Система виденья для людей с нарушением зрения

Паксеев, Иван Николаевич Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования является устройство для навигации людей с нарушением зрения до локальных целевых объектов окружающего пространства. Целью работы стоит проектирование устройства навигации для незрячих людей.
Работа имеет социальную значимость.
В результате работы спроектирована структурная схема устройства, а проведенное исследование показывает реализуемость данного предложения.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 13
1 Анализ предметной области ……………………………………………………………………… 15
1.1 Навигация…………………………………………………………………………………………… 15
1.1.1 Глобальное позиционирование……………………………………………………… 16
1.1.2 Wi-Fi Positioning System ……………………………………………………………….. 16
1.1.3 Bluetooth Beacon …………………………………………………………………………… 17
1.1.4 Инерционные навигационные системы …………………………………………. 18
1.1.5 Система технического зрения ……………………………………………………….. 19
1.1.6 Вывод по навигации …………………………………………………………………….. 20
1.2 Распознавание изображений ……………………………………………………………….. 21
1.3 Аудио информирование ……………………………………………………………………… 21
1.4 Тактильные технологии ………………………………………………………………………. 23
1.5 Гибкая электроника…………………………………………………………………………….. 24
2 Практическая часть …………………………………………………………………………………… 28
2.1 Анализ интервью ………………………………………………………………………………… 28
2.2 Существующие решения …………………………………………………………………….. 30
2.3 Проектирование структурной схемы устройства …………………………………. 34
2.3.1 Пользовательский интерфейс ……………………………………………………….. 34
2.3.2 Система технического зрения ……………………………………………………….. 35
2.3.3 Распознавание сцены ……………………………………………………………………. 36
2.3.4 Навигация…………………………………………………………………………………….. 36
2.3.5 Устройство обработки данных ……………………………………………………… 37
2.3.6 Деление информации на два канала………………………………………………. 37
2.3.7 Тактильный канал ………………………………………………………………………… 39
2.3.8 Аудиоканал ………………………………………………………………………………….. 40
2.3.9 Структурная схема устройства ……………………………………………………… 40
2.4 Поиск номера маршрута ……………………………………………………………………… 41
2.4.1 Создание набора данных ………………………………………………………………. 42
2.4.2 Аннотация данных ……………………………………………………………………….. 43
2.4.3 Обучение собственного детектора ………………………………………………… 44
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 50
4 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 79
Список публикаций студента ……………………………………………………………………….. 80
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ……………………………………………………………………………. 81
Приложение А (обязательное) Приложение на английском языке ………………… 86
Приложение Б (справочное) Интервью с незрячим человеком ……………………… 96

