Luận văn: Nhận dạng tình huống khó trợ giúp người khiếm thị bằng Kinect di động

Luận văn nghiên cứu hệ thống Kinect di động giúp người khiếm thị nhận dạng vật cản và cầu thang, tăng cường an toàn khi di chuyển trong nhà.

Chuyên ngành

Computer Science

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Master Thesis

2016

75
1
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Kinect di động cho người khiếm thị

Kinect di động là một công nghệ tiên tiến dựa trên cảm biến 3D được phát triển để hỗ trợ người khiếm thị trong nhận dạng vật cản. Theo số liệu năm 2014, Việt Nam có hơn một triệu người bị mất thị lực, chiếm khoảng 1,3% dân số. Công nghệ này kết hợp thị giác máy tính với khả năng chụp ảnh sâu để tạo ra một hệ thống hỗ trợ hiệu quả. Hệ thống nhận dạng tình huống khó khăn sử dụng Kinect di động giúp phát hiện chướng ngại vật trong môi trường nội thất, từ đó nâng cao khả năng di chuyển độc lập và an toàn cho người dùng.

1.1. Công nghệ Kinect là gì

Kinect là một cảm biến sâu (depth sensor) được Microsoft phát triển, có khả năng chụp ảnh 3D trong thời gian thực. Công nghệ này sử dụng tia hồng ngoại để tạo bản đồ độ sâu chi tiết của môi trường xung quanh. Khi được tích hợp vào thiết bị di động, Kinect trở thành một công cụ mạnh mẽ để phát hiện chướng ngại vật và phân tích không gian xung quanh một cách liên tục.

1.2. Nhu cầu hỗ trợ cho cộng đồng khiếm thị

Mặc dù có tác động lớn đến khả năng di chuyển, đọc sách và giao tiếp hàng ngày, chỉ một tỷ lệ nhỏ người khiếm thị có quyền tiếp cận các thiết bị hỗ trợ hoặc chó dẫn đường. Hệ thống Kinect di động cung cấp giải pháp chi phí thấp hơn, dễ tiếp cận hơn để cải thiện chất lượng cuộc sống của họ.

II. Cơ chế hoạt động của hệ thống nhận dạng vật cản

Hệ thống nhận dạng vật cản sử dụng Kinect di động hoạt động dựa trên ba kỹ thuật chính từ thị giác máy tính. Thứ nhất, phân khúc phẳng (plane segmentation) được sử dụng để xác định các bề mặt nằm ngang như sàn nhà. Thứ hai, phân cụm điểm 3D giúp nhóm các điểm dữ liệu để phát hiện vật cản phổ biến. Thứ ba, hệ thống sử dụng chiến lược kết hợp giữa ảnh độ sâu và ảnh màu để phát hiện cầu thang - một trong những nguy hiểm lớn nhất cho người khiếm thị. Hiệu suất hệ thống đạt tỷ lệ phát hiện 82,9% với thời gian xử lý mỗi khung hình là 493 mili giây.

2.1. Phát hiện chướng ngại vật phổ biến

Chướng ngại vật phổ biến trong môi trường nội thất bao gồm các vật cản trên đường di chuyển như đồ vật hoặc tường. Hệ thống sử dụng kỹ thuật ảnh 3D để phân khúc và nhận dạng những vật thể này. Thông qua phân cụm điểm 3D, hệ thống có thể xác định vị trí và kích thước của từng chướng ngại vật, từ đó cảnh báo người dùng kịp thời.

2.2. Phát hiện cầu thang bằng phương pháp lai

Phát hiện cầu thang được thực hiện bằng cách kết hợp hai phương pháp: phân tích ảnh dựa trên màu sắcảnh dựa trên độ sâu. Hệ thống phát hiện các cạnh cầu thang và cấu trúc của chúng thông qua nhận dạng các bậc thang liên tiếp. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả vì nó kết hợp thông tin từ hai nguồn dữ liệu khác nhau, tăng độ chính xác của phát hiện.

III. Ứng dụng thực tiễn trong môi trường nội thất

Hệ thống Kinect di động được thiết kế đặc biệt cho các môi trường nội thất như tòa nhà công cộng, văn phòng, nhà ở và các không gian công cộng khác. Tại thời điểm hiện tại, nguyên mẫu tập trung vào việc phát hiện hai loại chướng ngại vật chính: chướng ngại vật phổ biến trong đường di chuyển và cầu thang. Những tình huống này đặc biệt nguy hiểm cho người khiếm thị vì chúng gây ra rủi ro tai nạn cao. Bằng cách cảnh báo kịp thời về các chướng ngại vật, hệ thống giúp người dùng di chuyển tự tin hơn và giảm thiểu rủi ro chấn thương.

