СПОСОБ ТРЕНИНГА КОГНИТИВНОГО ВОСПРИЯТИЯ Российский патент 2013 года по МПК G02B27/22 A61B3/08 

Изобретение относится к информационным технологиям, оптике, стереоскопии, физиологии, психофизиологии, когнитивной, экспериментальной психологии и может быть использовано в системах досмотра багажа в аэропортах, в том числе как средство развития креативных способностей.

Известно, что стереоскопическое зрение [1] человека позволяет воспринимать 3D-среду обитания в объеме и однозначно располагать наблюдаемые 3D-объекты по глубине поля зрения. Два глаза человека, две точки наблюдения на расстоянии 6-7 см создают немного смещенные (бинокулярная диспарантность) сетчаточные изображения среды обитания, которые и обеспечивают восприятие глубины, объема 3D-объектов, их пространственной перспективы. В том случае если на сетчаточных изображениях образуется две идентичные проекции, то объекты на них не должны образовывать объема и глубины. Такие варианты формируются на расстояниях более 200 м и при рассматривании любых плоских изображений. Одиночное плоское изображение относится к физическому и техническому противоречиям по возможности его 3D-вocпpиятия.

Известны методы получения объемного восприятия плоских изображений, использующие стереоскопические проекции. Все они основаны на принципе построения двух изображений на одном плоском носителе (экране), но обеспечены такими техническими средствами распознавания (очки), чтобы каждый глаз видел только одно свое изображение. Современные технологии позволяют просматривать 3D-фильмы на экране монитора или телевизора. Например, ноутбук с жидкокристаллическим монитором [2], использующий принцип параллакса. Или 3D-технологии в области телевидения [3]. Планируется разработка и фоторамки со специальной системой контроля направления света двух независимых изображений и без использования очков [3]. В таких технических средствах пространственная перспектива и объемность программируются и являются однозначными и не зависят от зрителя, от его восприятия, воображения.

Известна методика получения объемного восприятия плоских изображений, использующая пластиковые цилиндрические линзы [4]. Техническое обеспечение такой технологии позволяет получить объемное или псевдообъемное изображение со стационарным восприятием глубины образов. В данной технологии изображения кодируются так, чтобы они при соединении с пластиной цилиндрических линз направляли в каждый глаз правое и левое изображение.

Известно, что важнейшим принципом разрешения противоречий является превращение прежде постоянного, неизменного параметра в переменный, изменяемый согласно нашим требованиям, то есть управляемый. Повышение динамичности дает системе возможность сохранять высокую степень идеальности при значительных изменениях условий, требований и режимов работы [5].

Известно, что тренинг наблюдения стереоскопической глубины на стереоскопических проекциях в статических и динамических условиях развивает способность 3D-восприятия образов плоских изображений (креативная глубина) [6] и таких удаленных объектов, как облачный покров [6, 7]. Например, если наблюдать стереоскопическую глубину стереоскопических проекций в условиях наложения (или фузия) произведений живописи [8, 9] или изолиний высоты топографических карт [10], то эффекты глубины начинают восприниматься и на одной проекции. В изобретениях [6, 8] разрешено противоречие о необходимости использования двух стереоскопических проекций, условий их фузии для когнитивного восприятия глубины и объема одиночного плоского изображения.

Известно, что тренинг к наблюдению стереоскопической глубины на стереоскопических проекциях позволяет воспринимать 3D-растровые изображения [4], с динамически изменяющимися условиями глубины образов [11]. Более того, можно получать эффекты глубины образов больше, чем в программируемых условиях построения растровых изображений.

Известно, что эффекты восприятия креативной глубины плоских изображений, стереоскопической глубины стереоскопических проекций или 2D-восприятия могут быть выявлены на бинокулярном айтрекере [12]. На айтрекере в течение времени «t» проводится регистрация Х-координат правого (^RX(t)) и левого (^LX(t)) глаза при рассматривании плоского изображения (или стереопары в условиях фузии) на экране монитора компьютера айтрекера. Разность координат ∆Х=^RX(t)-^LX(t) показывает наличие эффектов диспарантности восприятия изображений.

Известно, что для контроля багажа при его досмотре в аэропортах используется интроскоп - рентгеновская установка и его система регистрации [13]. На монитор интроскопа выводится теневая плоская проекция содержимого багажа. Наблюдение плоской проекции - непривычный механизм восприятия. Как правило, оба глаза анализируют общую область плоского изображения, в которую они фокусируются [12, 14]. В случае же наблюдения глубины 3D-объектов глаза последовательно сканируют различные области пространства [12, 14].

Задачей изобретения является повышение эффективности распознавания объектов контроля предметов багажа в аэропортах, расширение условий развития когнитивного трехмерного восприятия плоских изображений.

