盲人电视

盲人电视

关键词    盲人电视，盲人电脑，盲人电子书，(立体)盲人屏幕，

技术领域    盲人辅助设备电子及计算机产品制造

背景技术    60年代末期，美国已经可以将图像采集、信息提取和图像瞄准等技术应用在军事上， 使洲际导弹命中误差不超过1英尺。1979年1月29日访美，正式引进了卫星 图像数据处理技术和应用研究，至今已有30多年了。现在花5元钱就能买到一个功 能完备的摄像头。图像数据采集、图形图像处理、信息提取的书籍已经举不胜举。 感知部件在80年代初已经很流行，当时，中关村有几十家公司，应用不同感知部件 来生产各种保健医疗设备，只是他们没有把这些技术提高到一个新的高度来看待。 我只是把一些成熟的技术重新整理、整合，并赋予全新的意义而已。虽然没有使用 什么新技术，但在应用原理上，毕竟是中国人的创造。

目前，能够搜索到比较好的盲人辅助产品是盲人智能拐杖，盲人智能拐杖是一个很 好的发明，但仍然是被动性的盲人辅助产品。盲人电视能够给盲人提供一个主动性 地感知世界的平台，彻底的改变和提高了盲人的自身能力和生活质量。盲人电视能 够帮助盲人真正融入社会，并为社会做贡献。盲人电视能为盲人带来对未来的憧憬， 能给盲人带来难于言表的喜悦和幸福。

发明内容    盲人电视为盲人提供了感知外部世界的辅助性的眼睛。盲人电视通过对盲人所在环 境景物的图形图像信息的采集、处理、分析和提取，再通过感知部件‑‑‑盲人屏幕(后 面有说明)转递给盲人，使其能够感知身边的景物，可以达到盲人无需拐杖、既可 独立行走的目的。盲人利用盲人电视系统感知电视图像信息，或畅游互联网，用盲 人电视进行娱乐、学习和为社会做贡献。

盲人电视从功能上讲，叫做盲人电脑更贴切。但盲人电视是为盲人提供了辅助性的 眼睛。通过这个辅助性的眼睛，盲人可以用感知动态图形的方式来解读有距离的景 物。所以，称作盲人电视，更好理解。

盲人电视产品可以具备人性化、个性化、多样化，可以应用现有网络信息技术(包 括无线网，地理信息系统(电子地图是该系统的分支)，相关的数据库，信息处理、 提取、判断系统，提示警示功能等)。

具体实施    为了便于理解，这里尽量用白话来描述，尽量用身边的事来举例。首先，盲人头上 至少要带一个摄像头(或其他图像采集器件)，当盲人想了解什么地方时，就转头将 摄像头指向想要了解的地方，盲人电视通过摄像头(或其他图像采集器件)，对盲人 所要了解的地方进行摄像(图像数据采集)。采集的图像数据通过处理，提取主要的 信息，再通过感知部件，将图形图像信息传递给盲人。这里讲的感知部件，主要是 指盲人屏幕，对此请看后面的有关说明。

埃及盲孩子塔哈·侯赛因，经过艰苦的学习，获得了埃及第一所现代大学中的第一 个博士学位。1950年，他出任埃及教育部长，开创了世界教育史上的先例。

盲人书的原理：开始是用针从下向上将纸张刺出小孔，在纸张的上面形成凸起，由 突起的组合来组成盲人的文字。早年，我见过同学家盲人孩子用针刺抄书，很是感 人。后来技术发展了，人们用模具在纸张上冲压出向上的半圆形凸起。从上面看， 有点像人民币上的盲人识别点。这种凸起，也可以用凸字印刷的方式来完成(以前 没有凸字印刷技术)。这种没有破损的凸起，纸张不易损坏，对盲人的手还起到了保 护的作用。

计算机技术发展到今天，图形图像的采集和处理技术已经非常成熟，问题的焦点是 如何通过感知部件将图形图像信息转递给盲人。我们知道盲人可以看书，那么我们 做一个盲人能看的盲人电子书，问题不就解决了吗。

盲人电视需要一块能够提供给盲人用来抚摸阅读的盲人屏幕，用盲人屏幕来完成计 算机与人的交流。

盲人屏幕与普通计算机屏幕的共同点是，它们都是由像素点组成的屏幕。屏幕可以 是四边形，也可以根据盲人的实际需要，做成其他形状。盲人屏幕与普通计算机屏 幕的区别是，盲人屏幕不是用光点来完成显示，而是用实际可触摸的实物点显示方 式，提供给盲人阅读。

