НАВИГАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ СЛЕПЫХ

Полезная модель относится к области устройств медицинской техники - технических средств для навигации и ориентации слепых. Преимущественная область применения устройства - определение слепыми людьми на слух помещения, в котором они находятся, для заранее известных зданий, что обеспечивает им возможность самостоятельной ориентации в незнакомом здании.
Предлагается устройство, позволяющее незрячему пользователю путем анализа отраженного акустического сигнала определять свое местоположение (т.е. определять на слух помещения в котром пользователь находится) на пути следования внутри помещения (сооружения, здания) для самостоятельного передвижения пользователя в незнакомом (но известном) для него здании. Данное устройство предназначено для использования в процессе инклюзивного обучения незрячих студентов и учащихся во время их пребывания в зданиях и сооружениях учреждений образования.
Основная идея работы предлагаемого авторами устройства состоит в том, что для определения помещения (сооружения) на пути следования пользователя используются акустические волны (см. например, работы [34, 35, 36]) и др.) из слышимого диапазона частот, способные распространяться в воздушной среде и отражаться от предметов и объектов достаточной плотности. При этом искажение такого отражения напрямую зависит от свойств, структуры и местоположения отражающих поверхностей. Использование слышимого диапазона обусловлено тем, что во многих современных устройствах, таких как КПК или смартфон, есть встроенные приемо-передающие электродинамические преобразователи, работающие в слышимом диапазоне частот.
Работа устройства с целью определения помещения (сооружения) производится следующим образом: пользователь указывает устройству здание (например, вводит его уникальный номер) в которое он вошел, затем передатчиком (т.е. блоком излучения акустического сигнала) устройства выполняется подача модельного акустического сигнала в слышимом диапазоне частот в помещении, на пути движения пользователя с устройством, который далее отражается от расположенных вокруг устройства объектов (препятствий) и регистрируется приемником (т.е. блоком приема и записи акустического сигнала) устройства.
1
Предполагается, что момент подачи модельного сигнала to известен, и, следовательно, определить момент возвращения отраженного акустического сигнала t в точку его подачи. Записать возвращенный сигнал и сопоставить его с имеющимся шаблоном (образом, паттерном), записанным для каждого помещения и хранящимся, например, в фактографической базе данных (ФБД). Для помещений, различных по структуре и материалам отделки такие шаблоны (образы, т.е. акустические портреты помещения, представленные, например, вектором А) будут различными ввиду различий в процессах распространения, поглощения, затухания и отражения звука (акустического сигнала).
Устройство регистрирует отраженный акустический сигнал, а затем преобразует его в цифровую форму (вектор R) для последующей обработки устройством.
Поскольку в слышимом диапазоне частот в обитаемых помещениях возможно присутствие шумов (голосов, музыки и прочих звуков), то при определении помещения используется математический аппарат (вейвлет преобразование), позволяющий уменьшить влияние различных искажений.
Получение образа помещения в виде вектора А из исходного вектора R в заявленном устройстве опирается на хорошо известные в цифровой обработке сигналов вейвлет-преобразования (см. [47, 50-59] и др.).
Для вычисления вейвлет коэффициентов используется хорошо известный итерационный алгоритм Малла [47, с.207].
Полученный после обработки сигнал (т.е. вектор А), сравнивается с паттернами из ФБД для различных помещений, представленных матрицей паттернов (образов) помещений для данного здания. Для этого сравнения используется хорошо известная евклидова метрика (расстояние между точками в n-мерном пространстве [49, с.75]):
,
a
а
а
0
j
B-1
i
i0
ij
iB-1
где j - номер компонента вектора, i - номер паттерна в ФБД, В - размерность векторов А=(,…,,…,) и z=(z,…,z,…, z) где  - матрица паттернов (образов) помещений для данного здания, хранящаяся в ФБД (каждое здание имеет свою матрицу ).
Минимальное расстояние соответствует наиболее близкому паттерну (образу конкретного помещения в выбранном пользователем здании). Далее зная уже помещение, выполняется озвучивание этого результата в заявленном устройстве.
Далее будем опираться также на работы [31, 32, 33].
Известно изобретение [1] "Компас для слепых" (кл. МПК A61F 9/08), представляющее собой устройство, содержащее фотоприемник, звуковой преобразователь, усилитель, источник света, магнитная стрелка.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью звукового преобразователя и усилителя только частично реализовать возможность звуковой индикации, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно также изобретение [2] "Навигационный прибор", содержащее вычислительное устройство, блок индикации, датчик угловой ориентации, блок измерения длины шага, два компаратора.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью блока индикации частично реализовать возможность звуковой индикации и с помощью вычислительного устройство и компараторов частично реализовать возможность выполнять необходимые вычисления, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок звуковой индикации и блок вычисления.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок звуковой индикации и блок вычисления, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять все необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известна также полезная модель [3] "Система ориентации слепых" (кл. МПК A61F 9/08), содержащая дорожку с ориентирующим профилем в виде разнонаправленных уклонов такую, что между разнонаправленными уклонами расположен горизонтальный участок.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью дорожки выполнять ориентацию слепых, т.е. частично реализовать заявленное устройство в части возможности ориентации слепых не с помощью слуха.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет реализовать блок звуковой индикации, блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно также еще одно изобретение [4] "Путеводитель для слепых" (кл. МПК A61F 9/08), где описано устройство содержащее, разные блоки, а так же оптический узел, содержащий фотоприемную часть, магнитный компас, шкала которого индицируется звуковыми колебаниями, инфракрасный излучатель, лазерный излучатель, звуковой шагомер, элементы ИЛИ-НЕ, регулятор громкости звука, логарифмический блок, генератор звука и преобразователь звука, генератор импульсов, блок преобразования сигнала, формирователь импульсов и генератор кодов.
Это устройство (в отличие от заявленного устройства) в целом позволяет решать совсем другую задачу - самостоятельно передвигаться в незнакомой местности инвалиду по зрению (в этом устройстве предполагается, что человек слепой и перемещается именно на местности (т.е. не в помещении), а в заявленном устройстве человек (пользователь) слепой перемещается только в помещении; также заявленное устройство использует лазерный излучатель, а не излучения акустического сигнала).
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью элементов ИЛИ-НЕ реализовать вычисления, с помощью регулятора громкости звука, логарифмического блока, генератора звука и преобразователя звука, генератора импульсов, блока преобразования сигнала, формирователя импульсов и генератора кодов реализовать частично звуковую индикацию, т.е. только частично реализовать заявленное устройство: блок вычисления, блок звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок вычисления и блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять все необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно также еще одно изобретение [5] "Способ ориентации слепого и устройство для его осуществления" (кл. МПК A61F 9/08), где представлено устройство, содержащее разные блоки, а так же головные телефоны слепого, генератор звуковых частот, фоточувствительный приемник.
