[go: up one dir, main page]

RU2053746C1 - Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people - Google Patents

Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people Download PDF

Info

Publication number
RU2053746C1
RU2053746C1 RU93056911A RU93056911A RU2053746C1 RU 2053746 C1 RU2053746 C1 RU 2053746C1 RU 93056911 A RU93056911 A RU 93056911A RU 93056911 A RU93056911 A RU 93056911A RU 2053746 C1 RU2053746 C1 RU 2053746C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
frequency
signals
vision
spatial information
Prior art date
Application number
RU93056911A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93056911A (en
Inventor
Вячеслав Алексеевич Сапрыкин
Алексей Иванович Яковлев
Михаил Васильевич Алексеев
Роман Владимирович Резников
Андрей Иванович Сиренко
Original Assignee
Вячеслав Алексеевич Сапрыкин
Алексей Иванович Яковлев
Михаил Васильевич Алексеев
Роман Владимирович Резников
Андрей Иванович Сиренко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Алексеевич Сапрыкин, Алексей Иванович Яковлев, Михаил Васильевич Алексеев, Роман Владимирович Резников, Андрей Иванович Сиренко filed Critical Вячеслав Алексеевич Сапрыкин
Priority to RU93056911A priority Critical patent/RU2053746C1/en
Publication of RU93056911A publication Critical patent/RU93056911A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2053746C1 publication Critical patent/RU2053746C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves using complex probing signal. Adjusted filtration response is close in this case to pulse- response characteristic of the scattering object. To bring the frequency and time signal ranges in correspondence with audio-analyzer, transformation is carried out in each channel to extend in time the adjusted filtration response. The set of signals being percepted by a vision invalid person, the state of the surrounding situation becomes observable acoustically. EFFECT: enhanced effectiveness in helping blind and invalid persons. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение касается создания приборов ориентирования слепых в окружающем пространстве. The invention relates to the creation of orientation devices for the blind in the environment.

Известны технические системы и приборы, предназначенные для инвалидов по зрению, позволяющие им ориентироваться в окружающей обстановке: устройство для ориентирования людей с ослабленным зрением; предназначенный для слепых преобразователь зрительного сигнала в звуковой; система для указания пути слепым; проводник для слепого с переводом визуальных данных в тактильные и слуховые ощущения; устройство для оценки возможностей аппарата для помощи слепым в ходьбе. Known technical systems and devices designed for the visually impaired, allowing them to navigate in the environment: a device for orienting people with impaired vision; intended for the blind converter of the visual signal into sound; system for showing the way to the blind; a guide for the blind with the translation of visual data into tactile and auditory sensations; a device for assessing the capabilities of the apparatus for assisting the blind in walking.

В устройстве для помощи слепым при ходьбе излучается ультразвуковой сигнал. Прием осуществляется на пять ультразвуковых приемников и фазовый детектор. Если разность фаз лежит в пределах заданной области, определяется, что препятствие находится в границах некоторого телесного угла, соответствующего указанному известному сдвигу фаз. An ultrasound signal is emitted from the device for assisting the blind while walking. Reception is carried out on five ultrasonic receivers and a phase detector. If the phase difference lies within a given region, it is determined that the obstacle is within the boundaries of a solid angle corresponding to the specified known phase shift.

Измерение расстояния до объекта, как правило, сводится к оценке времени задержки экс-сигнала. Примером таких решений может служить способ и аппарат для оказания помощи в ориентировании слепым и людям с пониженным зрением. Аппарат выполнен как прибор для измерения расстояний с помощью определения времени прохождения ультразвукового экс-импульса. Данные о расстоянии преобразуют в акустически воспринимаемый звук определенной частоты. Measuring the distance to the object, as a rule, comes down to estimating the delay time of the ex-signal. An example of such decisions is a method and apparatus for assisting in orienting the blind and people with low vision. The device is designed as a device for measuring distances by determining the transit time of an ultrasonic ex-pulse. Distance data is converted to acoustically perceived sound of a certain frequency.

Часть устройство представляет собой стационарные системы, например устройство для ведения слепых в городе. Оно позволяет слепым и плоховидящим перемещаться по определенному маршруту без помощи проводника. Состоит из кабеля или волокна, проложенного в грунте и передающего модулированных звуковой сигнал, принимаемый детектором в трости и передаваемый на приемник для сигнализации о любой опасности. Part of the device is a stationary system, for example, a device for guiding the blind in the city. It allows the blind and visually impaired to move along a specific route without the help of a guide. It consists of a cable or fiber laid in the ground and transmitting a modulated sound signal received by the detector in canes and transmitted to the receiver to signal any danger.

