Dispositivo di aiuto alla percezione visiva e di prossimità

Il APVP (Aiuto (alla) Percezione Visiva (e) Prossimità) serve a fornire un modo rapido ed efficiente la percezione dell'area circostante a chi, per scarsità o disabilità, non è un grado di utilizzare i propri occhi.
Lo strumento si compone in 2 parti principali: degli occhialini cattureranno tutte le informazioni visive ed un pannello, integrato in un indossabile che aderirà quindi alla schiena, che "tradurrà" le istruzioni in istruzioni tattili che il soggetto potrà utilizzare per orientarsi. Le informazioni di tipo tattile che verranno fornite saranno principalmente due: la semplice pressione di piccoli punti che andranno quindi a sostituire i pixel visivi in tattili (in modo che le sagome in forma di luce siano "tangibili" come presenze fisiche sulla schiena) e la vibrazione, e intensità, aiuteranno a comprendere a che distanza fisica siano le forme catturate dalla telecamera. Infine, il lavoro di processazione quali la conversione del flusso di immagini in istruzioni attuative che regolano i dispositivi presenti nel pannello (nonché filtri video che miglioreranno il segnale visivo per meglio tradurre immagine in forme basilari utili) saranno affidati all' infineon XMC 2GO che risiederà nell'indossabile vicino al pannello e le batterie.

Razionale

L'apparato si presenta in due diversi "indossabili": un paio di occhialini [1] che si occupano di ricevere le informazioni visive (tramite telecamerina tipo smartphone) e una mappatura di prossimità (in modo che ogni singolo fotogramma contenga informazioni basilari sulla profondità degli oggetti in visuale), ed una maglia interna [2] che tradurrà immagini e profondità di campo, tramite un pannello aderente a pelle [3], in sensazione tattile in modo da dare percezione spaziale e rudimentale "vista" a chi non può (non vedenti) o è momentaneamente impossibilitato ad usare i propri occhi a causa di particolari condizioni/fattori ambientali.

La composizione hardware - Gli occhialini

La particolarità degli occhialini è che vanno intesi "modulari", cioè: una volta stabilito lo standard dello scambio di informazioni e l'alimentazione, dovrebbe essere possibile poter applicare sulla montatura altri moduli in modo da potenziare (migliorando le capacità elaborative o del sensore di prossimità) funzionalità già esistenti o di aggiungerne di nuove.

La composizione hardware - La maglia

L'indossabile si presenta come una maglia da indossare sotto quella interna (il pannello sul retro deve essere a contatto con la pelle); per massimizzare il comfort, quindi, almeno la parte interna, deve essere fatto in tela/tessuto; inoltre tale parte in tela/tessuto dovrebbe essere rimovibile (tramite zip o altro) in modo da permetterne il lavaggio (per ovvie questioni di igiene).
Nello spazio frontale-esterno troveranno alloggiamento i vari moduli quali batteria e l'unità di elaborazione (la scheda con CPU), mentre il retro-interno sarà occupato dalla parte pannello che si occuperà di convertire immagine in informazioni "vibranti e tattili".

La composizione hardware - il pannello

Supponiamo ora di suddividere il pannello in una griglia di celle nel quale ogni alloggiamento ospiterà un rotore/motore capace di fornire più o meno pressione sulla pelle del soggetto in base alla coordinata [x] e [y]

Applicazioni possibili variano dall'attuatore lineare al motore piezoelettrico; ma il concetto base è quello come illustrato in figura: aumentare o diminuire la pressione contro la pelle in base al valore di luminosità ((biancono contatto) (neromassimo contatto)) e posizione x/y di ogni singola cella. È importante notare che la velocità è un elemento critico giacché non si tratta di rendere una singola immagine fissa ma proprio un flusso video che sia idealmente superiore ai 5 fotogrammi al secondo (il rotore dovrebbe essere in grado di completare un giro "avanti e indietro" almeno 10 volte al secondo)

Sulla stessa griglia che ospita le celle sono incastonati componenti vibratori dello stesso tipo che si trovano negli smartphone.

Funzionamento - Gli occhialini, la telecamera (tipo smartphone)

La telecamera si occupa della funzione più semplice; quella di catturare lo stream dal vivo (figura a sinistra) ridurla in bassa risoluzione (al centro) e fornire quindi al pannello le coordinate che verranno quindi tradotte in una mappa tattile (a destra si può vedere che ogni sferetta corrisponde ad un punto di tocco: più la sfera è scura più profondo è il tocco.)