Это устройство (в отличие от заявленного устройства) в целом позволяет решать совсем другую задачу - поместив между слепым и наблюдаемой сценой оптико-электронное устройство, с помощью которого преобразуют изменение освещенности сцены в пропорциональные частотно-изменяющиеся звуковые сигналы по двум каналам и направляют их в головные телефоны слепого, который по изменению звукового сигнала судит о появлении, наличии и исчезновении объекта на сцене.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью звукового преобразователя и усилителя только частично реализовать возможность звуковой индикации, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известна также еще полезная модель [6] "Устройство для ориентации слепых" (кл. МПК A61F 9/08), содержащая разные блоки, а так же радиопередатчик, радиоприемник, антенна радиопередатчика, цифровое запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), декодер, электроакустический преобразователь, усилитель, составляющие блок речевого оповещения.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с используя цифровое запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), декодер, электроакустический преобразователь, усилитель, составляющие блок речевого оповещения частично реализовать элементы для возможности выполнять требуемую звуковую индикацию, т.е. частично реализовать заявленное устройство: фрагмент необходимого блока звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно также устройство [7] "Устройство для ориентации слепых" (кл. МПК A61F 9/08), содержащее разные блоки, а так же очки, зонированная линза, выполненная в виде голограммы линзы Френеля, передающий излучатель с фокусирующими элементами, приемный узел, пороговый блок, блок сигнализации, выполненный в виде преобразователя электрического сигнала в акустический или тактильный сигнал.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью передающего излучателя с фокусирующими элементами частично реализовать элементы для возможности излучения акустического сигнала, с помощью приемного узла частично реализовать элементы для возможности приема акустического сигнала, с помощью порогового блока частично реализовать элементы для возможности выполнять сравнение с порогом (для блока выбора сообщения), с помощью блока сигнализации, выполненного в виде преобразователя электрического сигнала в акустический частично реализовать звуковую индикацию, т.е. в итоге только частично реализовать заявленное устройство: блок излучения акустического сигнала, блок приема акустического сигнала, блок выбора сообщения, блок звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема акустического сигнала, блок выбора сообщения, блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, т.е. не позволяет в полном объеме (как это требуется в заявленном устройстве) излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять звуковую индикацию, а также выполнять все необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известна также еще полезная модель [8] "Устройство определения фальшивых рукописных документов на русском языке", содержащая разные блоки, а так же блок вычисления решающей функции, блок принятия решения, блок сравнения с порогом, блок коммутации, блок индикации.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью блока вычисления решающей функции частично реализовать некоторые необходимые вычисления, с помощью блока принятия решения реализовать принятия решения, с помощью блока сравнения с порогом и блока коммутации частично реализовать элементы для возможности выполнять требуемый выбор сообщения, с помощью блока индикации частично реализовать элементы для возможности выполнять требуемую звуковую индикацию, т.е. только частично реализовать заявленное устройство: фрагмент блока вычисления, фрагмент необходимого блока принятия решения, фрагмент необходимого блока выбора сообщения, фрагмент необходимого блока звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок вычисления, блока принятия решения, блок выбора сообщения, блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок фактографическая база данных, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять все необходимые вычисления, принимать необходимые решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять необходимую звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно изобретение [9] "Устройство для ориентации слепых" (кл. МПК A61F 9/08), представляющее собой устройство, содержащее пороговый блок, индикатор, передатчик, приемник.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью порогового блока реализовать сравнение с порогом и тем самым частично реализовать блок выбора сообщения, с помощью индикатора осуществить передачу сведений пользователю и тем самым частично реализовать блок звуковой индикации, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок выбора сообщения, блок звуковой индикации, блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок выбора сообщения, блок звуковой индикации, блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, а также не позволяет реализовать блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, т.е. не позволяет (как это требуется в заявленном устройстве) излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять все необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять необходимую звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно еще одно изобретение [10] "Устройство для пространственной ориентации слепых людей" (кл. МПК A61F 9/08 и G02C 1/00), представляющее собой устройство, содержащее разные блоки (элементы), а так же фотоэлектрический преобразователь, токовыводы, мембрану.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с используя фотоэлектрический преобразователь, токовыводы, мембрану частично реализовать элементы для возможности выполнять требуемую звуковую индикацию, т.е. только частично реализовать заявленное устройство: небольшой фрагмент необходимого блока звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме необходимую звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известно также другое изобретение [11] "Устройство акустического представления пространственной информации для инвалидов по зрению" (кл. МПК A61F 9/08 и A61F 9/00), содержащее генератор сигналов, усилитель тракта излучения, передатчик, ультразвуковые преобразователи, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блоки памяти, блок задержки, головные телефоны.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью генератора сигналов, усилителя тракта излучения, передатчика частично реализовать блок излучения акустического сигнала, с помощью головных телефонов частично реализовать блок звуковой индикации, с помощью ультразвуковых преобразователей, аналого-цифровых преобразователей, блоков памяти, блока задержки частично реализовать прием акустического сигнала, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок приема и записи акустического сигнала, блок излучения акустического сигнала, блок звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме (как это требуется в заявленном устройстве) реализовать блок приема и записи акустического сигнала, блок излучения акустического сигнала, блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок вычисления, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме необходимую звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известна также еще полезная модель [12] "Устройство для ориентации слепых" (кл. МПК A61F 9/08), содержащая разные блоки, а так же очки, передающий излучатель с фокусирующим устройством, приемный излучатель с фокусирующим устройством, генератор прямоугольных импульсов, усилитель мощности, полусумматор, блок сигнализации, содержащий цепь преобразования электрического сигнала в акустической или тактильный и устройство сигнализации.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью полусумматора частично реализовать элементы для возможности выполнять суммирование в блоке принятия решения, с помощью блока сигнализации, содержащий цепь преобразования электрического сигнала в акустической и устройство сигнализации частично реализовать элементы для возможности выполнять требуемую звуковую индикацию, т.е. частично реализовать заявленное устройство: только фрагмент блока принятия решения, фрагмент необходимого блока звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме (как это требуется в заявленном устройстве) реализовать блок принятия решения, блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок вычисления, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме необходимую звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Известна также еще полезная модель [13] "Устройство для ориентации слепых" (кл. МПК A61F 9/08), содержащая разные блоки, а так же инфракрасный излучатель, фотоприемник, радиопередающее устройство, схема обработки, электроакустический преобразователь, блок речевого оповещения.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, с помощью схемы обработки частично реализовать некоторые необходимые вычисления, с помощью электроакустического преобразователя, блок речевого оповещения частично реализовать элементы для возможности выполнять требуемую звуковую индикацию, т.е. частично реализовать заявленное устройство: фрагмент блока вычисления, фрагмент необходимого блока звуковой индикации.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме (как это требуется в заявленном устройстве) реализовать блок вычисления и блок звуковой индикации, а также не позволяет реализовать блок излучения акустического сигнала, блок приема и записи акустического сигнала, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять все необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме необходимую звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство [14] ("прототип") "Навигационный прибор", содержащее разные блоки, а так же вычислительное устройство, блок индикации, звукоизлучающий элемент, формирователь задержанного импульса и таймер, функциональный преобразователь, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), компаратор, схемы коррекции, запоминающее устройство.
Это устройство позволяет решать только одну очень незначительную часть поставленной задачи, а именно - например, используя звукоизлучающий элемент, формирователь задержанного импульса и таймер, запоминающее устройство, функциональный преобразователь, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), только частично реализовать, возможность излучние акустического сигнала, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок излучения акустического сигнала, а также еще, например, используя блок индикации, запоминающее устройство, звукоизлучающий элемент, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), только частично реализовать возможность звуковой индикации, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок звуковой индикации, а также еще, например, используя вычислительное устройство, компаратор, схемы коррекции, запоминающее устройство только частично реализовать необходимые вычисления, т.е. частично реализовать заявленное устройство: блок вычисления.
Это устройство не позволяет осуществлять ввод всех исходных данных (их передачу в предлагаемое устройство), так как отсутствуют:
вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, не позволяет осуществлять вывод данных из устройства (нет выхода блока выбора сообщения, являющейся выходом устройства) и не позволяет в полном объеме реализовать блок излучения акустического сигнала, блок звуковой индикации, блок вычисления, а также не позволяет реализовать блок приема и записи акустического сигнала, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщения, т.е. не позволяет излучать, принемать и записывать акустический сигнал, выполнять необходимые вычисления, принимать решения по результатам обработки, обращаться к фактографической базе данных (ФБД), вычислять (распознавать) помещения в здании, выполнять в полном объеме звуковую индикацию и осуществлять вывод результата работы предлагаемого устройства, и как следствие этого не позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Предлагаемой полезной моделью решается задача определение (распознавание) помещений в заранее известных зданиях для навигации инвалидов по зрению (слепых). И как следствие этого расширяется класс решаемых задач.
Для достижения названного технического результата полезной моделью, в нее введены блок излучения акустического сигнала, блок вычисления, а также дополнительно введены: блок приема и записи акустического сигнала, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщений, блок звуковой индикации, вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, при этом
вход запроса соединен с первым входом блока излучения акустического сигнала и с первым входом блока приема и записи акустического сигнала,
вход параметра времени записи сигнала является вторым входом блока приема и записи акустического сигнала,
вход параметра приема соединен с третьим входом блока приема и записи акустического сигнала,
вход порога является вторым входом блока принятия решения,
вход параметра излучения является вторым входом блока излучения акустического сигнала,
вход сигнала соединен с третьим входом блока излучения акустического сигнала,
вход параметра индикации является вторым входом блока звуковой индикации,
вход параметра запроса соединен со входом блока фактографическая база данных и с третьим входом блока звуковой индикации, выход блока выбора сообщения соединен с первым входом блока звуковой индикации,
выход блока излучения акустического сигнала соединен с четвертым входом блока приема и записи акустического сигнала, выход которого соединен со входом блока вычисления, выход которого соединен с первым входом блока принятия решения, выход блока фактографическая база данных соединен с третьим входом блока принятия решения, выход которого соединен со входом блока выбора сообщения, выход которого является выходом устройства.
7
Признаки, отличающие предлагаемое устройство от наиболее близкого к нему известного по патенту Российской Федерации №2160431, кл. МПК G01C 21/00, G01C 21/12 на устройство "Навигационный прибор" [14], характеризуют наличие следующих блоков, входов, выходов и соединений между ними: блок приема и записи акустического сигнала, блок принятия решения, блок фактографическая база данных, блок выбора сообщений, блок звуковой индикации, вход запроса, вход параметра времени записи сигнала, вход параметра приема, вход порога, вход параметра излучения, вход сигнала, вход параметра индикации, вход параметра запроса, при этом
вход запроса соединен с первым входом блока излучения акустического сигнала и с первым входом блока приема и записи акустического сигнала,
вход параметра времени записи сигнала является вторым входом блока приема и записи акустического сигнала,
вход параметра приема соединен с третьим входом блока приема и записи акустического сигнала,
вход порога является вторым входом блока принятия решения,
вход параметра излучения является вторым входом блока излучения акустического сигнала,
вход сигнала соединен с третьим входом блока излучения акустического сигнала, вход параметра индикации является вторым входом блока звуковой индикации, вход параметра запроса соединен со входом блока фактографическая база данных и с третьим входом блока звуковой индикации, выход блока выбора сообщения соединен с первым входом блока звуковой индикации,
выход блока излучения акустического сигнала соединен с четвертым входом блока приема и записи акустического сигнала, выход которого соединен со входом блока вычисления, выход которого соединен с первым входом блока принятия решения, выход блока фактографическая база данных соединен с третьим входом блока принятия решения, выход которого соединен со входом блока выбора сообщения, выход которого является выходом устройства, что позволяет выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-10.
