{"id":102610,"date":"2010-08-07T00:00:00","date_gmt":"2010-08-07T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/design-modeling-and-analysis-of-object-localization-through-acoustical-signals-for-cognitive-electronic-travel-aid-for-blind-people\/"},"modified":"2010-08-07T00:00:00","modified_gmt":"2010-08-07T00:00:00","slug":"design-modeling-and-analysis-of-object-localization-through-acoustical-signals-for-cognitive-electronic-travel-aid-for-blind-people","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/politecnica-de-valencia\/design-modeling-and-analysis-of-object-localization-through-acoustical-signals-for-cognitive-electronic-travel-aid-for-blind-people\/","title":{"rendered":"Design, modeling and analysis of object localization through acoustical signals for cognitive electronic travel aid for blind people"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Larisa Dunai <\/strong><\/h2>\n<p>Las personas invidentes y con discapacidad visual han demandado durante muchos a\u00f1os un dispositivo que haga posible una cierta independencia en su movilidad. El dise\u00f1o y desarrollo de un dispositivo de navegaci\u00f3n como el citado supondr\u00eda un gran hito en el campo de la ingenier\u00eda y de la investigaci\u00f3n en general. En este contexto, durante estas \u00faltimas d\u00e9cadas, diversos investigadores han profundizado en diferentes m\u00e9todos de representaci\u00f3n del entorno de cara a su implementaci\u00f3n en dispositivos electr\u00f3nicos que faciliten la movilidad a personas invidentes y con problemas visuales. la presente tesis propone el dise\u00f1o, modelaci\u00f3n, implementaci\u00f3n, experimentaci\u00f3n y an\u00e1lisis de un dispositivo de navegaci\u00f3n y detecci\u00f3n de obst\u00e1culos f\u00e1cil de utilizar, ideado para personas invidentes. Este dispositivo lleva el nombre de sistema de asistencia cognitivo para las personas ciegas (cognitive aid system for blind people  casblip en ingl\u00e9s). El dispositivo casblip constituye un sistema electr\u00f3nico de ayuda a la movilidad (electronic travel aid eta en ingl\u00e9s), cuyo objetivo principal es ayudar a las personas invidentes a moverse independientemente y de forma segura en diferentes entornos, tanto interiores como exteriores. en este contexto, la tesis se inicia con la elaboraci\u00f3n de un detallado estado del arte sobre los diversos dispositivos de navegaci\u00f3n existentes y en desarrollo, destinados a personas invidentes. La revisi\u00f3n efectuada abarca dispositivos desarrollados desde la segunda guerra mundial, momento en el que la construcci\u00f3n de este tipo de dispositivos empez\u00f3 a jugar un papel m\u00e1s importante en la vida diaria, hasta hoy en d\u00eda. En este cap\u00edtulo inicial, se realiza una clasificaci\u00f3n de los sistemas de navegaci\u00f3n en base al tipo de dispositivo. M\u00e1s de cuarenta equipos diferentes son descritos en este cap\u00edtulo. No obstante, a pesar del conocimiento y utilizaci\u00f3n creciente de los dispositivos de navegaci\u00f3n basados en sensores, todav\u00eda no ha sido posible el desarrollo de un sistema universal de navegaci\u00f3n y detecci\u00f3n de objetos, que posea una precisi\u00f3n suficientemente elevada. con el fin de lograr los objetivos planteados en la tesis, el dispositivo ha sido dise\u00f1ado de forma que incluye dos sistemas de entrada, una salida, un port\u00e1til y un fpga como unidades de procesamiento, que pueden funcionar independientemente. El sistema de entrada est\u00e1 basado en una matriz de sensores cmos time of flight, implementados en unas gafas y dos c\u00e1maras est\u00e9reo montadas en un casco. El sistema de salida esta compuesto por un par de auriculares est\u00e9reo, a trav\u00e9s de los cuales el usuario percibir\u00e1 los objetos y pasillos libres del entorno. El objetivo del sistema de entrada es capturar la