SISTEMA DE ACCESO A UN ORDENADOR BASADO EN GUIÑOS VOLUNTARIOS.

Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios.



La presente invención tiene por objeto un sistema que permite el acceso a un ordenador por personas discapacitadas cuya capacidad motora se ve reducida a la región ocular. El usuario interactúa con un ordenador a través de un sistema de detección de guiños voluntarios que utiliza emisores y receptores de infrarrojos montados en unos raíles que se han instalado en unas gafas y que se encuentran enfocados hacia el centro del ojo. Los parpadeos, guiños o movimientos oculares son detectados por los receptores, que envían sus señales al sistema de detección, el cual, tras un proceso de demodulación, filtrado y amplificación, genera una señal de tensión que es digitalizada y tratada por un microcontrolador.

La invención también se distingue por implementar la parte del control del PC en el propio PC y por minimizar el tiempo de latencia con objeto de reducir la fatiga del usuario

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200601762.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE SEVILLA.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: SEVILLA.

Inventor/es: MOLINA CANTERO,ALBERTO, GOMEZ GONZALEZ,ISABEL.

Fecha de Solicitud: 26 de Junio de 2006.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 30 de Marzo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61F4/00 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61F FILTROS IMPLANTABLES EN LOS VASOS SANGUINEOS; PROTESIS; DISPOSITIVOS QUE MANTIENEN LA LUZ O QUE EVITAN EL COLAPSO DE ESTRUCTURAS TUBULARES, P. EJ. STENTS; DISPOSITIVOS DE ORTOPEDIA, CURA O PARA LA CONTRACEPCION; FOMENTACION; TRATAMIENTO O PROTECCION DE OJOS Y OIDOS; VENDAJES, APOSITOS O COMPRESAS ABSORBENTES; BOTIQUINES DE PRIMEROS AUXILIOS (prótesis dentales A61C). › Procedimientos o dispositivos que permiten a los enfermos o a los discapacitados controlar un aparato o un dispositivo que no forma parte del cuerpo (medios de accionamiento o de control para prótesis A61F 2/48, A61F 2/68).
  • G06F3/02 SECCION G — FISICA.G06 COMPUTO; CALCULO; CONTEO.G06F TRATAMIENTO DE DATOS DIGITALES ELECTRICOS (computadores en los que una parte del cálculo se efectúa hidráulica o neumáticamente G06D, ópticamente G06E; sistemas de computadores basados en modelos de cálculo específicos G06N). › G06F 3/00 Disposiciones de entrada para la transferencia de datos destinados a ser procesados en una forma utilizable por el computador; Disposiciones de salida para la transferencia de datos desde la unidad de procesamiento a la unidad de salida, p. ej. disposiciones de interfaz. › Entrada manual, p. ej. tecla, disco selector.

Clasificación PCT:

  • A61F4/00 A61F […] › Procedimientos o dispositivos que permiten a los enfermos o a los discapacitados controlar un aparato o un dispositivo que no forma parte del cuerpo (medios de accionamiento o de control para prótesis A61F 2/48, A61F 2/68).
  • G06F3/02 G06F 3/00 […] › Entrada manual, p. ej. tecla, disco selector.

Fragmento de la descripción:

Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un sistema que permite el acceso a un ordenador por personas discapacitadas cuya capacidad motora se ve reducida a la región ocular. El usuario interactúa con un ordenador a través de un sistema de detección de guiños voluntarios que utiliza emisores y receptores de infrarrojos montados en unos raíles que se han instalado en unas gafas y que se encuentran enfocados hacia el centro del ojo. Los parpadeos, guiños o movimientos oculares son detectados por los receptores, que envían sus señales al sistema de detección, el cual, tras un proceso de demodulación, filtrado y amplificación, genera una señal de tensión que es digitalizada y tratada por un microcontrolador.

La invención también se distingue por implementar la parte del control del PC en el propio PC y por minimizar el tiempo de latencia con objeto de reducir la fatiga del usuario.

Estado de la técnica

Existen varias técnicas para la detección de eventos oculares. La mayor parte de ellas, derivadas de otras, más sofisticadas, que buscan obtener la zona sobre la que un sujeto mira, dependiendo de la posición del ojo. Una buena introducción a las distintas técnicas de medición de la posición ocular aparece en (1), donde son clasificadas en tres grandes bloques: basadas en luz reflejada, en potenciales eléctricos y en lentes de contacto, y que, a continuación, se describen brevemente.