На фиг.1 приведена блок-схема полезной модели. Приведенная блок-схема отражает набор необходимых блоков навигационного устройства для ориентации слепых и связи между блоками. На блок-схеме показаны: блок 1 излучения акустического сигнала, блок 2 приема и записи акустического сигнала, блок 3 вычисления, блок 4 принятия решения, блок 5 фактографическая база данных, блок 6 выбора сообщений, блок 7 звуковой индикации, V - вход запроса, L - вход параметра времени записи сигнала, J - вход параметра приема, Т - вход порога, U - вход параметра излучения, G - вход сигнала, Н - вход параметра индикации, Q - вход параметра запроса, W - выход блока 1 излучения акустического сигнала, R - выход блока 2 приема и записи акустического сигнала, А - выход блока 3 вычисления, D - выход блока 4 принятия решения, Z - выход блока 5 фактографическая база данных, S - выход блока 6 выбора сообщения, являющейся выходом устройства.
На фиг.2÷8 приведены блок-схемы алгоритмов программ работы каждого блока полезной модели для частного случая ее промышленной реализации (см. ниже Пример) с помощью программируемых вычислителей (например, персональных компьютеров).
На фиг.2 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 1 излучения акустического сигнала.
На фиг.3 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 2 приема и записи акустического сигнала.
На фиг.4 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 3 вычисления.
На фиг.5 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 4 принятия решения.
На фиг.6 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 5 фактографическая база данных.
На фиг.7 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 6 выбора сообщения.
На фиг.8 приведена блок-схема алгоритма программы работы блока 7 звуковой индикации.
На фиг.9 представлены результаты испытаний одной из возможной реализации устройства (полезной модели).
На фиг.10 представлена блок-схема (возможного варианта) итерационного алгоритма Малла для реализации вейвлет-преобразования в блоке 3 вычисления.
Введем следующие обозначения:
0
i
N-1
N - размерность (число элементов) вектора G=(q,…,q,…,q) для модельного акустического сигнала (например, N=44);
0
i
M-1
2
М - размерность (число элементов) вектора R=(r,…,r,…,r) для принятого акустического сигнала (например, М=16384, a log М=14);
К - число помещений в здании (например, К=5);
а
а
а
0
j
B-1
В - число коэффициента (для вектора А=(,…,,…,)) взятых из вектора, получившегося в результате вейвлет преобразования отраженного сигнала (например, В=32);
- матрица  размерностью К×В, т.е. i∈{0,1,2,…,K-1], j∈{0,1,2,…,B-1} для здания из К помещений (например, размерностью 5×32);
0
1
i
K-1
{x,x,…,x,…,x} - набор евклидовых расстояний для каждого помещения в здании, где i∈{0,1,2,…,K-1}.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
На входы устройства (фиг.1) поступают все исходные данные для его работы: V, L, J, В, Z, Т, Е, Q, U, G, Н.
Предполагается, что пользователь устройства (слепой) выносит свое решение (выражает свое желание как запрос к предлагаемому устройству на получение сведения о помещении на пути его следования) V либо в виде логического нуля (если этому слепому не нужны сведения о помещении на пути его следования), либо в виде логической единицы (если слепому нужны эти сведения о помещении).
Предполагается, что синхронизация работы блока 1 излучения акустического сигнала и блока 2 приема и записи акустического сигнала выполняется с помощью передачи W либо в виде логического нуля (это означает, что блок 2 приема и записи акустического сигнала не может начать свою работу), либо в виде логической единицы (это означает, что блок 2 приема и записи акустического сигнала может начать свою работу). С выхода блока 1 излучения акустического сигнала передается W на четвертый вход блока 2 приема и записи акустического сигнала.
Сначала на входе запроса значение V есть логический нуль. Предполагается, что после того как поступили все исходные данные на входы: L, J, В, Z, Т, Е, Q, U, G, Н, то на входе запроса значение V изменяется с логического нуля на логическую единицу, что означает запрос слепого (пользователя устройства) на получение сведения о помещении на пути его следования.
Блок 1 излучения акустического сигнала по входным данным V, G, U поступившим на его входы выполняет необходимую для инициализации приемо-передающих компонент устройства задержку, (например, длительностью 200 мс), передачу W в виде логической единицы на четвертый вход блока 2 приема и записи акустического сигнала и выполняет (реализует) преобразование G (данные исходного цифрового временного ряда, содержащего отсчеты дискретизированного гармонического сигнала необходимой длительности и частоты с необходимым сглаживанием краев импульса с помощью гауссова временного окна (импульса)) в аналоговую форму при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) блока 1 излучения акустического сигнала и передачу преобразованного (например, усиленного) сигнала (импульса) на передающий электроакустический преобразователь (содержащий, например, динамик) блока 1 излучения акустического сигнала, передавая таким образом акустический сигнал в окружающую среду (по отношению к устройству). С помощью U входа задается параметр излучения (например, амплитуда (громкость) акустического сигнала).
В блоке 2 приема и записи акустического сигнала по входным данным L, J, V, W поступившим на его входы проводится прием и запись акустического сигнала. Предполагается, что препятствия в помещении не изменяют своего положения (т.е. не двигаются, не перемещаются и являются только неподвижными) при нахождении пользователя (слепого) в этом помещении. При излучении и приеме акустического сигнала само устройство и слепой - неподвижны. Предполагается, что препятствия на пути следования пользователя с нарушениями зрения (слепого) обязательно способны отражать акустический сигнал, выданный блоком 1 излучения акустического сигнала. В результате такого отражения имеется возможность принять этот отраженный сигнал ("акустический портрет" помещения, где находится пользователь (т.е. слепой)) блоком 2 приема и записи акустического сигнала.
Если V есть логический нуль, то это означает, что блок 2 приема и записи акустического сигнала не может работать, т.е. прием и запись акустического сигнала в этом случае не выполняется, а приемный электроакустический преобразователь (например, микрофон) - выключен.
Если V есть логическая единица, то это означает, что блок 2 приема и записи акустического сигнала не может выполнять прием и запись акустического сигнала, но приемный электроакустический преобразователь (например, микрофон) - включен (инициализирован).
Если W есть логический нуль, то это означает, что блок 2 приема и записи акустического сигнала не может выполнять прием и запись акустического сигнала.
Если W есть логическая единица, то это означает, что блок 2 приема и записи акустического сигнала может работать, т.е. прием и запись акустического сигнала в этом случае выполняется.
0
i
M-1
После того как на четвертый вход блока 2 приема и записи акустического сигнала поступило W со значением логической единицы начинается прием и запись акустического сигнала, которые продолжаются в течение L сек (например, Z=0,4 сек) с момента получения команды начала работы (записи звука) W. Эта регистрация акустического сигнала выполняется с использованием приемного электроакустического преобразователя (например, микрофона). Затем акустический сигнал преобразуется (с частотой дискретизации J) в цифровую форму (цифровое представление) при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП) блока 2 приема и записи акустического сигнала и сохраняется в виде отсчетов оцифрованного сигнала в памяти блока 2 приема и записи акустического сигнала как временной ряд звуковой записи R, где R=(r,…,r,…,r).
По истечении L сек (по окончании записи) R передается на выход блока 2 приема и записи акустического сигнала а, затем и на вход блока 3 вычисления.
0
i
M-1
В блоке 3 вычисления проводится (на основании поступивших данных в виде R=(r,…,r,…,r)) вычисление А - вектора целых чисел:
а
а
а
0
j
B-1
А=(,…,,…,).
2
Отметим, что М - количество элементов временного ряда звуковой записи R, причем J и L выбираются так, чтобы было М≥4 и logM - целое число.
а
а
а
0
j
B-1
0
i
M-1
Получение выходного вектора А=(,…,,…,) из исходного вектора R=(r,…,r,…,r) опирается на хорошо известные в цифровой обработке сигналов вейвлет-преобразования (см. [47, 50-59] и др.).
Вычисление в блоке 3 вычисления выполняется следующим образом (по формулам) (см. [47, с.206-209]).
Для вычисления вейвлет коэффициентов используется хорошо известный итерационный алгоритм Малла [47, с.207].
В промежуточную переменную-вектор (область памяти) С записывается сигнал (вектор) R:
0
i
M-1
…
…
С=(r,,r,,r]),
n
n
где k - параметр масштаба вейвлет функции, m-параметр сдвига вейвлет функции, h и g - коэффициенты, рассчитанные из используемого веивлета;
n
n
Явный вид веивлета требуется только для расчета коэффициентов h и g, и при самом преобразовании он не используется.
0,k
0,k
Выражение c применяется при известной аналитической форме функции s(t). В случае цифровых данных используются исходные значения функции: c=s(k).
n
k
0,k
n
n
n
Сущность операций, выполняемых формулами (1) и (2), заключается в следующем. На первом этапе преобразования "цифровой фильтр" h из сигнала s=с выделяет низкие частоты, а - q выделяет верхние частоты. Поскольку на выходе фильтра h отсутствует верхняя половина частот, то частота дискретизации выходного сигнала может быть уменьшена в 2 раза, т.е. выполнена децимация выходного сигнала, что производится в формуле (1) сдвигами (2k+n) через 2 отсчета по входному сигналу. На выходе фильтра q освобождается место в области низких частот, и аналогичное прореживание выходного сигнала приводит к транспонированию верхних частот на освободившееся место. Таким образом, каждый из выходных сигналов несет информацию о своей половине частот, при этом выходная информация представлена таким же количеством отсчетов, что и входная.
Кратко описанная процедура известна, как итерационный алгоритм Малла (см. [47, с.207; 50]).
Полученный в результате исполнения этого алгоритма набор вейвлет коэффициентов представленный вектором Р далее уменьшается, за счет взятия только первых В коэффициентов разложения (эксперименты показали, что при B=32 определение (распознавание) помещений происходит наилучшим образом для завяленного устройства).
