Компьютерные тифлотехнологии
10 мая 2008
Рубрика: Статьи, присланные на конкурс.
Автор: Бахром Кабулов.

Занимаясь вопросами искусственного интеллекта, я однажды пришел к выводу: интеллект не может существовать сам по себе. Познание окружающего мира и осознание своего места в нем невозможны без общения с себе подобными.

Общение для интеллектуального существа – основная потребность. Возможность коммуникации особенно важна для тех, у кого ограничена возможность зрительного восприятия окружающего мира. Поэтому, говоря о роли информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в повышении качества нашей жизни, в ликвидации цифрового неравенства, а также рассматривая вопросы дальнейшего развития и внедрения ИКТ, не следует забывать о незрячих, для кого обмен информацией и доступ к информационным ресурсам особенно затруднены.

По данным ВОЗ, в мире насчитывается около 37 миллионов слепых людей и 124 миллиона человек с плохим зрением. В Узбекистане около 33,5 тысячи людей имеют ограниченные возможности по зрению. Для того, чтобы эти люди могли получить доступ к компьютеру, электронной почте и Интернету, необходимы специальные тифлотехнологии.

Немного истории
Первый шаг в истории создания письменности для незрячих был сделан в 1771 году, когда француз Валентин Ойи предложил идею использовать выпуклые буквы. Но слепым трудно было различать такие буквы на ощупь.

В 1819 году капитан артиллерии Шарль Барбье предложил печатать рельефными не буквы, а точки и тире (продавливая их на бумаге) и ими уже записывать буквы. Эту систему он назвал «ночное письмо» и предлагал вовсе не для слепых, а для использования в военно-полевых условиях.

pic

Слепой мальчик Луи Брайль познакомился с этой системой в 12 лет. Она ему понравилась тем, что позволяла не только читать, но и писать. В течение трех лет он ее усовершенствовал и создал используемый до настоящего времени во всем мире рельефно-точечный шрифт слепых (шрифт Брайля). В нем символы языка (буквы, знаки препинания и цифры) кодируются комбинациями от одной до шести выпуклых точек, расположенных в виде таблицы стандартного размера с тремя строчками и двумя столбцами. Каждая точка либо продавливается специальной машинкой (или даже шилом), либо остается целой.

pic

Трафарет для письма по Брайлю.

pic

Брайлевская пишущая машинка

Всего различных способов продавить выпуклые точки в брайлевской таблице 26–1=63.

Код Брайля. Кириллица

pic

Для того чтобы отличать заглавную букву от строчной, перед ней ставят специальную комбинацию точек. Многие комбинации имеют несколько значений, выбор из которых делается в соответствии с контекстом. Цифры кодируются так же, как и первые буквы алфавита, но в начале и в конце последовательности цифр ставится специальный символ – признак числа.

pic

Новые технологии для незрячих
Незрячие люди «видят» мир пальцами. В эпоху информационно-коммуникационных технологий у них появляется возможность «видеть» гораздо больше. Такую возможность им дают новые тифлотехнологии.

Ниже рассмотрим основные компьютерные тифлотехнологии, играющие огромную роль в реабилитации людей с ограниченными возможностями зрения.

pic

Программы увеличения текста
Эта технология предназначена для пользователей с ослабленным зрением. Системы экранного увеличения могут работать в паре с модулями считывания экранной информации. Наиболее распространенной программой является ZoomText, позволяющая получать 16-кратное увеличение изображения.

Телевизионные увеличители и сканеры
Телевизионные увеличители выдают изображение бумажных документов на экран монитора или телевизора. Увеличители низкого класса, подключаемые к телевизору, стоят от $400 до $1000. Увеличители, подключаемые к ПК, могут стоить от $1800 до $4000.

Сканеры, особенно в сочетании с системами оптического распознавания текста, – это основной инструмент слепых пользователей. Отсканированные тексты можно прослушивать с помощью системы считывания экранной информации.

Программы чтения экрана
Программа чтения экрана позволяет компьютеру «говорить». Она произносит текст, который находится в фокусе, а пользователь может перемещаться по меню, диалоговым окнам, полям редактирования и так далее. Для перемещения фокуса используются комбинации клавиш стандартной клавиатуры. Наиболее известные программы чтения экрана – Jaws for Windows, Hal, LookOUT, ProTalk 32, Window-Eyes.

Программы чтения экрана для домашнего использования
Эти программы проще и дешевле, чем программы чтения экрана. Обычно они разрабатываются для доступа к текстовым редакторам, Интернету и почтовым программам. Эти программы могут не подходить для тех, кто использует программы чтения экрана для работы и образования. Наиболее известны такие программы, как: Connect Outloud, Portset Speech Enablement, Guide.

