出转向时的语义分割图，其中实心箭头代表导航路线，空心箭头代表导盲路径，圆弧代表扫描范围。根据导航路线指导，需要在这个路口完成转弯。
[0108]
此时，既可以直接更新导盲路径，新导盲路径与原导盲路径必然有交点，当导航到达路径交点后，切换到新路径即可。
[0109]
还可以用如下方式确定导盲路径：首先在搜索范围内选取与转向后方向一致的可通行区域；然后按优先级从高到低依次检索，是否与当前导盲路径所在区域相接，若相接则确定该可通行区域为之后的盲人行走区域，选取该可通行区域内的点生成导盲路径。
[0110]
基于与上述任一实施例中的方法相同的技术构思，本发明实施例还提供一种基于导航系统的导盲车辆路径生成装置，如图8所示，该装置包括：
[0111]
导航模块81，用于确定从当前位置前往目的地的导航路线；
[0112]
扫描模块82，用于扫描所述导航路线内的区域，识别获取到的图像并进行语义分割，划分所述图像中的可通行区域和不可通行区域；其中所述可通行区域按照安全等级由高到低包括盲道区域、人行道区域和其它道路区域；
[0113]
处理模块83，用于根据所述导盲车辆的大地坐标与所述导盲车辆在所述图像中的像素坐标之间的关系，建立所述大地坐标与所述图像中的像素坐标之间的转换关系；根据所述转换关系，确定所述图像中安全等级最高区域的边界的大地坐标，根据所述大地坐标在所述安全等级最高区域内确定导盲路径。
[0114]
在一种实施方式中，所述导航模块81还用于：调整所述导盲车辆的方向与所述导航路线的方向一致。
[0115]
在一种实施方式中，所述处理模块83还用于：
[0116]
根据预设配置更新导盲路径，若新导盲路径与原导盲路径相交，则按照所述原导盲路径继续导盲，在交点更换为所述新导盲路径；若所述新导盲路径与所述原导盲路径不相交，则生成连接所述原导盲路径与所述新导盲路径的过渡路径，沿所述过渡路径到达所述新导盲路径，再沿所述新导盲路径导盲。
[0117]
本发明实施例中，通过导航系统得到从当前位置前往目的地的导航路线后，进一步通过扫描导航路线内的区域，划分可通行区域和不可通行区域，并在可通行区域内安全等级最高区域内确定导盲路径，从而能够指引盲人顺利出行。
[0118]
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。