Über das Projekt

Die Idee

Nur 10-12 Prozent der Fußgängerüberwege in Deutschland sind mit Ampeln mit akustischen oder taktilen Signalgebern ausgestattet, welche die Rot- und Grünphasen auch für Sehbehinderte erkennbar machen. Aber auch bei Ampeln mit diesen Signalgebern können deren Signale durch die örtlichen Gegebenheiten, wie hohem Umgebungslärm, nur schwer erfassbar sein.

Dieser Problematik hat sich eine Arbeitsgruppe des Forschungsinstituts für Augenheilkunde Öffnet ein neues Fenster (FIA) am Universitätsklinikum Tübingen Öffnet ein neues Fenster in Kooperation mit der Fakultät für Informatik an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Öffnet ein neues Fenster in Augsburg gewidmet und den „Ampel-Pilot“ entwickelt, eine App für Smartphones zur Erkennung von Rot- und Grünphasen an Fußgängerampeln.

Foto eines Tasters an einer Fußgängerampel zur Anforderung der Grünphase

Das Smartphone - ein mobiler Alleskönner

Symbolbild der Bedienung eines Smartphones

Das Smartphone ist längst zu unserem täglichen Begleiter geworden. Mit Hilfe der vielfältigen Sensoren, die moderne Mobiltelefone enthalten, ergeben sich immer neue Anwendungsfälle. Funktionen wie Sprachausgabe und Sprachsteuerung sowie inzwischen hunderte spezieller Apps führen dazu, daß auch immer mehr Menschen mit Sehbehinderung die Möglichkeiten moderner Smartphones in ihrem täglichen Leben nutzen. Für viele ist das Smartphone ein Segen, da sie dadurch mobiler werden Öffnet ein neues Fenster . Eine Liste hilfreicher Apps für iOS und Android findet sich z. B. im Online-Magazin inside handy Öffnet ein neues Fenster , der Informationsseite incobs Öffnet ein neues Fenster oder dem Blog TuKSuB Öffnet ein neues Fenster .

Von der Idee zum Semesterprojekt

An der Fakultät für Informatik Öffnet ein neues Fenster der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Augsburg Öffnet ein neues Fenster sind Semesterprojekte ein fester Bestandteil der Studienpläne in allen Informatik-Studiengängen, sowohl in den Bachelor- als auch in den Masterprogrammen. Jeder Informatik-Student nimmt während seines Studiums an mindestens einer Projektarbeit teil. Neben der praktischen Anwendung des bisher erworbenen theoretischen Wissens, liegt der Fokus bei den Projekten auf dem Arbeiten im Team. Sechs bis acht Studierende bearbeiten unter der Leitung eines Professors ein Semester lang gemeinsam eine Aufgabenstellung. Das Thema des Semesterprojektes kann dabei von den Studierenden selbst gewählt werden. Eine Gruppe von acht Studentinnen und Studenten hat sich für die Idee der Entwicklung einer App für Sehbehinderte und Blinde zur Unterstützung bei der Überquerung von Fußgängerampeln ohne akustische oder taktile Signalgeber begeistert. So entstand im Rahmen der Projektarbeit unter der Leitung von Torsten Straßer die App Ampel-Pilot für Android.

Der Ampel-Pilot für Android

Zur Erkennung der Fußgängerampeln und deren Ampelphasen kommt ein sogenanntes " Cascade Classifier Training Öffnet ein neues Fenster " mit " local binary patterns Öffnet ein neues Fenster " (LBP) aus dem OpenCV-Framework Öffnet ein neues Fenster zum Einsatz, welches auch für das Android-Betriebssystem vorhanden ist.

Für das Training des Classifiers wurden von Freiwilligen mehrere tausend Fotos von Fußgängerampeln, vor allem in Süddeutschland, aber auch in anderen Städten Deutschlands und sogar Europas, fotografiert und manuell klassifiziert. Nach einer manuellen Überprüfung durch die Studierenden der Projektgruppe wurden rund 2.000 Bilder ausgewählt und für das Training eingesetzt.

Zum Ende des Semesterprojektes konnte die Android App erfolgreich von den Studentinnen und Studenten der Projektgruppe fertiggestellt und auf dem Projekttag Öffnet ein neues Fenster der Fakultät Informatik der Hochschule Augsburg der Öffentlichkeit vorgestellt werden. Die Studentinnen und Studenten haben damit nicht nur ihr theoretisches Wissen in einem realen Projekt bewiesen und ihre Soft Skills in der Teamarbeit gezeigt, sondern auch eine App erstellt, die vielen Menschen im täglichen Leben helfen kann.

