Optisches RFID für Augmented Reality Anwendungen

Konstruktive Diplom- / Semester- / Master- / Bachelorarbeit betreut durch Axel Czabke und Tim Lüth.

Problemstellung

Ältere Menschen leiden oft an einem Rückgang ihrer kognitiven Fähigkeiten bis hin zur Demenz. Je nach Ausprägung kann dies die Fähigkeit des selbständigen Alleinwohnens mehr oder weniger beeinträchtigen. Daher kann es zum Erhalt der Selbständigkeit sinnvoll sein, in bestimmten Situationen oder bei bestimmten Objekten den Menschen im Sinne einer interaktiven Hilfsfunktion mit geeigneten Informationen zu unterstützen.

Am Lehrstuhl MiMed wurde bereits ein handlicher Miniaturprojektor mit einer Schnittstelle zu einem iPhone entwickelt, der es erlaubt Bilder/ Informationen in die Umgebung zu projizieren. Darüber hinaus gibt es Vorarbeiten für ein System, das mittels Infrarot-Markern das Markieren von Objekten und das kontaktlose Auslesen einer Identifikationsnummer von den Markern erlaubt, wenn das Lesegerät auf denselben gerichtet ist.

Durch eine Integration des Auslesegeräts in den iPhone Projektor und die Implementierung einer geeigneten Software für das iPhone wäre es möglich, eine interaktive Hilfsfunktion im Sinne einer „augmented reality“ für den Hausgebrauch zu schaffen.

Ziel dieser Arbeit ist ein Gerät bestehend aus der Kombination von Projektor und iPhone, das Infrarot-Marker erkennt, wenn der Nutzer auf diese zeigt und die für den entsprechenden Marker gespeicherte Information in Form eines Bildes in die Umgebung projiziert.

Aufgabenstellung

Zunächst ist der Stand der Technik derartiger Assistenzsysteme für kognitiv eingeschränkte Nutzer zu recherchieren. Die dabei gesammelten Erkenntnisse sollen bei der Umsetzung der Aufgabenstellung einfließen. Allgemein lassen sich drei Arbeitsbereiche beschreiben: Die iPhone Software, das Infrarot-RFID System und der Projektor.

Die iPhone Software soll in der Lage sein, von einem µC über UART die Identifikationsnummer (ID) eines erkannten Markers zu erhalten, diese einer zuvor gespeicherten Bilddatei zuzuordnen und diese über den Projektor auszugeben. Ist zu der ID noch keine Bilddatei hinterlegt, so soll es möglich sein, neue Verknüpfungen zu erstellen. Darüber hinaus soll es möglich sein, zwischen verschiedenen Modi der Markerdetektierung (kontinuierliche Abfrage, nur auf Nutzeranfrage, …)zu wählen. Weitere Anforderungen können sich während der Entwicklung ergeben, wobei darauf zu achten ist, dass die Benutzeroberfläche möglichst einfach (Seniorengerecht) gestaltet wird.

Das Infrarot System soll soweit erweitert werden, dass die Marker möglichst klein und kostengünstig zu fertigen sind. Des Weiteren ist die Ausleseeinheit bestehend aus einer Infrarot LED, einem Infrarotsensor und einem µC soweit anzupassen, dass diese in den Projektor integriert werden und mit dem iPhone kommunizieren kann.

Der Projektor ist soweit anzupassen, dass das Infrarotsystem integriert werden kann und eine zuverlässige Schnittstelle zum iPhone gewährleistet wird. Die folgende Abbildung zeigt das Gesamtsystem.

Anwendung

Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für weitere Forschungen und Anwendungen in diesem Bereich.

Erwartung

Für die Bearbeitung der genannten Aufgaben wird folgendes erwartet:

·      Ausführliche Dokumentation  der einzelnen Schritte.

·      Strukturiertes Vorgehen, d.h. zuerst eine Problembeschreibung erstellen und dann Lösungsansätze vergleichen.

·      Beschreibung der Lösungsstruktur und Abgrenzung gegenüber anderen Lösungen.

·      Experiment zur Bestätigung der gefunden Lösung.

Wird ein Ziel nicht erreicht, dann soll dieser Umstand ausreichend begründet werden. Das Erreichen bzw. Nichterreichen des Ziels soll untersucht und dokumentiert werden, so dass fundierte Aussagen über die Eignung oder über eine notwendige Änderungen gemacht werden können.

Vorgehen

1.    Recherche des Stands der Technik im Bereich mobile Verwendung von Projektoren bzw. Assistenzsysteme für Menschen mit kognitiven Einschränkungen.

2.    Implementierung einer Software für ein iPhone.

3.    Adaption des Infrarotsystems für die Anwendung und Fertigung von 10 Markern.

4.    Integration des Infrarotsystems in den iPhone Projektor.

5.    Anfertigung der  schriftlichen Ausarbeitung.

Ergebnisse

1.    Funktionsfähiges System, das IR-Marker erkennt und die entsprechende Information in die Umgebung projiziert.

2.    Konstruktionszeichnungen der gefertigten Teile.

3.    Quellcode.

4.    Schriftliche Ausarbeitung.

Referenzen

·      P. Mistry, P. Maes, L. Chang.; WUW - Wear Ur World - A Wearable Gestural Interface, In the CHI '09 extended abstracts on Human factors in computing systems. Boston, USA. 2009.

·      Beardsley, P.; van Baar, J.; Raskar, R.; Forlines, C.; Interaction using a Handheld Projector, Computer Graphics and Applications, IEEE Volume 25, Issue 1, Jan.-Feb. 2005 Page(s):39 – 43.

·      Pinhanez, C.; The Everywhere Displays Projector: A Device to Create Ubiquitous Graphical Interfaces, In Proc. Ubicomp 2001, Atlanta, Georgia, USA

·      Rekimoto, J.; Saitoh, M.; Augmented Surfaces: A Spatially Continuous Workspace for Hybrid Computing Environments, Proc. ACM SIGCHI 99, 1999, ACM Press, New York, pp. 378-385.

·      Wilson, A.; PlayAnywhere: A Compact Interactive Tabletop Projection-Vision System, In Proc.UIST2005, Seattle, USA