В настоящее время выделяют три направления развития технических систем визуализации окружающего пространства в помощь слепым. Currently, there are three areas of development of technical systems for visualizing the surrounding space to help the blind.

К первому направлению относятся индикаторы свободного пути. Они наиболее просты и несут информацию только о наличии препятствия на пути следования слепого. Приборы используют узкий пучок акустической энергии и могут иметь форму карманного фонаря. Представление информации производится в звуковой или тактильной форме. В описании [9] представлен индикатор пути следования, работающий на ИК-излучении. С целью повышения безопасности передвижения в устройство введены блоки, позволяющие прибору реагировать не только на изменение уровня поверхности, но и ее состава. Поскольку отражение от различных поверхностей ИК-излучения неодинаково, человек может обнаруживать препятствия, например, бордюры. The first direction includes indicators of the free path. They are the simplest and carry information only about the presence of an obstacle in the path of the blind. Devices use a narrow beam of acoustic energy and can take the form of a flashlight. Presentation of information is made in a sound or tactile form. In the description [9], an indicator of the path running on infrared radiation is presented. In order to increase the safety of movement, blocks were introduced into the device that allow the device to respond not only to changes in the surface level, but also its composition. Since the reflection from different surfaces of infrared radiation is not the same, a person can detect obstacles, such as borders.

Примером промышленных образцов подобного типа могут служить следующие приборы:
Sonic Pathfinder разработан TONY HEYES из центра мобильности в Ноттенгеме (Великобритания) в 1987 г. Ультразвуковое излучение. Акустическое восприятие. Встроенный в прибор микропроцессор анализирует информацию и "решает", какая и в какой момент будет полеана для пользователя, выбирает ее элементы, существенные при определении степени опасности. Основное время прибор "молчит", давая возможность активно использовать для ориентирования слух и не загружая мозг излишней информацией. Сигнал подается за две секунды до потенциального столкновения с препятствием. При этом микропроцессор учитывает и скорость движения незрячего. Крепится на голове так, что руки свободны.
The following devices can serve as an example of industrial designs of this type:
Sonic Pathfinder was developed by TONY HEYES from the Mobility Center in Nottenham (UK) in 1987. Ultrasonic radiation. Acoustic perception. The microprocessor built into the device analyzes the information and “decides” which and at what moment will be cleared for the user, selects its elements that are essential in determining the degree of danger. Most of the time, the device is "silent", making it possible to actively use hearing for orientation and not loading the brain with unnecessary information. The signal is given two seconds before a potential collision with an obstacle. In this case, the microprocessor also takes into account the speed of the blind. Mounted on the head so that the hands are free.

Vybraduks. Выпускается в ФРГ фирмой Frits Huttingel Elektronic. В основе прибора ультразвуковой радар с импульсами частотой 40 кГц. Размеры устройства 19-5-9 см, вес 190 г. Диапазон измеряемых расстояний до препятствий 0,9-9 м. Питания хватает на 15 ч. Vybraduks. Produced in Germany by the company Frits Huttingel Elektronic. The device is based on an ultrasonic radar with pulses of a frequency of 40 kHz. The dimensions of the device are 19-5-9 cm, weight 190 g. The range of measured distances to obstacles is 0.9-9 m. Power is enough for 15 hours.

Второе направление предполагает использование слуха в максимальных пределах его возможностей для восприятия окружающей обстановки. Приборы позволяют осуществить локализацию объекта, получить информацию о направлении и расстоянии. В устройствах такого типа возможно лоцировать несколько объектов одновременно, причем звуковой сигнал несет в себе некоторую информацию о природе объекта. Для обеспечения широкого поля зрения используется бинауральное восприятие. К подобным устройствам можно отнести средство ориентации для слепых. Устройство содержит излучатель, посылающий измерительный луч, отражаемый препятствием, поступающий к приемнику и преобразуемый в акустические сигналы. Излучатель и приемник помещены в прибор, носимый на теле слепого. Измерительный луч представляет собой ИК-излучение, которое направляется в виде тонкого пучка на локализуемый объект. После локализации объекта происходит сканирование контуров объектов ИK-лучом. Отраженный луч преобразуется приемником в акустические сигналы. The second direction involves the use of hearing to the maximum extent possible for perception of the environment. Devices allow to localize the object, to obtain information about the direction and distance. In devices of this type, it is possible to locate several objects at the same time, and the sound signal carries some information about the nature of the object. To ensure a wide field of view, binaural perception is used. Such devices include a means of orientation for the blind. The device comprises an emitter sending a measuring beam, reflected by an obstacle, supplied to the receiver and converted into acoustic signals. The emitter and receiver are placed in a device worn on the body of a blind person. The measuring beam is infrared radiation, which is sent in the form of a thin beam to a localized object. After the object is localized, the object contours are scanned with an IR beam. The reflected beam is converted by the receiver into acoustic signals.

