A survey on computer vision technology in Camera Based ETA devices

Electronic Travel Aid systems are expected to make impaired persons able to perform their everyday tasks such as finding an object and avoiding obstacles easier. Among ETA devices, Camera Based ETA devices are the new one and with a high potential for helping Visually Impaired Persons. With recent advances in computer science and specially computer vision, Camera Based ETA devices used several computer vision algorithms and techniques such as object recognition and stereo vision in order to help VIP to perform tasks such as reading banknotes, recognizing people and avoiding obstacles. This paper analyses and appraises a number of literatures in this area with focus on stereo vision technique. Finally, after discussing about the methods and techniques used in different literatures, it is concluded that the stereo vision is the best technique for helping VIP in their everyday navigation

A Smart Real-Time Standalone Route Recognition System for Visually Impaired Persons

Visual Impairment is a common disability that results in poor or no eyesight, whose victims suffer inconveniences in performing their daily tasks. Visually impaired persons require some aids to interact with their environment safely. Existing navigation systems like electronic travel aids (ETAs) are mostly cloud-based and rely heavily on the internet and google map. This implies that systems deployment in locations with poor internet facilities and poorly structured environments is not feasible. This paper proposed a smart real-time standalone route recognition system for visually impaired persons. The proposed system makes use of a pedestrian route network, an interconnection of paths and their associated route tables, for providing directions of known locations in real-time for the user. Federal University of Technology (FUT), Minna, Gidan Kwanu campus was used as the case study. The result obtained from testing of the device search strategy on the field showed that the complexity of the algorithm used in searching for paths in the pedestrian network is , at worst-case scenario, where N is the number of paths available in the network. The accuracy of path recognition is 100%. This implies that the developed system is reliable and can be used in recognizing and navigating routes by the visual impaired in real-time

Real-Time Obstacle Detection System in Indoor Environment for the Visually Impaired Using Microsoft Kinect Sensor

Any mobility aid for the visually impaired people should be able to accurately detect and warn about nearly obstacles. In this paper, we present a method for support system to detect obstacle in indoor environment based on Kinect sensor and 3D-image processing. Color-Depth data of the scene in front of the user is collected using the Kinect with the support of the standard framework for 3D sensing OpenNI and processed by PCL library to extract accurate 3D information of the obstacles. The experiments have been performed with the dataset in multiple indoor scenarios and in different lighting conditions. Results showed that our system is able to accurately detect the four types of obstacle: walls, doors, stairs, and a residual class that covers loose obstacles on the floor. Precisely, walls and loose obstacles on the floor are detected in practically all cases, whereas doors are detected in 90.69% out of 43 positive image samples. For the step detection, we have correctly detected the upstairs in 97.33% out of 75 positive images while the correct rate of downstairs detection is lower with 89.47% from 38 positive images. Our method further allows the computation of the distance between the user and the obstacles