Программы чтения текста
Программы чтения текста имеют ограничения по возможностям чтения экрана и не предоставляют полный доступ к компьютеру для слепых пользователей. Это связано с тем, что изначально они были предназначены не для людей с проблемами зрения, а для пользователей с дислексией (неспособность к чтению) или с трудностями обучения. У нас известны такие программы, как: Говорилка, ToM Reader, Cool Reader и др.

Брайлевские дисплеи
Брайлевский дисплей – это тактильное устройство, которое размещается перед обычной клавиатурой и позволяет пользователям читать содержание экрана пальцами в виде брайлевского текста. Брайлевские дисплеи обычно выводят одну строку текста. Длина строки может быть от 20 до 80 брайлевских ячеек.

Каждая брайлевская ячейка имеет 6 или 8 точек, изготовленных из металла или нейлона. Они поднимаются или опускаются при помощи электронного управления и создают брайлевское представление символа, который отображен на экране компьютера. Управляется брайлевский дисплей программой чтения экрана или специальными кнопками, расположенными на его корпусе.

Наиболее известны дисплеи ALVA Satellite, Baum Vario, Braillex, Brailliant, Braille Voyager, Braille Wave, Focus, PAC Mate.

Дисплеи на 40 символов стоят от $6000 (Baum Vario, PAC Mate) до $7000 (Brailliant), а на 80 символов – от $12000 (Baum Vario) до $15000 (Focus).

Брайлевские дисплеи являются важнейшим средством общения и взаимодействия для слепо-глухих пользователей.

pic

pic

Электронные записные книжки
Электронные записные книжки для слепых позволяют им во время собраний набирать заметки, а затем переносить их в компьютер для последующего преобразования в речевую информацию или текст. Записные книжки для слепых стоят от $1000 до $3000.

Принтеры Брайля
Принтеры Брайля представляют собой устройства вывода текстовой информации в символах азбуки Брайля. Эти устройства, к сожалению, издают большой шум при работе. За последние годы едва ли не единственным реализованным в них усовершенствованием стала возможность двусторонней печати для экономии бумаги. Современные брайлевские принтеры позволяют выводить на печать тексты, выполненные в любом текстовом редакторе.

Принтеры низкого класса стоят около $1300, офисные устройства – от $3000 до $10000.

Брайлевские клавиатуры
Брайлевская клавиатура – это устройство, которое позволяет вводить текстовые символы в 6- или 8-точечном брайлевском представлении. Каждая брайлевская клавиатура имеет, по крайней мере, 6 клавиш для ввода точек, клавишу для ввода пробела и, в зависимости от модели, дополнительные служебные клавиши.

pic

Специализированные записные книжки для инвалидов по зрению, как правило, имеют такие клавиатуры и могут использоваться совместно с компьютером. Для полного контроля над компьютером необходима стандартная компьютерная клавиатура.

pic

Существуют также компьютерные программы, которые позволяют вводить 6-точечный брайлевский текст, используя стандартную компьютерную клавиатуру. Стоимость таких программ существенно ниже, чем стоимость специализированной брайлевской клавиатуры.

Голосовой ввод данных
Набор какого-либо текста для незрячего человека является очень сложной задачей. Решить эту проблему призваны программы для распознавания речи. Системы Naturally Speaking компании Dragon Systems и ViaVoice компании IBM позволяют диктовать компьютеру текст, не делая пауз между словами. К сожалению, эти продукты не способны воспринимать быструю речь. Кроме того, полученный текст нуждается в правке. Поэтому никак не обойтись без брайлевских дисплея и клавиатуры.

Мобильная связь
Создавая мобильные телефоны, фирмы-разработчики не забывают о людях с ограниченными возможностями зрения.

В июле 2006 года мобильный телефон «Touch Messenger» от Samsung, рассчитанный на людей со слабым зрением, выиграл золотую медаль на выставке IDEA (Industrial Design Excellence Awards). Телефон разделен на две функциональные части: поле для ввода – 12 кнопок, используемых для набора кодом Брайля, и активный экран для считывания сообщения. Это устройство позволяет людям с плохим зрением получать и отправлять SMS-сообщения.

pic

В феврале 2008 года индийский конгломерат Spice представил ультрадешевый телефон без экрана «People’s Phone» стоимостью менее $20. Такую же цену имеет и вариант для слепых – «Braille Phone», на кнопки которого нанесен шрифт Брайля.

pic

Электротактильные дисплеи
В 60-е годы ХХ века под руководством профессора Бах-и-Риты проводились исследовательские работы, которые показали возможность восприятия визуальной информации с помощью электростимулирующих тактильных дисплеев. Созданный в ходе этих работ аппарат представлял собой электротактильный дисплей из 300 электродов, вмонтированных в спинку кресла, и сопряженный со стационарной телекамерой, управляемой оператором.

