Luận án tiến sĩ phát hiện và nhận dạng đối tượng 3d hỗ trợ sinh hoạt của người khiếm thị 3d object detection and recognition assisting visually impaired people in daily activities

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát hiện và nhận dạng đối tượng 3D, hỗ trợ người khiếm thị trong sinh hoạt hàng ngày, ứng dụng công nghệ tiên tiến.

Chuyên ngành

Computer Science

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

doctoral dissertation

2018

159
3
0

Phí lưu trữ

45 Point

Tóm tắt

I. Nhận Dạng Đối Tượng 3D

Phần này tập trung vào nhận dạng đối tượng 3D và các phương pháp tiếp cận trong việc phát hiện và nhận dạng các đối tượng trong không gian ba chiều. Các công nghệ như công nghệ 3Dứng dụng 3D được sử dụng để tăng cường khả năng nhận diện. Các phương pháp dựa trên hình dạng và đặc điểm hình học được phân tích chi tiết, cùng với việc sử dụng các bộ dữ liệu để đánh giá hiệu quả.

1.1. Phương Pháp Dựa Trên Hình Dạng

Các phương pháp dựa trên hình dạng tập trung vào việc phân tích các đặc điểm hình học của đối tượng. Phát hiện đối tượng được thực hiện thông qua việc so sánh các mẫu hình dạng với dữ liệu đầu vào. Các thuật toán như RANSAC và các biến thể của nó được sử dụng để tăng độ chính xác.

1.2. Phương Pháp Dựa Trên Đặc Điểm

Phương pháp này sử dụng các đặc điểm cụ thể của đối tượng để nhận dạng. Công nghệ hỗ trợ như máy học và trí tuệ nhân tạo được áp dụng để cải thiện hiệu suất. Các bộ dữ liệu được sử dụng để huấn luyện và đánh giá các mô hình.

II. Hỗ Trợ Người Khiếm Thị

Phần này đề cập đến việc áp dụng công nghệ 3D để hỗ trợ người khiếm thị trong các hoạt động hàng ngày. Các thiết bị hỗ trợ được thiết kế để giúp người dùng nhận diện và tương tác với các đối tượng trong môi trường xung quanh. Các hệ thống được phát triển để phát hiện chướng ngại vật và định vị các đối tượng quan tâm.

2.1. Hệ Thống Phát Hiện Chướng Ngại Vật

Các hệ thống này sử dụng công nghệ hỗ trợ để phát hiện và cảnh báo về các chướng ngại vật trong môi trường. Người khiếm thị có thể nhận được thông tin qua âm thanh hoặc rung động, giúp họ di chuyển an toàn.

2.2. Hệ Thống Định Vị Đối Tượng

Hệ thống này giúp người khiếm thị định vị các đối tượng quan tâm trong không gian. Tương tác 3D được sử dụng để cung cấp thông tin chi tiết về vị trí và hình dạng của đối tượng.

III. Ứng Dụng Trong Sinh Hoạt Hàng Ngày

Phần này phân tích các ứng dụng 3D trong việc trợ giúp sinh hoạt hàng ngày cho người khiếm thị. Các hệ thống được thiết kế để hỗ trợ trong các hoạt động như nấu ăn, di chuyển và tìm kiếm đồ vật. Các thiết bị hỗ trợ được tích hợp với công nghệ nhận dạng để cung cấp thông tin chính xác và kịp thời.

3.1. Hỗ Trợ Trong Nấu Ăn

Các hệ thống được phát triển để giúp người khiếm thị nhận diện các dụng cụ và nguyên liệu trong nhà bếp. Phát hiện đối tượngnhận dạng đối tượng 3D được sử dụng để cung cấp hướng dẫn chi tiết.

3.2. Hỗ Trợ Di Chuyển

Các hệ thống này sử dụng công nghệ hỗ trợ để cung cấp thông tin về đường đi và chướng ngại vật. Người khiếm thị có thể di chuyển một cách an toàn và độc lập hơn.

IV. Đánh Giá Và Ứng Dụng Thực Tế

Phần này đánh giá hiệu quả của các hệ thống nhận dạng đối tượng 3D trong việc hỗ trợ người khiếm thị. Các kết quả thử nghiệm và phản hồi từ người dùng được phân tích để cải thiện hệ thống. Các ứng dụng 3D được xem xét về tính khả thi và giá trị thực tiễn.

4.1. Đánh Giá Hiệu Suất

Các hệ thống được đánh giá dựa trên độ chính xác và tốc độ xử lý. Công nghệ hỗ trợ được cải tiến để đáp ứng nhu cầu thực tế của người khiếm thị.