Detección y modelado de escaleras con sensor RGB-D para asistencia personal

La habilidad de avanzar y moverse de manera efectiva por el entorno resulta natural para la mayoría de la gente, pero no resulta fácil de realizar bajo algunas circunstancias, como es el caso de las personas con problemas visuales o cuando nos movemos en entornos especialmente complejos o desconocidos. Lo que pretendemos conseguir a largo plazo es crear un sistema portable de asistencia aumentada para ayudar a quienes se enfrentan a esas circunstancias. Para ello nos podemos ayudar de cámaras, que se integran en el asistente. En este trabajo nos hemos centrado en el módulo de detección, dejando para otros trabajos el resto de módulos, como podría ser la interfaz entre la detección y el usuario. Un sistema de guiado de personas debe mantener al sujeto que lo utiliza apartado de peligros, pero también debería ser capaz de reconocer ciertas características del entorno para interactuar con ellas. En este trabajo resolvemos la detección de uno de los recursos más comunes que una persona puede tener que utilizar a lo largo de su vida diaria: las escaleras. Encontrar escaleras es doblemente beneficioso, puesto que no sólo permite evitar posibles caídas sino que ayuda a indicar al usuario la posibilidad de alcanzar otro piso en el edificio. Para conseguir esto hemos hecho uso de un sensor RGB-D, que irá situado en el pecho del sujeto, y que permite captar de manera simultánea y sincronizada información de color y profundidad de la escena. El algoritmo usa de manera ventajosa la captación de profundidad para encontrar el suelo y así orientar la escena de la manera que aparece ante el usuario. Posteriormente hay un proceso de segmentación y clasificación de la escena de la que obtenemos aquellos segmentos que se corresponden con "suelo", "paredes", "planos horizontales" y una clase residual, de la que todos los miembros son considerados "obstáculos". A continuación, el algoritmo de detección de escaleras determina si los planos horizontales son escalones que forman una escalera y los ordena jerárquicamente. En el caso de que se haya encontrado una escalera, el algoritmo de modelado nos proporciona toda la información de utilidad para el usuario: cómo esta posicionada con respecto a él, cuántos escalones se ven y cuáles son sus medidas aproximadas. En definitiva, lo que se presenta en este trabajo es un nuevo algoritmo de ayuda a la navegación humana en entornos de interior cuya mayor contribución es un algoritmo de detección y modelado de escaleras que determina toda la información de mayor relevancia para el sujeto. Se han realizado experimentos con grabaciones de vídeo en distintos entornos, consiguiendo buenos resultados tanto en precisión como en tiempo de respuesta. Además se ha realizado una comparación de nuestros resultados con los extraídos de otras publicaciones, demostrando que no sólo se consigue una eciencia que iguala al estado de la materia sino que también se aportan una serie de mejoras. Especialmente, nuestro algoritmo es el primero capaz de obtener las dimensiones de las escaleras incluso con obstáculos obstruyendo parcialmente la vista, como puede ser gente subiendo o bajando. Como resultado de este trabajo se ha elaborado una publicación aceptada en el Second Workshop on Assitive Computer Vision and Robotics del ECCV, cuya presentación tiene lugar el 12 de Septiembre de 2014 en Zúrich, Suiza

A Spot Reminder System for the Visually Impaired Based on a Smartphone Camera

The present paper proposes a smartphone-camera-based system to assist visually impaired users in recalling their memories related to important locations, called spots, that they visited. The memories are recorded as voice memos, which can be played back when the users return to the spots. Spot-to-spot correspondence is determined by image matching based on the scale invariant feature transform. The main contribution of the proposed system is to allow visually impaired users to associate arbitrary voice memos with arbitrary spots. The users do not need any special devices or systems except smartphones and do not need to remember the spots where the voice memos were recorded. In addition, the proposed system can identify spots in environments that are inaccessible to the global positioning system. The proposed system has been evaluated by two experiments: image matching tests and a user study. The experimental results suggested the effectiveness of the system to help visually impaired individuals, including blind individuals, recall information about regularly-visited spots

Context-Aware Shared Control of a Robot Mobility Aid for the Elderly Blind

This paper describes the use of a Bayesian network to provide context-aware shared control of a robot mobility aid for the frail blind. The robot mobility aid, PAM-AID, is a “smart walker” that aims to assist the frail and elderly blind to walk safely indoors. The Bayesian network combines user input with high-level information derived from the sensors to provide a context-aware estimate of the user’s current navigation goals. This context-aware action selection mechanism facilitates the use of a very simple, low bandwidth user interface, which is critical for the elderly user group. The PAM-AID systems have been evaluated through a series of field trails involving over 30 potential users