0
i
M-1
Вектор Е - вектор вейвлет коэффициентов, его длина равна длине исходного сигнала R=(r,…,r,…,r), для которого применяли вейвлет преобразование. Далее из преобразованного R (т.е. уже из Е) в вектор А записывается только первые В штук элементов.
Более наглядно этот рассмотренный алгоритм для заявленного устройства представлен на фиг.10 (отметим, что на фиг.10 использованы свои обозначения, частично отличные от используемых в тексте).
Рассмотрим эти вычисления на конкретном (упрощенном) примере.
0
i
M-1
Все компоненты далее рассмотренных векторов нумеруются с нуля, например, как R=(r,…,r,…,r).
0
i
M-1
Пусть дан исходный вектор R=(r,…,r,…,r) состоящий из 8 компонент (М=8):
0
1
2
3
4
5
6
7
R=(r; r; r; r; r, r; r; r)=(2; 3; 4; 5; 3; 6; 8; 0).
Далее со сдвигом 2 вычисляется последовательность значений компонент полученных при помощи фильтра низких частот, представленного вектором h (см. [50, 51] и др.):
h=(0,4830; 0,8365; 0,2241; -0,1294)
и фильтра высоких частот, представленного вектором g (см. [50, 51] и др.)
q=(-0,1294; -0,2241; 0,8365; -0,4830).
3
P
p-l
Эта процедура получения новых компонент, по сути, является обычным вычислением скалярного произведения двух векторов [49, с.42], которое далее обозначается символом (укрупненная точка) - • (т.е. скалярное произведение у•d двух векторов у и d - это сумма парных произведений соответственных координат этих векторов). Так как M=8=2=2, (т.е. р=3), то далее всего сдвигов будет t=2-1=3. Далее будем использовать знак ≈ для указания приближенного значения.
1
0
i
2
3
Для первого сдвига, т.е. для отсчетов сигнала с 0 по 3 вектора R (т.е. для d=(r; r; r; r)=(2; 3; 4; 5)) получаем следующие значения:
1
0
d•h=(2; 3; 4; 5)•(0,4830; 0,8365; 0,2241; -0,1294)≈3,7250=f
1
4
d•g=(2; 3; 4; 5)•(-0,1294; -0,2241; 0,8365; -0,4830)≈0,0=f
2
2
3
4
5
Для второго сдвига, т.е. для отсчетов сигнала с 2 по 5 вектора R (т.е. для d=(r; r; r; r)=(4; 5; 3; 6)) получаем следующие значения:
2
1
d•h=(4; 5; 3; 6)•(0,4830; 0,8365; 0,2241; -0,1294)≈6,0104=f
2
5
d•g=(4; 5; 3; 6)•(-0,1294; -0,2241; 0,8365; -0,4830)≈-2,0266=f
3
4
5
6
7
Для третьего сдвига, т.е. для отсчетов сигнала с 4 по 7 вектора R (т.е. для d=(r; r; r; r)=(3; 6; 8; 0)) получаем следующие значения:
3
2
d•h=(3; 6; 8; 0)•(0,4830; 0,8365; 0,2241; -0,1294)≈8,2611=f
3
6
d•g=(3; 6; 8; 0)•(-0,1294; -0,2241; 0,8365; -0,4830)≈4,9590=f
Пока таким образом получили только 6 из 8 итоговых чисел (компонент):
3,7250; 0,0; 6,0104; -2,0266; 8,2611; 4,9590;
1
6
7
2
0
1
Заметим, что в результате должно получиться именно 8 чисел (компонент), а при таком (или ином) сдвиге и имеющимся числе компонент фильтров как 4, это условие выполнить нельзя. Поэтому на практике при реализации вейвлет преобразования Добеши 4-го порядка, прибегают к следующему хорошо известному приему. Берут два последних компонента (в нашем случае y=(r; r)=(8; 0)) и два первых компонента (в нашем случае y=(r; r)=(2; 3)) исходного вектора
0
1
2
3
4
5
6
7
R=(r; r; r; r; r; r; r; r)=(2; 3; 4; 5; 3; 6; 8; 0)
и объединяют их в один новый вектора следующим образом:
6
7
0
1
y=(r; r; r; r)=(8; 0; 2; 3)
Далее уже к вектору y применяются оба фильтра. Таким образом, получают два недостающих еще коэффициента (компонента) следующим образом:
3
y•h=(8; 0; 2; 3)•(0,4830; 0,8365; 0,2241; -0,1294)≈3,92376=f
7
y•g=(8; 0; 2; 3)•(-0,1294; -0,2241; 0,8365; -0,4830)≈-0,8111=f
1
Полученные значения последовательно, сначала для первого фильтра h, а затем для второго фильтра g собирают в новый вектор R равный по длине исходному R следующим образом:
1
0
1
2
3
4
5
6
7
R=(f;f;f;f; f;f;f;f)
1
R=(3,7250; 6,0104; 8,2611; 3,92376; 0,0; -2,0266; 4,9590; -0,8111)
1
1
Затем уже над вновь сформированным этим вектором R, производится процедура, аналогичная выше описанной, но делается это только для первой половины компонент. В данном случае для компонент с 0 по 3 вектора R, т.е. для
4
0
1
2
3
d=(f;f;f;f)=(3,7250; 6,0104; 8,2611; 3,9238)
следующим образом:
4
d•h=
=(3,7250; 6,0104; 8,2611; 3,9238)•(0,4830; 0,8365; 0,2241; -0,1294)≈
0
≈8,1708=b
4
d•g=
=(3,7250; 6,0104; 8,2611; 3,9238)•(-0,1294; -0,2241; 0,8365; -0,4830)≈
2
≈3,1863=b
1
5
6
5
6
7
В векторе R берутся компоненты со 2 по 3 (т.е. d=(8,2611; 3,92376) и берутся компоненты с 0 по 1 (т.е. d=(3,7250; 6,0104;) и объединяют (сначала d а, затем d) их в один новый вектор d следующим образом:
7
2
3
0
1
d=(f;f;f;f)=(8,2611; 3,9238; 3,7250; 6,0104)
7
Далее для вектора d считается скалярное произведение с фильтрами следующим образом:
7
d•h=
1
=(8,2611; 3,9238; 3,7250; 6,0104)•(0,4830; 0,8365; 0,2241;-0,1294)≈7,32925=b
7
d•g=
=(8,2611; 3,9238; 3,7250; 6,0104)•(-0,1294; -0,2241; 0,8365;-0,4830)≈
3
≈-1,73534=b
1
1
В векторе R берутся компоненты с 4 по 7 (из половины компонент R, которая не анализировалась), т.е.
8
4
5
6
7
d=(f;f;f;f)=(0,0; -2,0266; 4,9590; -0,8111)
0
1
2
3
9
0
1
2
3
Затем из рассчитанных ранее чисел b, b, b, b формируют (последовательно, сначала для первого фильтра, а затем для второго фильтра) компоненты вектора d=(b; b; b; b) следующим образом:
9
d=(8,1708; 7,32925; 3,1863; -1,73534)
9
8
9
8
2
Затем из компонент d и d, собирают (путем их объединения сначала d а, затем d) в новый вектор R равный по длине исходному вектору R следующим образом:
2
0
1
2
3
4
5
6
7
R=(b; b; b; b; f; f; f; f)
или
2
R=(8,1708; 7,32925; 3,1863; -1,73534; 0,0; -2,0266; 4,9590; -0,8111)
2
0
j
B-1
0
1
2
3
a
a
a
Затем из этого полученного вектора R, уже для вектора А берут первые В штук компонент, например для B=4 получается следующий итоговый вектор A=(,…,,…,)=(b; b; b; b):
A=(8,1708; 7,32925; 3,1863; -1,73534),
а
a
a
a
0
1
2
3
где =8,1708; =7,32925; =3,1863; =-1,73534.
Отметим, что описанным выше образом представлен алгоритм Малла для вейвлет преобразования Добеши 4-го порядка.
0
i
M-1
0
j
B-1
а
a
а
Аналогичным образом поступают (см. фиг.10, алгоритм Малла в общем виде [47, 50-59]) в случае размерности иной, чем 8 у исходного вектора R=(r,…,r,…,r) при формировании вектора А=(,…,,…,).
а
а
а
0
j
B-1
Полученный вектор А=(,…,,…,) передается на выход блока 3 вычисления а, затем А поступает на первый вход блока 4 принятия решения.
В блоке 4 принятия решения по входным данным A, Z и Т поступивших на его входы проводится принятие решения о значении D по следующему правилу:
где
0
j
B-1
A=(a,…,a,…,a);
, где i∈{0,1,…,K-1}, j∈{0,1,…,B-1};
, где i∈{0,1,…,(K-1)};
0
1
i
K-1
e
min{x,x,…,x,…,x}=x,
причем отметим, что если минимумов несколько, то за искомый берется любой, например первый (т.е. с наименьшим индексом i).
Результат принятия решения D передается на выход блока 4 принятия решения а, затем передается и на вход блока 6 выбора сообщения.
В блоке 5 фактографическая база данных по входным данным Q (например, уникальный номер заданного пользователем (слепым) здания) происходит для этого здания выборка из ФБД матрицы паттернов , где i∈{0,1,…,K-1}, j∈{0,1,…,B-1};. Результат такой выборки представлен матрицей .
Полученный результат  передается на выход блока 5 фактографическая база данных а, затем передается и на третий вход блока 4 принятия решений.
Отметим, что в ФБД хранятся паттерны (образы помещений), представленные так же как и вектор А - т.е. это тоже В штук первых коэффициентов взятых из вектора, поучившегося в результате вейвлет преобразования отраженного сигнала (которые записывались (экспериментально фиксировались) при создании (наполнении) ФБД этих паттернов) для помещений данных зданий.