4.2. Ứng Dụng Thực Tế

Các hệ thống được triển khai trong các môi trường thực tế để kiểm tra tính hiệu quả. Trợ giúp sinh hoạt hàng ngày được cải thiện đáng kể nhờ vào các thiết bị hỗ trợ và công nghệ tiên tiến.

01/03/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY LE VAN HUNG 3-D OBJECT DETECTIONS AND RECOGNITIONS: ASSISTING VISUALLY IMPAIRED PEOPLE Major: Computer Science Code: 9480101 DOCTORAL DISSERTATION OF COMPUTER SCIENCE SUPERVISORS: 1. Nguyen Thi Thuy Hanoi − 2018 HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY LE VAN HUNG 3-D OBJECT DETECTIONS AND RECOGNITIONS: ASSISTING VISUALLY IMPAIRED PEOPLE Major: Computer Science Code: 9480101 DOCTORAL DISSERTATION OF COMPUTER SCIENCE SUPERVISORS: 1. Nguyen Thi Thuy Hanoi − 2018 DECLARATION OF AUTHORSHIP I, Le Van Hung, declare that this dissertation titled, ”3-D Object Detections and Recognitions: Assisting Visually Impaired People in Daily Activities ”, and the works presented in it are my own. I confirm that:  This work was done wholly or mainly while in candidature for a Ph.

research degree at Hanoi University of Science and Technology.  Where any part of this thesis has previously been submitted for a degree or any other qualification at Hanoi University of Science and Technology or any other institution, this has been clearly stated.  Where I have consulted the published work of others, this is always clearly at- tributed.  Where I have quoted from the work of others, the source is always given.

With the exception of such quotations, this dissertation is entirely my own work.  I have acknowledged all main sources of help.  Where the dissertation is based on work done by myself jointly with others, I have made exactly what was done by others and what I have contributed myself. Hanoi, November 2018 PhD Student Le Van Hung SUPERVISORS Dr.

Vu Hai Assoc. Nguyen Thi Thuy i ACKNOWLEDGEMENT This dissertation was written during my doctoral course at International Research Institute Multimedia, Information, Communication and Applications (MICA), Hanoi University of Science and Technology (HUST). It is my great pleasure to thank all the people who supported me for completing this work. First, I would like to express my sincere gratitude to my advisors Dr.

Hai Vu and Assoc. Thi Thuy Nguyen for their continuous support, their patience, motivation, and immense knowledge. Their guidance helped me all the time of research and writing this dissertation. I could not imagine a better advisor and mentor for my Ph.

Besides my advisors, I would like to thank to Assoc. Thi-Lan Le, Assoc. Thanh-Hai Tran and members of Computer Vision Department at MICA Institute. The colleagues have assisted me a lot in my research process as well as they are co-authored in the published papers.

Moreover, the attention at scientific conferences has always been a great experience for me to receive many the useful comments. During my PhD course, I have received many supports from the Management Board of MICA Institute. My sincere thank to Prof. Yen Ngoc Pham, Prof.

Eric Castelli and Dr. Son Viet Nguyen, who gave me the opportunity to join research works, and gave me permission to joint to the laboratory in MICA Institute. Without their precious support, it has been being impossible to conduct this research. student of 911 program, I would like to thank this programme for financial support.

I also gratefully acknowledge the financial support for attending the conferences from Nafosted-FWO project (FWO.08) and VLIR project (ZEIN2012RIP19). I would like to thank the College of Statistics over the years both at my career work and outside of the work. Special thanks to my family, particularly, to my mother and father for all of their sacrifices that they have made on my behalf. I also would like to thank my beloved wife for everything she supported me.

Hanoi, November 2018 Ph. Student Le Van Hung ii CONTENTS DECLARATION OF AUTHORSHIP i ACKNOWLEDGEMENT ii CONTENTS v SYMBOLS vi LIST OF TABLES viii LIST OF FIGURES xvii 1 LITERATURE REVIEW 8 1.1 Aided-systems for supporting visually impaired people .1 Aided-systems for navigation services .2 Aided-systems for obstacle detection .3 Aided-systems for locating the interested objects in scenes .2 3-D object detection, recognition from a point cloud data .1 Appearance-based methods .2 Geometry-based methods .3 Datasets for 3-D object recognition .3 Fitting primitive shapes .1 Linear fitting algorithms .2 Robust estimation algorithms .3 RANdom SAmple Consensus (RANSAC) and its variations. 23 2 POINT CLOUD REPRESENTATION AND THE PROPOSED METHOD FOR TABLE PLANE DETECTION 24 2.1 Point cloud representations .1 Capturing data by a Microsoft Kinect sensor .2 Point cloud representation .2 The proposed method for table plane detection .3 The proposed method .1 The proposed framework .3 Table plane detection and extraction .1 Experimental setup and dataset collection .2 Table plane detection evaluation method .3 Separating the interested objects on the table plane .1 Coordinate system transformation .2 Separating table plane and the interested objects. 48 3 PRIMITIVE SHAPES ESTIMATION BY A NEW ROBUST ES- TIMATOR USING GEOMETRICAL CONSTRAINTS 51 3.1 Fitting primitive shapes by GCSAC .3 The proposed a new robust estimator .1 Overview of the proposed robust estimator (GCSAC) .2 Geometrical analyses and constraints for qualifying good samples .4 Experimental results of robust estimator .1 Evaluation datasets of robust estimator .2 Evaluation measurements of robust estimator .3 Evaluation results of a new robust estimator .2 Fitting objects using the context and geometrical constraints .1 The proposed method of finding objects using the context and geometrical constraints .1 Model verification using contextual constraints .2 Experimental results of finding objects using the context and geometrical constraints .1 Descriptions of the datasets for evaluation .3 Results of finding objects using the context and geo- metrical constraints.

85 iv 4 DETECTION AND ESTIMATION OF A 3-D OBJECT MODEL FOR A REAL APPLICATION 86 4.1 A Comparative study on 3-D object detection .3 Three different approaches for 3-D objects detection in a complex scene .1 Geometry-based method for Primitive Shape detection Method (PSM) .2 Combination of Clustering objects and Viewpoint Features Histogram, GCSAC for estimating 3-D full object mod- els (CVFGS) .3 Combination of Deep Learning based and GCSAC for estimating 3-D full object models (DLGS) .3 Setup parameters in the evaluations .2 Deploying an aided-system for visually impaired people .1 Environment and material setup for the evaluation .2 Pre-built script .3 Performances of the real system .1 Evaluation of finding 3-D objects .4 Evaluation of usability and discussion. 118 5 CONCLUSION AND FUTURE WORKS 121 5. 123 Bibliography 125 PUBLICATIONS 139 v ABBREVIATIONS No. Abbreviation Meaning 1 API Application Programming Interface 2 CNN Convolution Neural Network 2 CPU Central Processing Unit 3 CVFH Clustered Viewpoint Feature Histogram 4 FN False Negative 5 FP False Positive 6 FPFH Fast Point Feature Histogram 7 fps f rame per second 8 GCSAC Geometrical Constraint SAmple Consensus 9 GPS Global Positioning System 10 GT Ground Truth 11 HT Hough Transform 12 ICP Iterative Closest Point 13 ISS Intrinsic Shape Signatures 14 JI Jaccard Index 15 KDES Kernel DEScriptors 16 KNN K Nearest Neighbors 17 LBP Local Binary Patterns 18 LMNN Large Margin Nearest Neighbor 19 LMS Least Mean of Squares 20 LO-RANSAC Locally Optimized RANSAC 21 LRF Local Receptive Fields 22 LSM Least Squares Method 23 MAPSAC Maximum A Posteriori SAmple Consensus 24 MLESAC Maximum Likelihood Estimation SAmple Consensus 25 MS MicroSoft 26 MSAC M-estimator SAmple Consensus 27 MSI Modified Plessey 28 MSS Minimal Sample Set 29 NAPSAC N-Adjacent Points SAmple Consensus vi 30 NARF Normal Aligned Radial Features 31 NN Nearest Neighbor 32 NNDR Nearest Neighbor Distance Ratio 33 OCR Optical Character Recognition 34 OPENCV OPEN source Computer Vision Library 35 PC Persional Computer 36 PCA Principal Component Analysis 37 PCL Point Cloud Library 38 PROSAC PROgressive SAmple Consensus 39 QR code Quick Response Code 40 RAM Random Acess Memory 41 RANSAC RANdom SAmple Consensus 42 RFID Radio-Frequency IDentification 43 R-RANSAC Recursive RANdom SAmple Consensus 44 SDK Software Development Kit 45 SHOT Signature of Histograms of OrienTations 46 SIFT Scale-Invariant Feature Transform 47 SQ SuperQuadric 48 SURF Speeded Up Robust Features 49 SVM Support Vector Machine 50 TN True Negative 51 TP True Positive 52 TTS Text To Speech 53 UPC Universal Product Code 54 URL Uniform Resource Locator 55 USAC A Universal Framework for Random SAmple Consensus 56 VFH Viewpoint Feature Histogram 57 VIP Visually Impaired Person 57 VIPs Visually Impaired People vii LIST OF TABLES Table 2.1 The number of frames of each scene.2 The average result of detected table plane on our own dataset(%).3 The average result of detected table plane on the dataset [117] (%).4 The average result of detected table plane of our method with different down sampling factors on our dataset.1 The characteristics of the generated cylinder, sphere, cone dataset (synthesized dataset) .2 The average evaluation results of synthesized datasets.