informaci\u00f3n del entorno en la direcci\u00f3n frontal al usuario. A partir de la informaci\u00f3n 3d del entorno percibida por el sistema de entrada, se crean los objetos en movimiento, se detectan todos los objetos m\u00f3viles y est\u00e1ticos y los pasillos libres, utilizando para ello los mapas de profundidad, los algoritmos de segmentaci\u00f3n y los algoritmos de detecci\u00f3n de movimiento. La imagen de alta resoluci\u00f3n del sistema de entrada es proyectada en sonidos ac\u00fasticos de alta calidad, a trav\u00e9s del m\u00e9todo basado en los criterios de  navegaci\u00f3n y modelos de convoluci\u00f3n con la denominada funci\u00f3n de transferencia relativa a la cabeza (head-related transfer function hrtf, en ingl\u00e9s). el dispositivo implementa un m\u00e9todo de simulaci\u00f3n que es capaz de generar una serie de sonidos a partir de objetos del entorno, de forma que estos sonidos sean capaces de representar la informaci\u00f3n del entorno con elevada precisi\u00f3n.  La idea es generar en el usuario una percepci\u00f3n correcta de las fuentes sonoras virtuales emitidas por la superficie de los objetos, de forma que el cerebro humano se pueda crear una imagen perceptual en tres dimensiones de los objetos, como \u00e9stos aparecen en el mundo real. Utilizando esta idea, se pretende crear una percepci\u00f3n global del sonido, permitir a las personas invidentes percibir y crearse una imagen global del entorno circundante, as\u00ed como el mapa de c\u00f3mo est\u00e1n organizados los objetos en tiempo real.  es bien sabido que los seres humanos utilizan una gran variedad de informaci\u00f3n para la navegaci\u00f3n en el entorno, que obtienen a trav\u00e9s de la vista, el olfato, el o\u00eddo, etc. Cuando se da\u00f1a el sistema de visi\u00f3n humano (ceguera o p\u00e9rdida parcial de visi\u00f3n), el sistema auditivo toma el mando en lo que respecta a la navegaci\u00f3n. En este caso, es muy importante y necesario analizar y definir los aspectos que definen la escena visual, ya que constituyen las caracter\u00edsticas m\u00e1s importantes para la navegaci\u00f3n y la detecci\u00f3n de objetos, con el fin de representar la presencia de los \u00e9stos y determinar su posici\u00f3n en el espacio. en el cap\u00edtulo tres se describe, en l\u00edneas generales, el sistema auditivo, haciendo referencia a sus componentes b\u00e1sicas, as\u00ed como a la organizaci\u00f3n auditiva. Esto proporciona una informaci\u00f3n preliminar sobre localizaci\u00f3n de sonidos mediante los par\u00e1metros ac\u00fasticos (par\u00e1metros monaurales y biaurales, diferencia interaural de tiempo y diferencia interaural de nivel, efecto de reverberaci\u00f3n, cono de confusi\u00f3n, efecto de precedencia y modelo de correlaci\u00f3n cruzada). Esta introducci\u00f3n pretende dar una idea general del nivel de precisi\u00f3n necesario en la localizaci\u00f3n de sonidos, as\u00ed como introducir la base del cap\u00edtulo siguiente, en el que se analizan las propiedades de la localizaci\u00f3n de sonidos.   para la consecuci\u00f3n de los objetivos de la tesis, es preceptiva la creaci\u00f3n de un mapa ac\u00fastico para representar los objetos detectados; en esta l\u00ednea, a partir de los fundamentos b\u00e1sicos de funcionamiento del sistema auditivo y del estudio de los factores auditivos que contribuyen en la localizaci\u00f3n de fuentes sonoras, en el capitulo cuatro se describen dos m\u00e9todos para la audici\u00f3n espacial humana y localizaci\u00f3n de sonidos en el caso de m\u00faltiples fuentes sonoras. El m\u00e9todo aplicado se basa en la aplicaci\u00f3n de hrtfs no individuales para localizaci\u00f3n de sonidos est\u00e1ticos y en movimiento a trav\u00e9s de auriculares. Frente a otros m\u00e9todos existentes, basados en la localizaci\u00f3n de fuentes sonoras mediante hrtfs no individuales, el enfoque empleado en la tesis se basa en el estudio de la evoluci\u00f3n de la caracter\u00edstica del tiempo entre dos sonidos y su importancia en la localizaci\u00f3n de fuentes sonoras a trav\u00e9s de auriculares. La funci\u00f3n hrtf se calcula y se mide utilizando un maniqu\u00ed kemar y despu\u00e9s se convolucionan con los sonidos a trav\u00e9s de un software, siendo finalmente ensayados con sujetos reales.  