Detección de caminos libres de obstáculos mediante mapas de profundidad

[ES] El procesado del espacio libre presente en la escena es básico para el correcto funcionamiento de muchas aplicaciones en el ámbito de la robótica y de la navegación. En este trabajo se presenta un método para realizar, en tiempo real, la detección de vías libres de obstáculos mediante el procesado de mapas de profundidad, obtenidos como producto de la disparidad entre las imágenes obtenidas de un sistema de estereovisión. El algoritmo desarrollado se basa en aproximar los valores de grupos de columnas de la cuarta parte inferior de dichos mapas a una recta, utilizando el ajuste por mínimos cuadrados. La decisión final sobre si la zona analizada es un pasillo libre o no dependerá de los valores del índice de determinación y de la pendiente de la recta ajustada en cada caso[EN] The computation of free space available in an environment is an essential task for many intelligent automotive and robotic applications. This document describes a method to detect obstacle-free areas in realtime using depth maps. Depth maps are obtained processing disparity between left and right images from a stereo-vision system. The proposed algorithm finds the best-fitting first degree polynomial to the columns of the fourth bottom of the depth map, using least squares fitting. The final detection in each case depends on the correlation index and the gradient of the fitted polynomialOrtigosa Araque, N. (2008). Detección de caminos libres de obstáculos mediante mapas de profundidad. http://hdl.handle.net/10251/13537Archivo delegad

INTELLIGENT VISION-BASED NAVIGATION SYSTEM

This thesis presents a complete vision-based navigation system that can plan and follow an obstacle-avoiding path to a desired destination on the basis of an internal map updated with information gathered from its visual sensor. For vision-based self-localization, the system uses new floor-edges-specific filters for detecting floor edges and their pose, a new algorithm for determining the orientation of the robot, and a new procedure for selecting the initial positions in the self-localization procedure. Self-localization is based on matching visually detected features with those stored in a prior map. For planning, the system demonstrates for the first time a real-world application of the neural-resistive grid method to robot navigation. The neural-resistive grid is modified with a new connectivity scheme that allows the representation of the collision-free space of a robot with finite dimensions via divergent connections between the spatial memory layer and the neuro-resistive grid layer. A new control system is proposed. It uses a Smith Predictor architecture that has been modified for navigation applications and for intermittent delayed feedback typical of artificial vision. A receding horizon control strategy is implemented using Normalised Radial Basis Function nets as path encoders, to ensure continuous motion during the delay between measurements. The system is tested in a simplified environment where an obstacle placed anywhere is detected visually and is integrated in the path planning process. The results show the validity of the control concept and the crucial importance of a robust vision-based self-localization process

An Orientation & Mobility Aid for People with Visual Impairments

Orientierung&Mobilität (O&M) umfasst eine Reihe von Techniken für Menschen mit Sehschädigungen, die ihnen helfen, sich im Alltag zurechtzufinden. Dennoch benötigen sie einen umfangreichen und sehr aufwendigen Einzelunterricht mit O&M Lehrern, um diese Techniken in ihre täglichen Abläufe zu integrieren. Während einige dieser Techniken assistive Technologien benutzen, wie zum Beispiel den Blinden-Langstock, Points of Interest Datenbanken oder ein Kompass gestütztes Orientierungssystem, existiert eine unscheinbare Kommunikationslücke zwischen verfügbaren Hilfsmitteln und Navigationssystemen. In den letzten Jahren sind mobile Rechensysteme, insbesondere Smartphones, allgegenwärtig geworden. Dies eröffnet modernen Techniken des maschinellen Sehens die Möglichkeit, den menschlichen Sehsinn bei Problemen im Alltag zu unterstützen, die durch ein nicht barrierefreies Design entstanden sind. Dennoch muss mit besonderer Sorgfalt vorgegangen werden, um dabei nicht mit den speziellen persönlichen Kompetenzen und antrainierten Verhaltensweisen zu kollidieren, oder schlimmstenfalls O&M Techniken sogar zu widersprechen. In dieser Dissertation identifizieren wir eine räumliche und systembedingte Lücke zwischen Orientierungshilfen und Navigationssystemen für Menschen mit Sehschädigung. Die räumliche Lücke existiert hauptsächlich, da assistive Orientierungshilfen, wie zum Beispiel der Blinden-Langstock, nur dabei helfen können, die Umgebung in einem limitierten Bereich wahrzunehmen, während Navigationsinformationen nur sehr weitläufig gehalten sind. Zusätzlich entsteht diese Lücke auch systembedingt zwischen diesen beiden Komponenten — der Blinden-Langstock kennt die Route nicht, während ein Navigationssystem nahegelegene Hindernisse oder O&M Techniken nicht weiter betrachtet. Daher schlagen wir verschiedene Ansätze zum Schließen dieser Lücke vor, um die Verbindung und Kommunikation zwischen Orientierungshilfen und Navigationsinformationen zu verbessern und betrachten das Problem dabei aus beiden Richtungen. Um nützliche relevante Informationen bereitzustellen, identifizieren wir zuerst die bedeutendsten Anforderungen an assistive Systeme und erstellen einige Schlüsselkonzepte, die wir bei unseren Algorithmen und Prototypen beachten. Existierende assistive Systeme zur Orientierung basieren hauptsächlich auf globalen Navigationssatellitensystemen. Wir versuchen, diese zu verbessern, indem wir einen auf Leitlinien basierenden Routing Algorithmus erstellen, der auf individuelle Bedürfnisse anpassbar ist und diese berücksichtigt. Generierte Routen sind zwar unmerklich länger, aber auch viel sicherer, gemäß den in Zusammenarbeit mit O&M Lehrern erstellten objektiven Kriterien. Außerdem verbessern wir die Verfügbarkeit von relevanten georeferenzierten Datenbanken, die für ein derartiges bedarfsgerechtes Routing benötigt werden. Zu diesem Zweck erstellen wir einen maschinellen Lernansatz, mit dem wir Zebrastreifen in Luftbildern erkennen, was auch über Ländergrenzen hinweg funktioniert, und verbessern dabei den Stand der Technik. Um den Nutzen von Mobilitätsassistenz durch maschinelles Sehen zu optimieren, erstellen wir O&M Techniken nachempfundene Ansätze, um die räumliche Wahrnehmung der unmittelbaren Umgebung zu erhöhen. Zuerst betrachten wir dazu die verfügbare Freifläche und informieren auch über mögliche Hindernisse. Weiterhin erstellen wir einen neuartigen Ansatz, um die verfügbaren Leitlinien zu erkennen und genau zu lokalisieren, und erzeugen virtuelle Leitlinien, welche Unterbrechungen überbrücken und bereits frühzeitig Informationen über die nächste Leitlinie bereitstellen. Abschließend verbessern wir die Zugänglichkeit von Fußgängerübergängen, insbesondere Zebrastreifen und Fußgängerampeln, mit einem Deep Learning Ansatz. Um zu analysieren, ob unsere erstellten Ansätze und Algorithmen einen tatsächlichen Mehrwert für Menschen mit Sehschädigung erzeugen, vollziehen wir ein kleines Wizard-of-Oz-Experiment zu unserem bedarfsgerechten Routing — mit einem sehr ermutigendem Ergebnis. Weiterhin führen wir eine umfangreichere Studie mit verschiedenen Komponenten und dem Fokus auf Fußgängerübergänge durch. Obwohl unsere statistischen Auswertungen nur eine geringfügige Verbesserung aufzeigen, beeinflußt durch technische Probleme mit dem ersten Prototypen und einer zu geringen Eingewöhnungszeit der Probanden an das System, bekommen wir viel versprechende Kommentare von fast allen Studienteilnehmern. Dies zeigt, daß wir bereits einen wichtigen ersten Schritt zum Schließen der identifizierten Lücke geleistet haben und Orientierung&Mobilität für Menschen mit Sehschädigung damit verbessern konnten