Примером действующего прибора может служить Siemens spectacles (Hanelt. BRO). Разработчик фирма СИМНЕНС (инженер Колани). Производится ультразвуковое излучение двумя трансдукерами. Винауральный прием. Излучатель и приемник расположены в очковой оправе. Вес всей электроники 200 г. Удаленность объекта (2,1-8,4 м) определяется по высоте тона (чем ближе, тем выше), а направление по стереоэффекту. На расстоянии 2 м ширина поля 80 см. An example of an operating device is Siemens spectacles (Hanelt. BRO). Developer company SYMNENS (engineer Kolani). Ultrasonic radiation is produced by two transducers. Vinaural reception. The emitter and receiver are located in a spectacle frame. The weight of all the electronics is 200 g. The remoteness of an object (2.1-8.4 m) is determined by the pitch (the closer, the higher), and the direction according to the stereo effect. At a distance of 2 m, the field width is 80 cm.

Третье направление характеризуется попыткой моделировать зрение восприятием фронтальных образов окружающей среды с помощью тактильных стимуляторов на теле или даже электродов, вживленных в мозг. Примером является Laser Cane (Nurion. USA). Инфракрасное излучение (3 излучателя). Акустическое восприятие через наушники и одновременно через вибраторы под указательным пальцем. В отличии от большинства приборов электронного ориентирования предусмотрено использование сразу трех пар излучателей- приемников. Они расположены в разных по высоте частях трости и "наблюдают" за соответствующими группами объектов: верхние защищают голову, средние информируют о стандартных препятствиях, а нижняя пара излучатель-приемник имеет особенность. Определяемый ею звуковой тон возникает не при появлении объекта в поле отражения, а наоборот, при его отсутствии. Эти элементы аппарата служат для реакции на понижение поверхности перед ногами и сообщают о ступенях вниз, ямах, крае платформы и других опасностях этого рода. Лазерные тифлотрости разрабатываются в США, начиная с середины 60-х годов, и сейчас достаточно широко используются. Ограничения налагаются ценами, достигающими нескольких тысяч долларов. The third direction is characterized by an attempt to model vision with the perception of frontal images of the environment using tactile stimulators on the body or even electrodes implanted in the brain. An example is Laser Cane (Nurion. USA). Infrared radiation (3 emitters). Acoustic perception through headphones and simultaneously through vibrators under the index finger. In contrast to the majority of electronic orienteering devices, the use of three pairs of emitter-receivers is envisaged at once. They are located in different parts of the reed in height and “observe” the corresponding groups of objects: the upper ones protect the head, the middle ones inform about standard obstacles, and the lower pair of emitter-receiver has a feature. The sound tone determined by it does not occur when an object appears in the reflection field, but rather, if it does not exist. These elements of the apparatus serve to respond to lowering the surface in front of the legs and report steps down, holes, the edge of the platform and other dangers of this kind. Laser typhoid scans have been developed in the USA since the mid-60s and are now widely used. Restrictions are imposed by prices reaching several thousand dollars.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ представления пространственной информации, реализованный в приборе Sonic guide (Worshald. New Zeland), разработанный Leslie KAY, деканом факультета электротехники университета в Kanterbury (Новая Зеландия). Closest to the technical nature of the present invention is a method of representing spatial information, implemented in the Sonic guide device (Worshald. New Zeland), developed by Leslie KAY, dean of the Faculty of Electrical Engineering at the University of Kanterbury (New Zealand).

Принцип работы прибора следующий. Используется ультразвуковой излучатель. Стереофоническое восприятие на два наушника. Многоэлементный звуковой дисплей. Излучатель и два приемника сконструированы в очковой оправе. Электроника и аккумуляторное питание находится в коробочке, которую можно поместить в карман. Питания хватает на 5 ч. The principle of operation of the device is as follows. An ultrasonic emitter is used. Stereophonic perception on two earphones. Multi-element sound display. The emitter and two receivers are designed in spectacle frames. Electronics and battery power are in a box that you can put in your pocket. Food is enough for 5 hours.