- Las basadas en luz reflejada utilizan como iluminación luz infrarroja y la detección es determinada por dos métodos distintos: cámaras de video adaptadas a la luz infrarroja o, simplemente, sensores de infrarrojos. La más habitual es la primera, que requiere procesamiento de imágenes y, dependiendo de qué parte de la imagen recibida se procesa, se clasifica en: reflexión de limbos, reflexión de pupila, relación entre la reflexión de la córnea y la pupila, reflexión de las imágenes de Purkinje. Todas ellas se encuadran dentro de la denominada video-oculografía (VOG) que también trabaja con cámaras o webcam con iluminación ambiental. La mayoría de las empresas del sector muestran productos de éste tipo. La segunda técnica, la basada por sensores infrarrojos, es la utilizada en el sistema desarrollado y la de menor difusión en el mercado, existiendo pocos equipos y bastante caros. En (2) se muestra una empresa que comercializa un dispositivo similar, basado en el mismo principio, aplicado al estudio clínico del ojo.
- La técnica basada en potenciales eléctricos (EOG) utiliza electrodos situados en posiciones próximas a las cuencas de los ojos y detectan el campo eléctrico que genera el dipolo ocular. El movimiento ocular provoca una rotación del dipolo que es detectado con un cambio de potencial en los electrodos.
- La última técnica utiliza lentes de contacto en las que se insertan micro-espejos que permiten reflejar una luz incidente. Dependiendo de la posición del ojo, la luz reflejada variará en intensidad. La medición de ésta determinará la posición del ojo. Una variante de esta técnica es la que utiliza núcleos magnéticos insertados en las lentes de contacto. La posición del ojo se determina mediante sofisticados sistemas de medición electromagnética situados en la cabeza.

Las aplicaciones de las técnicas de detección de la mirada son muy diversas. Se han utilizado estas técnicas con fines sociológicos (estudios sobre qué miran determinados sujetos ante una imagen proyectada), publicitarios (en el mismo sentido que el anterior), clínico-médicas (determinación de enfermedades oculares o neurológicas), de accesibilidad (permitir el control de determinadas aplicaciones o dispositivos por personas con grados elevados de discapacidad), etc.

Los aspectos de accesibilidad han sido (y lo están siendo) objeto de interés tecnológico durante los últimos años. Existen numerosas publicaciones en este ámbito y, actualmente, existen también casas comerciales que han sacado algunos productos relacionados. Hay que destacar que la gran mayoría de dispositivos e investigaciones, se han basado en la detección de la mirada mediante técnicas VOG y EOG, para el manejo de determinadas aplicaciones específicas orientadas, fundamentalmente, a la escritura de texto.

Un sistema basado en EOG ha sido desarrollado en la EUP de la U. Alcalá (3) para el control de una silla de ruedas eléctrica. También, como aplicación del sistema, se permite la escritura de texto utilizando una aplicación particular para el PC.

Sistemas que permiten a discapacitados la escritura de texto existen gran variedad. Destacamos (4), un dispositivo que, conectado a una impresora, permite la escritura del texto seleccionado mediante unas gafas sobre las que se han montado unos diodos de infrarrojos. La dirección de la mirada permite la selección de la letra situada en una matriz de 7x6 en el propio dispositivo y ordenada según la frecuencia de uso de las letras en un lenguaje concreto. Existe el barrido horizontal y vertical. Se usan opciones adicionales para controles de iluminación, etc. Es un dispositivo de "bolsillo", lo que lo hace fácilmente transportable por el discapacitado, pero no dispone de conectividad con un PC.

Una aplicación de PC interesante para la escritura rápida de texto controlada por el ratón, y de libre distribución es Dasher (5). Consiste en que el texto va saliendo por la derecha de la pantalla a mayor o menor velocidad dependiendo de la cercanía del ratón al extremo derecho de la pantalla. Incorpora un sistema predictivo que, a medida que se van seleccionando letras, agrupa las letras que faltan para completar una posible palabra. Esta aplicación se apoya en cualquier sistema de medición que permita el control del ratón. Como ejemplo, sus diseñadores, han utilizado un sistema basado en VOG para la detección de la mirada.

