视力障碍人士的第二双“眼睛”!

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患有视力障碍的人士被边缘化,促使科学家们利用智能技术的快速发展,开发智能辅助系统(SAS),让视障人士回归社会生活、教育甚至文化。研究者的研究重点是开发一种人机交互系统,引导VIIs在户外文化环境中,提供普遍的文化信息获取、社交网络和安全导航等服务。


VI用户在系统运行过程中与计算机SAS进行交互控制,同时可以与非VII进行远程连接,进行外部引导和陪伴。这种系统的开发需要一个以用户为中心的设计(UCD),包含了对VI用户满意操作的必要要求的引出。本文以“User-centered system design for assisted navigation of visually impaired individuals in outdoor cultural environments”为题于2020年10月20日发布于《Universal Access in the Information Society》杂志上。


研究背景


视障人士等残障人士被边缘化,促使科学家们利用智能技术的快速发展,开发智能辅助系统(SAS),让视障人士回归社会生活、教育甚至文化。研究者的研究重点是开发一种人机交互系统,引导VIIs在户外文化环境中,提供普遍的文化信息获取、社交网络和安全导航等服务。VI用户在系统运行过程中与计算机SAS进行交互控制,同时可以与非VII进行远程连接,进行外部引导和陪伴。这种系统的开发需要一个以用户为中心的设计(UCD),包含了对VI用户满意操作的必要要求的引出。在该研究中,研究者提出了一种新颖的VIIs的SAS系统及其设计考虑,它遵循UCD方法确定了系统的一系列操作、功能、人机工程、环境和可选的要求。VIIs和非VIIs都参加了一系列的访谈和问卷调查,从中分析数据,形成系统的现场和远程使用要求。通过试验对最终的需求进行测试,并提出其评价和结果。在整个设计过程中,实验调查为系统的开发提供了重要的反馈。该研究最重要的贡献是推导出了不仅适用于所调查的具体系统,而且适用于其他相关的七号机SAS的要求。


全球约有13亿人有某种形式的视力障碍,其中约80%的视力障碍被认为是不可避免的。正如预期的那样,视力障碍对个人的个人生活和职业生活质量有负面影响。预计在未来几十年内,视力障碍人口将增加,这引起了科学界的兴趣,开发基于智能技术的人机交互解决方案,以支持VII的日常活动,包括导航和阅读等。


目前开发辅助系统的方法结合了移动设备和智能技术。最初开发七岁以下儿童智能辅助装置的尝试主要集中在利用传感器、人工智能(AI)和伺服电机来增强白手杖的功能。然而,所有上述智能辅助手杖由于配备了电机,比普通的白手杖更重,或者需要额外的携带空间,例如,一个袋子,用于电源。此外,事实证明,它们很难用操纵杆控制,而且考虑到大多数VII的收入和购买力,价格昂贵。


最近的方法,集中在室内导航上,通过使用基于红外的传感器的深度和计算机视觉系统,并结合智能技术的能力。有各种基于移动技术的辅助系统,利用其感官模式,如视觉和语音识别,文本到语音和触觉反馈。一些研究工作已经集中在开发解决方案,使智能手机更容易被VIIs使用,从而使他们能够在日常工作中使用导航和其他智能手机功能。


尽管已经开发了一些辅助系统来支持VIIs的日常活动和室内导航,但户外导航仍然是一项具有挑战性的任务,特别是考虑到所涉及的社会问题。在过去的十年中,随着支持残疾人,特别是VIIs的立法框架的建立,已经采取了越来越多的举措。


图为交互式系统的UCD过程


图为ENORASI系统框图


需求激发是寻求、发现、获取和阐述基于计算机的系统的需求的过程。UCD过程的主轴是可用性和用户体验。可用性是指特定用户使用的系统、服务或产品在一定的使用范围内有效、高效和满意地实现所确定的目标的能力。另一方面,用户体验是指用户在使用系统、服务或产品后对系统、服务或产品的看法和看法。