3.1. Tòa nhà công cộng và không gian công cộng

Các tòa nhà công cộng như thư viện, bệnh viện, trường học là những nơi người khiếm thị thường xuyên di chuyển. Hệ thống Kinect di động cung cấp hỗ trợ thời gian thực để phát hiện cầu thang, cơ sở hạ tầng và các vật cản khác. Điều này cho phép người khiếm thị tự tin tìm đường trong các không gian phức tạp mà không cần sự hỗ trợ liên tục.

3.2. Cải thiện khả năng di chuyển độc lập

Khả năng di chuyển độc lập là mục tiêu chính của hệ thống này. Với cảnh báo tức thời về chướng ngại vật và cầu thang, người khiếm thị có thể tăng độc lập tối đa. Hệ thống hỗ trợ quyết định điều hướng an toàn, giảm nhu cầu phụ thuộc vào người trợ giúp hoặc chó dẫn đường, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống.

IV. Đánh giá hiệu suất và triển vọng phát triển

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống Kinect di động đạt tỷ lệ phát hiện 82,9% với độ tin cậy cao. Thời gian xử lý mỗi khung hình là 493 mili giây, cho phép hoạt động gần thực tế trong các ứng dụng thực tiễn. Mặc dù vậy, công nghệ này còn có nhiều hướng phát triển tiềm năng. Công nghệ Kinect di động có thể được mở rộng để phát hiện nhiều loại chướng ngại vật khác, tích hợp trí tuệ nhân tạo để cải thiện độ chính xác, và phát triển các giao diện người dùng trực quan hơn.

4.1. Kết quả đạt được hiện tại

Tỷ lệ phát hiện 82,9% cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả trong việc nhận dạng chướng ngại vậtcầu thang. Thời gian xử lý 493ms cho phép hệ thống cung cấp phản hồi gần thực tế. Những kết quả này chứng minh rằng Kinect di động là công nghệ khả thi để hỗ trợ người khiếm thị trong môi trường nội thất.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, hệ thống Kinect di động có thể được cải thiện bằng cách phát hiện đa chướng ngại vật phức tạp hơn, tích hợp học máy để tối ưu hóa độ chính xác, và phát triển giao diện âm thanh trực quan. Ngoài ra, mở rộng sang môi trường ngoài trời và tích hợp định vị GPS sẽ mở rộng ứng dụng của công nghệ này.

28/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY TAVN NVA NVOH Hoang Van Nam AONATOS WALAAAOD DIFFICULT SITUATIONS RECOGNITION SYSTEM FOR VISUALLY-IMPAIRED AID USING A MOBILE KINECT MASTER THESIS OF SCTENCE COMPUTER SCIENCE arloz Ha Noi — 2016 MINISTRY OF EDUC. ON AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Hoang Van Nam DIFFICULT SITUATIONS RECOGNITION SYSTEM FOR VISUALLY-IMPAIRED AID USING A MOBILE KINECT Department COMPUTER SCIENCE MASTER THESIS OF SCIENCE SUPERVISOR : 1, Dr. Le Thi Lan Ha Noi 2016 CỘNG TIÒA XÃ TIỘI CHỦ NGIĨA VIỆT NAM Độc lập — Tự đoø — Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn : Để tài luận văn: Chuyên ngành: Mã số SV Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội dồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bố sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày - với các nội dung sau. Ngày tháng năm Giản viên hưởng dẫn Tác giá luận văn CTITỦ TỊCTI HỘI ĐÒNG Contents v 9:6: O@WGIE ĐEUNGB wo nce os wise nies cà tein eee ne ee ni ae 32 3⁄7 Stair Detection 34 3 Stair definition.

