EOG'nin kodlanmasına dayanan bilgisayar tabanlı gözle yazı yazma sistemi geliştirilmesi
Development of computer based eye-writing system by using EOG
Yazar: HESNA ÖZBEK ÜLKÜTAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. METİN YILDIZ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İşaret diliyle ya da konuşarak iletişimini sağlayamayan (Amyotrofik Lateral Skleroz (ALS), Locked-in Sendromu, felç gibi hastalıkları olan) kişilerin iletişimi için çok çeşitli sistemler önerilmiştir. Bunlar içinde, bu hastaların gözlerinin kontrolünü nadiren kaybettikleri bilgisine dayalı olarak, gözle yazı yazma sistemleri öne çıkmaktadır. Göz hareketlerinin kamera veya elektrookülogram (EOG) ile takip edilip yazıya çevrildiği şimdiye kadarki sistemlerin yazma hızları, genellikle 10 kelime/dakika civarındadır. Bu çalışmada ilk önce, daha önce gözle yazı yazmak için geliştirilmiş bir sistem üzerinde yazma hızı ve yazılmak istenen karakterin doğru tespit edilebilme oranını etkileyen faktörleri tespit etmeye dönük çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları dikkate alınarak; gözlerin 4 farklı yön, 2 farklı bakma açısı ve bakılan yönde farklı bekleme süreleriyle durulması ile karakterlerin kodlandığı yeni bir gözle yazma yöntemi önerilmiştir. Önerilen yöntemin uygulanması için bilgisayar tabanlı bir sistem geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem donanım ve yazılım olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Donanım kısmı yatay ve düşey göz hareketleri sırasında ortaya çıkan EOG sinyallerini alıp işleyerek bilgisayara atarken, yazılım kısmı bu sinyalleri anlamlandırıp seslendiren ve yazıya çeviren programları içermektedir. Önerilen yeni yöntemin etkinliği yazma hızı ve karakterlerin doğru kodlanma oranı parametrelerine göre analiz edilmiştir. Önerilen yeni yöntem ve geliştirilen sistemle ulaşılan azami yazma hızı 17,5 kelime/dakikadır. 126 harften oluşan bir metnin yazılmasının ilk denenmesinde %92,5'lik doğru kodlama oranı sağlanmışken dördüncü denemeden itibaren %100'lük doğru kodlama seviyesine ulaşılmıştır. Ayrıca tekrarlamalar sonucu yazma hızı ve doğruluğunun birlikte arttığı görülmüştür. Buna göre geliştirilen sistemin, etkin kullanımı için harflerin nasıl kodlanacağının öğrenildiği bir alışma dönemi gerekmesine rağmen, bu dönem atlatıldığında, daha önce önerilen benzer sistemlere göre en az %50 daha hızlı şekilde gözle yazı yazılmasına olanak vereceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
There are various recommended methods for patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Locked-in Syndrome (LIS) as well as for paralyzed patients who are not able to speak and/or not able use sign language for communication. In very few cases, the eye muscles become paralyzed for these patients. Thus, based on this evidence, the methods that code eye movements into characters used for writing surpass the others. The speed of existing methods that code eye movements into characters by using camera or the electrooculogram (EOG) is about 10 words per minute in general. In this study, firstly, the methods developed for coding eye movements into characters were analyzed in order to determine coding speed and the accuracy rate of the character that is aimed by an eye movement in these techniques. Based on the results of this study, a new eye movements coding technique, which depends on the eye movements in 4 different directions and 2 different view angles and different waiting time in each of these directions with characters coded based on in each specific eye movement direction, is suggested. Computer based system is developed for implementation of suggested technique. This developed technique consists of two parts; hardware and software. While hardware part records EOG signals that occur during horizontal and vertical eye movements and puts this information into a computer, software part infers and vocalizes these signals by coding these into characters consisting letters, numbers and punctuation marks in order to have proper words and sentences with the help of programs. The efficiency of this newly suggested technique is analyzed through assessing parameters that indicate the speed of coding eye movements into characters and the accuracy rate of coding. The speed of coding eye movements into characters with suggested new technique developed in this study is 17.5 words per minute. While the accuracy rate of coding into right characters in the first trial of a text comprised of 126 letters is 92.5%, this accuracy rate reaches to 100% starting from the fourth trial of the technique. Moreover, this repetition of using this new technique improves both the speed and the accuracy rate of coding into right characters. All these findings imply that even though this newly developed methodology requires a settling-in period needed for grasping how to code efficiently eye movements into characters, after passing this period, this new eye movement coding method developed in this study would be able to improve the speed of coding at least 50% faster than the previously suggested similar ones.