Прибор обеспечивает получение информации о расстоянии до объекта (чем он дальше, тем звук выше), а также, в известных пределах, о его форме, размерах и фактуре. Таким образом, прибор представляет уже не простой индикатор препятствия, а в определенной степени анализатор среды со многими важными характеристиками. Однако, чем богаче выдается информация, тем больше нагрузка на пользователя. Необходимо перерабатывать достаточно сложную звуковую картину с привлечением таких переменных, как громкость, высота звука, тембровые характеристики. The device provides information about the distance to the object (the farther it is, the higher the sound), as well as, within certain limits, about its shape, size and texture. Thus, the device is no longer a simple indicator of an obstacle, but to a certain extent an environmental analyzer with many important characteristics. However, the richer the information is issued, the greater the load on the user. It is necessary to process a rather complex sound picture involving variables such as volume, pitch, timbre characteristics.

Для успешной интерпретации выдаваемых прибором сообщений требуется долгий процесс обучения. Курсы по освоению аппарата в ФРГ длятся около месяца. Цена более 3000 долларов. Successful interpretation of messages generated by the device requires a long learning process. Courses on the development of the apparatus in Germany last about a month. Price over 3,000 dollars.

Основные технические характеристики прибора приведены в таблице. The main technical characteristics of the device are given in the table.

На фиг.1 показана структурная схема прибора. Figure 1 shows the structural diagram of the device.

Сущность способа представления акустической информации, положенного в основу рассмотренного прибора состоит в следующем. А среду излучается ультразвуковой сигнал с линейной ЧМ, с частотным диапазоном примерно в октаву. The essence of the method of presenting acoustic information, the basis of the considered device is as follows. And the medium emits an ultrasonic signal with a linear FM, with a frequency range of about an octave.

Производят бинауральный прием экс-сигналов на два ультразвуковых приемника. Полученные сигналы перемножаются с опорным сигналом для получения сигнала биения. Осуществляют низкочастотную фильтрацию процесса. После усиления сигналы поступают на головные телефоны для восприятия слуховой системой человека. Расстояние до объекта представляется частотой слышимого сигнала, а направление на объект интерауральной разностью амплитуд сигналов, попадающих на оба уха. Недостаток рассмотренного способа состоит в следующем. Частота излучения зондирующего сигнала лежит в пределах 40-120 кГц. Нижняя граница диапазона определяется необходимой разрешающей способностью. Исследования животных, например летучих мышей, также показывает, что диапазон их излучения составляет 30-70 кГц, а область наибольшей интенсивности 40-50 кГц. От животных звук исходит не непрерывно, а в виде дискретных импульсов, длительность каждого из которых 1-5 мс. Binaural ex-signals are received at two ultrasonic receivers. The received signals are multiplied with a reference signal to obtain a beat signal. Carry out low-pass filtering of the process. After amplification, the signals are sent to the head phones for perception by the human auditory system. The distance to the object is represented by the frequency of the audible signal, and the direction to the object is the interaural difference in the amplitudes of the signals falling on both ears. The disadvantage of the considered method is as follows. The radiation frequency of the probe signal is in the range of 40-120 kHz. The lower limit of the range is determined by the required resolution. Studies of animals, such as bats, also show that their radiation range is 30-70 kHz, and the area of greatest intensity is 40-50 kHz. Sound does not emit from animals continuously, but in the form of discrete pulses, each of which lasts 1-5 ms.

В то же время, область наилучшей слышимости человеческого уха лежит в пределах 250-4000 Гц. Поэтому для подачи экс-сигналов на слуховой анализатор человека (САЧ) их частоту следует существенно понизить. Для уменьшения частоты осуществляют операцию действительной демодуляции (детектирования), заключающуюся в перемножении исходного сигнала и гаpмонического высокочастотного колебания. At the same time, the area of the best audibility of the human ear lies in the range of 250-4000 Hz. Therefore, to supply ex-signals to the human auditory analyzer (HAS), their frequency should be significantly reduced. To reduce the frequency, an actual demodulation (detection) operation is performed, which consists in multiplying the original signal and the harmonic high-frequency oscillation.

Однако спектральная плотность мощности, полученная в результате этой операции, оказывается в общем случае искаженной копией спектра сигнала. However, the power spectral density obtained as a result of this operation is, in the general case, a distorted copy of the signal spectrum.

