Tecnologia personale per l autonomia di persone con disabilità nel calcolo del resto

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1 Tecnologia personale per l autonomia di persone con disabilità nel calcolo del resto Giovanni Dimauro 1, Marzia Marzo 2 1 Dipartimento di Informatica, Università degli Studi di Bari, dimauro@di.uniba.it 2 Istituto Professionale per i Servizi Sociali Falcone, Sava, Taranto L uso del telefono cellulare risulta agevole per ragazzi con alcune tipologie di disabilità. In questo lavoro viene presentato un sistema per l ausilio al calcolo del resto. Il cellulare è utilizzato per la ripresa fotografica delle monete e per effettuarne il calcolo del valore complessivo. E basato su sistema operativo Symbian e su linguaggio Java. 1. Introduzione Insegnare allo studente con disabilità ad utilizzare nella vita di tutti i giorni abilità matematiche legate a concetti normalmente semplici come l'uso del denaro, seguendo un percorso stimolante e gratificante, può accrescere la sua capacità di interagire in maniera adattiva con l'ambiente. L adozione di strumenti di tecnologia personale, quali ad esempio telefoni cellulari, può rendere più immediata l applicazione di alcune strategie didattiche [1] favorita dalla confidenza nell uso di tali strumenti che i ragazzi acquisiscono in età sempre più giovane [2]. Ciò vale anche per alcune persone con disabilità, che spesso riescono a maneggiare strumenti tecnologici efficacemente, anche se talora questo successo è basato sulla loro buona capacità di portare a termine attività meccaniche, sistematiche e ripetitive. Alice frequenta la II classe della scuola media superiore e presenta un ritardo lieve negli apprendimenti. Tralasciando i dettagli, ella individua, seria e combina le monete, ne comprende il valore ma presenta qualche difficoltà nella somma e sottrazione e conseguentemente grosse difficoltà nel calcolo del resto. In ogni caso, dopo averlo eseguito, viene gratificata e rassicurata dalla verifica di correttezza del suo calcolo da parte di una qualsivoglia persona che la accompagna. Alice dimostra una spiccata capacità di maneggiare il suo telefono cellulare, sia nell uso di funzioni semplici (ricerca in rubrica, chiamata ecc.) che appena più complesse come invio di messaggi, uso della calcolatrice, inserimento di impegni in agenda. Questa condizione, suggerisce che un possibile ausilio può essere costituito da un sistema che in maniera automatica e più rapida dell uso di una calcolatrice, possa combinare e sommare i valori delle monete che le vengono rese, restituendole informazioni sia sul valore complessivo che sulla correttezza del resto. Il sistema software, progettato ed al momento realizzato per il cellulare Nokia N70, sfrutta la possibilità del cellulare di fotografare un insieme di monete e di utilizzare direttamente questa foto in un programma Java basato su sistema operativo Symbian. Il sistema può discriminare e classificare le monete, effettuarne la somma ed il confronto con l importo pagato A. Andronico, L. Colazzo (Eds.): DIDAMATICA 2009 ISBN

2 DIDAMATICA 2008 ed il prezzo del prodotto acquistato al fine del calcolo del resto. Esso può comunicare all utente messaggi sonori, rendendosi utile per utenti con difficoltà visive. In questa prima versione il sistema richiede l aggiunta all insieme di monete di un oggetto di confronto e non prevede l uso di banconote. Tuttavia il prototipo realizzato è di interesse per una prima sperimentazione e quindi per la verifica della sua efficacia. 2. Tecnologia personale per l autonomia nel calcolo del resto di persone con disabilità L architettura Java è costituita dal linguaggio di programmazione, la Java Application Programming Interface (API), la Java Virtual Machine ed il file formato.class. Un applicazione Java potrà essere eseguita ovunque sia presente la piattaforma Java, e quindi i programmi potranno essere elaborati su differenti tipi di host aventi differenti capacità di elaborazione, inclusi gli embedded device. La diffusione di dispositivi accomunati da limitate risorse hardware, da funzionalità spesso ristrette e da un'autonomia limitata nel tempo come i telefoni cellulari ha promosso lo sviluppo di standard come ad esempio il MIDLET (Mobile Information Device Toolkit) che include un sottoinsieme minimo di classi Java. Per lo sviluppo del sistema qui presentato si è fatto ricorso alla Java Micro Edition development tools per Symbian S60, Java Standard Edition Development Kit, Wireless Toolkit, Nokia SymbianOS/S60 SDK for Java, IDE con plugin per Java ME development (Nokia supporta Eclipse + EclipseME e NetBeans + Mobility Pack). Il sistema realizzato prende il controllo della fotocamera all apertura del cover posteriore a slitta del Nokia N70, consente di inquadrare e riprendere l insieme delle monete, quindi richiede l inserimento dell importo pagato ed il valore dell oggetto acquistato, ai fini di verificare se l insieme delle monete ottenute in resto ha un valore pari al resto calcolato aritmeticamente. Si avvia quindi la fase di pre-elaborazione della immagine nella quale vengono isolate le singole monete e la rondella di confronto che viene aggiunta all insieme delle monete da verificare. Quest ultimo è un vincolo necessario in questa prima versione poichè risolve immediatamente alcuni problemi di riconoscimento. Invero non è possibile effettuare il riconoscimento delle monete rilevando le immagini (bassorilievo) in esse contenute poichè una fotografia scattata con il cellulare rapidamente e senza particolare cura non risulta di ottima qualità. E altresì difficoltoso utilizzare le informazioni di colore poichè al variare della luminosità e della presenza o assenza del flash, le immagini presentano ampie variazioni di colore con possibilità di confondere le monete stesse. Al contrario di quanto potrebbe essere possibile con immagini acquisite da scanner, non è inoltre possibile prendere in considerazione le dimensioni assolute delle monete, poichè al variare della distanza di scatto 2