Funzionamento - Gli occhialini, sensore di prossimità

Benché esistano vari modi di ipotizzare la creazione di una mappa di profondità (basti pensare al kinect della Microsoft oppure alle varie applicazioni usate nel cinema 3d); quella che attualmente sembra offrire la migliore "consistenza" in termini di continuità (se ad esempio lo si usi in casa come all'aperto) sono i Sensori di Prossimità. Viene quindi ora ipotizzata la possibilità di miniaturizzare ulteriormente questo componente e di affiancarne in una griglia 8x8 (all'interno di una singola lente) in modo da ottenerne una di 64 punti.

Ogni sensore è orientato in modo da "proiettare" il proprio raggio di rilevazione (non sovrapposta, o moderatamente sovrapposta a tutti gli altri sensori) coprendo un area direttamente frontale agli occhiali (in modo che basti orientare la testa per "esplorare" l'ambiente circostante). 

Idealmente i sensori dovrebbero essere in grado di rilevare la distanza (che chiameremo "raggio" visto che inclinando e girando la testa si possono creare assi circolari) da 0 a 2 metri (bisogna tenere conto che il pavimento immediatamente di fronte al soggetto è più lontano a causa della distanza "diagonale").

La griglia ora ottenuta è una immagine di 8x8 pixel (la dimensione di una piccola icona) che andranno poi ad istruire il pannello su quali aree dovranno vibrare e a che intensità (maggiore è la vicinanza rilevata, maggiore sarà la vibrazione). Vanno inoltre spese due parole sul fatto che queste istruzioni non andranno a rappresentare l'immagine in se, ma serviranno solo alla "comprensione spaziale" di quello che la telecamera sta riprendendo (l'immagine della telecamera e quella dei sensori di prossimità dovranno essere perfettamente sovrapposte).
Se la telecamera sta inquadrando una enorme macchia nera difronte al soggetto, in base alla assenza o presenza i vibrazione il soggetto stesso sarà in grado di comprendere ha difronte a se la notte oppure un muro.

Funzionamento combinato - Transazione immagine in mappa tattile

Al centro della montatura degli occhialini la micro telecamera riprende la scena e quindi la invia alla unità CPU che, dopo averla processata in bassa risoluzione con appositi filtri (convertita in tonalità di grigio, possibilmente rilevando i bori delle forme), controlla i rotori nelle celle (che formano il pannello) affinché si dispongano come da coordinata x/y e intensità (già esposto in precedenza)

Funzionamento combinato - Transazione mappa profondità in sensazione tattile (vibrato)

Si supponga ora di riprendere il seguente scenario

e che quindi l'immagine processata come da paragrafo precedente sia questa:

le istruzioni fornite dai sensori di prossimità in griglia da 8x8 sia quivi rappresentata

quindi i dati raccolti dai sensori di prossimità forniscono questo risultato

I "graffi" di rosso più intenso rappresentano vibrazioni dovute alla prossimità più immediata, mentre quelli più leggeri corrispondono ad aree puntuali più distanti rispetto al soggetto

I dati combinati dal pannello grazie alla pressione e alla vibrazione forniscono quindi preziose istruzioni all'utente sugli ostacoli davanti a se. Nel normale utilizzo la parte bassa del pannello (quindi quella che visualizza il terreno) sarà quella che vibrerà quasi costantemente, tuttavia basterebbe sollevare lo sguardo (inclinare la testa) per ridurne la frequenza. Molti altri accorgimenti per il comfort e sicurezza (specie per la "lettura" della irregolarità del terreno oppure catturare testi in OCR per convertirli in braille) potranno essere presi in fase più avanzata.

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11 Commenti

  1. Piero Boccadoro 28 Maggio 2014
  2. Antonello Antonello 28 Maggio 2014
  3. Piero Boccadoro 28 Maggio 2014
  4. Forto. 28 Maggio 2014
  5. Boris L. 29 Maggio 2014
  6. Forto. 29 Maggio 2014
  7. Antonino Ninus_C 29 Maggio 2014
  8. Forto. 29 Maggio 2014
  9. Antonino Ninus_C 3 Giugno 2014
  10. SIGISdesign 17 Giugno 2014
  11. Forto. 17 Giugno 2014

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