В рассмотренном методе производится перемножение экс-сигнала S(t) и эталонного ЛЧМ-сигнала So(t). Выделяемое в результате низкочастотной фильтрации колебание биения частот имеет (1/3) ·cos(ωoτ+μtτ+μ+τ2/2), где τ задержка экс-сигнала. Поскольку мгновенная частота сигнала определяется
f(t)

Figure 00000001
Figure 00000002
μτ где Φ фаза сигнала, сигнал биения несет информацию главным образом о дистанции D до объекта, поскольку τ 2D/c.In the considered method, the ex-signal S (t) and the reference LFM signal So (t) are multiplied. Generated as a result of low-pass filtering heartbeat fluctuation frequency is (1/3) · cos (ω o τ + μtτ + μ + τ 2/2), where τ ex-delay signal. Since the instantaneous frequency of the signal is determined
f (t)
Figure 00000001
Figure 00000002
μτ where Φ is the phase of the signal, the beat signal carries information mainly about the distance D to the object, since τ 2D / c.

Таким образом, сигнал, получаемый рассмотренным способом, несет информацию главным образом о дистанции до объекта. Прием экс-сигналов, отраженных от нескольких объектов или блестящих точек одного объекта, позволяет пользователю получить некоторую информацию о характере окружающей обстановки. Однако непосредственного анализа импульсной характеристики рассеивающего объекта, информация о которой содержится в экс-сигнале, в указанном способе не производится. Thus, the signal obtained by the considered method carries information mainly about the distance to the object. Reception of ex-signals reflected from several objects or brilliant points of one object allows the user to get some information about the nature of the environment. However, a direct analysis of the impulse response of the scattering object, information about which is contained in the ex-signal, is not performed in the specified method.

Целью изобретения является согласование частотного диапазона и длительности акустического сигнала со слуховым анализатором и получение более полной информации, содержащейся в экс-сигнале. The aim of the invention is the coordination of the frequency range and duration of the acoustic signal with the auditory analyzer and obtaining more complete information contained in the ex-signal.

Достигается это тем, что в способ акустического представления пространственной информации, заключающийся в излучении ультразвукового. ЛЧМ сигнала, бинауральном приеме эхо-сигналов на два ультразвуковых микрофона, усилении, преобразовании электрических сигналов в акустические и последующем восприятии сигналов слуховым анализатором человека, вводят операции согласованной фильтрации экс-сигналов в каждом канале и временного растяжения откликов фильтров в правом и левом каналах в α раз, где α f1/f2, f1 несущая частота зондирующего сигнала, f2 средняя частота диапазона воспринимаемого слуховым анализатором человека.This is achieved by the fact that in the method of acoustic representation of spatial information, which consists in the emission of ultrasound. The LFM signal, binaural reception of echo signals to two ultrasonic microphones, amplification, conversion of electrical signals into acoustic ones and subsequent perception of signals by a human auditory analyzer, introduce operations of coordinated filtering of ex-signals in each channel and temporal stretching of the filter responses in the right and left channels in α times, where α f 1 / f 2 , f 1 is the carrier frequency of the probe signal, f 2 is the average frequency of the range perceived by the human auditory analyzer.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем. Излучается ультразвуковой ЛЧМ-импульс. Отметим, что в качестве зондирующего можно использовать любой сложный или шумоподобный сигнал, для которого выполняется условие TW > 1, где Т длительность сигнала, W его полоса. Однако исследования животных, например летучих мышей, показывает, что животные используют ЧМ сигналы с большой (до 100 кГц) девиацией частоты, в пределах его длительности, которая составляет единицы мс. Кроме того, фильтры сжатия для ЛЧМ сигналов хорошо разработаны, поэтому предполагаемый способ рассматривается применительно к ЛЧМ сигналам. The essence of the proposed method is as follows. An ultrasonic chirped pulse is emitted. Note that any complex or noise-like signal can be used as a probing signal, for which the condition TW> 1 is satisfied, where T is the signal duration, W is its band. However, studies of animals, such as bats, show that animals use FM signals with a large (up to 100 kHz) frequency deviation, within its duration, which is units of ms. In addition, compression filters for chirp signals are well developed, so the proposed method is considered in relation to chirp signals.

Входной сигнал Х(x,t), с учетом пространственной координаты х, представляет собой свертку зондирующего импульса S(x,t) с импульсной характеристикой рассеивающего объекта h(x,t). The input signal X (x, t), taking into account the spatial coordinate x, is a convolution of the probe pulse S (x, t) with the impulse response of the scattering object h (x, t).