The syn- thesized datasets were repeated 50 times for statistically representative results.3 Experimental results on the ’second cylinder’ dataset. The exper- iments were repeated 20 times, then errors are averaged.4 The average evaluation results on the ’second sphere’, ’second cone’ datasets. The real datasets were repeated 20 times for statistically representative results.5 Average results of the evaluation measurements using GCSAC and MLESAC on three datasets. The fitting procedures were repeated 50 times for statistical evaluations.1 The average result detecting spherical objects on two stages.2 The average results of detecting the cylindrical objects at the first stage in both the first and second datasets.3 The average results of detecting the cylindrical objects at the second stage in both the first and second datasets.4 The average processing time of detecting cylindrical objects in both the first and second datasets.5 The average results of 3-D queried objects detection.

116 viii LIST OF FIGURES Figure 1 Illustration of a real scenario: a VIP comes to the Kitchen and gives a query: ”Where is a coffee cup? ” on the table. Left panel shows a Kinect mounted on the human’s chest. Right panel: the developed system is build on a Laptop PC. 2 Figure 2 Illustration of the process of 3-D query-based object in the indoor environment.

The full object model is the estimated green cylinder from the point cloud of coffee-cup (red points). 3 Figure 3 A general framework of detecting the 3-D queried objects on the table of the VIPs.1 Illustration of the 3-D object recognition process towards local feature based method [53].2 Illustration of primitive shapes extraction from the point cloud [144] .3 Illustration of the Least squares process.4 Line presentation in image space and in Hough space [126].5 Illustration of line estimation by RANSAC algorithm.6 Diagram of RANSAC-based algorithms.1 Microsoft Kinect Sensor version 1.2 Illustration of the organized point cloud representation process.3 Description of the organized and unorganized point cloud.4 (a) is a RGB image, (b) is a point cloud of a scene.5 The proposed framework for table plane detection.6 (a) Computing the depth value of the center pixel based on its neighborhoods (within a (3 × 3) pixels window); (b) down sampling of the depth image.7 Illustration of estimating the normal vector of a set point in the 3-D space. (a) a set of points; (b) estimation of the normal vector of a black point; (c) selection of two points for estimating a plane; (d) the normal vector of a black point.8 Illustration of point cloud segmentation process.9 Example of plane segmentation (a) color image of the scene; (b) plane segmentation result with PROSAC in a our publication; (c) plane segmentation result with the organized point cloud.10 Illustrating acceleration vector provided by a Microsoft Kinect sensor. (xk , yk , zk ) are the three coordinate axes of the Kinect coordinate system that mounted on the chest of VIP.11 Illustration of extracting the table plane in the complex scene.12 Examples of 10 scenes captured in our dataset.13 Scenes in the dataset [?].14 (a) Color and depth image of the scene; (b) mask data of table plane; (c) cropped region; (d) point cloud corresponding of the cropped region, green point is 3-D centroid of the region.15 (a), Illustration of the angle between normal vector of the de- tected table plane and T.

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

Phát Hiện Và Nhận Dạng Đối Tượng 3D Hỗ Trợ Người Khiếm Thị Trong Sinh Hoạt Hàng Ngày là một nghiên cứu đột phá tập trung vào việc ứng dụng công nghệ nhận dạng đối tượng 3D để hỗ trợ người khiếm thị trong các hoạt động thường ngày. Tài liệu này không chỉ giới thiệu các phương pháp tiên tiến trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp công nghệ vào cuộc sống để cải thiện chất lượng sống cho người khuyết tật. Những lợi ích chính bao gồm tăng cường khả năng tự lập, giảm thiểu rào cản trong sinh hoạt, và mở ra cơ hội tiếp cận thông tin một cách dễ dàng hơn.

Để hiểu sâu hơn về các nghiên cứu liên quan đến công nghệ và ứng dụng thực tiễn, bạn có thể tham khảo Luận văn thạc sĩ xây dựng thuật toán trích xuất số phách trên phiếu trả lời trắc nghiệm của trường đại học phan thiết, nơi trình bày chi tiết về việc phát triển thuật toán trong giáo dục. Ngoài ra, Luận văn đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng cung cấp góc nhìn về cách tối ưu hóa các giải pháp công nghệ trong thực tế. Cuối cùng, 2 tóm tắt luận án tiến sĩ tiếng việt ncs nguyễn khắc tấn là tài liệu hữu ích để khám phá thêm các nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực khoa học công nghệ.

Những tài liệu này không chỉ mở rộng kiến thức mà còn giúp bạn hiểu rõ hơn về cách công nghệ đang thay đổi cuộc sống con người. Hãy khám phá ngay để không bỏ lỡ những thông tin giá trị!