盲人导行辅助系统中信息采集及优化研究

发布时间：2017-08-22 09:16

  本文关键词：盲人导行辅助系统中信息采集及优化研究

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【摘要】：盲人由于视觉感知能力的缺失，给他们日常生活与工作造成了极大的不便。为了实现盲人安全行走，各国学者提出了多种盲人导行辅助系统的设计方案，这些系统主要由信息采集与信息处理两部分构成。本课题针对信息采集部分（系统）中障碍物距离采集、障碍物图像信息采集与压缩、区域定位、语音提示、功耗控制等问题进行了研究，实现盲人行走时对周围环境信息的实时采集与处理。 本文分析总结了盲人导行技术的发展动态与现存盲人导行辅助系统的优缺点，针对传统信息采集系统的信息获取方式单一、体积庞大、不便于携带等问题，采用现有信息采集技术对其进行深入研究。本文主要研究了超声测距技术、图像采集技术、GPS技术、图像处理技术，提出了一种高性能的便携式信息采集系统设计方案。基于系统成本与性能的综合考虑，选用STM32F417微处理器作为控制核心，利用超声波传感器检测盲人与障碍物的距离，以此作为是否开启摄像头采集障碍物图像信息的依据，并定时通过GPS获取盲人的区域信息。这些信息经过压缩处理后进行本地存储与无线传输，与此同时，系统将同步接收信息处理中心对这些信息的处理结果，并以语音的形式反馈给盲人。 为了提高信息传输效率，基于STM32F417开发平台采用JPEG静态图像压缩算法对所采集的图像信息进行压缩处理。利用STM32F417强大的DSP、FPU资源，对算法的关键模块以及实现过程进行进一步优化处理。优化结果表明，编码器处理一幅240×320的RGB图像总耗时为76ms，压缩比例可达14:1。 为有效的控制系统功耗，采用了软硬件低功耗设计方案，并对各外设的工作方式进行了节能优化。节能工作方式：超声波测距频率设置为30次/min，测距误差小于2.68%；图像采集帧频为60帧/min；GPS定位系统每10分钟开启一次，定位精度小于10m；语音提示与压缩处理模块完成一次信息提示、一帧图像压缩后，系统关闭其控制时钟。优化结果表明，信息采集系统的最大功耗为454.56mW，因此，采用两块7400mAh的手机电池板能够满足系统长时间的供电需求。 本课题所研究的信息采集与压缩处理系统具有信息采集完整、实时性高、体积小、重量轻、功耗低等优势，便于盲人随身携带，为便携式盲人导行辅助系统的进一步智能化研究提供了有效的解决方案。
【关键词】：盲人导行 信息采集 无线定位 STM32F417 图像压缩 语音提示
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN919.8;R318.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-11
• 1.3 本文概述11-13
• 第二章 信息采集系统总体结构13-29
• 2.1 系统设计思想与性能分析13-14
• 2.2 信息采集整体系统结构14-16
• 2.3 系统主要模块设计16-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 信息采集系统设计29-55
• 3.1 STM32F417系统板设计29-35
• 3.2 图像采集模块软硬件设计35-39
• 3.3 超声波测距模块软硬件设计39-43
• 3.4 GPS定位模块软硬件设计43-47
• 3.5 SD存储卡软硬件设计47-50
• 3.6 语音模块软硬件设计50-54
• 3.7 本章小结54-55
• 第四章 基于STM32F4的JPEG压缩算法的实现与优化55-85
• 4.1 JPEG图像压缩系统模型与基本流程55-62
• 4.2 JPEG图像编码算法程序设计62-72
• 4.3 JPEG算法在STM32F417上的优化72-81
• 4.4 实验结果及分析81-84
• 4.5 本章小结84-85
• 第五章 系统的低功耗优化设计85-97
• 5.1 电路功耗分析85-86
• 5.2 系统低功耗设计原则86-88
• 5.3 信息采集系统低功耗设计方案88-94
• 5.4 系统的功耗分析与计算94-96
• 5.5 本章小结96-97
• 第六章 总结与展望97-98
• 参考文献98-104
• 攻读硕士学位期间发表的论文104-105
• 致谢105

【参考文献】

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本文编号：718291