X(x,t) S(х,t) · h(x,t) (1)
При согласованной фильтрации входного процесса отклик будет иметь вид
X(x,t) · S(x,-t) S(x,t) · h(x,t) · S(x,-t) (2)
Известно, что корреляционная функция ЛЧМ-сигнала вида А ·cos(ωot+μ t2/2) записывается
R(τ)=(1/2)·A 2 o ·T·[sin(πmx
x(1-τ/T)τ/T]·cos(ωoτ)/πmτ/T (3) где m 2 Δ fT
Δ f девиация частоты
(1/2)A 2 o T полная энергия рассматриваемого радиоимпульса.
X (x, t) S (x, t) h (x, t) (1)
With consistent filtering of the input process, the response will look like
X (x, t) S (x, -t) S (x, t) h (x, t) S (x, -t) (2)
It is known that the correlation function of the chirp signal form A · cos (ω o t + μ t 2/2) can be written
R (τ) = (1/2) A 2 o T · [sin (πmx
x (1-τ / T) τ / T] · cos (ω o τ) / πmτ / T (3) where m 2 Δ fT
Δ f frequency deviation
(1/2) A 2 o T is the total energy of the considered radio pulse.

При n >>1, что справедливо, например, для сигнала с девиацией частоты 40 кГц и длительностью 1 мс, корреляционная функция образует весьма острый пик и, следовательно свертка S(x,t)x S(x,-t) близка к δ-функции, т.е. For n >> 1, which is true, for example, for a signal with a frequency deviation of 40 kHz and a duration of 1 ms, the correlation function forms a very sharp peak and, therefore, the convolution S (x, t) x S (x, -t) is close to δ -functions, i.e.

S(x,t). S(x,-t) ≈δ (x,t) (4)
С учетом (4) отклик согласованного фильтра составит
x(x,t) ≈ h(x,t) x δ (x,t) ≈ h(x,t) (5)
Другими словами, отклик согласованного фильтра близок к импульсной характеристике рассеивающего объекта.
S (x, t). S (x, -t) ≈δ (x, t) (4)
Taking into account (4), the response of the matched filter is
x (x, t) ≈ h (x, t) x δ (x, t) ≈ h (x, t) (5)
In other words, the response of the matched filter is close to the impulse response of the scattering object.

Для того, чтобы ВЧ сигнал мог быть воспринят САЧ, необходимо произвести его временное растяжение по закону
X(x,t) _→ X(x/α, t/α) (6) с учетом (5) h(x,t) _→ h(x/α, t/α) где α f1/f2
f1 несущая частота зондирующего сигнала,
f2 средняя частота диапазона воспринимаемого слуховыми анализаторами человека.
In order for the HF signal to be perceived by the HSA, it is necessary to temporarily stretch it according to the law
X (x, t) _ → X (x / α, t / α) (6) taking into account (5) h (x, t) _ → h (x / α, t / α) where α f 1 / f 2
f 1 carrier frequency of the probe signal,
f 2 the average frequency of the range perceived by human auditory analyzers.

Предположим, используются зондирующие импульсы с несущей частотой 80 кГц, а средняя частота слышимого диапазона 1,2 кНц. В этом случае α≈ 66. Если сигнал длительностью Т испытывает отражение от объекта с протяженностью в пространстве L, длительность отклика СФ Тсф можно оценить как 2L/c. Например, при L 0,5 м Тсф ≈ 2L/c ≈ 3 мс. После временного растяжения длительность сигнала, поступающего на САЧ, составит Тсф ≈ 200 мс. Такое увеличение длительности важно при восприятии, поскольку сигналы длительностью меньше 0,2 с распознаются с трудом. Suppose that probing pulses with a carrier frequency of 80 kHz are used, and the average frequency of the audible range is 1.2 kHz. In this case, α≈ 66. If a signal of duration T is reflected from an object with a length in space L, the duration of the SF response Tsf can be estimated as 2L / c. For example, at L 0.5 m, Tsf ≈ 2L / c ≈ 3 ms. After temporary stretching, the duration of the signal arriving at the HSA will be Tsf ≈ 200 ms. Such an increase in duration is important in perception, since signals with a duration of less than 0.2 s are hardly recognized.

Пример устройства реализующего обработку в соответствии с рассмотренным способом, показан на фиг.2. An example of a device that implements processing in accordance with the considered method is shown in figure 2.