34 3, Color-based stair dete, 35 3.3 Depth-based stair detection „ đỗ 3.8 Obstacle information representation 48 4 Experiments 49 41 Đế vỉ ví ví cà: 49 4.2 Difficult situation recognition evaluation 51 4.1 Obstacle detection evaluation 51 4.2 Stair detecion evaluation. cà co cà cà 53 5 Conclusions and Future Works 58 Bed ĐGGUNNEB ¿vị se ene ase se RA eGR SEW RGR Ee RF RR A 58 5.2 Future Works oe ee 59 6 Publications 60 Bibliography 61 HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Abstract International Research Institute MICA Computer Vision Department Master of Science Difficult situations recognition for visual-impaired aid using mobile Kinect by Hoang Van NAM By 2014, according to figures from some organization, here are more than one million people in the Vietnam living with sight loss, about 1.3% of Vietnamese peopl. Although the big impact to the daily living, especially with the ability to move, read, communicate with another, only a small percentage of blind or visually impaired people live with assistive device or animal such as a dog guide. Motivated by the significant changes in technology have take place in the last decade, especially in the introduction of varies typ s of sensors as well as the development in the field of computer vision, I present in this thesis a difficult situations recognition system for visually impaired aid using a mobile Kinect, This system is based on data captured from Kinect and using computer vision technique to detect obstacle.

At the current prototype, I only focused on detecting obstacle in the indoor environment like public building and two types of obstacle will be exploited: general obstacle in the moving way and staircases-which causes a big dangerous to the visually impaired people. The 3D imaging techniques were used to detect the general obstacle including: plane segmentation, 3D point clustering and the mixed strategy between depth and color image is used to detect the staircase based on detecting the stair edges and its structure. The system is very reliable with the detection rate is about 82.9% and the time to process each frame is 493 ms. Acknowledgements Tam eo honor ta he here the second time, in one of the finest imiversity in Vietnam to write those grateful words to people who have been supporting, guiding me from the very first moment when 1 was a university student until now, when I am writing my master thesis.

Lam grateful ta my supervisor, Dr. Le ‘Thi Lan, whose expertise, understanding, gener- ‘ons gnidanee and snpport made it possihie for me to work on a topie that we of great: interest to me. It was a pleasure to work with her. Special thanks to Dr.

Tran Thi Thanh Hai, Dr. Vu Hal and Dr. Nguyên Thì Thuy (VIXUA) and all of the members in the Computer Vision Department, MICA Institute for their sharp comments, guidance for my works which helps me a lot in how to study and to do research in right way and also tne valuable advices and encouragements that Ubey gave lo me during my thesis. T wonld like to express my gratimnde to Prof.

Veelaert: Peter, Dr. Taeng, Quang Mep and Mr. Michiel Vlaminck at Ghent University, Belgium for their supporting. It’s been a great honor to cooperate and work with them.

‘inaliy, 1 wouid especially like to thank my family and friends jor their continues love. support they have given me throng my life, helps me pass through all the frustrating, struggling. ‘I'hanks for everything that helped me get to this day. Hanoi, 19/02/2016 Hoang Van Nam iit Acknowledgements Tam eo honor ta he here the second time, in one of the finest imiversity in Vietnam to write those grateful words to people who have been supporting, guiding me from the very first moment when 1 was a university student until now, when I am writing my master thesis.

Lam grateful ta my supervisor, Dr. Le ‘Thi Lan, whose expertise, understanding, gener- ‘ons gnidanee and snpport made it possihie for me to work on a topie that we of great: interest to me. It was a pleasure to work with her. Special thanks to Dr.

Tran Thi Thanh Hai, Dr. Vu Hal and Dr. Nguyên Thì Thuy (VIXUA) and all of the members in the Computer Vision Department, MICA Institute for their sharp comments, guidance for my works which helps me a lot in how to study and to do research in right way and also tne valuable advices and encouragements that Ubey gave lo me during my thesis. T wonld like to express my gratimnde to Prof.

Veelaert: Peter, Dr. Taeng, Quang Mep and Mr. Michiel Vlaminck at Ghent University, Belgium for their supporting. It’s been a great honor to cooperate and work with them.

‘inaliy, 1 wouid especially like to thank my family and friends jor their continues love. support they have given me throng my life, helps me pass through all the frustrating, struggling. ‘I'hanks for everything that helped me get to this day. Hanoi, 19/02/2016 Hoang Van Nam iit Contents Declaration of Authorship Abstract Acknowledgements Contents List of Figures List of Tables Abbreviations 1 Introduction 11 Motivation wee 1.2 Difficult situations ae Mobile Kineet .24 Environment Context AL Difficult Situations Recognition 12 1.4 Thesis Contributions 13 2 Related Works 14 21 As systems for visually impaired people.

