AI 智能盲人眼镜系统 🤖👓

一个面向视障人士的智能导航与辅助系统，集成了盲道导航、过马路辅助、物品识别、实时语音交互等功能。 本项目仅为交流学习使用，请勿直接给视障人群使用。本项目内仅包含代码，模型地址：https://www.modelscope.cn/models/archifancy/AIGlasses_for_navigation 。下载后存放在/model 文件夹

功能特性 • 快速开始 • 系统架构 • 使用说明 • 开发文档

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📋 目录

• 功能特性
• 系统要求
• 快速开始
• 系统架构
• 使用说明
• 配置说明
• 开发文档

✨ 功能特性

🚶 盲道导航系统

• 实时盲道检测：基于 YOLO 分割模型实时识别盲道
• 智能语音引导：提供精准的方向指引（左转、右转、直行等）
• 障碍物检测与避障：自动识别前方障碍物并规划避障路线
• 转弯检测：自动识别急转弯并提前提醒
• 光流稳定：使用 Lucas-Kanade 光流算法稳定掩码，减少抖动

🚦 过马路辅助

• 斑马线识别：实时检测斑马线位置和方向
• 红绿灯识别：基于颜色和形状的红绿灯状态检测
• 对齐引导：引导用户对准斑马线中心
• 安全提醒：绿灯时语音提示可以通行

🔍 物品识别与查找

• 智能物品搜索：语音指令查找物品（如"帮我找一下红牛"）
• 实时目标追踪：使用 YOLO-E 开放词汇检测 + ByteTrack 追踪
• 手部引导：结合 MediaPipe 手部检测，引导用户手部靠近物品
• 抓取检测：检测手部握持动作，确认物品已拿到
• 多模态反馈：视觉标注 + 语音引导 + 居中提示

🎙️ 实时语音交互

• 语音识别（ASR）：基于阿里云 DashScope Paraformer 实时语音识别
• 多模态对话：Qwen-Omni-Turbo 支持图像+文本输入，语音输出
• 智能指令解析：自动识别导航、查找、对话等不同类型指令
• 上下文感知：在不同模式下智能过滤无关指令

📹 视频与音频处理

• 实时视频流：WebSocket 推流，支持多客户端同时观看
• 音视频同步录制：自动保存带时间戳的录像和音频文件
• IMU 数据融合：接收 ESP32 的 IMU 数据，支持姿态估计
• 多路音频混音：支持系统语音、AI 回复、环境音同时播放

🎨 可视化与交互

• Web 实时监控：浏览器端实时查看处理后的视频流
• IMU 3D 可视化：Three.js 实时渲染设备姿态
• 状态面板：显示导航状态、检测信息、FPS 等
• 中文友好：所有界面和语音使用中文，支持自定义字体

💻 系统要求

硬件要求

• 开发/服务器端：

  • CPU: Intel i5 或以上（推荐 i7/i9）
  • GPU: NVIDIA GPU（支持 CUDA 11.8+，推荐 RTX 3060 或以上）
  • 内存: 8GB RAM（推荐 16GB）
  • 存储: 10GB 可用空间

• 客户端设备（可选）：

  • ESP32-CAM 或其他支持 WebSocket 的摄像头
  • 麦克风（用于语音输入）
  • 扬声器/耳机（用于语音输出）

软件要求

• 操作系统: Windows 10/11, Linux (Ubuntu 20.04+), macOS 10.15+
• Python: 3.9 - 3.11
• CUDA: 11.8 或更高版本（GPU 加速必需）
• 浏览器: Chrome 90+, Firefox 88+, Edge 90+（用于 Web 监控）

API 密钥

• 阿里云 DashScope API Key（必需）：
  • 用于语音识别（ASR）和 Qwen-Omni 对话
  • 申请地址：https://dashscope.console.aliyun.com/

🚀 快速开始

1. 克隆项目

git clone https://github.com/yourusername/aiglass.git
cd aiglass/rebuild1002

2. 安装依赖

创建虚拟环境（推荐）

python -m venv venv
# Windows
venv\Scripts\activate
# Linux/macOS
source venv/bin/activate

安装 Python 包

pip install -r requirements.txt

安装 CUDA 和 cuDNN（GPU 加速）

请参考 NVIDIA CUDA Toolkit 安装指南

3. 下载模型文件

将以下模型文件放入 model/ 目录：

模型文件	用途	大小	下载链接
yolo-seg.pt	盲道分割	~50MB	[待补充]
yoloe-11l-seg.pt	开放词汇检测	~80MB	[待补充]
shoppingbest5.pt	物品识别	~30MB	[待补充]
trafficlight.pt	红绿灯检测	~20MB	[待补充]
hand_landmarker.task	手部检测	~15MB	MediaPipe Models

4. 配置 API 密钥

创建 .env 文件：

# .env
DASHSCOPE_API_KEY=your_api_key_here

或在代码中直接修改（不推荐）：

# app_main.py, line 50
API_KEY = "your_api_key_here"

5. 启动系统

python app_main.py

系统将在 http://0.0.0.0:8081 启动，打开浏览器访问即可看到实时监控界面。

6. 连接设备（可选）

如果使用 ESP32-CAM，请：

1. 烧录 compile/compile.ino 到 ESP32
2. 修改 WiFi 配置，连接到同一网络
3. ESP32 自动连接到 WebSocket 端点

🏗️ 系统架构

整体架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        客户端层                              │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐      │
│  │  ESP32-CAM   │  │   浏览器      │  │   移动端      │      │
│  │  (视频/音频)  │  │  (监控界面)   │  │  (语音控制)   │      │
│  └──────┬───────┘  └──────┬───────┘  └──────┬───────┘      │
└─────────┼──────────────────┼──────────────────┼─────────────┘
          │ WebSocket        │ HTTP/WS          │ WebSocket
┌─────────┼──────────────────┼──────────────────┼─────────────┐
│         │                  │                  │              │
│    ┌────▼──────────────────▼──────────────────▼────────┐    │
│    │         FastAPI 主服务 (app_main.py)              │    │
│    │  - WebSocket 路由管理                              │    │
│    │  - 音视频流分发                                     │    │
│    │  - 状态管理与协调                                   │    │
│    └────┬────────────────┬────────────────┬─────────────┘    │
│         │                │                │                  │
│  ┌──────▼──────┐  ┌──────▼──────┐  ┌──────▼──────┐         │
│  │ ASR 模块     │  │ Omni 对话   │  │ 音频播放     │         │
│  │ (asr_core)   │  │(omni_client)│  │(audio_player)│         │
│  └──────────────┘  └──────────────┘  └──────────────┘         │
│                                                               │
│         应用层                                                │
└───────────────────────────────────────────────────────────────┘
          │                  │                  │
┌─────────▼──────────────────▼──────────────────▼──────────────┐
│                     导航统领层                                │
│    ┌─────────────────────────────────────────────────┐       │
│    │  NavigationMaster (navigation_master.py)         │       │
│    │  - 状态机：IDLE/CHAT/BLINDPATH_NAV/              │       │
│    │            CROSSING/TRAFFIC_LIGHT/ITEM_SEARCH    │       │
│    │  - 模式切换与协调                                │       │
│    └───┬─────────────────────┬───────────────────┬───┘       │
│        │                     │                   │            │
│   ┌────▼────────┐   ┌────────▼────────┐   ┌─────▼──────┐   │
│   │ 盲道导航     │   │  过马路导航      │   │ 物品查找    │   │
│   │(blindpath)   │   │ (crossstreet)   │   │(yolomedia)  │   │
│   └──────────────┘   └──────────────────┘   └─────────────┘   │
└───────────────────────────────────────────────────────────────┘
          │                  │                  │
┌─────────▼──────────────────▼──────────────────▼──────────────┐
│                       模型推理层                              │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐       │
│  │ YOLO 分割     │  │  YOLO-E 检测 │  │ MediaPipe    │       │
│  │ (盲道/斑马线) │  │ (开放词汇)   │  │  (手部检测)   │       │
│  └──────────────┘  └──────────────┘  └──────────────┘       │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐                         │
│  │ 红绿灯检测    │  │ 光流稳定      │                         │
│  │(HSV+YOLO)     │  │(Lucas-Kanade)│                         │
│  └──────────────┘  └──────────────┘                         │
└───────────────────────────────────────────────────────────────┘
          │
┌─────────▼─────────────────────────────────────────────────────┐
│                    外部服务层                                  │
│  ┌──────────────────────────────────────────────┐            │
│  │  阿里云 DashScope API                         │            │
│  │  - Paraformer ASR (实时语音识别)              │            │
│  │  - Qwen-Omni-Turbo (多模态对话)               │            │
│  │  - Qwen-Turbo (标签提取)                      │            │
│  └──────────────────────────────────────────────┘            │
└───────────────────────────────────────────────────────────────┘

核心模块说明

模块	文件	功能
主应用	app_main.py	FastAPI 服务、WebSocket 管理、状态协调
导航统领	navigation_master.py	状态机管理、模式切换、语音节流
盲道导航	workflow_blindpath.py	盲道检测、避障、转弯引导
过马路导航	workflow_crossstreet.py	斑马线检测、红绿灯识别、对齐引导
物品查找	yolomedia.py	物品检测、手部引导、抓取确认
语音识别	asr_core.py	实时 ASR、VAD、指令解析
语音合成	omni_client.py	Qwen-Omni 流式语音生成
音频播放	audio_player.py	多路混音、TTS 播放、音量控制
视频录制	sync_recorder.py	音视频同步录制
桥接 IO	bridge_io.py	线程安全的帧缓冲与分发

📖 使用说明

语音指令

系统支持以下语音指令（说话时无需唤醒词）：

导航控制

"开始导航" / "盲道导航"     → 启动盲道导航
"停止导航" / "结束导航"     → 停止盲道导航
"开始过马路" / "帮我过马路"  → 启动过马路模式
"过马路结束" / "结束过马路"  → 停止过马路模式

红绿灯检测

"检测红绿灯" / "看红绿灯"   → 启动红绿灯检测
"停止检测" / "停止红绿灯"   → 停止检测

物品查找

"帮我找一下 [物品名]"       → 启动物品搜索
  示例：
  - "帮我找一下红牛"
  - "找一下AD钙奶"
  - "帮我找矿泉水"
"找到了" / "拿到了"         → 确认找到物品

智能对话

"帮我看看这是什么"          → 拍照识别
"这个东西能吃吗"            → 物品咨询
任何其他问题                 → AI 对话

导航状态说明

系统包含以下主要状态（自动切换）：

1. IDLE - 空闲状态

   • 等待用户指令
   • 显示原始视频流

2. CHAT - 对话模式

   • 与 AI 进行多模态对话
   • 暂停导航功能

3. BLINDPATH_NAV - 盲道导航

   • ONBOARDING: 上盲道引导
     • ROTATION: 旋转对准盲道
     • TRANSLATION: 平移至盲道中心
   • NAVIGATING: 沿盲道行走
     • 实时方向修正
     • 障碍物检测
   • MANEUVERING_TURN: 转弯处理
   • AVOIDING_OBSTACLE: 避障

4. CROSSING - 过马路模式

   • SEEKING_CROSSWALK: 寻找斑马线
   • WAIT_TRAFFIC_LIGHT: 等待绿灯
   • CROSSING: 过马路中
   • SEEKING_NEXT_BLINDPATH: 寻找对面盲道

5. ITEM_SEARCH - 物品查找

   • 实时检测目标物品
   • 引导手部靠近
   • 确认抓取

6. TRAFFIC_LIGHT_DETECTION - 红绿灯检测

   • 实时检测红绿灯状态
   • 语音播报颜色变化

Web 监控界面

打开浏览器访问 http://localhost:8081，可以看到：

• 实时视频流：显示处理后的视频，包括导航标注
• 状态面板：当前模式、检测信息、FPS
• IMU 可视化：设备姿态 3D 实时渲染
• 语音识别结果：显示识别的文字和 AI 回复

WebSocket 端点

端点	用途	数据格式
/ws/camera	ESP32 相机推流	Binary (JPEG)
/ws/viewer	浏览器订阅视频	Binary (JPEG)
/ws_audio	ESP32 音频上传	Binary (PCM16)
/ws_ui	UI 状态推送	JSON
/ws	IMU 数据接收	JSON
/stream.wav	音频下载流	Binary (WAV)

⚙️ 配置说明

环境变量

创建 .env 文件配置以下参数：

# 阿里云 API
DASHSCOPE_API_KEY=sk-xxxxx

# 模型路径（可选，使用默认路径可不配置）
BLIND_PATH_MODEL=model/yolo-seg.pt
OBSTACLE_MODEL=model/yoloe-11l-seg.pt
YOLOE_MODEL_PATH=model/yoloe-11l-seg.pt

# 导航参数
AIGLASS_MASK_MIN_AREA=1500      # 最小掩码面积
AIGLASS_MASK_MORPH=3            # 形态学核大小
AIGLASS_MASK_MISS_TTL=6         # 掩码丢失容忍帧数
AIGLASS_PANEL_SCALE=0.65        # 数据面板缩放

# 音频配置
TTS_INTERVAL_SEC=1.0            # 语音播报间隔
ENABLE_TTS=true                 # 启用语音播报

修改模型路径

如果模型文件不在默认位置，可以在相应文件中修改：

# workflow_blindpath.py
seg_model_path = "your/custom/path/yolo-seg.pt"

# yolomedia.py
YOLO_MODEL_PATH = "your/custom/path/shoppingbest5.pt"
HAND_TASK_PATH = "your/custom/path/hand_landmarker.task"

调整性能参数

根据硬件性能调整：

# yolomedia.py
HAND_DOWNSCALE = 0.8    # 手部检测降采样（越小越快，精度降低）
HAND_FPS_DIV = 1        # 手部检测抽帧（2=隔帧，3=每3帧）

# workflow_blindpath.py  
FEATURE_PARAMS = dict(
    maxCorners=600,      # 光流特征点数（越少越快）
    qualityLevel=0.001,  # 特征点质量
    minDistance=5        # 特征点最小间距
)

🛠️ 开发文档

添加新的语音指令

1. 在 app_main.py 的 start_ai_with_text_custom() 函数中添加：

# 检查新指令
if "新指令关键词" in user_text:
    # 执行自定义逻辑
    print("[CUSTOM] 新指令被触发")
    await ui_broadcast_final("[系统] 新功能已启动")
    return

2. 如需修改指令过滤规则：

# 修改 allowed_keywords 列表
allowed_keywords = ["帮我看", "帮我找", "你的新关键词"]

扩展导航功能

1. 在 workflow_blindpath.py 添加新状态：

# 在 BlindPathNavigator.__init__() 中初始化
self.your_new_state_var = False

# 在 process_frame() 中处理
def process_frame(self, image):
    if self.your_new_state_var:
        # 自定义处理逻辑
        guidance_text = "新状态引导"
    # ...

2. 在 navigation_master.py 添加状态机状态：

class NavigationMaster:
    def start_your_new_mode(self):
        self.state = "YOUR_NEW_MODE"
        # 初始化逻辑

集成新模型

1. 创建模型包装类：

# your_model_wrapper.py
class YourModelWrapper:
    def __init__(self, model_path):
        self.model = load_your_model(model_path)
    
    def detect(self, image):
        # 推理逻辑
        return results

2. 在 app_main.py 中加载：

your_model = YourModelWrapper("model/your_model.pt")

3. 在相应的工作流中调用：

results = your_model.detect(image)

调试技巧

1. 启用详细日志：

# app_main.py 顶部
import logging
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

2. 查看帧率瓶颈：

# yolomedia.py
PERF_DEBUG = True  # 打印处理时间

3. 测试单个模块：

# 测试盲道导航
python test_cross_street_blindpath.py

# 测试红绿灯检测
python test_traffic_light.py

# 测试录制功能
python test_recorder.py

📄 许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件