Những người bị khuyết tật thị giác, mất khả năng cảm nhận thị giác một phần hoặc toàn phần luôn đối mặt với những thách thức lớn trong việc di chuyển và tương tác trong môi trường xung quanh. Theo Tổ chức y tế thế giới (WHO), trên toàn cầu hiện có khoảng 314 triệu người mù hoặc có thị lực yếu, trong đó có khoảng 45 triệu người mù. Người trên 50 tuổi chiếm tỷ lệ 80% trong số này, và có tới 90% người mù sống ở các nước nghèo và đang phát triển, nơi mà việc tiếp cận dịch vụ y tế gặp khó khăn. Do đó, vấn đề hỗ trợ người khiếm thị trong các công việc di chuyển sinh hoạt hàng ngày luôn thu hút các nỗ lực của các nhà khoa học. Đã có nhiều nghiên cứu đã phát triển các sản phẩm hỗ trợ để giúp người khiếm thị trong quá trình di chuyển, chủ yếu tập trung vào việc thu thập thông tin về môi trường xung quanh và hỗ trợ người khiếm thị trong việc ra quyết định di chuyển và tránh va chạm với các vật thể. Các công cụ này thường được phân loại thành hai nhóm chính là “định hướng” hay còn gọi là “tìm đường”, và nhóm phát hiện và tránh các chướng ngại vật gần đó gọi là “di chuyển”. Các công cụ này có thể sử dụng công nghệ định vị như GPS để xác định vị trí hiện tại của người khiếm thị và cung cấp hướng dẫn chi tiết để đi đến được đích đến mong muốn. Các công cụ xử lý ảnh cũng được sử dụng rất rộng rãi trong việc nhận biết môi trường xung quanh để từ đó đưa ra các khuyến cáo hay chỉ dẫn cho người khiếm thị. Trong nhiều thập kỷ qua, gậy dò đường và chó dẫn đường là những cách thức rất phổ biến mà người mù đã sử dụng để có thể tự đi lại trong cuộc sống hàng ngày. Vì lý do đó, các nghiên cứu cho người khiếm thị cũng tập trung vào xây dựng các loại gậy dẫn đường điện tử hoặc robot chó dẫn đường. Gậy dẫn đường cung cấp cho người dùng thông tin vềmôi trường xung quanh thông qua giác quan xúc giác, giúp họ khám phá và phát hiện các chướng ngại vật trên mặt đất như đồ đạc, bậc thang, ... Chó dẫn đường có khả năng hướng dẫn con người đi qua các không gian hẹp và lộn xộn, mang lại lợi ích lớn cho người khiếm thị. Các sản phẩm trên hầu hết chỉ xét đến tương tác một chiều giữa đối tượng và robot, nghĩa là robot chủ yếu đo lường và thu thập các thông tin môi trường mà không thu thập thông tin của đối tượng. Thêm vào đó, các nghiên cứu và sản phẩm hiện có đối với người khiếm thị trong việc di chuyển thường yêu cầu người dùng phải tương tác với thiết bị đó như mang theo các thiết bị cầm nắm các thiết bị. Điều này tạo ra khó khăn cho người khiếm thị trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là trong môi trường trong nhà. Thêm vào đó, các đối tượng khác khi di chuyển trong cùng một không gian với người khiếm thị cũng có thể bị cản trở bởi các thiết bị này. Robot di động với các trang bị cảm biến cần thiết ngày nay có thể di chuyển mọi vị trí trong môi trường hoạt động của nó, tự xác định vị trí và lập kế hoạch đi giữa các vị trí bằng thuật toán SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Robot di động có thể thu thập thông tin không chỉ về môi trường xung quanh mà còn về các đối tượng, từ đó cung cấp các chỉ dẫn nhanh chóng và chính xác, hướng dẫn người khiếm thị điều hướng và tương tác với các vật thể trong khoảng cách nhỏ, đáp ứng một cách linh hoạt. Robot di động vì vậy có thể cung cấp hướng dẫn chi tiết cho người khiếm thị, bao gồm thông báo khi cần rẽ trái hoặc rẽ phải, và đưa ra chỉ dẫn đến các địa điểm cụ thể. Các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm đã cho thấy robot điều hướng di động có khả năng hỗ trợ hiệu quả cho việc di chuyển độc lập của người khiếm thị trong môi trường thực tế. Tuy nhiên, tương tự như gậy điện tử và chó robot, người dùng cần tương tác trực tiếp với robot di động để nhận được sự trợ giúp. Điều này trong nhiều trường hợp gây chiếm dụng không gian và cản trở sự di chuyển của các đối tượng khác trong cùng một không gian hoạt động. Để khắc phục nhược điểm nói trên của hệ thống robot di động hỗ trợ người khiếm thị, một hệ thống không yêu cầu tiếp xúc trực tiếp giữa robot và người dùng cần được phát triển. Và trong hệ thống này tương tác hai chiều giữa robot và người khiếm thị cần phải được thiết lập. Robot hướng dẫn người di chuyển đồng thời phải nắm được phương hướng di chuyển thực tế của người khiếm thị. Bài báo này tập trung vào việc xác định vị trí và phương hướng di chuyển thực tế của người khiếm thị sử dụng camera 3D và các kỹ thuật xử lý ảnh. Thêm vào đó, để nâng cao chất lượng tín hiệu phản hồi hình ảnh và hướng của người khiếm thị, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp kết hợp giữa bộ lọc Gauss cho ảnh độ sâu và thuật toán ước tính hướng di chuyển. Việc sử dụng bộ lọc Gauss giúp tăng tính đồng nhất của tín hiệu độ sâu đồng thời giảm thiểu nhiễu và thông tin không cần thiết. Tiếp theo, thuật toán ước tính hướng di chuyển được áp dụng để xác định hướng của người khiếm thị phản hồi trạng thái đáp ứng của đối tượng với các lệnh chỉ dẫn yêu cầu từ robot. Nghiên cứu cũng đã tiến hành các thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của phương pháp được đề xuất trên một số tập mẫu đại diện cho người khiếm thị tại phòng thí nghiệm.