По п.1. задача достигается получением стереопар теневых проекций интроскопа, демонстрацией в динамических условиях восприятия глубины последовательности стереопар: ^StU(1)-^StU(1); ^StU(1)-^StU(2)…^StU(1)-^StU(k), тренировкой и наблюдением на них дискретных изменений уровня стереоскопической глубины и доведением восприятия глубины на стереопаре ^StU(1)-^StU(1) и одиночной проекции U до идентичной восприятию глубины стереопары ^StU(1)-^StU(k).

По п.2 задача достигается кодированием стереопар с применением растровой технологии, использующей наборы пластиковых цилиндрических линз, и получением k-штук 3D-растровых изображений. По п.3 задача достигается кодированием стереопар и выводом их на экран монитора компьютера, изготовленным на принципе параллакса.

На фиг.1-3 показано применение способа при контроле объектов досмотра багажа. На фиг.1 приведены три теневые проекции движения багажа по полю наблюдения интроскопа. На фиг.2 показаны две стереопары, составленные из идентичных теневых проекций (ряд «1-1») и со сдвигом по всей длине регистрации (ряд «1-k») на экране интроскопа. Установив фиг.2 формата листа А4 на расстоянии 0,5 м от глаз, сконцентрировав взгляд (конвергенция) в область на расстоянии 0,25 м, получив сначала двоение предметов, а затем осуществив наложение (фузия) и наблюдая три изображения, на средней проекции ряда «1-k» можно увидеть стереоскопическую глубину. Фиг.3 демонстрирует моторику движения глаз, полученную на бинокулярном айтрекере. На верхнем рисунке (цифра «1») показана гистограмма разности ΔХ X-координат местоположения взора правого и левого лаза при плоскостном восприятии 2D-изображения (цифра «I»), при восприятии стереоскопической глубины стереоскопических проекций (цифра «II»). На нижнем рисунке (цифра «2») представлена аналогичная гистограмма в условиях наблюдения глубины на растровом изображении. Гистограмма разности ДХ показывает вероятностное значение интервала ΔХ/1000, полученного за время регистрации моторики движения глаз.

Принцип работы способа следующий. Основа действия способа заключается в использовании теневых проекций U(k) предметов содержимого багажа. Проекции получают по мере продвижения багажа от одной до другой границы регистрации на экране интроскопа (фиг. 1). По теневым проекциям монтируют стереоскопические проекции: ^StU(1)-^StU(1); ^StU(1)-^StU(2)…^StU(1)-^StU(k), кодируют и демонстрируют их зрительной системе. По мере восприятия глубины приобретается когнитивный опыт 3D-наблюдения предметов содержимого багажа. Интервал регистрации проекций должен быть меньше чем 24 кадра в секунду. Смещение багажа и построенные стереопары при их демонстрации должны обеспечивать дискретность наблюдения изменения стереоглубины. Процесс тренинга будет завершен, когда на паре, составленной из идентичных проекций ^StU(1)-^StU(1), глубина восприятия предметов багажа будет идентичной стереоскопической глубине, наблюдаемой для стереопары ^StU(1)-^StU(k). Аналогичная глубина будет восприниматься и на любой одиночной проекции U(k). Результат может быть проверен при регистрации разности ∆Х на бинокулярном айтрекере. При таких условиях центр гистограммы разности будет не совпадать с областью нулевых значений. Это положение отмечено на верхнем рисунке цифрой «II» (фиг. 3).

Кодировка стереопар проводится двумя методиками. В п.2 используется техника с применением цилиндрических пластиковых линз. Стереопары кодируются, и изготавливается k-растровых изображений. Тренинг проводится при их демонстрации зрительной системе. Процесс завершится, когда центр максимума гистограммы разности растрового изображения, полученного по стереопарам ^StU(1)-^StU(1) и ^StU(1)-^StU(k), будет в одной области значений гистограмм разности ∆Х, как на нижнем рисунке (цифра «2») фиг. 3. Динамический принцип тренинга будет осуществляться при дискретном наблюдении глубины на всех стереопарах. По п.3 кодировка каждой стереопары осуществляется так, чтобы на экран монитора компьютера непрерывно выводились проекции, предназначенные для правого и левого глаза по отдельности. По мере движения багажа будет наблюдаться дискретное изменение стереоскопической глубины предметов багажа друг относительно друга.

Ранее было известно, что зрительная система после тренинга в условиях фузии стереоскопических проекций развивает способность креативного объемного восприятия образов плоских изображений, их пространственное расположение. Областью применения предлагаемого способа являются предметы содержимого багажа при их досмотре на интроскопе. Глубина сумок (чемоданов) багажа ограничена расстоянием до ~0,5 м. Следует ожидать, что после предлагаемого тренинга зрительная система операторов по одной теневой проекции без особых проблем приобретет способность объемного восприятия предметов багажа и их пространственного расположения друг относительно друга.

Предлагаемый способ в отличие от ранее применяемого использует современные средства кодирования стереоскопических проекций. С другой стороны, используя известные средства кодировки стереоиндустрии, создаются условия динамического и дискретного изменения стереоглубины объектов досмотра багажа. Именно они и обеспечат эффективный тренинг когнитивного восприятия для операторов по трехмерному распознаванию плоских теневых проекций объектов досмотра багажа на экране монитора интроскопа.