实物的点会根据摄像头(或其他图像采集器件)的移动和变化而变化。处理部分把 图像提取出来的主要信息，转换成线性图形。盲人屏幕上凸起的、实际可触摸的实 物点连成线，多条线组合成图形。我们可以将盲人屏幕上的线性图形，理解成实际 的小人书一样动画，或者理解成根据实际景物发生变化的移动版画。盲人通过盲人 屏幕上的图形来感知景物的形体。盲人还可以通过移动摄像头(或其他图像采集器 件)，从不同角度来感知景物的形状，达到立体感的理解程度，并积累经验。

盲人电视发明的核心，是通过感知部件进行人机交互。感知部件的重点是盲人屏幕。 盲人屏幕至少可以有四种显示形式，我们可以选择任意一种显示形式来制作盲人屏 幕。第一种显示形式是，用点的简单的凸起(或点的凹陷)来完成点的显示，这很 像盲人书。第二种显示形式是，用点的震动代替点的凸起来完成点的显示。而点的 震动又可以分为电磁振动、陶瓷震动或者可以用其他某种晶体震动来代替凸起完成 显示。第三种显示形式是点突起的程度(高度)。这是一种立体的显示方案，实际也 是一个独立的发明。第四种显示形式是，用点的电脉冲刺激代替点的突起来完成点 的显示。

比较这几种显示形式的优缺点，第一种点的突起显示形式和第二种点的震动显示形 式，符合盲人以往读书的习惯。特别是点的简单突起，是盲人感觉最舒适的一种显 示方式。

第三种点凸起程度不同的显示形式，可以描述立体图形，就像书店出售的立体中国 地图一样。把平面电视信息接到盲人电视上，盲人可以触摸到电视剧中人物的浮雕 效果。立体电视节目和盲人电视的放大功能，可以帮助盲人解读人物较为细致的立 体信息。

前面第一种和第二种显示形式，是很理想的显示形式。第三种显示形式本身，也是 比较安全的，也没有离开盲人阅读书籍的习惯，

第四种是点的电脉冲刺激完成显示的形式。用点的电脉冲刺激显示形式来制造盲人 屏幕的技术含量很低、结构简单、成本低、容易实现，还能做得很小、很轻、分辨 率很高。甚至可以做成柔软的盲人屏幕。在抚摸阅读这种盲人屏幕时，会略微有点 刺痛感，它的电流与保健用的导频仪器输出电流一致，原则上不会致死人命，但长 期使用对身体神经系统必然造成伤害，并因此产生新的疾病。发明人发明盲人电视 的初衷，是为了给盲人提供方便，不希望用伤害人的方式赚钱。希望有关管理部门， 对这种帮助与伤害并存的原理结构严加制止。

盲人电视在使用上有两种方式：1、盲人电视第一种使用方式是，让盲人用手来抚摸 阅读盲人屏幕，以此获得图形图像或文字信息。2、为了将盲人的手解放出来，盲人 电视的第二种使用方式是，将盲人电视放置在盲人身体的某个部位(如腹部上)，让 盲人身体自动感知图形。

当采用盲人身体某个部位感知景物图形的方式时，因身体的灵敏度比手的灵敏度要 低，选择像素点震动来显示线条的显示形式，相对较为实用。盲人的具体条件不同， 为了提高盲人的识别程度，显示线条可以选择所有线条一起震动，也可以选择线条 移动震动。线条移动震动就是对感知能力有限的盲人，可以让震动点顺着线条移动， 以此提高盲人的感知效果。线条移动震动的整体感知时间会延长，随着训练和使用 时间的延长，盲人感知能力会逐步提高。有盲人教育部长做典范，给予了发明人足 够的信心。

技术说明

一、有关信息采集技术方面的说明

让盲人感知景物图像，可以采用一个摄像头。这种结构虽然简单，但信息量有局限。 针对采集的这种数据，可以采用浮雕算法(数据错位法)、卷积算法、梯度算法、主 成份算法、直线和椭圆线提取算法。采用这些算法获得的图形数据，不是很满意， 但也能满足使用者的基本需求。信息采集的局限，可以用移动摄像头，来增加信息 量，从而增加判断能力。这样会延长感知时间，虽然不是很理想，可也能满足盲人 对感知的基本需要。盲人可以自己选择单一的计算和自定组合运算。设计人员可以 将比较好的计算组合，做成一键选择，方便盲人选择使用。

如果采用两个摄像头，盲人感知景物图像会轻松得多。两个摄像头，可以方便地提 取立体数据，效果比一个摄像头自然要好很多，采用两个摄像头可以轻松的满足盲 人对移动及简单判断的需求。用两幅图像数据，手动或自动提取立体数据，这在上 世纪的国家测绘局，应用已经非常普遍了。这是相似的判断与匹配和三角形的变换 与测量的算法。

如果想得到更准确的距离数据，可以用微波测距或超声波测距技术。这些技术在汽 车测速和身高测量等应用普遍可见。声纳测距和激光测距也是百姓耳熟能详的技术。 有了测距技术的使用，盲人迈上每一级台阶，盲人电视都可以用声音告知，脚需要 抬起多高。

如果还想更进一步探测景物物体的性质，可以利用对光谱的分段来进行景物的分类。 这种技术在中国的应用也有好几十年了。比如，利用光谱不同波段(包括可见光、近 红外、中红外、远红外、雷达等)的单波段，或波段组合计算，可以获得水线和水深 数据、可以区分是否是金属物质，可以区分物质的大体性质、可以获得土地的水分 和松散程度、可以容易地获得植被、矿物等的范围，比如区分前面是一棵树、还是 水泥电线杆子，以及亩产、品位等信息。如果要求很高，还可以采用细分波段。这 对盲人来说，技术已经远远地超越了要求。这一部分在百度上收索“RS基础知识”， 即可得到满意的解释。

二、对运算部件和计算部分的说明

目前的计算机硬件技术日新月异，主机硬件部分可以做得很小，很轻巧。在计算上 也没有什么特别的。盲人电视所需的软件硬件的设计和制造，对专业人员来说，没 有技术难度。在中关村的一些公司表示：“除盲人屏幕需要磨具和工装以外，其他软 硬件部分，一会功夫就能搭出来。如果批量生产，需要重新对软硬件进行设计。现 在的硬件一般是使用专用集成电路和多层电路板，一些电容电阻是在电路板上实现 的(没有实际元件)。干扰问题也是必须要处理的。实验必须要在批量下进行，不然 出来的东西不可靠。电路部分很小，装上去是拆不下来的。从设计、烤机到批量生 产是需要时间的。设计制造出精巧的盲人电视产品不难，真想做出好产品，关键问 题是资金实力”。

三、对感知部件‑‑‑盲人屏幕的说明

我们用电磁力来完成凸起比较容易，就像继电器的触点吸合与断开。在这里，通常 继电器会是不给电流就凸起，给了电流才不凸起。我们需要的常规状态是不凸起， 为了节能，我们有意地在可动部分增加一个有极性的弱磁场，在无需维持电流的情 况下，可以获得两种稳定的状态。如果在可动部分加上一个纯粹的磁极，可以做到 不给电流不凸起。这种方法不属于继电器原理，而是电磁与永磁的悬浮原理。 近来，我走访了在中关村的一些公司，用振动或简单突起来显示图像的单个像素点， 现有普通磁力元件产品，已经可以做到0.42毫米直径以下。这个数据按0.5毫米计 算，即使是作为身体部位的感知部件(盲人屏幕)，按放置在成人腹部上的考虑，至 少可以做到VGA(720*480)的像素显示水平(实际采用640*320比较合适)，完全可 以满足应用要求。

大约在1976年前后，二七厂附近有个铁道通讯工厂，工厂里有一个陶瓷振荡器车间。 我记得工厂的总工程师告诉我，他们有300赫兹左右的产品。总工程师说他们还能 做更低频率的产品。那个工厂现在没有了，北京元件七厂不生产陶瓷元件也有17年 了。在北京市不到生产陶瓷震荡元件的工厂，我正在联系外地的工厂。300赫兹， 人的手是很敏感的。我记得2100赫兹，手也很敏感。用低频陶瓷振荡器组成点震荡 显示盲人屏幕，显示点可以做得很小。当然太小了也不实用。至于其他晶体振荡器， 能否做到满足这样低的低频要求，需要进一步的了解。我们一直在想办法缩小产品， 目的是便于携带。实际上盲人电视也可以搞大屏幕。随着技术的进步，还可能做成 可弯曲的屏幕。

为了能够让盲人根据自己的喜好，有足够的体会时间，盲人屏幕可以调整显示速度， 也可以静止画面。还可以利用变焦功能，放大远处的景物。

对第三种显示方式，既立体盲人屏幕来说，盲人屏幕像素的突起长度，是一个可变 化的量。航空模型油门的控制、计算机硬盘的磁头给进，都是一个数据量变化的实 例(这里考虑的是数模转换的D/A概念)。当然，这样的控制件，现在的制造水平还 不可能做到0.5毫米直径以下。那么这样的问题该如何解决呢？

开车的人一般都知道汽车的合风和巡航的油门拉线，不开车的人也知道自行车的刹 车拉线。也就是说，我们可以将刹车拉线进行设计改进，并集中起来，集成一个立 体盲人屏幕。至于后边的长度给进部分做的大一些。并不妨碍前面立体盲人屏幕显 示立体的效果。这样做只是总的体积大了一点，立体盲人屏幕的立体显示问题却解 决了。因为拉线结构比较简单，屏幕的分辨率还可以做的更高一点，体积大的部分 只是在后面的驱动部分。