В 1999 году аналогичные исследования были начаты российским общественным фондом помощи слепым и слабовидящим «ВЕРЕСК». В результате был разработан прибор искусственного зрения для слепых – тактильный заменитель зрения (ТЗЗ). Он включает в себя миниатюрную камеру, микрокомпьютер и электротактильный дисплей, который закрепляется на любом участке кожи.

Применение ТЗЗ позволяет различать в поле зрения камеры до 5 предметов одновременно, ориентироваться и передвигаться в незнакомом пространстве, читать, сканируя строки, работать с графическим интерфейсом компьютерных программ.

На конференции-выставке по компьютерной графике и интерактивной технике SIGGRAPH 2006 была продемонстрирована аналогичная разработка Forehead Retina System, передающая изображения на лоб.

pic

Миниатюрная камера, которая принимает изображения объектов, находящихся перед человеком, вмонтирована в темные очки. Полученное изображение обрабатывается и превращается в тактильные импульсы. На первом этапе обработки специальный алгоритм определяет очертания объектов, идентифицируя их края. На втором происходит широкополосная фильтрация меняющейся во времени информации.

pic

В процессе обработки изображение разбивается на «пиксели», которым будут соответствовать заряды на матрице с электродами.

Наконец, обработанный визуальный образ трансформируется в электрические импульсы. При этом электроды в матрице заряжаются в таком порядке, что они повторяют упрощенный контур изображения. Разряд раздражает рецепторы кожи лба, и человек «чувствует» форму объекта безо всяких прикосновений.

Различные тактильные аппликаторы являются, пожалуй, наилучшим в настоящее время решением, позволяющим заменить зрение. Кстати, лет десять назад нечто аналогичное я пытался разработать для людей с проблемами слуха. Первоначальная идея состояла в том, чтобы создать мобильный преобразователь звука в изображение, который позволит глухонемым «слышать» глазами. Технически устройство предполагалось реализовать в виде очков с полупрозрачными стеклами, играющими одновременно роль дисплея. Известно, что звук поступает в мозг от уха примерно по 4000 нервных волокон, каждое из которых отвечает за определенную полосу частот. Исходя из этого, можно было бы визуализацию звуков реализовать просто в виде мозаичной картинки, каждая точка которой показывает наличие в поступающем звуке некоторого диапазона частот, а также несет информацию (используя уровень яркости точки) о среднем значении амплитуды для данного диапазона. Причем устройство может позволить «слышать» также и в инфра- и ультразвуковых диапазонах.

Однако у такого устройства есть недостаток – оно дает дополнительную информационную нагрузку на глаза, мешает смотреть. Тогда появилась новая идея – реализовать устройство в виде аппликатора, накладываемого на некоторую поверхность тела (например, на область шеи и спины) и подающего на кожные рецепторы слабые электрические импульсы. Был также вариант создания пары аппликаторов для ушных раковин.

Дисплей с рельефной поверхностью
В феврале 2008 года появилась информация о концепте компьютера Zen PC, позиционируемого как «компьютер-песочница» («Sandbox PC»).

pic

Уникальный интерфейс компьютера предназначен для управления без использования глаз. Этим разработка обязана активной поверхности, изменяющей свою структуру во время работы пользователя. Объемный интерфейс предоставляет также возможность обратной связи.

pic

Используя активную поверхность, можно читать текст Брайля, работать с окнами, иконками и другими текстурами. Ввод и вывод полностью основаны на прикосновениях.
Недостатком Zen PC является то, что изменение рельефа дисплея достигается механическим перемещением его элементов. Это означает, что Zen PC будет дорогим и ненадежным.

Еще один концепт рельефного дисплея
В марте 2008 года дизайнер Джонатан Лукас предложил еще один концепт компьютера для слепых. В компьютере, названном Siafu, используется срабатывающая на прикосновения поверхность, заполненная намагниченной жидкостью Magneclay, что позволяет компьютеру отображать текстовый контент в виде шрифта Брайля, а также представлять изображения в объемной форме.

pic

Следует отметить, что Zen PC и Siafu – всего лишь концепты. Поэтому в ближайшее время они однозначно не поступят в продажу.