Литература

1. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение: Пер.с анг. - М.: Мир, 1990. - 239 с.

2. Ховард Б., Модель Sharp с 3D-экраном. PC Magazine/Russian Edition/, No.3 (153), 2004, P.18.

3. Дженнифер Л. Делео. Прошлое и будущее 3D-технологий/ PC Magazine/Russian Edition/, No. 10(220), 2009, Р. 80-83.

4. http://www.master-3d.com

5. Г.С. Альтшуллер, Б.Л. Злотин, А.В. Зусман, В.И. Филатов. Поиск новых идей: от озарения к технологии. - Кишинев: КартяМолдовеняскэ, 1989.-381 с., ил., табл.

6. Пат. 2264299 RU, МКП С2 В44С 5/00. Способ формирования трехмерных изображений (варианты) / В.Н. Антипов (Россия). - Опубл. 20.11.05; Бюл. №32.

7. Антипов В.Н. и др. Экспериментально-физический подход в методике развития интуиции синергетически-когнитивной образно-структурированной зрительной системы. // Ученые записки КазГУ. Серия естест. науки. - 2009. - Т.151, кн.1. - С.188-195.

8. Пат. 2318477 RU, МКП A61F 9/00. Способ развития зрительной системы человека / В.Н. Антипов (Россия). - Опубл. 10.03.2008; Бюл. №7.

9. Антипов В.Н. и др. Методика развития когнитивного восприятия глубины, объемности и пространственной перспективы произведений живописи. // Казанский педагогический журнал. - 2009. - №6. - С.52-57.

10. Пат. 2391908 RU, МКП А61В 5/16. Способ зрительного восприятия топо- и картографических изображений / В.Н. Антипов и др. (Россия). - Опубл. 20.06.2010; Бюл. №17.

11. Пат. №2436139 RU. Способ восприятия плоских изображений / В.Н. Антипов и др. (Россия). - Опубл. 10.12.2011; Бюл. №34.

12. Антипов В.Н., Жегалло А.В. О возможности тестирования технологии обучения по 3D-восприятию плоских изображений // Образование и саморазвитие. - 2011. - №3(25). - С.163-169.

13. http://www.totalsec.ru/journal/print.php7number

Интроскопы. Рентгенотелевизионные досмотровые установки как базовый элемент антитеррористических мероприятий.

14. Антипов В.Н. и др. «Технология» тестирования уровня развития интуитивно-креативных способностей // Проблемы инновационности, конкурентоспособности и саморазвития личности в условиях модернизации педагогического образования: Матер. XXI Всерос. научн. конф. - Казань: Центр инновац. технол., 2011. - С.22-27.

Изобретение может быть использовано в системах досмотра багажа в аэропортах. Способ, использующий интроскоп, включает получение его регистрирующей системой k-плоских проекций движущегося трехмерного объекта U, монтирование k-1-стереоскопических проекций ^StU(k-l) плоского изображения U, тренировку зрительной системы наблюдать на них глубину. Получают стереопары теневых проекций интроскопа, демонстрируют зрительной системе в динамических условиях восприятия глубины последовательность стереопар: ^StU(1)-^StU(1); ^StU(1)-^StU(2)…^StU(1)-^StU(k). Тренируют и наблюдают на них дискретные изменения уровня стереоскопической глубины и доводят восприятие глубины на стереопаре ^StU(1)-^StU(1) и одиночной проекции U до идентичной восприятию глубины стереопары ^StU(1)-^StU(k). Стереопары могут кодировать с применением растровой технологии, используя наборы пластиковых цилиндрических линз, и получать k-штук 3D-растровых изображений. Стереопары могут кодировать и выводить на экран монитора. Технический результат - повышение эффективности распознавания объектов контроля предметов багажа, расширение условий развития когнитивного трехмерного восприятия плоских изображений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ тренинга когнитивных способностей, использующий интроскоп, получение его регистрирующей системой k-плоских проекций движущегося трехмерного объекта U, монтирование k-1-стереоскопических проекций ^StU(k-1) плоского изображения U, тренировку зрительной системы наблюдать на них глубину, отличающийся тем, что получают стереопары теневых проекций интроскопа, демонстрируют зрительной системе в динамических условиях восприятия глубины последовательность стереопар: ^StU(1)-^StU(1); ^StU(1)-^StU(2),…,^StU(1)-^StU(k), тренируют и наблюдают на них дискретные изменения уровня стереоскопической глубины и доводят восприятие глубины на стереопаре ^StU(1)-^StU(1) и одиночной проекции U до идентичной восприятию глубины стереопары ^StU(1)-^StU(k).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стереопары кодируют с применением растровой технологии, используют наборы пластиковых цилиндрических линз и получают k-штук 3D-растровых изображений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стереопары кодируют и выводят на экран монитора, изготовленный на принципе параллакса.