Protótipo vestível de sistema de navegação multimodal e interativo para auxílio customizável a pessoas com deficiências visuais
| Ano de defesa: | 2020 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
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| País: |
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Resumo: | Visual impairment affects millions of people around the world nowadays. By not being able to rely on their vision, people often use other senses to compensate for the lack of vision, such as hearing and touch, when performing daily tasks. Sensory substitution is offered as an alternative to assist people with vision loss, through devices capable of recognizing the environment, obstacles, paths and then providing feedbacks that a visually impaired person can understand. However, the literature contains works that present navigation systems that are very distant from their adoption and without great concerns regarding the individuality of each user's preferences or even their specific needs/limitations. Based on these problems, the main goal of this thesis is to provide an alternative to autonomous and customizable navigation of visually impaired people, from the conception of a navigation system to its build as a functional prototype. Hence, in this thesis, it was developed an abstract model for interactive and customizable navigation systems to provide a baseline for the design and development of this type of system. This work also created a customization methodology for functional features of navigation systems, to offer a way to specify how it is possible to customize each feature of a customizable system. The abstract model and customization methodology resulted in a wearable prototype of a multimodal, interactive and customizable navigation system. This thesis also proposes the NSGA2CGP, an evolutionary and Cartesian multi-objective optimization method for automatic generation of optimized morphological filters, minimizing error and complexity to correct depth images from RGB-D cameras with areas of unknown distances that affect the segmentation process of vision-based navigation systems. NSGA2CGP method proved to be solid and capable of generating optimized filters to fix depth images with good diversity. The wearable prototype with the embedded navigation system was validated and then evaluated in experiments with members of the NGO PARA-DV, from the city of Araraquara / SP, that used the prototype in real environments such as the city streets and the Computing Department of Federal University of São Carlos, a total unknown environment to the members of the NGO. The result of the evaluation was the approval of the prototype, with important indications for the next steps of this work with new resources. |
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Sensory substitution is offered as an alternative to assist people with vision loss, through devices capable of recognizing the environment, obstacles, paths and then providing feedbacks that a visually impaired person can understand. However, the literature contains works that present navigation systems that are very distant from their adoption and without great concerns regarding the individuality of each user's preferences or even their specific needs/limitations. Based on these problems, the main goal of this thesis is to provide an alternative to autonomous and customizable navigation of visually impaired people, from the conception of a navigation system to its build as a functional prototype. Hence, in this thesis, it was developed an abstract model for interactive and customizable navigation systems to provide a baseline for the design and development of this type of system. This work also created a customization methodology for functional features of navigation systems, to offer a way to specify how it is possible to customize each feature of a customizable system. The abstract model and customization methodology resulted in a wearable prototype of a multimodal, interactive and customizable navigation system. This thesis also proposes the NSGA2CGP, an evolutionary and Cartesian multi-objective optimization method for automatic generation of optimized morphological filters, minimizing error and complexity to correct depth images from RGB-D cameras with areas of unknown distances that affect the segmentation process of vision-based navigation systems. NSGA2CGP method proved to be solid and capable of generating optimized filters to fix depth images with good diversity. The wearable prototype with the embedded navigation system was validated and then evaluated in experiments with members of the NGO PARA-DV, from the city of Araraquara / SP, that used the prototype in real environments such as the city streets and the Computing Department of Federal University of São Carlos, a total unknown environment to the members of the NGO. The result of the evaluation was the approval of the prototype, with important indications for the next steps of this work with new resources.A deficiência visual atinge milhões de pessoas em todo o mundo atualmente. Não podendo contar com a visão, as pessoas utilizam