Соответственно в матрице  по строкам (индекс i) - это помещения, а по столбцам (индекс j) компоненты вектора представляющего образ помещения. Количество таких компонентов одинаково для всех паттернов и равно В.
В блоке 6 выбора сообщения по входным данным D выполняется выбор номера сообщения (выбрать сообщение это значит выбрать его уникальный номер, поскольку каждое возможное сообщение имеет свой уникальный номер). Выбор номера сообщение осуществляется путем вычисления этого уникального номера по следующей формуле:
Таким образом, в зависимости от значения D выбирается (определяется) S номер сообщения (звукового файла S.wav с информационным сообщением), хранящегося в памяти блока 7 звуковой индикации.
Результат выбора S передается на выход блока 6 выбора сообщения а, затем и на первый вход блока 7 звуковой индикации. Выход блока 6 выбора сообщения является выходом устройства.
В блоке 7 звуковой индикации по входным данным S, Н и Q поступившим на его вход выдается (например, усиленное с помощью усилителя блока 7 звуковой индикации) звуковое сообщение S для здания Q, извлеченное из памяти блока 7 звуковой индикации.
С помощью Н входа задается параметр индикации (например, амплитуда (громкость) выдаваемого звукового сообщения, например, на динамик (головной телефон)). С помощью S задается номер звукового сообщения для индикации (озвучивания (воспроизведения)).
В блоке 7 звуковой индикации реализуется выборка из памяти блока 7 звуковой индикации звукового сообщения с номером S для здания Q (сформированного информационного сообщения в виде цифровой звуковой записи, т.е. звукового файла S.wav) и затем преобразование этого сообщения в аналоговую форму при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) блока 7 звуковой индикации и затем подача этого преобразованного сообщения на передающий электроакустический преобразователь (содержащий, например, динамик (головной телефон)) блока 7 звуковой индикации, передавая таким образом необходимое звуковое сообщение слепому (например, речевое сообщение о помещении на пути следования пользователя с нарушениями зрения (слепого), реализуя таким образом полезную функцию всего устройства).
В памяти (например, энергонезависимой) блока 7 звуковой индикации (с возможностью выборки по Q и номеру сообщения S) хранится для каждого здания К+1 звуковых файлов (S∈{0,1,2,…,K}).
Например, если К=5 (всего 5 помещений), то сообщений всего 6:
0.wav, 1.wav, 2.wav, 3.wav, 4.wav, 5.wav
Имеется одно специфическое сообщение - это звуковой файл 0.wav, который, например, содержит следующее информационное речевое сообщение (например, на русском языке):
«Помещение не опознано»
Звуковые файлы под номерами от 1 до К=5:
1.wav,…,S.wav,…, 5.wav
содержат информационные, например, речевые сообщения на естественном языке о том, что устройством опознано помещение S.
Звуковой файл 1.wav, например, содержит следующее информационное речевое сообщение (например, на русском языке):
«Обнаружен кабинет»
Звуковой файл 2.wav, например, содержит следующее информационное речевое сообщение (например, на русском языке):
«Обнаружена аудитория»
Звуковой файл 3.wav, например, содержит следующее информационное речевое сообщение (например, на русском языке):
«Обнаружен холл»
Звуковой файл 4.wav, например, содержит следующее информационное речевое сообщение (например, на русском языке):
«Обнаружена туалетная комната»
Звуковой файл 5.wav, например, содержит следующее информационное речевое сообщение (например, на русском языке):
«Обнаружен коридор»
По номеру S требуемый звуковой файл S.wav (временной ряд аудиозаписи - сформированное информационное сообщение в виде файла со звуковой записью) считывается из памяти блока 7 звуковой индикации и затем озвучивается (воспроизводится).
Отметим, что число подобных сообщений зависит от величины К - числа помещений в заданном здании. При увеличении числа помещений содержимое сообщений соответственно изменяется (если помещения имеют порядковый номер в здании (например, аудитория 405, холл 5-го этажа и т.п.), то этот номер может быть включен в это сообщение для слепого пользователя).
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет решить поставленную задачу - выполнять определение (распознавание) помещений слепыми людьми на слух в здании на пути их следования для навигации инвалидов по зрению (слепых).
Предлагаемая полезная модель может быть промышленно применимой (осуществимой) следующим образом.
Опираясь на работы [8, 15, 16, 37-48] и на [18-30] покажем возможность промышленной применимости предлагаемой авторами полезной модели по аналогии, как это было сделано ранее для других полезных моделей, например, [8, 15, 16].
В общем случае блоки устройства могут быть реализованы с помощью вычислителя (компьютера) и программы для ЭВМ.
Так, РОСПАТЕНТом было принято положительное решение о выдаче охранного документа и одним из авторов было получено свидетельство на программу Российской Федерации (РФ) №2007614119 "Программа принятия решений и представления данных…" [42].
Было также принято положительное решение о выдаче охранного документа и авторами были успешно получены свидетельства на программы (распознавания и принятия решения) и базы данных Российской Федерации (РФ) №2001620076, №2001620098, №2009613028, №2009611660 [40, 41, 43, 44].
Эти программы и базы данных (см. также [42]) могут быть при определенной адаптации или модификации успешно использоваться в предлагаемом устройстве полезной модели.
Пример (промышленного применения (осуществления) полезной модели). Каждый блок полезной модели (фиг.1) является стандартным программируемым вычислителем (например, персональным компьютером (ПК) или карманным ПК (КПК)). Так как в предлагаемом устройстве. всего 7 штук блоков, то потребуется 7 штук программируемых вычислителей, например, компьютеров.
Все эти блоки (компьютеры) соединены в стандартную компьютерную сеть, например, на "витой паре" с использованием необходимого числа соответствующих сетевых карт и сетевых концентраторов - HUB ("хабов") [18], с необходимым числом разветвлений. Другим способом соединением блоков (компьютеров) является известный, стандартный способ соединения через последовательные (СОМ1-СОМ4) и(или) параллельные порты (LPT1, LPT2) с помощью соответствующих стандартных кабелей и программного обеспечения, например, фирм Microsoft [19], Symantec и т.п. В каждом блоке (компьютере) загружена своя программа, реализующая свою функцию данного блока.
Отметим, что возможно соединение компьюеров (вычислителей) также с помощью USB портов и необходимого для этого обрудования.
Отметим, что возможно и так, что эти вычислители небольших размеров (например, КПК), соединены в общую компьюерную сеть (например, беспроводную сеть) с общим доступом к некоторому внешнему устройству хранения данных (базы данных).
0
i
N-1
Слепой (или слабовидящий) пользователь (или специалист), например, на своем карманном персональном компьютере (вычислителе), который тоже подсоединен к общей сети, готовит следующие исходные файлы fU, fG, fL, fJ, fT, fH (а также и fQ1, fQ2 и fV1, fV2): файл fU - содержащий U (уровень громкости, например, целое число от 0 до 255), файл fG - содержащий G (вектор отсчетов модельного импульса G=(q,…,q,…,g), N=J·λ, где λ - длительность импульса, выраженная в секундах, J - частота дискретизации), файл fL - содержащий L (длительность записи акустического сигнала, (причем L>λ где L и λ приведены к одной размерности - в секундах), файл fJ - содержащий J (частота дискретизации записи акустического сигнала в Гц, выбирается заранее, например, из списка: {16000, 22050, 32000, 44100}), файл fT - содержащий Т (порог для принятия решения (конкретное значение определяется (заранее) эмпирически по результатам экспериментов), файлы fQ1, fQ2 - содержащий каждый Q (запрос пользователя для требуемого здания, например, уникальный номер здания), файл fH - содержащий Н (уровень громкости, например, целое число от 0 до 255). Заметим, что подготовка пользователем (слепым или слабовидящий) файлов fV1, fV2 (каждый из которых содержит V, т.е. логический нуль (V=0) или логическая единица (V=1)), означает желание пользователя, например, если значение V изменяется с логического нуля на логическую единицу, то это означает запрос слепого (пользователя устройства) на получение сведения о помещении на пути его следования (при реализации на практике вместо файла может использоваться переменная (флаг) в памяти компьютера, которая принимает либо значение 1 {логическая единица), либо значение 0 (логический нуль)). Далее предполагаем, что пользователем (слепым или слабовидящий) подготавливаются файлы fV1 и fV2 - содержащие каждый V (файл fV1 - для программы блока 1 излучения акустического сигнала и файл fV2 - для программы блока 2 приема и записи акустического сигнала).
Далее предполагаем, что каждый файл fS1 и fS2 содержит S (файл fS2 предназначен для программы блока 7 звуковой индикации, а файл fS1 - выход программы блока 6 выбора сообщения, т.е. является выходом устройства).
0
i
M-1
0
j
B-1
a
a
a
Отметим, что другие файлы: fR (содержит ряд звуковой записи R, где R=(r,…,r,…,r) размерностью, например, М=16384), fA (содержит A=(,…,,…,), fD (содержит D), fZ (содержит матрицу ), файлы fS1 и fS2 (каждый содержит S, т.е. номер сообщения, целое число, fW (содержит W, т.е. логический нуль (W=0) или логическая единица {W=1)) готовят соответствующие блоки предлагаемого устройства.
Эти файлы передаются, соответственно: fV1, fU, fG - на вход программы для блока 1 излучения акустического сигнала, fV2, fW, fL, fJ - на вход программы блока 2 приема и записи акустического сигнала, fR - на вход программы блока 3 вычисления, fZ, fT, fA - на вход программы блока 4 принятия решения, fQ1 - на вход программы блока 5 фактографическая база данных, fD - на вход программы блока 6 выбора сообщения, fS2, fH, fQ2 - на вход программы блока 7 звуковой индикации.