en referencia a las propiedades de localizaci\u00f3n de sonidos espaciales se describen dos conjuntos de experimentos con sonidos simples de banda ancha. Los dos experimentos analizan la precisi\u00f3n de localizaci\u00f3n de un sonido y de un tren de sonidos en condiciones de laboratorio, de cara a una posterior implementaci\u00f3n en el sistema de navegaci\u00f3n. Estos experimentos demuestran que la fuente de sonido resulta clave para la localizaci\u00f3n tridimensional. La idea consiste en presentar los sonidos desplazados en el tiempo y ver c\u00f3mo el intervalo temporal entre dos sonidos influye en su localizaci\u00f3n. Se ha probado que con los trenes de sonidos se  obtienen mejores resultados en localizaci\u00f3n de fuentes sonoras que para el caso de un sonido simple. Asimismo, se analiza tambi\u00e9n el l\u00edmite de percepci\u00f3n. En el segundo estudio, se analiza la localizaci\u00f3n de un sonido en movimiento, tanto en distancia como en azimut. Los resultados obtenidos demuestran que para un intervalo de tiempo de 150ms, se consigue una mejor localizaci\u00f3n de sonidos. Conviene resaltar que si se comparan la precisi\u00f3n en distancia y azimut, se obtienen mejores resultados en azimut. Tambi\u00e9n se ve en este cap\u00edtulo que las diferencias interaurales en tiempo y nivel juegan un papel muy importante en la localizaci\u00f3n espacial. Los par\u00e1metros interaurales aparecen debido a la separaci\u00f3n de los o\u00eddos humanos, que proporciona informaci\u00f3n sobre la posici\u00f3n lateral del sonido.    en el capitulo cinco se desarrollan una serie de experimentos con personas invidentes, con el prop\u00f3sito de medir su eficiencia en cuanto a la detecci\u00f3n de objetos y su localizaci\u00f3n, cuando intervienen distintas fuentes sonoras. El objetivo general de tales ensayos es presentar diferentes objetos con el fin de observar la habilidad del usuario para la detecci\u00f3n de objetos y para la externalizaci\u00f3n de sonidos en distintas situaciones. La localizaci\u00f3n de objetos v\u00eda se\u00f1ales ac\u00fasticas se consigue debido a la asimilaci\u00f3n del proceso de externalizaci\u00f3n de sonidos, que proporciona la informaci\u00f3n sobre la posici\u00f3n espacial del objeto fuente del sonido.  se describen tres series de experimentos relativos a la detecci\u00f3n de objetos y navegaci\u00f3n v\u00eda sonidos. En la primera serie de experimentos, se desarrollan un conjunto de siete ejercicios con distintos niveles de dificultad (detecci\u00f3n de un obst\u00e1culo, detecci\u00f3n de dos obst\u00e1culos, identificaci\u00f3n del hueco entre dos obst\u00e1culos, detecci\u00f3n de una pared, detecci\u00f3n de un obst\u00e1culo en frente a una pared, etc). Se ha probado que los usuarios invidentes son capaces de externalizar con gran precisi\u00f3n los sonidos reproducidos por el sistema de navegaci\u00f3n y recibidos v\u00eda auriculares, as\u00ed como localizar los objetos en el entorno real. En el segundo grupo de experimentos, se ha analizado la tarea de navegaci\u00f3n. Para lograr este objetivo se ha preparado un escenario consistente en 8 columnas construidas a base de cajas de cart\u00f3n, separadas una distancia de 2,5m, dispuestas en dos l\u00edneas formando un laberinto. De dicho experimento se han logrado notables resultados, tanto en lo referente a la detecci\u00f3n de objetos como en navegaci\u00f3n, a pesar del elevado n\u00famero de sonidos reproducidos