这里面有一个需要注意的问题，盲人立体屏幕的平面要求必须稳定平滑。一般刹车 的拉线，是由中间拉线和导向绕线组成的，中间拉线的直径和导向绕线的外径差别 很大，我们必须将中间拉线靠近屏幕显示的部分进行加粗，我们看到的屏幕都是矩 形的，从而，这种加粗的不是圆形，而是正方形的。正方形的边长需要略小于导向 绕线最外直径。正方形的边长大于或完全等于导向绕线最外直径会出现被卡住的现 象。正方形的边长过分小于导向绕线最外直径，就会出现显示点晃动，不稳定。立 体显示部分需要被框在一个范围，形成屏幕。导向绕线靠近显示的部分，必须固定 在框架的非显示部分。这样一个利用拉线原理的立体显示机构(屏幕)就完成了。 根据目前市场上现有的实际产品，控制拉线长度控制件的外形尺寸，相对较大，需 要通过延长拉线来争取空间。控制拉线长度的控制件外形尺寸越大，拉线长度就需 要越长。控制拉线长度的控制件外形尺寸越小，拉线长度需要也越短，总体积也就 会越小。显示立体效果的盲人屏幕，初期产品的尺寸和重量都不可能便于携带，价 格也会非常高，产品本身也不是必需的，属于高端产品，不是重点产品。随着技术 的不断改进，这种产品也会逐步小到应有的尺寸。用于立体效果显示的盲人屏幕， 主要是在住处内使用，面积可以做的大一点，大小以适用为好。

很可能采用机械步进结构，能生产出体积较小的立体盲人屏幕。这个问题以后若有 精力再研究吧。

拉线结构的立体盲人屏幕，显示像素点的尺寸可以做得比较小，考虑盲人抚摸阅读 的舒适性和安全性，像素尺寸不应该做得太小，不应该片面追求提高显示分辨率。

显示立体效果时也不应该过快，显示长度也要加以限制。为防止对盲人造成伤害， 需要与残疾人协会以及相关部门共同制定一个安全限制标准。

有关盲人屏幕整体的驱动，可以使用黑白的VGA驱动器件。需要注意的是降低时钟 来匹配显示速度。更细致的部分，需要具体设计人员来处理。

四、盲人网站与声音告知部分的说明

设置一个盲人专用网站，盲人电视(电脑)开机就直接连接到盲人网站。在浏览其 它网站时，可以简便地回到盲人网站。将盲人常用信息放到盲人网站容易收索的位 置，特别是医、食、住、行等方面的信息，要放到最顶端。当前位置离家有多远， 需要多长时间回去等常用信息，要放到容易获得的位置。启用声音识别功能，便于 盲人与计算机交流。能用声音告知的，尽量用声音告知。对所看到的景物，能判断 的，应该用声音告知判断可能是什么。

高等级产品，当手摸到哪一条线的时候，盲人电视可以用声音告知这条线的性质。 比如说这是一棵树、这是湖水、这是水泥楼梯、这是人行道等等。由于技术发展的 限制，成本和体积都决定了近期的普及产品，不可能有这样的功能。未来的产品， 还会有动态图形识别库，以通过形状的变化，识别动物或物体。

五、主要功能以外的功能的说明

盲人电视可以连接互联网，并且应该与各种公用无线互联网无缝连接。相关接入企 业，应该给盲人提供方便和减免费用。应该免费提供位置信息(类似GPS的功能)。 盲人电视可以(应该)有一个唯一的识别码。盲人电视的识别码有助于判断盲人的 身份，有助于了解盲人身体健康状况方面的信息、家庭住址以及家庭成员的联系方 式等。这个识别码可以是(或默认)身份证编码或电话号码。拨打盲人的电话号码， 可以直接连到盲人电视上。盲人如果有疾病，按一个快捷键，即可连接其亲属和盲 人网站专业服务救援人员。家属和救援人员通过位置信息，可以随时掌握盲人的具 体位置。

盲人网站可以吸收社会各界对盲人电视的改进意见，更好的为盲人及社会服务。

六、产品分配问题的说明

盲人电视的运作，应该采用投资、设计、生产与分配的形式。资金的来源，应该是 慈善家的捐款。参与产品生产全过程的各家企业、公司，利润都不应该超过10％。产 品的分配方式，应该是以残疾人协会有组织的发放。有钱的盲人家庭，可以定制非 标高端产品。但是，必须在残疾人协会登记，以及对产品进行备案的条件下进行。 坚决杜绝对残疾人牟取暴利。

深远意义    盲人电视是为了帮助盲人而发明的，但他揭示了机器人识别技术研究发展的方向， 是100年也做不完的研究开发项目。

七、

附图说明    无附图。