Возможен случай, когда файлы fU, fG, fL, fJ, fT, fH формируются всего один раз, например, специалистом (пользователем), и содержат данные по умолчанию, рекомендуемые для постоянного использования, которые можно хранить в долговременной памяти соответствующих блоков и не удалять после каждого считывания данных из них.
Общий порядок работы блоков устройства следующий: сначала запускается блок 1 излучения акустического сигнала, а в нем программа (фиг.2), затем запускается блок 2 приема и записи акустического сигнала, а в нем программа (фиг.3), затем запускается блок 3 вычисления, а в нем программа (фиг.4), затем запускается блок 4 принятия решения, а в нем программа (фиг.5), затем запускается блок 5 фактографическая база данных, а в нем программа (фиг.6), затем запускается блок 6 выбора сообщения, а в нем программа (фиг.7), затем запускается блок 7 звуковой индикации, а в нем программа (фиг.8).
Синхронизация работы программ всех блоков может осуществляться, например, с помощью проверки наличия каждой программой соответствующего файла (или файлов) с данными и последующим (при необходимости) удалением этого файла (или файлов), а также путем проверки наличия логического нуля или логической единицы на входе запроса V и передачи логического нуля или логической единицы W программой блока 1 излучения акустического сигнала на вход программы блока 2 приема и записи акустического сигнала. Перед началом работы устройства ни один блок и ни одна программа блоков не запущены. Значение V изменяется пользователем с логического нуля на логическую единицу только тогда, когда все программы запущены. В случае наличия логической единицы (или логического нуля} на входе запроса V блоками устройства (программами в них) выполняются все необходимые действия в соответствии с алгоритмами их работы (фиг.2, 3, 4, 5, 6, 7, 8).
Первым запускается блок 1 излучения акустического сигнала (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.2), которая осуществляет удаление файла fW если он существует.После этого проверяется наличие файлов fV1, fG, fU, fL, fJ, fV2 и данных в них. Если эти файлы не подготовлены, то выполняется снова проверка и т.д. до тех пор, пока эти файлы не будут подготовлены или не будет выключен блок 1 излучения акустического сигнала. Если эти файлы подготовлены, то выполняется чтение необходимых данных.
Затем проверяется значение V (если V=1 (т.е. логическая единица), то это означает, что сделан запрос слепого (пользователя устройства) на получение сведения о помещении на пути его следования).
Если V=0, то выполняется снова проверка наличия необходимых файлов, а если V=1, то выполняются следующие действия.
0
i
N-1
Затем устанавливается W=1 (логическая единица) и осуществляется задержку, например, в 0,2 секунды (200 мс), необходимая для инициализации микрофона в составе блока 2 приема и записи акустического сигнала. Затем выставляется логическая единица на выход W (т.е. запись данных W в созданный файл fW) и передача G=(q,…,q,…,q) для излучения акустического сигнала с уровнем громкости U.
Ряда G преобразовывается в аналоговую форму при помощи ЦАП, входящего в состав блока 1 излучения акустического сигнала, и подачу преобразованного импульса с уровнем громкости U на передающий электроакустический преобразователь (динамик), входящего в состав блока 1 излучения акустического сигнала, передавая таким образом модельный акустический импульс в окружающую среду в сторону, совпадающую с направлением следования пользователя (слепого).
Далее удаляется файл fV1.
Отметим файлы fG и fU хранятся в долговременной памяти блока 1 излучения акустического сигнала и заменяются только при необходимости изменения параметров работы программы блока 1 излучения акустического сигнала.
0
i
M-1
Затем запускается блок 2 приема и записи акустического сигнала (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.3), которая осуществляет удаление файла fR если он существует. После этого проверяется наличие файлов fL, fJ, fW, fV2 и данных в них. Если эти файлы не подготовлены, то выполняется снова проверка и т.д. до тех пор, пока эти файлы не будут подготовлены или не будет выключен блок 2 и записи акустического сигнала. Если эти файлы подготовлены, то выполняется чтение необходимых данных. Затем проверяется значение V (если V=1 (т.е. логическая единица), то это означает, что сделан запрос слепого (пользователя устройства) на получение сведения о помещении на пути его следования). Если V=0, то выполняется снова проверка наличия необходимых файлов, а если V=1, то выполняются следующие действия. Установка частоты дискретизации равной J. Инициализация элементов блока 2 приема и записи акустического сигнала (например, микрофона). Далее, если W=0, то выполняется снова проверка наличия необходимых файлов, а если W=1, то выполняются следующие действия. Регистрация М отсчетов АЦП сигнала с микрофона в течение времени L и формирование R=(r,…,r,…,r).
0
i
M-1
Выполняется регистрация (сохранение в памяти) отсчетов акустического сигнала R, полученных программой блока 2 приема и записи акустического сигнала с частотой дискретизации J. После истечения времени L программа блока 2 приема и записи акустического сигнала сохраняет зарегистрированные отсчеты оцифрованного акустического сигнала R в долговременной (энергонезависимой) памяти в виде файла цифровой звуковой записи fR, например, в формате wav файлов и затем очищает соответствующую выделенную область памяти блока 2 приема и записи акустического сигнала (файлы fL и fJ хранятся в долговременной памяти блока 2 приема и записи акустического сигнала и заменяются, например, только при необходимости изменить параметры работы программы блока 2 приема и записи акустического сигнала). Таким образом, выполняется запись R=(r,…,r,…,r) в созданный файл fR. Далее выполняется удаление файлов fW, fV2.
Затем запускается блок 3 вычисления (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.4), которая осуществляет удаление файла fA если он существует. После этого проверяется наличие файла fR и данных в нем. Если этот файл не подготовлен, то проверка выполняется до тех пор, пока файл не будет подготовлен или не будет выключен блок 3 вычисления. В случае, когда этот файл и данные в нем подготовлены (это означает, что программа блока 2 приема и записи акустического сигнала успешно записала отраженный акустический сигнал (звук в помещении) и передала его запись в виде файла fR на вход программы блока 3 вычисления), то осуществляется считывание данных: R из fR, - а затем производятся вычисления в соответствии с описанными ранее формулами и преобразованиями (фиг.10) для блока 3 вычисления. После того, как вычисления выполнены, программа блока 3 вычисления сохраняет результаты расчетов А в долговременную память блока 4 принятия решения в виде файла fA и затем удаляет файл fR.
Затем запускается блок 4 принятия решения (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.5), которая осуществляет удаление файла fD если он существует. После этого проверяется наличие файлов fA, fZ, fT и данных в них. Если эти файлы не подготовлены, то проверка выполняется до тех пор, пока файлы не будут подготовлены или не будет выключен блок 4 принятия решения. В случае, когда файлы и данные в них подготовлены (это означает, что программа блока 3 вычисления успешно передала результаты расчетов в виде файла fA на вход программы блока 4 принятия решения и подготовлены файлы fZ и fT), то осуществляется считывание данных: А из fA, Z из fZ, Т из fT. Затем происходит процесс принятия решения (вычисление) о значении D в соответствии с описанными выше формулами и преобразованиями для блока 4 принятия решения. После того, как решение о значении D принято, программа блока 4 принятия решения сохраняет результат принятия решения D в долговременную память блока 6 выбора сообщения в виде файла fD и удаляет файлы fA, fZ (в дальнейшем файл fT хранится в долговременной памяти блока 4 принятия решения и заменяются только в случае необходимости изменить параметры работы программы блока 4 принятия решения).
Затем запускается блок 5 фактографическая база данных (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.6), которая осуществляет удаление файла fZ если он существует. После этого проверяется наличие файла fQ1. Если этот файл не подготовлен, то проверка выполняется до тех пор, пока файл не будет подготовлен или не будет выключен блок 5 фактографическая база данных. В случае, когда файл и данные в нем подготовлены (это означает, что пользователем успешно подготовлен его запрос в виде файла fQ1), то осуществляется считывание данных: Q из fQ1, - а затем осуществляется по входным данным Q (например, уникальный номер заданного пользователем (слепым) здания) происходит для этого здания выборка из ФБД матрицы паттернов , где i∈{0,1,…,K-1}, j∈{0,1,…,B-1}. Результат такой выборки представлен матрицей .
Полученный результат  передается на выход блока 5 фактографическая база данных а, затем передается и на третий вход блока 4 принятия решений. Удаляется файл fQ1.
Затем запускается блок 6 выбора сообщения (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.7), которая осуществляет удаление файлов fS1, fS2 если они существуют. После этого проверяется наличие файла fD. Если этот файл не подготовлен, то проверка выполняется до тех пор, пока этот файл не будут подготовлен или не будет выключен блок 6 выбора сообщения. В случае, когда этот файл и данные в нем подготовлены (это означает, что программа блока 4 принятия решения успешно приняла решение и передала этот результат решения в виде файла fD на вход программы блока 6 выбора сообщения, то программа блока 6 выбора сообщения осуществляет выбор (вычисление) номера звукового сообщения. Результат выбора - число S, сохраняется в файлах fS1, fS2.
Файл fS2 содержит S и предназначен для программы блока 7 звуковой индикации, а файл fS1 содержит S - является выходом устройства.
Затем программа блока 6 выбора сообщения удаляет файл fD. Выход программы блока 6 выбора сообщения - файл (fS1, fS2) содержащий число S.
Затем запускается блок 7 звуковой индикации (фиг.1), а в нем - его программа (фиг.8). После этого проверяется наличие файлов fS2, fH, fQ2. Если эти файлы не подготовлены, то проверка выполняется до тех пор, пока файлы не будут подготовлены или не будет выключен блок 7 звуковой индикации. В случае, когда файлы и данные в них подготовлены (это означает, что программа блока 6 выбора сообщения успешно сформировала файл fS2 с номером сообщения о наличии помещении на пути следования пользователя и передала его на вход программы блока 7 звуковой индикации, а также успешно подготовлен файл fH и файл fQ2), то программа блока 7 звуковой индикации считывает число S из файла fS2 и считывает Q из файла fQ2 и считывает Н из файла fH, а затем считывает цифровую звуковую запись S.wav из долговременной памяти блока 7 звуковой индикации для данного здания Q и реализует ее преобразование в аналоговую форму при помощи ЦАП устройства, а затем осуществляет звуковую индикацию (с учетом Н), т.е. подачу звукового сообщения на передающий электроакустический преобразователь (динамик) устройства, озвучивая таким образом содержимое файла S.wav, содержащего речевое сообщение о помещении на пути следования пользователя с нарушениями зрения. После подачи сигнала программа блока 7 звуковой индикации удаляет файлы fS2, fQ2 (в дальнейшем файл fН не удаляется и хранится в долговременной памяти, и заменяется только при необходимости изменить параметры работы программы блока 7 звуковой индикации). Сообщения в звуковых файлах S.wav были описаны выше (ранее).
После подачи сигнала и удаления необходимых файлов программа блока 7 звуковой индикации завершает свою работу, а вместе с ней завершается и работа всего предлагаемого устройства.
Таким вот образом работает данное заявленное устройство.
Отметим, что файл fS1 содержащий номер S речевого сообщения о помещении на пути следования пользователя с нарушениями зрения, является конечным результатом работы предлагаемого устройства и является его выходом (результатом выхода).
Для того, чтобы еще раз осуществить работу предлагаемого устройства (фиг.1) при других исходных данных, необходимо опять сначала подготовить исходные (данные) файлы: fU, fG, fL, fJ, fT, fH (a также и fQ1, fQ2 и fV1, fV2) - и после этого затем уже запустить в устройстве блок 1 излучения акустического сигнала, а в нем его программу, затем запустить в устройстве блок 2 приема и записи акустического сигнала, а в нем его программу, т.е. по порядку как было описано выше. Отметим, что возможно упростить этот процесс запуска этих программ в блоках устройства по единой команде с помощью специально созданной программы.
Экспериментальное тестирование устройства
Предлагаемое авторами устройство на практике (с целью проверки и подтверждения возможности промышленного применения (осуществления) полезной модели, заявленного устройства) было реализовано в виде набора компьютерных программ для вычислителей типа КПК Hewlett-Packard iPAQ 214 Enterprise Handheld со встроенными микрофоном и динамиком в среде графического программирования National Instruments LabVIEW 8.6 Mobile Module. Разработанное программное обеспечение (с использованием, например, языка графического программирования "G") предназначено для функционирования на портативных устройствах, обладающих микрофоном и акустическим динамиком, управляемых операционной системой Windows Mobile 6 или Windows Mobile 7. Исключительно для удобства проведения экспериментальных исследований были разработаны дополнительно некоторые служебные программы.
0
1
2
43
Модельный акустический сигнал G=(q, g, g,…,q) состоял из 44- х сгенерированных отсчетов (т.е. N=44) гармонической функции (синусоиды), сохраненных в виде цифрового звукового файла в формате wav файлов с частотой дискретизации 44100 Гц. Модельный импульс имеет длительность, равную 1 мс, а кривая спектральной плотности импульса имеет пик на частоте 5600 Гц (частота основного тона).
0
i
M-1
2
2
14
15
Испытания устройства проводились в типовых учебных помещениях университета, например, факультета информационных технологий МГППУ, где проходят обучения слепые или слабовидящие студенты. Уровень шума в помещениях составлял от 20 до 53 дБА. В эксперименте с устройством принято, что отраженный акустический сигнал R (звук в помещении) регистрировался (записывался) в течение 400 мс после подачи модельного импульса с частотой дискретизации 44100 Гц в режиме моно, т.е. J=44100 Гц, L=0,4 сек, R=(r,…,r,…,r) размерностью М так, что logM - целое число, т.е. M=2=16384≤17640=44100·0,4≤2=32768, a log М=14.
В экспериментах К=5, а В=32. Надо отметить, что наилучшее определение (распознавание) помещений достигалось при B=32.
0
1
i
K-1
Набор {x,x,…,X,…,x} евклидовых расстояний для каждого помещения в здании состоял из 5 элементов, т.е. i∈{0,1,2,3,4}
Матрица  имела размерность 5×32, т.е. i∈{0,1,2,3,4}, а j∈{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}.
а
a
a
0
j
31
Вектор А=(,…,,…,) имел размерность 32, т.е.
j∈{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}.
Была проведена серия экспериментов. На фиг.9 представлены результаты экспериментальных исследований: 5 типичных серий испытаний (обозначенных наклонным шрифтом) определения (распознавания) помещения заявленным устройством (полезной моделью). На фиг.9 в таблице обозначены номера (№) помещений, где номер 1 - кабинет (помещение малого размера, т.е. площадью менее 40 квадратных метров), номер 2 - аудитория (помещение большого размера, т.е. площадью более 40 квадратных метров), номер 3 - холл, номер 4 - туалетная комната, номер 5 - коридор.
По результатам эксперимента установлено, что доля ошибок при определении (распознавании) помещений практически не превышает 5% (т.е. примерно 5 ошибок на 100 испытаний) что считается на практике вполне приемлемым для данного устройства. При работе заявленного устройства (в данном варианте его практической реализации) среднее значение количества (доли) ошибок по всем помещениям и испытаниям составляет ≈3,44%. Порог T для данной реализации устройства выбран равным 800, т.е. T=800.
Важно отметить, что подобные (аналогичные) экспериментальные исследования можно провести для других исходных данных и для другой возможной промышленной реализации заявленного устройства (полезной модели).
Предлагаемая полезная модель может быть промышленно применимой (осуществимой) еще другим следующим образом.
Блоки предлагаемой полезной модели, как и в устройствах (полезных моделях) [8, 15, 16] и в изобретении [17] одного из авторов реализуются с помощью (см. [20-30]) аналоговых и цифровых элементов (интегральных микросхем).
На этом не исчерпывается все многообразие возможности вариантов применения (построения) предлагаемой полезной модели.
Использованные источники
1. Патент Российской Федерации №2068680, кл. МПК A61F 9/08. Компас для слепых, опубл. 10.11.1996.
2. Патент Российской Федерации №2112214, кл. МПК G01C 22/00. Навигационный прибор, опубл. 27.05.1998.
3. Патент (свидетельство) на полезную модель Российской Федерации №31321, кл. МПК A61F 9/08. Система ориентации слепых, опубл. 10.08.2003.
4. Патент Российской Федерации №2068678, кл. МПК A61F 9/08. Путеводитель для слепых, опубл. 10.11.1996.
5. Патент Российской Федерации №2188611, кл. МПК A61F 9/08. Способ ориентации слепого и устройство для его осуществления, опубл. 10.09.2002.
6. Патент (свидетельство) на полезную модель Российской Федерации №43161, кл. МПК A61F 9/08. Устройство для ориентации слепых, опубл. 10.01.2005; Бюл.№1.
6
7. Патент Российской Федерации №2040921, кл. МПК A61F 9/08. Устройство для ориентации слепых, опубл. 09.08.1995.
7
8. Патент на полезную модель №73750, Российская Федерация (RU), кл. МПК G07D 7/00. Устройство определения фальшивых рукописных документов на русском языке /С.Д.Кулик и др. (Россия). - Заявка №2007147832/22; Заяв. 25.12.2007; Зарегистр. 27.05.2008; Приоритет от 25.12.2007. Опубл. Бюл. №15 - Ч.3. -С.860. - (РОСПАТЕНТ).
9. Патент Российской Федерации №2049455, кл. МПК A61F 9/08. Устройство для ориентации слепых, опубл. 10.12.1995.
10. Патент Российской Федерации №2161812, кл. МПК G02C 1/00, A61F 9/08. Устройство для пространственной ориентации слепых людей, опубл. 10.01.2001.
11. Патент Российской Федерации №2060028, кл. МПК A61F 9/00, A61F 9/08. Устройство акустического представления пространственной информации для инвалидов по зрению, опубл. 20.05.1996.
.
12. Патент (свидетельство) на полезную модель Российской Федерации №31722, кл. МПК A61F 9/08. Устройство для ориентации слепых, опубл. 27.08.2003
7
13. Патент (свидетельство) на полезную модель Российской Федерации №35223, кл. МПК A61F 9/08. Устройство для ориентации слепых, опубл. 10.01.2004.
7
14. Патент Российской Федерации №2160431, кл. МПК G01C 21/00, G01C 21/12. Навигационный прибор, опубл. 10.12.2000 (прототип).
7
15. Кулик С.Д. Свидетельство (патент) на полезную модель №23701, Российская Федерация (RU), кл. МПК G07D 7/00. Устройство для объединения уголовных дел, определения фальшивых банкнот, ценных бумаг и документов при раскрытии преступлений в криминалистике /С.Д.Кулик (Россия). - Заявка №2001134790/20; Заяв. 26.12.2001; Зарегистр. 27.06.2002; Приоритет от 26.12.2001; Опубл. Бюл. №18. -Ч.2. -С.399. - (РОСПАТЕНТ).
