Görme engelliler için nesne algılama ve tanımlama sistemi
An object detection and identification system for visually impaired people
Yazar: KORAY GÜRKAN
Danışman: PROF. DR. AYDIN AKAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada görme engelliler için engel bildirim sisteminin tasarım adımları anlatılmıştır. Sistem şapkaya monte edilebilecek şekilde tasarlanarak, iki adet ultrasonik sensörden, mikrodenetleyiciden, analog ve sayısal işaret işleme devrelerinden ve titreşim motorlarından oluşturulmuştur.Tezde öncelikle görme engelliler için daha önce geliştirilen elektronik yardımcı cihazların kronolojik sıra ile günümüze kadar olan gelişimi kısaca incelenmiş, bu çalışmalardan hareketle geliştirilmesi gereken ideal yardımcı sistemin özellikleri tartışılmıştır. Ultrasonik dalga kavramı, ultrasonik sensör yapıları, piezoelektrik malzemler ve durum denklemleri ele alınmıştır.Tez kapsamında, PVDF (poli(vinilidin florür)) yapılı yarım konik geometride genişbantlı ultrasonik sensör üretilerek sensörün elektriksel darbeye cevabı, sürekli sinüzoidal işarete cevabı, kapasite ve kayıp faktörü ölçümleri, dalga yayma diyagramının ölçümü yapılmıştır. Sonuçlar literatürde daha önceden belirtilen yöntem ile farklı yarıçapta üretilen yarım çember şeklindeki sensörler ve ticari seramik sensör için tekrarlanarak karşılaştırılmıştır. Üretilen sensörlerin titreşim analizi sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilmiş ve deneysel sonuçlarla kıyaslanmıştır.Üretilen sensörün verici ve alıcı olarak kullanıldığı nesne algılama sisteminin prototipi üretilerek, nesne algılama çözünürlüğü ve menzili ölçülmüştür. Sensör, frekansı doğrusal şekilde kayan sinüzoidal işaret ile uyarılarak, algılanan yankılar darbe sıkıştırma tekniği ile işlenmiş ve yüksek işaret gürültü oranı ile nesneler ve mesafeleri belirlenmiştir. Belirlenen mesafeye göre farklı sayıda titreşim motorunun uyarılması ile nesnenin varlığı ve mesafesi görme engelliye bildirilmektedir.

Abstract:
In this thesis, design steps of a wearable object alert system for visually impaired are presented. The relevant system is designed so that it can be attached to a hat and consists of two ultrasonic sensors, a microcontroller, analog and digital signal processors and vibration motors.The begining chapters of the thesis involve a brief review of electronic aiding devices for visually impaired in a cronological manner and enlightens requirements on current design issues. The relevant chapters also deal with the ultrasonic wave concept, ultrasonic sensor structures, piezo-electric materials and their state equations.The study involves production of a PVDF made wide-band ultrasonic sensor with a half conical beam pattern. The electrical impulse, steady sinusoidal responses, capacitance and loss factor measurements and beam pattern measurements are achieved for this new sensor. The obtained performance results are compared with half circular sensors of different sizes and traditional ceramic sensors. The vibration analysis of produced sensors were achieved by using Finite Element Method (FEM) and compared with emprical results.The later part of the study involves the production of prototype of an obstacle detection system, in which the originally produced sensor was used as an ultrasonic transmitter and receiver pair. Object identification resolution and range, which are the important parameters, are also measured. By transmitting linear chirp signals, detected echos were processed by using pulse compression technique and objects and their locations were detected with a considerably high S/N ratio. Depending on the detected distance, a specific number of vibration motors are excited and presence and distance of the object is informed to the visually impaired subject.