Устройство содержит: 1 генератор зондирующих импульсов; 2 каскад ЧМ; 3 усилитель тракта излучения; 4 передатчик; 5, 6 ультразвуковые преобразователи; 7,8 аналого-цифровые преобразователи (АЦП); 9,10 согласованные фильтры (ОФ); 11, 12 блоки памяти; 13,14 цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП); 15, 16 усилители; 17, 18 головные телефоны; 19 генератор синхронизирующих импульсов (ГСИ); 20 микропроцессор. The device contains: 1 probe pulse generator; 2 cascade of FM; 3 radiation path amplifier; 4 transmitter; 5, 6 ultrasonic transducers; 7.8 analog-to-digital converters (ADC); 9.10 matched filters (OF); 11, 12 memory blocks; 13.14 digital-to-analog converters (DAC); 15, 16 amplifiers; 17, 18 head phones; 19 generator of synchronizing pulses (GSI); 20 microprocessor.

Тип АЦП 7, 8 выбирается исходя из требуемого быстродействия, определяемого частотой зондирующих импульсов. Поскольку максимальная частота, используемая в подобных системах, составляет 120 кГц, необходимое быстродействие обеспечивает АЦП К1108ПВ1 со временем преобразования меньше 0,9 мкс и тактовой частотой в пределах 0,4-1,5 МГц. The type of ADC 7, 8 is selected based on the required speed, determined by the frequency of the probe pulses. Since the maximum frequency used in such systems is 120 kHz, the necessary speed provides the K1108PV1 ADC with a conversion time of less than 0.9 μs and a clock frequency in the range of 0.4-1.5 MHz.

СФ 9, 10 (фильтры сжатия) для ЛЧМ сигналов хорошо известны в радиотехнике. SF 9, 10 (compression filters) for chirp signals are well known in radio engineering.

Емкость блоков памяти (БП) 11, 12 должна обеспечивать запись отчетов входной реализации. Количество отсчетов определяется
N fдТр, Тр 2D/c, где Тр длительность реализации
D дальность действия устройства
fд частота дискретизации
ЗУ используется в цифровой технике. K ЦАП 13, 14 не предъявляется особых требований по быстродействию, поскольку частота считывания информации из блоков памяти значительно ниже частоты записи, Могут быть использованы ЦАП К572ПТА1. 10В с временем преобразования 5 мкс, током потребления 2 мА, напряжением питания 10 В.
The capacity of the memory blocks (BP) 11, 12 should provide recording reports of the input implementation. The number of samples is determined
N f d T p , T p 2D / c, where T p the duration of the implementation
D range of the device
f d sampling rate
The memory is used in digital technology. K DAC 13, 14 does not have special performance requirements, since the frequency of reading information from memory blocks is much lower than the recording frequency. DAC K572PTA1 can be used. 10V with a conversion time of 5 μs, a consumption current of 2 mA, a supply voltage of 10 V.

В качестве процессора 20 может быть применена однокристальная ЭВМ К1816. As the processor 20 can be applied single-chip computer K1816.

После излучения входная реализация поступает на АЦП 7, 8 и далее на цифровые СФ 9, 10. Отклики СФ, соответствующие их рассеивающего объекта, записываются в блоки памяти 11, 12. Процессор 20 обеспечивает считывание информации в α раз медленнее записи и обнуление ВП после каждого цикла обработки. Полученные сигналы преобразуются в аналоговую форму с помощью ЦАП 13. 14 и после усиления поступают на головные телефоны 17, 18. After the radiation, the input implementation goes to the ADC 7, 8 and then to the digital SF 9, 10. The SF responses corresponding to their scattering object are recorded in the memory blocks 11, 12. The processor 20 provides for reading information α times slower than the recording and zeroing the VP after each processing cycle. The received signals are converted into analog form using the DAC 13. 14 and after amplification are fed to the headphones 17, 18.

Применение новых по сравнению с прототипом операций для каждого канала обработки:
согласованной фильтрации
временного растяжения откликов согласованной фильтрации позволило получить положительный эффект согласовать частотный диапазон и длительность акустического сигнала со слуховым анализатором.
Application of new operations compared to the prototype for each processing channel:
consistent filtering
temporary stretching of the responses of matched filtering made it possible to obtain a positive effect in matching the frequency range and duration of the acoustic signal with an auditory analyzer.