Проблема стоимости
В Узбекистане, как и в других странах СНГ, внедрение современных тифлоинформационных компьютерных технологий тормозится дороговизной специального оборудования. Как отмечалось выше, один только брайлевский дисплей стоит около $6000. Это делает компьютерную тифлотехнику практически недоступной для индивидуального пользования. В связи с этим очень актуальной является задача разработки новых недорогих информационно-коммуникационных тифлотехнологий.

Носимая брайлевская клавиатура
В начале 2006 года в процессе работы над виртуальной клавиатурой (для зрячих пользователей) пришла интересная мысль – а что, если клавиши сразу прикрепить к пальцам? В этом случае не надо искать клавиши на клавиатуре. Пальцы уже «лежат» на нужных клавишах. И не нужны ни стандартная, ни виртуальная, ни складная и т.д. клавиатуры. Идея показалась перспективной. И аналогов нет. Единственная неприятность – количество наших пальцев. Но эта проблема легко снимается, если использовать комбинации пальцев. Количество таких комбинаций равно 210 – 1 = 1023. Вполне достаточно. И важно то, что не все 1023 комбинации надо помнить (если вы не вводите иероглифы). Разумеется, для того, чтобы запомнить все необходимые комбинации, надо потрудиться. Но в результате будем иметь компактный мобильный аксессуар в виде напальчников, позволяющий печатать сидя, стоя, лежа, в движении. Руки могут располагаться произвольно, наиболее удобным образом. Можно даже работать, держа руки на коленях. Исключается туннельный синдром запястья. Однако самое главное в том, что подобная носимая клавиатура (НК) будет очень удобна для незрячих. Тем более что она может использоваться не только для ввода, но и для чтения, если подавать на пальцы слабые электрические импульсы.

pic

НК, позволяющая незрячим печатать и читать с использованием стандартного 6-точечного кода Брайля, намного удобнее, компактнее и дешевле, чем существующие брайлевские клавиатуры и дисплеи. Будучи подключена к мобильному телефону, НК позволит набирать и читать SMS-сообщения. Перед отправкой сообщения код Брайля должен преобразовываться в стандартную кодировку.

Основное отличие процедуры чтения с использованием НК от чтения по методу Брайля состоит в том, что отдельные «точки» кода воспринимаются разными пальцами. Такое «распределенное» восприятие символов представляется более простым по сравнению с тактильным восприятием рельефных символов. Данное обстоятельство может позволить увеличить количество точек кода, используемых для представления одного символа, что приведет к расширению алфавита. Думаю, что увеличение числа точек не должно вызвать большую проблему для незрячих, тем более что большинство из них пользуется только слухом и не знает еще код Брайля. Значит, им не надо переучиваться. Кроме того, уже имеется прецедент – компьютерный 8-точечный шрифт.

Можно предложить новый код, в котором будет 10 точек. В таблице, имеющей 2 строки и 5 столбцов, верхний ряд точек (соответствующий левой руке) будет использоваться для префиксов.

Префиксы

pic

Кириллица, строчные буквы

pic

Разработана также кодировка остальных символов стандартной клавиатуры, других наиболее часто используемых символов (в частности – математических) и некоторых комбинаций клавиш.

Предлагаемый вариант кодировки символов кириллицы построен с учетом частоты их встречаемости.

Задача 10-точечного кодирования для так называемого сокращенного письма по Брайлю не рассматривалась, поскольку это тема для отдельного исследования.

Десятиточечная кодировка может одинаково эффективно использоваться людьми с различными зрительными возможностями, тем более что она изначально разрабатывалась для ввода данных зрячими пользователями.

Адаптивная клавиатура
Поисковик Google позволил найти аналог НК – адаптивную клавиатуру (АК) для слепых, разработанную в 2004 году Д.Л. Раковым. В основу разработки положен принцип «одна точка – один знак». Устройство представляет собой тактильную перчатку: на каждой фаланге пальцев размещено по 6 тактильных точек, каждая из которых соответствует букве или цифре. Это позволяет разместить на перчатке 72 элемента. Расположение клавиш эквивалентно стандартной раскладке клавиатуры. Для ввода данных надо нажимать большим пальцем на соответствующие точки перчатки.

pic

Адаптивная клавиатура Д.Л. Ракова.

Аналогия между НК и АК состоит в том, что обе они представляют собой тактильные напальчники, соединяемые с компьютером или PDA и предназначенные для чтения и набора текста. Отличия – в принципе действия. Для создания тактильного эффекта в АК используются встроенные в перчатку микросоленоиды, сердечники которых механически воздействуют на пальцы. Наличие микросоленоидов снижает надежность системы. Ввод данных при использовании АК не очень удобен из-за малого расстояния между тактильными точками и необходимости постоянного неестественного сгибания пальцев. Кроме того, руку в такой перчатке нельзя использовать ни для чего, кроме чтения и печати. Недостатками АК являются также ограниченность числа символов и невозможность управления процессом чтения.

