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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林韋丞
研究生(外文):LIN, WEI-CHENG
論文名稱:基於光學式鏡頭物件辨識用於輔助視覺障礙者行走之障礙物迴避
論文名稱(外文):Obstacle Avoidance to Aid Visually Impaired Based on Optical Lens for Object Detection
指導教授:段裘慶段裘慶引用關係
指導教授(外文):TUAN, CHIU-CHING
口試委員:李財福陳彥文辛華昀段裘慶
口試委員(外文):LEE, TSAIR-FWUCHEN, YEN-WENSHIN, HAW-YUNTUAN, CHIU-CHING
口試日期:2020-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:視覺障礙者物件辨識物件定位遷移式學習穿戴裝置語音回饋
外文關鍵詞:Visually ImpairedObject DetectionObject LocationTransfer LearningWearable DeviceVoice Feedback
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摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1研究動機 2
1.2 研究目的 4
1.3 論文架構 5
第二章 文獻探討 6
2.1 視覺障礙者 6
2.1.1 定向行動訓練(Orientation and Mobility) 7
2.1.2 行走輔助 7
2.1.3 無障礙環境 8
2.2光學式鏡頭感測模組 10
2.2.1 CMOS 感光元件 11
2.2.2 基礎光學原理 12
2.2.3光學式鏡頭模組工作原理 13
2.3 距離感測模組 14
2.3.1 超音波距離感測器 14
2.3.2 紅外線距離感測器 14
2.3.3 雷射光距離感測器 15
2.4類神經網路 15
2.4.1 類神經元 15
2.4.2 卷積神經網路 16
2.4.3 精度均值(Average Precision, AP) 18
2.4.4 交叉熵(Cross-Entropy) 20
2.5 視覺障礙者障礙迴避方式 20
2.5.1深度圖像自動適應閾值於視覺障礙者之障礙物迴避 20
2.5.2超音波感測與電腦視覺進行有效障礙物偵測 21
2.5.3基於多感測設計導盲拐杖 21
2.5.4 視覺障礙者障礙迴避文獻探討結論 22
第三章 材料與方法 23
3.1感測模組與裝置開發板 24
3.1.1光學式鏡頭模組 25
3.1.2雷射光飛時測量距離感測器 26
3.1.3 微控制器開發版 26
3.2遷移式深度模型訓練 27
3.2.1 資料集準備與模型訓練 27
3.2.2 Tensorflow與Tensorflow Lite 28
3.2.3 物件辨識模型 29
3.3物件影像處理 31
3.3.1 高斯模糊 32
3.3.2 邊緣檢測 33
3.4 語音警示回饋 34
第四章 結果與討論 37
4.1 模型評估與模型驗證 37
4.2雷射光飛時測距感測器驗證 42
4.3 實驗設計 44
4.3.1 實驗條件與對象 44
4.3.2 實驗環境架設 47
4.4 實驗結果與討論 49
4.4.1 物件辨識 49
4.4.2 白手杖碰撞次數與受測者完成時間 50
4.4.3 結果統計與分析 55
4.4.4 受測者問卷調查結果 57
第五章 結論與未來研究方向 59
5.1 結論 59
5.2 未來研究方向 60
參考文獻 61
附 錄 64
A 中英專有名詞對照表 64
B 系統裝置與軟體開發 67
C 線上問卷設計 70
D 論文原創性比對 71
[1]衛生福利部統計處,“身心障礙者統計一覽表”,
https://dep.mohw.gov.tw/DOS/cp-4646-50610-113.html,2019年12月。
[2]衛生福利部統計處,“身心障礙者人數案類別與障礙成因”,
https://dep.mohw.gov.tw/DOS/cp-2976-13827-113.html ,2019年5月。
[3]World Health Organization, “Blindness and vision impairment.”, July, 2019.
[4]台北市交通管制工程處,“有聲號誌設置地點及使用簡介”,2020年1月。
[5]衛生福利部社會及家庭署,“身心障礙鑑定與需求評估新制”
https://dpws.sfaa.gov.tw/issuance-certificate-1-detail-1.html,2020年3月。
[6]余蓮菁譯,“定向與行動技術-專業人員指引”,台北市:國立師範學院特殊教育學系,1997。原著: Everett Hill & Purvis Ponder. Orientation and Mobility Techniques: A Guide for the Practitioner, 1976.
[7]杞昭安,“視障者定性行動訓練實用手冊”,台北市:社會局,2000。
[8]杞昭安,“視障者定向行動輔具之研究”,特殊教育學報,第十五期,國立彰化師範大學特殊教育系所,2001,第107-127頁。
[9]Dae Shik Kim, and Robert Wall Emerson, “Effect of Cane Length on Drop-off Detection Performance.” Journal of Visual Impairment and Blindness, 106(1), pp. 31–35, 2012.
[10]台灣導盲犬協會,“認識導盲犬”,
http://www.guidedog.org.tw/aboutguidedog/about1.html,2019年7月。
[11]鄭元良、楊詩弘、謝秉詮、王瑄、吳宜儒,“視障者空間認知與無障礙環境之研究”,新北市:內政部建築研究所,2015。
[12]Bengt Nirje, “The Normalization Principle and its Human Management Implication,” Journal of International Social Role Valorization, vol. 1(2), 1994, pp. 19-23.
[13]Wang Zhong li, Liu Jia yin, and Jia Yun de, “Image Sensing Technology based on CCD and CMOS,” in Proceedings of Optical Technique, vol. 29, no. 3, May. 2003.
[14]Phone Area, “13MP camera tipped for Samsung Galaxy S IV,”
https://www.phonearena.com/news/13MP-camera-tipped-for-Samsung-Galaxy-S-IV_id35168, 2020.
[15]Xiong Ping, “Comparison of CCD and CMOS Image Sensors.” in Proceedings of Semiconductor Optoelectronics, vol. 25, no. 1, Feb. 2004.
[16]Arthur C. Guyton, Philadelphia: Saunders, “Human Physiology and Mechanisms of Disease,” 1992, p. 373
[17]McCulloch, Warren S., and Pitts Walter., “A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity,” Journal of bulletin of mathematical biophysics, vol.5 (4): 115-133, 1943.
[18]Antonio Gulli, Sujit Pal, and Amita Kapoor, “Deep Learning with TensorFlow 2 and Keras,” Birmingham: Packt Publishing, 2019, pp. 9-13.
[19]Y. Lecun, L.Bottou, Y. Bengio, and P. Haffner, “Gradient-based learning applied to document recognition, ” in Proceedings of the IEEE, vol. 86, issue. 11, 1998.
[20]Dumoulin V., and Visin F., “A guide to convolution arithmetic for deep learning.” arXiv.org, 2016.
[21]Antonio Gulli, and Sujit Pal, “Deep Learning with Keras,” Birmingham: Packt Publishing, 2017, p 19
[22]Saputra M.R.U., and Santosa P.I., “Obstacle Avoidance for Visually Impaired Using Auto-Adaptive Thresholding on Kinect’s Depth Image.” in Proceedings of the IEEE 14th International Conference on Scalable Computing and Communications and Its Associated Workshops, Bali, Indonesia, Dec. 2014, pp. 9-12.
[23]Mocanu B., Tapu R., and Zaharia T. “When Ultrasonic Sensors and Computer Vision Join Forces for Efficient Obstacle Detection and Recognition,” Journal of Sensors, vol. 16, issue. 11, no. 1807, 2016.
[24]Yi Y. and Dong L., “A Design of Blind-Guide Crutch based on Multi-Sensors.” in Proceedings of the 2015 12th International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery, Zhangjiajie, China, Aug. 2015, pp. 15-17.
[25]Puskala Joonas, “High-Speed Camera Serial Interface Verification”, Master of Science Thesis, Tampere University of Technology, Tampere, Finland, 2015.
[26]USB Implementers Forum, “USB 2.0 Specification,” Apr. 2020.
[27]TensorFlow , “TensorFloew Lite Converter,” Jun. 2020.
[28]Liu W., Anguelov D., Erhan D., Szegedy C., Reed S., Fu CY, and Berg AC, “SSD: Single Shot MultiBox Detector,” in Proceedings of Computer Vision–ECCV, pp. 21-37, 2016.
[29]Mark S., Andrew H., Menglong Z., Andrey Z., and Liang-Chieh C., “MobileNetV2: Inverted Residuals and Linear Bottlenecks,” in Proceedings of IEEE CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2018, pp. 4512-4520.
[30]John F. Canny. “A Computational Approach to Edge Detection.” Journal of IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 8, 1986, pp. 679–698
[31]全國法規資料庫,“道路交通標誌標線號誌設置規則第231條”,2020 年04月。

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