По оценкам, в 2020 году в России порядка 31 миллиона человек имеют
проблемы со зрением, а 550 тысяч слепы [1]. Отсутствие зрения у людей влечет
за собой низкую мобильность у этой группы населения. Для них становится
проблематично добираться из одной точки города в другую, делать
повседневные вещи, которые для зрячих не представляют затруднений. В связи
с этим, в последнее время наблюдается рост внимания к проблемам людей с
нарушением зрения.
В России с 2011 года реализуется программа «Доступная среда». В
рамках программы жизненно важные учреждения (больницы, университеты,
органы власти т.п.) должны быть оборудованы средствами для возможного
равного использования их услуг людьми с различными заболеваниями, в
первую очередь, это люди на инвалидных креслах и остальные маломобильные
группы.
За последние пять лет стало появляться больше работ и проектов,
призванных облегчить жизнь слепых и слабовидящих людей. В связи с
наличием почти у каждого человека смартфона, стало возможным предложить
людям приложения, которые позволяют распознавать объекты, описывать то,
что находится на изображении, осуществлять навигацию. Рынок устройств
также увеличился. Появились навигаторы способные прокладывать маршрут,
учитывая окружающее пространство человека. Все это стало доступным,
благодаря развитию технологий, появлению новых датчиков, удешевлению и
уменьшению габаритов старых.
Однако, до сих пор существующие решения не позволяют обеспечить
достаточно комфортное и безопасное передвижение пользователей. Так,
основным способом для осуществления навигации человека является голосовое
информирование о направлении движения. Сообщение пользователю подсказок
и указаний к действиям сопряжено с нагрузкой на аудиоканал, что влечет за
собой увеличение когнитивной нагрузки и отвлечение от звуков окружающего
пространства. По заявлению людей с нарушением зрения, им важно слышать
окружение, это позволяет ориентироваться в пространстве и понимать где они
находятся.
В данной дипломной работе исследуется устройство локальной
навигации для людей с нарушением зрения. Рассматриваются существующие
технические решения, патенты и статьи. Выявлены основные недостатки,
которые решаются спроектированным устройством. Проведено исследование в
рамках задачи распознавания номеров маршрутов автобусов и сформулированы
рекомендации к набору данных для обучения нейронных сетей. Написана
заявка на изобретение способа и устройства.
1 Анализ предметной области
Незрячим людям довольно сложно передвигаться в городской среде в
силу отсутствия информации об окружении. Поэтому они пользуются
различными устройствами и программами помимо белой трости,
позволяющими им ориентироваться в пространстве, находить вещи и узнавать
информацию об окружающей среде. Основными технологиями в устройствах
для незрячих людей являются:
− Навигация,
− Распознавание изображений и обработка данных,
− Аудио контакт с пользователем,
− Тактильные технологии.
Рассмотрим работы и решения из данной области.

Результатами магистерской диссертации является спроектированная
структурная схема устройства, на основе изученных статей, патентов и
решений по темам электротактильной стимуляции и навигации людей с
нарушением зрения. В качестве основы для поставленной цели и задач стало
интервью с незрячим человеком, который описал основные трудности людей с
нарушением зрения. Спроектированное устройство позволит снизить
когнитивную нагрузку на аудиоканал пользователя и обеспечить его
структурированной информацией об окружении. Результаты анализа
технологий для данного устройства позволяют утверждать реализуемость
предложенного устройства. По результатам работы была написана заявка на
изобретение устройства и способа.
Результатами исследования задачи поиска локальных объектов стал
обученный детектор на основе нейронной сети YOLOv4. В связи с
актуальностью проблемы поиска необходимого автобуса, озвученной незрячим
человеком, в данной работе была выбрана задача поиска номеров маршрутов
автобусов. В процессе работы был собран и размечен набор данных из 2110
изображений с 9091 аннотацией. В качестве классов были выбраны следующие
объекты: автобус, номер маршрута, закрытая дверь, открытая дверь и
тактильная табличка. Результаты показали, что детектор способен безошибочно
распознавать объекты на средней дистанции (около 10 метров). Для решения
проблемы с ложным детектированием необходимо в последующем провести
расширение набора данных по полученным результатам для увеличения
разнообразия изображений имеющих шумовые эффекты и искажения.
Результаты на данном этапе показали реализуемость задачи поиска локальных
объектов. Ее можно осуществлять с использованием готовых сетей при
наличии собранного и размеченного набора данных.
Список публикаций студента
Публикации по тематике магистерской диссертации:

1. Паксеев И.Н., Андраханов А.А., Тырышкин А.В. Система
тактильного видения для незрячих людей. Молодежь и современные
информационные технологии: сборник трудов XVIII Международной научно-
практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск,
22–26 марта 2021 г.) / Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2021.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Робот для картографирования местности на базе стереокамеры
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Универсальный мехатронный модуль для мобильного робота
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка автоматизированной системы обезвешивания на гибком подвесе
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Система навигации автономного мобильного робота для работы на Крайнем Севере
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Искусственные мускулы на основе капиллярной нити
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Исследование роботизированной мобильной платформы KUKA youBot
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)