Otro sistema para la escritura rápida de caracteres se muestra en (6), basados en mediciones horizontal y vertical de la mirada mediante diodos de infrarrojos montados en unas gafas. El sistema dispone de una pantalla sobre la que se proyectan los caracteres seleccionados por el usuario. Ambos sistemas requieren calibración cada vez que se utilicen por un mismo sujeto y no permiten el manejo de cualquier aplicación del PC.

En (7) se presenta un estudio de comunicación mediante guiños voluntarios. El sistema utilizado para la obtención de la señal es VOG y muestra la posibilidad de utilizar una aplicación de escritura específica seleccionando palabras mediante secuencias de guiños de distinta duración, a modo de lenguaje "morse". Tampoco permite el control de cualquier aplicación del PC.

El sistema EagleEyes (8) se basa en EOG para controlar un PC mediante el control del cursor del mismo. Se requiere un dispositivo externo y un software de configuración y calibración. Permite el manejo del ratón tanto por mirada como por movimientos leves de cabeza. Requiere de calibración cada vez que se utilice el sistema.

En (9), se muestra un dispositivo que permite a un usuario emular el ratón y el teclado de un ordenador, lo que le posibilita la aplicación de cualquier aplicación del mismo. No obstante, el método utilizado se basa en un pulsador mecánico, y una pantalla gráfica, distinta a la del ordenador, acoplada en una silla de ruedas, con la que se permite seleccionar diferentes acciones a partir de las pulsaciones. Dichas acciones se traducen en el envío de las señales eléctricas equivalentes a las que generarían un ratón o un teclado convencionales.

Referencias (1) Eye Controlled Media: Present and Future State. Thesis for the Partial Fulfilment of the Requirements for a Bachelor's Degree in Information Psychology at the Laboratory of Psychology, University of Copenhagen. Ame John Glenstrup y Theo Engell-Nielsen. 1995. http://www.diku.dk/%7Epanic/eyegaze/article.html (2) Skalar IRIS IR Eyetracker. http://www.crsltd.com/catalog/skalar/index.html (3) Interfaz Usuario Máquina basado en EOG (Aplicación de ayuda a la movilidad). Tesis doctoral de Rafael Barea Navarro. (4) An Eye-movement controlled Communication appliance: from Eye-Letter-Selector to Handiwriter. http:// www.ph.tn.tudelft.nl/ed/ELS-Handi.html (5) Sistema Dasher. Homepage: http://www. Inference.phy.cam.ac.uk/dasher/ (6) EPCOS. Eye-Ball-Position controlled Communication System. E.E.E. Friteman et al. Microprocessor and microprogramming. North Holand. 1984. (7) Communication via eye blinks. Detection an d duration análisis in real time. Kristen Grauman. MIT Lab. (8) Eagle Eyes. http://www.bc.edu/schools/csom/eagleeyes/...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios que permite el control de cualquier aplicación de un PC caracterizado porque comprende:

a) un sistema de detección basado en la emisión, reflexión y recepción de un haz de infrarrojos sobre la córnea ocular;

b) un sistema de procesado que permite el tratamiento de la señal generando una señal binaria que se envía al puerto paralelo de un PC a través de un bus de salida;

c) un programa de control que traduce el valor de la entrada del puerto paralelo de un PC a códigos de tecla virtual y su introducción en la cola de mensajes del sistema operativo del PC y

d) un bus de entrada/salida que se conecta al puerto serie del PC, para la configuración del sistema y el entrenamiento del usuario, visualizando la señal adquirida, los parámetros ajustables y los resultados del procesamiento de la señal mediante indicadores luminosos.

2. Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios que permite el control de cualquier aplicación de un PC según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de captación dispone de unas monturas sobre las que se han situado unos diodos emisores y receptores de infrarrojos.

3. Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios que permite el control de cualquier aplicación de un PC según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el sistema de detección se comunica mediante un bus analógico al sistema de procesado.

4. Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios que permite el control de cualquier aplicación de un PC según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de procesado consta de a) una fuente de alimentación interna; b) un conjunto de indicadores luminosos que permiten avisar de la detección correcta de un guiño; c) un sistema de amplificación y filtrado de las señales procedentes del sistema de detección y d) un microcontrolador.

5. Sistema de acceso a un ordenador basado en guiños voluntarios que permite el control de cualquier aplicación de un PC, según reivindicación 1, caracterizado porque el programa de control dispone de un teclado matricial de 4x4 teclas en la pantalla del PC consiguiéndose la selección de una tecla mediante dos activaciones consecutivas recibidas por el puerto paralelo.


 

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