14 RGB-D based assistive systems for visually impaired people “ 18 8) SUURDASRON coe ws one ware nese eae conte are wt ne te 20018 trà E 19 3 Obstacle Detection 25 31 Oveview. 36 3⁄8 Point Clond Registration 27 34 Plane Segmentation 30 3.5 Ground & Wall Plane Dete 32 iv Declaration of Authorship I, Hoang Van NAM, declare Unal chis Uhesis viuled, ‘Difficult situations recognition for visualimpaired aid usiag mobile Kinect' aud Ue wock preseuted in it are my own. I confirm that: a This work was done wholly or mainly while in candidature for a research degree at this University. = Where auy park of this thesis has previously born subunitied for a degree or any other qualifi ion at thie Uni preity or any other institution, this has been clearly stated = Where T have consulted the published wark of athers.

this is always clearly at- tributed. m Where | have quoted from the work of others, the source is always given. With the exception of such quotations, this thesis is entirely my own work. m L have acknowledged all main sources of help.

m Where the thesis is based on work done by myself jointiy with others, | have made clear exactly what was done by others and what | have contributed myself. Acknowledgements Tam eo honor ta he here the second time, in one of the finest imiversity in Vietnam to write those grateful words to people who have been supporting, guiding me from the very first moment when 1 was a university student until now, when I am writing my master thesis. Lam grateful ta my supervisor, Dr. Le ‘Thi Lan, whose expertise, understanding, gener- ‘ons gnidanee and snpport made it possihie for me to work on a topie that we of great: interest to me.

It was a pleasure to work with her. Special thanks to Dr. Tran Thi Thanh Hai, Dr. Vu Hal and Dr.

Nguyên Thì Thuy (VIXUA) and all of the members in the Computer Vision Department, MICA Institute for their sharp comments, guidance for my works which helps me a lot in how to study and to do research in right way and also tne valuable advices and encouragements that Ubey gave lo me during my thesis. T wonld like to express my gratimnde to Prof. Veelaert: Peter, Dr. Taeng, Quang Mep and Mr.

Michiel Vlaminck at Ghent University, Belgium for their supporting. It’s been a great honor to cooperate and work with them. ‘inaliy, 1 wouid especially like to thank my family and friends jor their continues love. support they have given me throng my life, helps me pass through all the frustrating, struggling.

‘I'hanks for everything that helped me get to this day. Hanoi, 19/02/2016 Hoang Van Nam iit Acknowledgements Tam eo honor ta he here the second time, in one of the finest imiversity in Vietnam to write those grateful words to people who have been supporting, guiding me from the very first moment when 1 was a university student until now, when I am writing my master thesis. Lam grateful ta my supervisor, Dr. Le ‘Thi Lan, whose expertise, understanding, gener- ‘ons gnidanee and snpport made it possihie for me to work on a topie that we of great: interest to me.

It was a pleasure to work with her. Special thanks to Dr. Tran Thi Thanh Hai, Dr. Vu Hal and Dr.

Nguyên Thì Thuy (VIXUA) and all of the members in the Computer Vision Department, MICA Institute for their sharp comments, guidance for my works which helps me a lot in how to study and to do research in right way and also tne valuable advices and encouragements that Ubey gave lo me during my thesis. T wonld like to express my gratimnde to Prof. Veelaert: Peter, Dr. Taeng, Quang Mep and Mr.

Michiel Vlaminck at Ghent University, Belgium for their supporting. It’s been a great honor to cooperate and work with them. ‘inaliy, 1 wouid especially like to thank my family and friends jor their continues love. support they have given me throng my life, helps me pass through all the frustrating, struggling.

‘I'hanks for everything that helped me get to this day. Hanoi, 19/02/2016 Hoang Van Nam iit List of Figures vii 2.7 A near-approach for stair detection in [13] (A) Input image with detected stair region, (B) Texture energy, (C)Input image with detected lines are stair candidates, (D)Optical flow maps in this image, there is a significant changing in the line in the edge of stair.8 Example of segmentation and classification in [24] 33 2/9 Stair modelins(left) and features in each plane [24].10 Stair detection algorithm proposed in [29] (A) Detected line in the edge image (using color infomation) (B) Depth profiles in each line (red line: pedestrian crosswalk, bhue: down stair, green: upstair) ©.1 Obstacle Detection Flowchart 26 3.2 Kinect mounted on body. x #7 3⁄3 Coordinate Transformation Pro -.98 BA Kinet Coordinate oe ónẽố.5 Point Clond rotation using normal vector of ground plane (while arrow): left: before rotating, right: after rotating 3.6 Normal vector estimation algorithms [15] (a) Normal vector of the center point can be calculated by a eross product of two vectors of four neighbor points (red), (b) Normal vector estimation ina scene.7 Plane segmentation result using algorithm proposed in [15]. Each plane is represented by a distinetiVe eoloF.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