两项研究的重点是基于触觉-视觉感觉替代的辅助系统。分析了室内导航系统用户需求提取的7项主要研究内容。在智能技术占主导地位的过去十年里,人们开展了各种研究,以确定和介绍视力受损者在试图使用辅助智能设备时所面临的困难。三项研究包括设计移动服务以加强文化遗产学习的相关用户要求。


图为在ENORASI项目框架内采用的UCD进程


为了确定必要的要求,采用了下列技术:(一)观察;(二)访谈;(三)调查问卷;(四)文化探索;(五)重点小组;(六)环境和使用背景;(七)初步原型制作和(八)受控环境下的初步测试。


在实施ENORASI项目期间,研究者的研究组成员进行了一次访谈,目的是征求希腊雅典NFB代表的要求,他们被认为是该研究的利益攸关方。


为了得出对ENORASI系统的要求,为VI和非VI用户设计了两份不同的问卷。对VI用户和非VI用户的问卷调查分别包括57个和55个选择题,使用1(低)到5(高)、多项选择和少数情况下的自由文本排序。回答问卷的第六批人口为51人,其中14人为女性,37人为男性。VI参与者的年龄范围在年轻人/成年人(53%)和中年/老年人(47%)之间保持平衡(图)。


图为按性别分列的年龄组和V型Ι的总年龄组


图为按性别分列的年龄组和非暴力非法入境者的年龄组


实现了基于识别需求的系统初始原型评价的第一个回路。


图为嵌入式Intel 3D打印眼镜的初步原型


图为ENORASI系统在评估过程中捕获的图像


图为问卷评价的平均结果


图为问卷的性别分析


图为第一和第二份问卷结果的方略


综上所述,男性用户对该系统的态度更积极,也更满意。即使女性参与者发现系统的操作比男性参与者更容易。然而,两个性别之间唯一的显著差异是关于系统设计的舒适性和系统的用户友好界面操作的问题。因此,正如上文所述,这两项因素都在改善之中,办法是开发一种新的轻型智能眼镜,嵌入较轻的照相机,并使用智能设备而不是笔记本电脑来控制系统的运作。


研究结论


该研究以户外文化环境为重点,探讨视障人士辅助导航的设计要点。基于UCD方法,研究者得出了与现有需求相一致的需求,比如轻量级、小型、用户友好界面设备的人体工程学需求。


除了文献中指出的需求,研究者的研究还提供了以下需求:用于导航和避障任务的定位和GPS精度;联网方面和视频流参数;避障和通知警报;通知频率和声音信息频率和持续时间;文化运营及户外文化环境智能辅助系统拓展。


关于在受控环境下对初始原型的评估,结果为未来的工作和进一步改进提供了重要的结论。考试的要求是可以达到的。整个系统的性能是有前途的,这已经被评估和发表的研究证明了。但是,为了满足人体工程学的要求,需要对眼镜的框架和所附相机进行大量的设计工作。


最初开发的原型只是一种手段,更像是一个纸上的原型,用于对引出的需求进行评估和测试的第一个循环。然而,它已经为开发更舒适的3D打印智能眼镜铺平了道路,这将不同于目前类似的解决方案,它将是低成本,轻量化和个性化(例如,在颜色和尺寸方面)。


研究提出了其他研究人员可能会从中受益,因为它提供了一个通用和以用户为中心的方法来设计一个SAS,人机交互,将不仅局限于特定用户组,有针对性的在这项研究中,但它可以很容易地采用其他项目发展与相关系统功能,例如,辅助系统启用障碍检测、人机交互、智能眼镜,视力安全或导航的目的。


参考文献:Charis Ntakolia, George Dimas & Dimitris K. Iakovidis User-centered system design for assisted navigation of visually impaired individuals in outdoor cultural environments  Universal Access in the Information Society (2020)



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