simult\u00e1neamente. Se han detectado peque\u00f1os errores en cuanto a la precisi\u00f3n en la navegaci\u00f3n mientras los sujetos avanzaban por el trayecto dispuesto. No obstante, la tarea de navegaci\u00f3n se ha desarrollado, en t\u00e9rminos generales, satisfactoriamente; en lo que respecta a la localizaci\u00f3n de objetos, los sujetos perciben una ligera desviaci\u00f3n en la localizaci\u00f3n lateral de los mismos, es decir, algunos sujetos han tenido problemas con la determinaci\u00f3n del volumen de los objetos. El prop\u00f3sito de forzar al sujeto a circular entre los objetos era comprobar si era capaz de detectar los obst\u00e1culos y sortearlos. Los errores pueden tener su explicaci\u00f3n en la interferencia causada por la reproducci\u00f3n de m\u00faltiples sonidos que representaban los diferentes objetos situados en el \u00e1rea de visi\u00f3n; el sujeto deb\u00eda detectar cada sonido y precisar de d\u00f3nde proven\u00eda. En el tercer grupo de experimentos, el sujeto ten\u00eda que navegar por escenarios controlados y no controlados en un entorno abierto (tales como el patio de una escuela para personas invidentes, intersecciones de calles con bares, terrazas, restaurantes, parkings, kioscos, etc). A pesar de los sonidos exteriores provenientes de se\u00f1ales de tr\u00e1fico, coches, m\u00fasica, conversaciones humanas, etc, se han obtenido grandes resultados tanto en localizaci\u00f3n de objetos como en la navegaci\u00f3n. Los sujetos han sido capaces de detectar y esquivar todos los objetos y navegar con confianza en unos entornos tan complejos como los mencionados. en general, los experimentos desarrollados han demostrado que la representaci\u00f3n del entorno mediante sonidos constituye uno de los m\u00e9todos de navegaci\u00f3n m\u00e1s fiables. Se ha corroborado que las personas invidentes poseen una gran habilidad para percibir el entorno, a trav\u00e9s del sistema auditivo. Son capaces de adaptarse r\u00e1pidamente al sistema y utilizarlo como un sistema de navegaci\u00f3n complementario al bast\u00f3n o al perro lazarillo. El sistema de navegaci\u00f3n ac\u00fastico les proporciona mayor confianza y seguridad en la navegaci\u00f3n; el sistema les da mucha m\u00e1s informaci\u00f3n sobre el entorno, informaci\u00f3n que el bast\u00f3n u otros sistemas convencionales no pueden detectar. Debido a la naturaleza de los sonidos seleccionados, el sistema apenas interfiere con sonidos externos. La precisi\u00f3n de la navegaci\u00f3n depende del entrenamiento y la pr\u00e1ctica con el dispositivo y no de los sonidos. Los resultados obtenidos vienen en buena parte influenciados por el feedback con usuario final, que puede dar ideas muy \u00fatiles en cuanto a refinamiento, cambios y posibles mejoras.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Design, modeling and analysis of object localization through acoustical signals for cognitive electronic travel aid for blind people<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Design, modeling and analysis of object localization through acoustical signals for cognitive electronic travel aid for blind people <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Larisa Dunai <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Polit\u00e9cnica de Valencia<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 08\/07\/2010<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Guillermo Peris Fajarn\u00e9s<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: fernando Brusola sim\u00f3n <\/li>\n<li>Jes\u00fas Garc\u00eda laborda (vocal)<\/li>\n<li>Antonio Bello garcia (vocal)<\/li>\n<li>M\u00aa Luisa Mart\u00ednez muneta (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Larisa Dunai Las personas invidentes y con discapacidad visual han demandado durante muchos a\u00f1os un dispositivo que 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