outros sentidos para compensar a falta da capacidade de enxergar, como a audição e o tato, na realização de tarefas cotidianas. A substituição sensorial é oferecida como uma alternativa para auxiliar pessoas com perda de visão, por meio de dispositivos capazes de reconhecer o ambiente, obstáculos e caminhos para então fornecer respostas que uma pessoa com deficiência visual possa entender. Entretanto, a literatura contém trabalhos que apresentam diversos sistemas de navegação que estão muito distantes de sua adoção e, principalmente, sem grandes preocupações com a individualidade de preferências de cada usuário ou até mesmo suas necessidades específicas. Frente a esses problemas, o objetivo geral desta tese é fornecer uma alternativa para auxílio customizável à navegação autônoma de pessoas com deficiências visuais, desde a concepção de um sistema de navegação até sua montagem na forma de um protótipo. Para tanto, nesta tese foi desenvolvido um modelo abstrato para sistemas de navegação interativos e customizáveis com o intuito de servir como base para o projeto e desenvolvimento desse tipo de sistema. Foi também criada uma metodologia para customização de recursos funcionais de sistemas de navegação, com o intuito de oferecer uma maneira de especificar como é possível customizar cada recurso do sistema. O modelo abstrato e a metodologia para customização resultaram na criação do protótipo vestível de sistema de navegação multimodal, interativo e customizável. Esta tese também inclui o desenvolvimento do NSGA2CGP, um método de otimização multiobjetivo evolucionário e cartesiano para geração automática de filtros morfológicos otimizados, minimizando o erro e a complexidade, para corrigir imagens de profundidade de câmeras RGB-D que apresentam áreas de distâncias desconhecidas e afetam o processo de segmentação de sistemas de navegação baseados em visão computacional. O método se mostrou sólido e capaz de gerar filtros otimizados para a correção de imagens de profundidade com boa diversidade. O protótipo vestível com o sistema embarcado de navegação foi validado e posteriormente avaliado em experimentos com sete membros da ONG PARA-DV, da cidade de Araraquara/SP, que utilizaram o protótipo em ambientes reais, como as ruas da cidade e o Departamento de Computação da Universidade Federal de São Carlos, ambiente desconhecido pelos membros da ONG. O resultado foi a aprovação do protótipo, com indicativos importantes para o prosseguimento do trabalho com novos recursos.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessDeficiência visualVisão computacionalSistemas embarcadosSistemas de navegaçãoTecnologia assistivaSubstituição sensorialVisual impairmentComputer visionEmbedded systemsNavigation systemsAssistive technologySensory substitutionCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOProtótipo vestível de sistema de navegação multimodal e interativo para auxílio customizável a pessoas com deficiências visuaisWearable prototype of multimodal and interactive navigation system for customizable assistance for people with visual disabilitiesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006008f641ac4-ef66-4fde-b5d9-8a5e4cfacc8areponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTeseDoutorado_vFinal.pdfTeseDoutorado_vFinal.pdfTese de Doutoradoapplication/pdf50500150https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7ea9342a-876e-4dce-978d-032c3abcb23f/download3b3402f1f7e83e313a0fb78bb55ef137MD51trueAnonymousREADCarta Orientador.pdfCarta Orientador.pdfCarta do Orientadorapplication/pdf90259https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/429c6447-5740-41d7-8311-bdfec6ea570a/download62b6cbef0c4071fed93569e616d3d56eMD52falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e48b4635-4c1a-48e8-b6a8-0896b328ac86/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53falseAnonymousREADTEXTTeseDoutorado_vFinal.pdf.txtTeseDoutorado_vFinal.pdf.txtExtracted texttext/plain309020https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4ca1163a-d31a-4840-bb22-b83c09526ecc/download02e6e2e3ea221548017bcaed81090563MD58falseAnonymousREADCarta Orientador.pdf.txtCarta Orientador.pdf.txtExtracted texttext/plain1465https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/cec9bf7d-d96f-4ff3-9aa3-64d14d0a502c/download05e825eb336d9ce91f53e7ae8370d823MD510falseAnonymousREADTHUMBNAILTeseDoutorado_vFinal.pdf.jpgTeseDoutorado_vFinal.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6389https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/857fe57e-ea11-40ab-9fbf-64928c64806e/downloadacfb6c7e73d9c745685313fe1fc635f5MD59falseAnonymousREADCarta Orientador.pdf.jpgCarta Orientador.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9456https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5eb1e382-3bee-46a5-ab5d-4a5e611adb85/downloadaed27120a1f3090b61cf4fc44ce96607MD511falseAnonymousREAD20.500.14289/139472025-02-05 19:31:37.304http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/13947https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-05T22:31:37Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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