Claims (1)

СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ИНВАЛИДОВ ПО ЗРЕНИЮ, заключающийся в излучении ультразвукового частотно-модулированного импульса, бинауральном приеме эхо-сигнала на два ультразвуковых микрофона, усилении, преобразовании электрических сигналов в акустические, последующем восприятии сигналов слуховым анализатором человека, отличающийся тем, что осуществляют согласованную фильтрацию эхо-сигналов и временное растяжение полученных откликов в каждом канале приема. METHOD OF ACOUSTIC REPRESENTATION OF SPATIAL INFORMATION FOR VISUAL DISABLED PEOPLE, which consists in emitting an ultrasonic frequency-modulated pulse, binaural reception of an echo signal to two ultrasonic microphones, amplification, conversion of electrical signals into acoustic ones, followed by the perception of signals by a human auditory analyzer, characterized in that echo filtering and temporal stretching of the received responses in each receive channel.
RU93056911A 1993-12-22 1993-12-22 Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people RU2053746C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93056911A RU2053746C1 (en) 1993-12-22 1993-12-22 Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93056911A RU2053746C1 (en) 1993-12-22 1993-12-22 Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93056911A RU93056911A (en) 1995-05-20
RU2053746C1 true RU2053746C1 (en) 1996-02-10

Family

ID=20150586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93056911A RU2053746C1 (en) 1993-12-22 1993-12-22 Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2053746C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2426496C2 (en) * 2008-05-20 2011-08-20 Федеральное государственное учреждение "Санкт-Петербургский научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ФГУ "СПбНЦЭР им. Альбрехта Росздрава") Method of estimating ability to move in space of people disabled as result of ophthalmopatology
RU2515089C1 (en) * 2012-11-22 2014-05-10 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Apparatus for acoustic presentation of spatial user information
RU2523340C2 (en) * 2012-11-13 2014-07-20 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method for acoustic representation of spatial information for users
RU2679470C1 (en) * 2018-02-13 2019-02-11 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп" (ЗАО "НПП "Магратеп") Ultrahigh frequency stereo radar for blind people

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Лесли Кэй. Воздушные сонары с акустическим представлением пространственной информации. Animal Sonar Sustems, edited by R.G.Busnel and J.F.Fish Plenum, New York 1980. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2426496C2 (en) * 2008-05-20 2011-08-20 Федеральное государственное учреждение "Санкт-Петербургский научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ФГУ "СПбНЦЭР им. Альбрехта Росздрава") Method of estimating ability to move in space of people disabled as result of ophthalmopatology
RU2523340C2 (en) * 2012-11-13 2014-07-20 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method for acoustic representation of spatial information for users
RU2515089C1 (en) * 2012-11-22 2014-05-10 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Apparatus for acoustic presentation of spatial user information
RU2679470C1 (en) * 2018-02-13 2019-02-11 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп" (ЗАО "НПП "Магратеп") Ultrahigh frequency stereo radar for blind people

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ifukube et al. A blind mobility aid modeled after echolocation of bats
Kay Auditory perception of objects by blind persons, using a bioacoustic high resolution air sonar
US5724313A (en) Personal object detector
Kay A sonar aid to enhance spatial perception of the blind: engineering design and evaluation
US4109642A (en) Apparatus for ultrasonic arteriography
JPS62240033A (en) Azimuth measuring system for determining position of bounday layer in human body forming reflection
Hoyle et al. Mobility at: The batcane (ultracane)
Turl Low‐frequency sound detection by a bottlenose dolphin
US4052977A (en) Methods of and apparatus for ascertaining the characteristics of motion of inaccessible moving elements
RU2085162C1 (en) Method of acoustic delivery of spatial information for sight invalids
Fish An audio display for the blind
RU2053746C1 (en) Method for acoustically representing spatial information to be useable by vision invalid people
CN2843397Y (en) Electronic devices used to help blind people walk and identify obstacles
Kay Auditory perception and its relation to ultrasonic blind guidance aids
Kay Sensory aids to spatial perception for blind persons: Their design and evaluation
Heyes Human navigation by sound
RU93011227A (en) METHOD FOR ACOUSTIC SUBMISSION OF SPATIAL INFORMATION FOR DISABLED USE
RU2060028C1 (en) Device for acoustic representation of three- dimensional information for blind people
RU2523340C2 (en) Method for acoustic representation of spatial information for users
Strelow et al. The Canterbury Child's Aid: A binaural spatial sensor for research with blind children
RU120567U1 (en) ORIENTATION DEVICE FOR PERSONS WITH VISUAL DISABILITIES
RU2234112C1 (en) Geophysical radar
Davies et al. Mobility interfaces for the visually impaired: what's missing?
WO2003049657A1 (en) A method and an aid, in particular for the visually impaired
Kay A CTFM acoustic spatial sensing technology: its use by blind persons and robots