3 Tecnologia personale per l autonomia di persone con disabilità nel calcolo del resto varia la loro dimensione, rendendo inutile l informazione sul diametro assoluto. Il diametro della rondella è noto, per cui l identificazione delle altre monete avviene rapportando i diametri delle monete, calcolati sulla foto, al diametro noto. Un ulteriore vincolo introdotto in questa prima versione è la sistemazione delle monete che deve avvenire, seppur in maniera approssimativa, per righe e colonne. Ciò è al momento necessario per effettuare la segmentazione dell immagine con un semplice algoritmo ad istogrammi e quindi ridurre i tempi di esecuzione su un sistema con limitata capacità di calcolo. 3. Segmentazione e riconoscimento delle monete I metodi utilizzati per segmentare immagini (distinzione e separazione di oggetti o aree diverse in primo piano dalla sfondo) si riconducono a due classi, quelli basati sulle regioni e quelli basati sul contorno. Essa viene qui effettuata con un metodo basati sulle regioni, dividendo l immagine in sottoinsiemi coerenti da un punto di vista dei pixel, come un intervallo di luminosità o colore. La condizione che abbiamo attualmente previsto come normale è di avere una immagine con monete ben isolate e quindi facilmente individuabili. In questo caso l algoritmo applicato è semplice ed è limitato il tempo per la preelaborazione. Fig. 1. Binarizzazione e segmentazione dell immagine Fig.2.Diametro della moneta dell oggetto di confronto Esistono altre condizioni, più frequenti, in cui le monete sono unite, parzialmente sovrapposte o comunque non collocate in un rigido schema righecolonne. Per tali situazioni si farà ricorso ad algoritmi affermati in letteratura ed applicabili al caso in questione [3,4,5]. Dopo aver trasformato l immagine acquisita in una immagine a due livelli di grigio ed isolata ogni singola moneta con la segmentazione, si avvia la procedura di matching. In letteratura esiste un ampia disponibilità di metodi di classificazione, applicati a vari ambiti, tra cui quelli specifici per il riconoscimento on-line ed off-line di layout, caratteri, numeri, firme [6]. La discriminazione delle monete avviene utilizzando come 3

4 DIDAMATICA 2008 primo riferimento il diametro. Nel caso migliore per effettuare il calcolo della lunghezza del diametro sarebbe sufficiente prendere in considerazione il numero massimo di pixels neri riscontrati su di una riga. In fig. 2 è riportato un esempio del calcolo del diametro per mezzo degli istogrammi di pixel eseguito sia su una moneta che sulla rondella. Nella realtà si presentano alcuni problemi, come l effetto ombra che si genera in condizioni di luce laterale e che tende a produrre la ovalizzazione della moneta dal lato opposto alla direzione di provenienza della luce. Viene pertanto applicato un ulteriore procedimento per la stima del diametro basato sull istogramma del numero dei pixel dell immagine a diverse inclinazioni. Note le dimensioni reali delle monete, dell oggetto di confronto e le dimensioni calcolate sui campioni acquisiti, si effettua una distinzione preliminare delle monete. Vengono isolate le classi dei 2 euro e di 1 cent e create classi più numerose come 1 euro, 50 cent e 20 cent e la classe 10, 5 e 2 cent. E necessaria una ulteriore classificazione per distinguere le mon ete per le quali risult a insuff icient Fig.3 Cartoncino di contrasto e riferimento per le dimensioni e la stima del diam etro. Si estraggono quindi le informazioni sul colore, applicando metodi più evoluti. La capacità del sistema presentato di discriminare le monete, di classificarle correttamente ed il relativo risultato preliminare in termini di informazione corretta sul calcolo del resto è più che accettabile, ma in questo lavoro non ci si sofferma sul punto poichè il dato è fortemente influenzato dalle condizioni di luce esterna e dalla usura/sporcizia delle monete. Di fatto nelle condizioni ideali (monete nuove e luce adatta) la correttezza della risposta è prossima al 100%. Sono in fase di studio nuovi accorgimenti e metodi di classificazione più efficaci per rendere l uso del sistema più generale e meno soggetto alle condizioni al contorno. Un esempio ne è l uso di un cartoncino (tipo bigliettino da visita) con colore di contrasto e cornici di dimensioni note (fig. 3) per attenuare l effetto ombra ed avere un riferimento per la dimensione meno invasivo della rondella. 4

5 Tecnologia personale per l autonomia di persone con disabilità nel calcolo del resto 4. Bibliografia [1] Cananzi E., Dimauro G., Marzo M., Tecnologie per il monitoraggio dell iter formativo dello studente con disabilità, Didamatica [2] Dimauro G., D. Impedovo, Pirlo G. (2004), Wap application for e-learning, Didamatica 2004, A. Andronico, P. Frignani, G. Poletti eds., Consorzio Omniacom. [3] Dimauro G., Impedovo S, Pirlo G, Salzo A., An Advanced Segmentation Technique for Cursive Word Recognition, S.W.Lee Ed. Advances in Handwriting Recognition, ISBN: , Singapore, World Scientific Publishing. [4] Casey R.G., Lecolinet E., Strategies in character segmentation: A survey, Proc. of the 3-rd ICDAR, Montreal, Canada, pp , [5] Congedo G., Dimauro G., Impedovo S., Pirlo G., Segmentation of Numeric Strings, Third International Conference on Document Analysis and Recognition, ISBN/ISSN , IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, California. [6] Murshed N.A., Bortolozzi F. Eds., Advances in Document Image Analysis, Lecture Notes in Computer Science, (vol. 1339, pp. 1-18), ISBN: , BERLIN, Springer Verlag. 5