Der Ampel-Pilot für iOS und Deep-Learning

Nach der Veröffentlichung der Ampel-Pilot-App für Android war eine der ersten Rückmeldungen die Frage, ob nicht auch eine Version für das iPhone entwickelt werden könnte. Das iPhone ist unter blinden und sehbehinderten Menschen weit verbreitet Öffnet ein neues Fenster , da Apple von Beginn an auf entsprechende Bedienungshilfen Öffnet ein neues Fenster geachtet hat. Dadurch existieren heute eine Vielzahl von Apps speziell für diese Zielgruppe. Eine Auswahl der am besten bewerteten Apps bietet unter anderem Vodafone Öffnet ein neues Fenster . Eine Gesamtliste von Apps für Android und iOS, sortiert nach Kategorien, findet sich  auf dem KuUBuS AppCenter Öffnet ein neues Fenster .

Der Entwicklung der iOS-Version des Ampel-Pilots hat sich Patrick Valenta angenommen. Patrick war auch schon Teil des ursprünglichen Projektteams und hat sich dazu entschlossen, im Rahmen seiner Bachelor-Arbeit den Ampel-Piloten weiterzuentwickeln. Neben der Umsetzung der Version für das Apple iPhone hat er aber auch einen ganz neuen Algorithmus für die Erkennung der Fußgängerampeln und ihrer Ampelphasen implementiert. Mit Hilfe dieses Algorithmus, der auf dem tiefen künstlichen neuronalen Netzwerk YOLO Öffnet ein neues Fenster basiert, konnte die Erkennung deutlich verbessert werden.

Weitere Entwicklung

In Zukunft soll die App noch weiter verbessert werden: Durch weiteres Training des künstlichen neuronalen Netzes mit neuen Bildern von Fußgängerampeln bei Dämmerung und Nacht oder bei schlechtem Wetter soll die Zuverlässigkeit der Erkennung erhöht werden. Durch eine Überarbeitung der Bildverarbeitung soll außerdem die Geschwindigkeit verbessert werden, so dass die Verzögerung der Erkennung reduziert wird. Außerdem könnten weitere Sensoren, wie zum Beispiel der Lagesensor, der Kompass oder GPS dazu benutzt werden, um die Anwenderfreundlichkeit und die Fähigkeiten der App zu erhöhen.

Für die weitere Entwicklung benötigen wir Unterstützung! Die einfachste Form der Teilnahme am Projekt ist es, weitere Bilder von Fußgängerampeln mit Hilfe der LightsCatcher-App zu sammeln und uns zur Verfügung zu stellen, so dass die Datenbasis für das Training des künstlichen neuronalen Netzes vergrössert und damit die Zuverlässigkeit der Erkennung verbessert wird. Hier kann jeder mit seinem Smartphone teilnehmen. Die LightsCatcher-App ist kostenlos in den jeweiligen App-Stores verfügbar ( Android Öffnet ein neues Fenster , IOS Öffnet ein neues Fenster ).

Wer Interesse an den Apps und an dem künstlichen neuronalen Netz für die Erkennung der Fußgängerampeln und deren Ampelphasen hat, findet den Zugriff zum Quellcode und zu den bisher gesammelten Fotos auf unter " Mitmachen" auf der Homepage. Auch hier freuen wir uns auf Unterstützung. Bei Interesse besteht auch die Möglichkeit eine Bachelor- oder Masterarbeit ihm Rahmen dieses Projektes durchzuführen.

Der Ampel-Pilot ist Teil der Citizen-Science-Plattform „Bürger schaffen Wissen“ Öffnet ein neues Fenster, welche Projekte präsentiert, in denen Bürger gemeinsam mit Wissenschaftler*innen zu verschiedenen Themen forschen können und zum Mitmachen einlädt

Förderer

Die Reinhard Frank-Stiftung, Hamburg fördert gemeinnützige Organisationen, die im Bereich von Forschung und Wissenschaft, Bildung und Erziehung, Jugendhilfe, Blindenhilfe und Mildtätigkeit tätig sind. Der verstorbene Stifter Reinhard Frank war ein Auschwitz-Überlebender, der sich sehr für neue technische Entwicklungen wie z.B. den Ampelpiloten interessierte, die der Zielgruppe sozial benachteiligter Menschen zu Gute kommen.

Die PRO RETINA-Stiftung wurde im Jahre 1996 von Patienten für Patienten gegründet. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, Erblindung durch Netzhautdegenerationen zu erforschen und einer Therapie zugänglich zu machen.
Zweck der Stiftung ist die Förderung der Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet der Netzhautdegenerationen mit dem Ziel, geeignete therapeutische und rehabilitative Maßnahmen zu entwickeln oder zu verbessern.

Die Dr. Gabriele Lederle-Stiftung hilft betroffenen Menschen durch finanzielle Unterstützung. Die Stiftung trägt dazu bei, dass blinde und sehbehinderte Menschen und Menschen mit anderen Behinderungen ihr Leben in Unabhängigkeit und Selbstbestimmung führen können. Dazu vergibt die Stiftung Zuwendungen an Blinden- und Behindertenhilfevereine und unterstützt Forschungseinrichtungen und Forschende z. B. durch Gewährung von Stipendien zur medizinischen Erforschung und Behandlung von Augenkrankheiten.

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