Hình minh họa. Nguồn Internet

Bài báo trình bày một thuật toán xác định hướng cho đối tượng sử dụng ảnh camera 3D phục vụ phản hồi thông tin người khiếm thị trong hệ thống robot di động trợ giúp di chuyển người khiếm thị. Thuật toán đã tích hợp các công nghệ xử lý ảnh tiên tiến bao gồm nhận diện và bám đối tượng, xác định khung xương đối tượng, kết hợp sử dụng bộ lọc Gauss để tăng chất lượng ảnh chiều sâu từ đó tính góc giữa camera và người khiểm thị sử dụng 4 điểm quan tâm là vai trái, vai phải, hông trái, hông phải. Kết quả thực nghiệm cho thấy đối với các đối tượng đứng cố định, thuật toán cho kết quả chính xác với sai số dưới 5%. Với các thí nghiệm cho đối tượng di chuyển với tốc độ trung bình phù hợp với tốc độ di chuyển của người khiếm thị, kết quả cũng là chấp nhận được cho yêu cầu của thuật toán trợ giúp di chuyển. Các kết quả thực nghiệm tiến hành trong phòng thí nghiệm đã chứng minh tính đúng đắn và chính xác của thuật toán được đề xuất.Thêm vào đó, các thiết bị sử dụng đều có chi phí thấp hứa hẹn khả năng thương mại hóa cao.Trong tương lai, các tác giả đề ra mục tiêu là cải thiện thuật toán cho kết quả chính xác hơn trong các tình huống đối tượng động và cử động nhanh. Điều này sẽ cung cấp một trải nghiệm tốt hơn cho người dùng. Việc hoàn thiện và kiểm nghiệm hệ thống robot trợ giúp người khiếm thị sử dụng thuật toán đề xuất trong bài báo này cũng sẽ được hoàn thành trong thời gian tới.

Chuyên san Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa 2024, 28(2): 12-19 (ctngoc)