Сенсорные напальчники
Описанные выше напальчники НК не только проще и удобнее существующих клавиатур, но также обладают потенциалом, позволяющим считывать текст непосредственно с экрана компьютера. Если в напальчник вмонтировать фотоэлемент, то он может функционировать подобно световому перу и идентифицировать символ, расположенный в окрестности выбранной точки экрана. После идентификации символа компьютер выберет его брайлевский код и подаст электрические импульсы в соответствующие напальчники.

Сенсорные напальчники (СН) позволяют отказаться от дорогих брайлевских панелей, которые отображают к тому же лишь одну строку текста. При использовании СН не будет той линейности получения информации, которая свойственна речевому каналу, применяемому в существующих программах экранного доступа. Можно самому управлять процессом получения информации. Кстати, если добавить в СН дополнительные электроды, то можно получать с их помощью информацию о характеристиках шрифта (например, о цвете).

К сожалению, СН с фотоэлементом не будет работать с ЖК-экраном. Но эту проблему можно преодолеть, заменив фотоэлемент на миниатюрную камеру. Изображение с камеры будет распознаваться системой OCR и выдаваться на пальцы в кодировке Брайля. Данный вариант СН сложнее, дороже и не исключает возможности ошибок распознавания.

А почему бы не использовать сенсорный экран? Тогда не нужны будут фотоэлементы или камеры. При этом не только с высокой точностью выбирается символ, но также точно определяется его код и не затрачиваются время и вычислительные ресурсы на распознавание символа. К сожалению, не все экраны сенсорные. Но в таком случае можно установить поверх экрана сенсорную рамку. Лучше всего – инфракрасную. Или использовать сенсорный планшет. Кстати, он располагается более удобно и предохраняет экран от механического воздействия.

Указанный выше вариант с камерой может быть использован для чтения не только с экрана компьютера, но и с листа бумаги. В этом случае незрячие получат доступ ко всем существующим книгам, журналам и газетам, ориентированным на зрячих читателей. Кроме того, в комплекте с аппликатором СН позволит воспринимать иллюстрации и даже читать напрямую без использования системы OCR.

Предлагаемые напальчники НК и СН конструктивно очень просты. В Узбекистане вполне можно наладить их выпуск. Тогда у нас будет полностью решена проблема с компьютерной тифлотехникой, а незрячие пользователи получат возможность «читать» прямо с экрана монитора, не нуждаясь в дорогих и громоздких брайлевских дисплеях.

Удаленный поводырь
Высший уровень реабилитации человека с ограниченными возможностями – это востребованность его в обществе. При этом наиболее значимой такая востребованность будет в самом обществе людей с ограниченными возможностями. В начале января 2008 года появилась идея нового проекта, который можно было бы назвать «Удаленный поводырь». Идея состоит в следующем. На голове незрячего устанавливается web-камера. Информация с камеры передается с использованием Wi-Fi или широкополосных мобильных сетей передачи данных на компьютер человека с ограниченными возможностями по движению. Этот второй человек с использованием той же сети передает незрячему указания о том, куда надо двигаться, то есть становится его удаленным поводырем, ощущая при этом свою востребованность, причем для того человека, который наиболее в этом нуждается. Два человека с различными ограниченными возможностями будут взаимно востребованы, дополнят друг друга и станут жить более полноценной жизнью.

Заключение
Почему мы стали называть инвалидов людьми с ограниченными физическими возможностями? Потому что слова «инвалид», «слепой» звучат оскорбительно? А не является ли более оскорбительным наше поведение, когда мы отворачиваемся от их проблем, аналогично тому, как мы отводим глаза, увидев на улице слепого человека? Отворачиваемся потому, что считаем себя неспособными помочь им в разрешении их проблем. Однако это заблуждение. В особенности – для IT-специалистов. Разумеется, не в наших силах вернуть незрячим людям зрение. Но мы можем постараться сделать их жизнь более полноценной. Можно со всей ответственностью утверждать, что многие проблемы незрячих могут быть решены уже сегодня с помощью уже существующих информационно-коммуникационных технологий.

PS. Ссылки на использованные источники можно найти на специальном ресурсе http://www.bahromk.by.ru/mk_links.htm

Автор: Кабулов Бахром Тахирович, зав.отделом прикладного математического обеспечения ОАО «Узнефтегазинформатика»

Информация о конкурсе

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте