A Context-Aware Artificial Intelligence-based System to Support Street Crossings For Pedestrians with Visual Impairments

Artificial intelligence has the potential to support and improve the quality of life of people with disabilities. Mobility is a potentially dangerous activity for people with impaired ability. This article presents an assistive technology solution to assist visually impaired pedestrians in safely crossing the street. We use a signal trilateration technique and deep learning (DL) for image processing to segment visually impaired pedestrians from the rest of pedestrians. The system receives information about the presence of a potential user through WiFi signals from a mobile application installed on the user’s phone. The software runs on an intelligent semaphore originally designed and installed to improve urban mobility in a smart city context. This solution can communicate with users, interpret the traffic situation, and make the necessary adjustments (with the semaphore’s capabilities) to ensure a safe street crossing. The proposed system has been implemented in Maringá, Brazil, for a one-year period. Trial tests carried out with visually impaired pedestrians confirm its feasibility and practicality in a real-life environment

A Systematic Review of Urban Navigation Systems for Visually Impaired People

Blind and Visually impaired people (BVIP) face a range of practical difficulties when undertaking outdoor journeys as pedestrians. Over the past decade, a variety of assistive devices have been researched and developed to help BVIP navigate more safely and independently. In~addition, research in overlapping domains are addressing the problem of automatic environment interpretation using computer vision and machine learning, particularly deep learning, approaches. Our aim in this article is to present a comprehensive review of research directly in, or relevant to, assistive outdoor navigation for BVIP. We breakdown the navigation area into a series of navigation phases and tasks. We then use this structure for our systematic review of research, analysing articles, methods, datasets and current limitations by task. We also provide an overview of commercial and non-commercial navigation applications targeted at BVIP. Our review contributes to the body of knowledge by providing a comprehensive, structured analysis of work in the domain, including the state of the art, and guidance on future directions. It will support both researchers and other stakeholders in the domain to establish an informed view of research progress

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

Outdoor Localization Using BLE RSSI and Accessible Pedestrian Signals for the Visually Impaired at Intersections

One of the major challenges for blind and visually impaired (BVI) people is traveling safely to cross intersections on foot. Many countries are now generating audible signals at crossings for visually impaired people to help with this problem. However, these accessible pedestrian signals can result in confusion for visually impaired people as they do not know which signal must be interpreted for traveling multiple crosses in complex road architecture. To solve this problem, we propose an assistive system called CAS (Crossing Assistance System) which extends the principle of the BLE (Bluetooth Low Energy) RSSI (Received Signal Strength Indicator) signal for outdoor and indoor location tracking and overcomes the intrinsic limitation of outdoor noise to enable us to locate the user effectively. We installed the system on a real-world intersection and collected a set of data for demonstrating the feasibility of outdoor RSSI tracking in a series of two studies. In the first study, our goal was to show the feasibility of using outdoor RSSI on the localization of four zones. We used a k-nearest neighbors (kNN) method and showed it led to 99.8% accuracy. In the second study, we extended our work to a more complex setup with nine zones, evaluated both the kNN and an additional method, a Support Vector Machine (SVM) with various RSSI features for classification. We found that the SVM performed best using the RSSI average, standard deviation, median, interquartile range (IQR) of the RSSI over a 5 s window. The best method can localize people with 97.7% accuracy. We conclude this paper by discussing how our system can impact navigation for BVI users in outdoor and indoor setups and what are the implications of these findings on the design of both wearable and traffic assistive technology for blind pedestrian navigation

Supporting pedestrians with visual impairment during road crossing: a mobile application for traffic lights detection

Many traffic lights are still not equipped with acoustic signals. It is possible to recognize the traffic light color from a mobile device, but this requires a technique that is stable under different illumination conditions. This contribution presents TL-recognizer, an application that recognizes traffic lights from a mobile device camera. The proposed solution includes a robust setup for image capture as well as an image processing technique. Experimental results give evidence that the proposed solution is practical

Detecting different road infrastructural elements based on the stochastic characterization of speed patterns

The automatic detection of road related information using data from sensors while driving has many potential applications such as traffic congestion detection or automatic routable map generation. This paper focuses on the automatic detection of road elements based on GPS data from on-vehicle systems. A new algorithm is developed that uses the total variation distance instead of the statistical moments to improve the classification accuracy. The algorithm is validated for detecting traffic lights, roundabouts, and street-crossings in a real scenario and the obtained accuracy (0.75) improves the best results using previous approaches based on statistical moments based features (0.71). Each road element to be detected is characterized as a vector of speeds measured when a driver goes through it. We first eliminate the speed samples in congested traffic conditions which are not comparable with clear traffic conditions and would contaminate the dataset. Then, we calculate the probability mass function for the speed (in 1 m/s intervals) at each point. The total variation distance is then used to find the similarity among different points of interest (which can contain a similar road element or a different one). Finally, a k-NN approach is used for assigning a class to each unlabelled element.The research leading to these results has received funding from the “HERMES-Smart Driver” Project TIN2013-46801-C4-2-R (MINECO), funded by the Spanish Agencia Estatal de Investigación (AEI), and the “Analytics Using Sensor Data for Flatcity” Project TIN2016-77158-C4-1-R (MINECO/ERDF, EU) funded by the SpanishAgencia Estatal de Investigación (AEI) and the European Regional Development Fund (ERDF)

Cooperative Road Sign and Traffic Light Using Near Infrared Identification and Zigbee Smartdust Technologies

Vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I as well as I2V)applications are developing very fast. They rely on telecommunication and localizationtechnologies to detect, identify and geo-localize the sources of information (such as vehicles,roadside objects, or pedestrians). This paper presents an original approach on how twodifferent technologies (a near infrared identification sensor and a Zigbee smartdust sensor)can work together in order to create an improved system. After an introduction of these twosensors, two concrete applications will be presented: a road sign detection application and acooperative traffic light application. These applications show how the coupling of the twosensors enables robust detection and how they complement each other to add dynamicinformation to road-side objects