7
16. Кулик С.Д. Свидетельство (патент) на полезную модель №20686 Российской Федерации (RU), кл. МПК G09В 23/02; "Устройство для моделирования значений функции вероятности правильного ответа на запрос автоматизированной фактографической информационно-поисковой системы криминалистического назначения" /С.Д.Кулик (Россия). Приоритет от 15.06.2001; Заявка №2001116050; Заяв. 15.06.2001; 3арегистр.20.11.2001, опубл. Бюл. №32. - Ч.2. -С.270. - (РОСПАТЕНТ).
7
17. Кулик С.Д. Патент на изобретение №2208837, Российская Федерация (RU), кл. МПК G06F 17/30. Устройство для имитационного моделирования значений функции выхода автоматизированной фактографической информационно-поисковой системы криминалистического назначения /С.Д.Кулик (Россия). - Заявка №2001129139/09; Заяв. 30.10.2001; Зарегистр. 20.07.2003; Приоритет от 30.10.2001; Опубл. 20.07.2003; Бюл. №20 - Ч.3. -С.752-753. - (РОСПАТЕНТ).
18. Ethernet user's manual for CN8800TPC //CNet total network solutions: CNet, 1993-20p.
19. Решения Microsoft. Вып.1-5: Microsoft, 1996.
20. Лысиков Б.Г. Арифметические и логические основы цифровых автоматов. -Мн.: Вышэйшая школа, 1980.
21. Савельев А.Я. Арифметические и логические основы цифровых автоматов. - М.: Высшая школа, 1980.
22. Соловьев Г.Н. Арифметические устройства ЭВМ. -М: Энергия, 1978.
23. Евреинов Э.В., Бутыльский Ю.Т., Мамзелев И.А. и др. Цифровая и вычислительная техника: Учебник для вузов. -М: Радио и связь, 1991.
24. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. -М.: Радио и связь, 1987. -352 с.
25. Буреев Л.Н., Дудко А.Л., Захаров В.Н. Простейшая микро-ЭВМ. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -216 с.
26. Тарабрин Б.В., Лунин Л.Ф., Смирнов Ю.Н. и др. Интегральные микросхемы Справочник. - М.: Радио и связь, 1983.
27. Алгинин Б.Е. Кружок электронной автоматики. -М.: Просвещение, 1990.
28. Хокинс Г. Цифровая электроника для начинающих. -М.: Мир, 1986.
29. Мухитдинов М., Мусаев Э.С. Светоизлучающие диоды и их применение. - М.: Радио и связь, 1988
30. Якубовский С.В., Барканов Н.А., Ниссельсон Л.И. и др. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. - М.: Радио и связь, 1985.
31. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. - М.: Мир, 1989.
32. Гайдышев И. Анализ и обработка данных. Специальный справочник. -СПб.: Питер, 2001.
33. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. -М.: Мир, 1982-428 с.
34. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Справочник по физике для студентов вузов и инженеров, 8-е изд. -М.: Оникс, 2006.
35. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2.: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. -М.: Наука, 1982.
36. Гинзбург В.Л., Левин Л.М., Сивухин Д.В. Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. Кн. 2.: Термодинамика и молекулярная физика. -М.: ФИЗМАТЛИТ, Лань, 2006.
37. Кулик С.Д., Никонец Д.А., Ткаченко К.И., Жижилев А.В. Специализированное устройство для определения авторов рукописных документов //Криминалистические средства и методы в раскрытии и расследовании преступлений. Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции по криминалистике и судебной экспертизе (4-5 марта 2009 г.). -М.: ЭКЦ МВД России, 2009. - С.239-243.
38. Кулик С.Д., Никонец Д.А., Ткаченко К.И., Жижилев А.В. Устройство определения поддельных документов //Безопасность информационных технологий. -М.: МИФИ, 2009. -№1.-С.114-115. - (материалы XVI Всероссийской научной конференции "Проблемы информационной безопасности в системе высшей школы").
39. Кулик С.Д., Никонец Д.А., Ткаченко К.И., Жижилев А.В. Нейросетевое устройство определения фальшивых рукописных документов на русском языке //Нейрокомпьютеры: разработка и применение. -М.: Радиотехника, 2010.-№10.-С.36-52.
40. Кулик С.Д. Свидетельство на базу данных №2001620076, Российская Федерация, "Фактографическая база данных АФИПС "Абрис"" (FBD-ABR$) /С.Д.Кулик (Россия). - Заявка №2001620050; Заяв. 29.03.2001; Зарегистр. 25.05.2001. Бюл. №3(36). -С.348-349 - (РОСПАТЕНТ).
41. Кулик С.Д. Свидетельство на базу данных №2001620098, Российская Федерация, "Фактографическая база данных для АФИПС "COLOUR"" (FBD-COLR) /С.Д.Кулик (Россия). - Заявка №2001620077; Заяв. 22.05.2001; Зарегистр. 18.07.2001. Бюл. №4(37). - Ч.2 -С.317 - (РОСПАТЕНТ).
42. Кулик С.Д., Жижилев А.В. Свидетельство на программу Российской Федерации №2007614119 "Программа принятия решений и представления данных для лица, принимающего решения на финансовом рынке" (PInterface)/ С.Д.Кулик, А.В.Жижилев (Россия). - Заявка №2007613119; Заяв. 31.07.2007; Зарегистр. 26.10.2007; Опубл. Бюл. №4(61). - Ч.2. -С.303. - (РОСПАТЕНТ).
43. Куравский Л.С., Юрьев Г.А. Свидетельство на программу Российской Федерации №2009613028 "Программа распознавания и озвучивания текстов для людей с нарушениями зрения v.1.0" (El-Reader) /Л.С.Куравский, Г.А.Юрьев (Россия). - Заявка №2009611751; Заяв. 21.04.2009; Зарегистр. 10.06.2009. - (РОСПАТЕНТ).
44. Куравский Л.С., Мармалюк П.А., Холмогорова Н.В. Свидетельство на программу Российской Федерации №2009611660 "Частотный анализатор стабилограмм v.1.0" (FSA) /Л.С.Куравский, П.А.Мармалюк, Н.В.Холмогорова (Россия). - Заявка №2009610532; Заяв. 17.02.2009; Зарегистр. 27.03.2009; Опубл. Бюл. №2(67). -С.390. - (РОСПАТЕНТ).
45. Кулик С.Д. Объекты интеллектуальной собственности России (обзор программного обеспечения): Научное издание. - М.: "Компания Спутник+", 2001. - 159 с.
46. Куравский Л.С., Баранов С.Н., Малых С.Б. Нейронные сети в задачах прогнозирования, диагностики и анализа данных. -М.: РУСАВИА, 2003.- 100 с.
47. Куравский Л.С., Баранов С.Н. Компьютерное моделирование и анализ данных. Конспекты лекций и упражнения: учебное пособие. - М.: РУСАВИА, 2009. -218 с.
48. Куравский Л.С., Баранов С.Н., Юрьев Г.А. Синтез и идентификация скрытых марковских моделей для диагностики усталости разрушения//Нейрокомпьютеры: разработка и применение.- М.: Радиотехника, 2010-№12.-С.20-36.
49. Барбаумов В.Е., Ермаков В.И., Кривенцова Н.Н., Лебедев А.С., Матвеев В.И., Силаева Е.А., Смагина O.K. Справочник по математике для экономистов (под. ред. В.И.Ермакова). -М.: Высшая школа, 1987. -336 с.
50. Малла С. Вейвлеты в обработке сигналов. -М.: Мир, 2005.- 672 с.
51. Zunoubi M.R., Kishk A.A. A combined bi-cgstab (l) and wavelet transform method for EM problems using method of moments //Progress In Electromagnetics Research, PIER 52, 2005. -p.209.-(http://www.jpier.org/PIER/pier52/10.0408093.Zunoubi.K.pdf).-(https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:zl2flewhbDQJ:www.jpier.org/PIER/pier52/10.0408093.Zunoubi.K.pdf+%E2%80%930,1294%3B+%E2%80%930,2241%3B+0,8365%3B+%E2%80%930,4830&hl=ru&gl=ru&pid=bl&s rcid=ADGEESjpgM36vLPX7-i6ytmCHyRzynF4UjSceZbN9vQqrghwDjIvKAhon2fPeY9xMZrxnDw4jzuGQsU6k26UKGlYNkDdCLBSB6aLpzz7sAvL-w4Ymknw-AwtTe2qq7wB1-D37Kts566v&siq=AHIEtbQvMZ_7NGWYD182pxhGXZK4C9yJiQ)
52. Столниц Э., ДеРоуз Т., Салезин Д. Вейвлеты в компьютерной графике, Москва, Ижевск: НИЦ РИХД, 2002.
53. Короновский A.A, Храмов А.Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.
54. Воробьев В.П., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. -СПб.: ВУС, 1999.
55. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам, Ижевск: НИЦ РИХД, 2001
56. Блаттер К. Вейвлет-анализ. Основы теории (Мир математики. Цифровая обработка сигналов). -М.: Техносфера, 2004.
57. Яковлев А.Н. Введение в вейвлет-преобразования, Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - http://window.edu.ru/window_catalog/redir?id=29328&file=nstu68.pdf;
http://window.edu.ru/window/library/pdf2txt?p_id=12541&p_page=1)
58. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения //Успехи физических наук, 1996. -Т.166. -№11 (ноябрь). -C.1145-1170.
59. Дремин И.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлеты и их использование //Успехи физических наук, 2001. -Т.171. -№5(май).- С.465-501.