Görme özürlüler için GPS-uzaysal veritabanı-kamera destekli doğrultu belirleme sistemi

Abstract

Bu tezde görme özürlülere (GÖ) bilmedikleri bir çevrede kılavuz olacak, Global yer belirleme sistemi (GPS) ve taşınabilir bir PC kullanan sistemler incelenmiştir. Öncelikle, GÖ’ye yönelik olarak üretilen ve GPS içeren/içermeyen navigasyon sistemleri detaylı olarak incelenmiştir. Konu ile ilgili yapılan daha önceki yayınlara göre, GÖ’ye yönelik GPS tabanlı navigasyon sistemlerinin üç problemi bulunmaktadır. Birincisi; GPS pozisyon hataları veya GPS sinyallerinin yüksek binalar, derin kanyonlar vb. sebeplerle iletilememesi (ulaşımının engellenmesi), ikincisi; harita veritabanında bulunmayan, yol üzerindeki araç, kaya parçası vb. engellerin tanınmasındaki (belirlenmesindeki) zorluklar, diğeri ise, GÖ’nün bakış yönünün belirlenmesindeki güçlüklerdir. Yapılan çalışmada, GÖ’ün üzerinde taşıdığı kameradan alınan görüntü ile uzaysal veritabanı bilgisine dayanılarak elde edilen kısmi çevre modeli kıyaslanarak, GÖ’nün bakış yönü belirlenmektedir. Uzaysal veritabanında bulunan ve GPS koordinatları ile ilişkili olan yol ve yola bitişik yapıların sınır koordinatları (YSK) kullanılarak sözde kenar haritaları (SKH) oluşturulmaktadır. Yapılan çalışmada SKH’ları oluşturmak için iki tane düşey yapı sınırı kullanılmaktadır. Oluşturulan SKH’lar, GPS koordinatları tarafından belirlenen yakın çevrenin kısmi bir modeli olmaktadır. GÖ bakış açısını (kamera dönme açısını) belirleyebilmek için, kamera görüntüsünden elde edilen görüntü kenar haritası (GKH) ile, kameranın bir derece aralıklı bütün dönme açıları göz önüne alınarak elde edilen, SKH’lar tek tek eşleştirilmektedir (kıyaslanmaktadır). Bir GKH ve SKH’ın eşleşmesi, belirli bir GPS pozisyon değeri için yalnızca belirli bir kamera dönme açısında mümkün olmaktadır. Yukarıdaki işlemleri gerçekleştirebilmek için, öncelikle SKH’ı elde etmek için, izdüşüm işlemi detaylı olarak incelenmiştir. En genel halde, kameranın ‘z’ ekseni çevresinde belirli bir açı kadar döndüğü durum için, uzaydaki bir noktanın kamera görüntü düzlemindeki izdüşüm koordinatları hesaplanmıştır. GKH, MATLAB fonksiyonları kullanılarak elde edilmiştir. SKH ve GKH’ın kıyaslanması için Matlab’ta bir program yazılmış ve bu program kullanılarak, bazı testler yapılmıştır. Bu testlerde, GÖ bakış açısı (kamera dönme açısı), GPS pozisyon hatasına bağlı olarak birkaç derecelik bir hata ile belirlenebilmiştir.

In this thesis, GPS-based navigation systems with portable computer to be guide in unknown environment for visually impaired or blind people are examined in detail. First of all, navigation systems with/without GPS for blind people are examined in details. According to the literature, it is observed that GPS-based navigation systems for the blind people have three major drawbacks; the first, GPS position errors occurred or blocked GPS signals due to occlusion or other reasons such as high buildings or deep canyons, and the second, the high difficulty in recognition of dynamic obstacles such as vehicles or a piece of rock which do not exist in map database. The other drawback is lack of the blind’s heading (orientation) information. In this work, blind’s orientation has been determined by matching the taken image from a camera carried by visually impaired people with partial environment model formed based on the spatial database information. It has been formed pseudo edge maps (PEMs) by using boundary coordinates of road and buildings that are next to the road in spatial database and connected with GPS position information. It has been used two boundary structures for forming PEM. The formed PEM has been a partial model of near environment determined by GPS coordinates. To determine blind’s (or camera) orientation, it has been matched image edge map (IEM) obtained from camera image with PEMs by taking into account all the camera orientation angles at intervals one degree, one by one. For an GPS position, it has been possible that an IEM and PEM overlap for only certain camera orientation angle To achieve above the mentioned tasks, first of all, projection task has been examined in detail to form PEMs. In general case, in case of rotation of the camera about ‘z’ axis in a certain degree, the projection coordinate in image plane of a point in space has been calculated. IEM has been calculated using MATLAB functions. Then, a program has been written in MATLAB for matching IEMs and PEMs and by using this program, several tests have been made. In this tests, The rotation of the camera has been determined with few degrees and limited errors dependent upon GPS position errors.