視覚障害者支援アプリケーションのための超音波センサ融合逆アルゴリズム

Ultrasonic Sensor Fusion Inverse Algorithm for Visually Impaired Aiding Applications.

• György Kovács
• Szilvia Nagy

抄録

デプスマッピングは、飛行時間法を用いた超音波測定装置によって行うことができる。このような環境下では、ノイズレベル、計算の複雑さ、反応時間、装置の大きさや価格、精度や電磁適合性などの問題から、光や高周波による測定が適用できない場合があるため、超音波測定が好ましい。また、超音波センサを他の種類のセンサに適用したり、融合させたりして精度や信頼性を高めることも通常行われている。視覚障害者の場合、周囲の障害物の距離や方向を判断するためのエコーロケーションに基づく補助装置は、不明瞭な環境や急速に変化する環境の中で、単独で個別に移動する可能性を与え、生活の質を向上させることができる。以下の考察では、複数の物体に対する比較的信頼性の高い位置と距離を提供できるモデルシステムを提示する。補正を加えた飛行時間法に基づく数理モデル：それは、障害物の存在の確率を表す測定されたアナログセンサ信号を使用しています。装置は、複数の受信機から構成されているが、ソースは１つだけである。このセットアップのためのセンサフュージョンアルゴリズムと屋内実験の結果を示す。この数学モデルは、最大で無限の数のセンサの信号の利用、処理、融合を可能にしている。また、センサの位置は任意であり、数理モデルはセンサを規則的な形に配置することを制限しない。

Depth mapping can be carried out by ultrasound measuring devices using the time of flight method. Ultrasound measurements are favorable in such environments, where the light or radio frequency measurements can not be applied due to the noise level, calculation complexity, reaction time, size and price of the device, accuracy or electromagnetic compatibility. It is also usual to apply and fusion ultrasound sensors with other types of sensors to increase the precision and reliability. In the case of visually impaired people, an echolocation based aid for determining the distance and the direction of obstacles in the surroundings can improve the life quality by giving the possibility to move alone and individually in unlearnt or rapidly changing environments. In the following considerations, a model system is presented which can provide rather reliable position and distance to multiple objects. The mathematical model based on the time of flight method with a correction: it uses the measured analog sensor signals, which represent the probability of the presence of an obstacle. The device consists of multiple receivers, but only one source. The sensor fusion algorithm for this setup and the results of indoor experiments are presented. The mathematical model allows the usage, processing, and fusion of the signals of up to an infinite number of sensors. In addition, the positions of the sensors can be arbitrary, and the mathematical model does not restrict them to be placed in regular formations.