Reconhecimento especial de marcadores para manuseio de computadores



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I Seminário Acessibilidade, Tecnologia da Informação e Inclusão Digital (São Paulo, Brasil, 28-29/08/2001)


RECONHECIMENTO ESPECIAL DE MARCADORES PARA MANUSEIO DE COMPUTADORES


Fábio Luís Picelli Luchini

Universidade de Campinas (Unicamp) – Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC) – Departamento de Computação e Automação (DCA)


Rua Fortunato Mori, 326 (Vianelo) – 13207-150 Jundiaí – SP


Tel. (11) 4535-1614 / (11); Fax (11) 4586-2920 / (11) 4535-1614

luchini@dca.fee.unicamp.br

Projeto Financiado pela FAPESP (Processo: 98/16433-1)
RESUMO
Neste trabalho descrevo a implementação de um sistema computacional, denominado REMMC (Reconhecimento Especial de Marcadores para Manuseio de Computadores), para realizar a tarefa de detecção e reconhecimento de um objeto inserido dentro uma imagem. Esta imagem é recebida por uma câmera de vídeo webcam, e o sistema procura um objeto específico na figura com a finalidade de encontrar a sua posição e seguir o seu deslocamento dentro da seqüência de imagens recebidas pela câmera. A movimentação desse objeto, chamado marcador, é transmitido ao sistema operacional para simular o movimento do mouse. Com essa alternativa é possível controlar o computador sem colocar a mão no teclado ou no mouse. Esse objeto marcador pode ser um adesivo ou colante colocada em qualquer parte do corpo do usuário.

Esse sistema poderá ser utilizado por pessoas com deficiências motoras que tenham dificuldades ou impossibilidade de usar o mouse ou teclado do computador, detectando o melhor movimento que o indivíduo seja capaz de realizar para controlar o computador. Desta forma o sistema proposto é uma alternativa eficiente às soluções ad hoc baseadas no desenvolvimento de periféricos que são desenhados especificamente para cada deficiente. Essas soluções além de serem mais caras, dependem sempre que um técnico se disponibilize a construí-las.

O sistema se baseia no conhecimento fisiológico do sistema visual humano, utilizando técnicas de linguagens formais nebulosas e de visão computacional. A eficiência do sistema foi testado com adultos e crianças normais e também crianças portadoras de deficiências motoras leves e graves. Os resultados comprovam a possibilidade de utilização do sistema para controle de softwares, inclusive educacional, embora o treinamento requerido para tanto dependa da capacidade motora inicial do indivíduo. O sistema poderá, portanto, ser utilizado tanto para lazer como para facilitar o aprendizado, quer em sistemas locais ou em processo de educação à distância (Internet).

1. Funcionamento do Software REMMC

O software REMMC (Reconhecimento Especial de Marcadores para Manuseio de Computadores) foi desenvolvido com a finalidade de ajudar o usuário a manipular o computador sem a ajuda do mouse ou teclado. Este software deve encontrar e reconhecer um marcador colocado em alguma parte do corpo que a pessoa possa movimentar, com o propósito de transformar o movimento do marcador em códigos de controle para a operação do computador.

Como qualquer sistema de controle, o REMMC precisa ser calibrado, isto é, o sistema precisa aprender a forma do marcador antes de inicializar o reconhecimento e além disso o software necessita ter algumas características do ambiente em que o usuário esta operando. Com essas informações o sistema pode reconhecer e seguir o movimento do marcador e em seguida transformar esses movimentos em sinais de controle.
As principais etapas desse processo são:

Figura 1.1 - Etapas da Execução do REMMC


Calibrando

O ambiente em que o usuário está operando o software é de bastante interesse ao sistema principalmente pelas condições de luminosidade do ambiente e a seleção do marcador.



Adquirindo Imagem da WebCam

Existe uma grande variedade de câmeras de vídeo no mercado, algumas com custo elevado e outras com custo bem acessível à maioria dos usuários. O ponto inicial do projeto foi a resolução do problema utilizando equipamento de baixo custo, isso só foi possível por dois motivos: O barateamento dos computadores no geral podendo hoje em dia qualquer usuário ter em casa um micro Pentium 333 Mhz com 64 Mb de RAM; e o outro motivo foi a implementação dos filtros em C++ que dá uma grande performance de velocidade ao software.

Exemplo:

Figura 1.2 - Aquisição da Imagem


Filtrando a Imagem

Todo o processamento do software se concentra na filtragem e separação de todos os objetos da imagem e a seleção do objeto marcador dos demais. Para ser realizado tal processamento é necessário que a imagem obtida passe por diversos filtros até chegar num ponto em que a imagem original se transforme em uma imagem binária mas mantendo todas as características dos objetos da imagem original.



Encontrando o Marcador

O marcador nada mais é que um objeto identificado previamente no sistema e pode ter qualquer forma ou cor.



Fig. 1.3 - Definindo um Marcador


Transformando Marcador em Movimento

Se o sistema estiver apto a reconhecer o marcador dentro de uma imagem captada pela câmera basta o usuário movimentar o marcador para a direção desejada e o próprio software informará ao sistema operacional o novo posicionamento do ponteiro do mouse Do mesmo modo existem movimentos padronizados para reproduzir o click ou duplo click do mouse.



Fig. 1.4 - Identificando o Marcador

O objeto marcador foi encontrado no canto inferior direito do quadro. O programa tem que transferir esse movimento para o mouse, na direção diagonal direita inferior. Neste caso o mouse irá se movimentar nesta direção enquanto o marcador estiver nesta posição. Para que o mouse pare, basta retornar o marcador ao centro do quadro.

2. Conclusões

O REMMC foi desenvolvido dentro da arquitetura teórica proposta por Rocha, 1997, que procura simular o funcionamento cerebral para o processamento visual.

O reconhecimento do marcador está baseado em um cálculo semelhança e uma estratégia de decisão binária baseada na maximização do grau de similaridade. Essa estratégia se mostrou robusta e simples, gerando um aplicativo que atende às especificações definidas no projeto inicial (Serapião, 1997, Rocha 1997). Além disso, o REMMC parece poder ser utilizado também como uma ferramenta para estudo do aprendizado motor.

O uso do REMMC é simples: adultos e crianças ( e mesmo aquelas com deficiências) são capazes de iniciar imediatamente seu uso com um mínimo de instruções. Os indivíduos que possuem um controle normal da motricidade obtêm um bom desempenho já nos primeiros momentos de uso do sistema, enquanto que aqueles com problemas de coordenação motora poderão necessitar um treinamento, cuja estratégia e duração dependerá do tipo de distúrbio motor. O treinamento melhora a performance de todos os indivíduos que utilizam o sistema. Essa é uma característica interessante do REMMC, pois permite que ele seja utilizada como uma plataforma para estudo da aprendizagem e do controle motor.

O REMMC foi projetado para trabalhar em background, de modo que pode ser utilizado com sistema Windows para controle de qualquer utilitário definido para esse ambiente. A capacidade computacional do microcomputador e as características da câmera de vídeo influem na performance do REMMC. Computadores rápidos e câmeras sofisticadas tornam o sistema mais robusto e eficiente, mas o sistema funciona bem, mesmo com os equipamentos hoje considerados fora de linha (Pentium II 333 MHz e Câmeras tipo Logitec USB).

3. Referências

ROCHA, A. F. “The brain as a symbol processing machine, Progress in Neurobiology”, v. 53, no.2, pp. 121-198, 1997

ROCHA, A. F. “O cérebro: Um breve relato de sua função.” EINA,Jundiaí, 1999

SERAPIÃO, A. B. S. ,“Sensor: An Artificial Visual System”, Progress Neurobiology, v. 53, no.2 pp.179-183, 1997.

GONZALEZ, Rafael & WOODS, Richard. “Digital Image Processing.”, Addison Wesley, 1992

CAPOVILLA, F. C. et al. “Tecnologia em (re)habilitação cognitiva”. São Paulo, SP: Edunisc-Sociedade Brasileira de Neuropsicologia. vol 1, ISBN: 85-87121-01-4; e vol 2, ISBN: 85-87121-02-2, 1998, 2000


IMPORTANTE:

Resumo de trabalho apresentado no I Seminário ATIID - Acessibilidade, Tecnologia da Informação e Inclusão Digital, São Paulo-SP, Brasil, 28-29/08/01, disponível em: <http://www.fsp.usp.br/acessibilidade>. Toda e qualquer citação ou reprodução, total ou parcial, sob qualquer forma ou meio, deste texto e/ou de seus dados, deve informar esta publicação online, além dos demais dados para referência bibliográfica (título, autoria).








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