СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКИ УСТАЛОСТИ ГЛАЗ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Российский патент 2014 года по МПК A61B5/11 A61B3/02 

Изобретение относится к области эргономики, психологии труда, медицине и может быть использовано для диагностики функционального состояния человека, для оценки психоэмоционального состояния, а также может быть применено в производственных условиях и в быту, для экспресс-диагностики водителей.

Известен СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ СУТУЛОСТИ СПИНЫ, ИСКРИВЛЕНИЯ ПОЗВОНОЧНИКА, ДЕФОРМАЦИИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ, ТРАВМ ШЕЙНОГО ОТДЕЛА У ЧЕЛОВЕКА, РАБОТАЮЩЕГО С МОНИТОРОМ КОМПЬЮТЕРА (см. заявку на патент РФ №2006130199, МПК А61Н 1/00), заключающийся в том, что для получения возможности самостоятельного зрительного контроля положение головы, корпуса туловища, осанки и позы во время работы с компьютером, выше верхней границы экрана монитора устанавливается зеркальный отражающий элемент, обладающий способностью показать человеку отражение его лица в одном поле зрения вместе с экраном монитора, и дающий этим человеку возможность постоянно зрительно контролировать положение головы и корректировать свою осанку, не прерывая работу.

Однако данный способ не имеет защиты от игнорирования пользователем экрана, что делает метод субъективным и формальным.

Известен СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ (см. патент РФ на ИЗ №2444978, МПК А61В 3/024). Техническим результатом является описание рабочих характеристик глаза в различных областях поля зрения человека. Каждое оценочное изображение содержит взнос, по меньшей мере, двух элементов, выбранных из списка, содержащего: базовое изображение, тестовое изображение, шумовое изображение, и множество оценочных изображений, сформированных из базового изображения. Человек может определить видит ли оно тестовое изображение в оценочном изображении, и процессор данных дополнительно выполнен так, чтобы оценивать отклики человека так, чтобы предоставлять показания внутреннего шума и одного или более из зрительной эффективности и зрительной чувствительности как функции положения в поле зрения человека.

Однако данный способ не учитывает мотивацию пользователя и тем более не позволяет проводить опенку усталости глаз без отрыва от процесса работы или отдыха у экрана.

Известен СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ОСАНКИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ОСАНКИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА (см. патент РФ на ИЗ №2317043, МПК А61В 5/1), заключающийся в том, что для коррекции осанки пользователя на поверхности пользователя, обращенной к цифровой камере, закрепляют метку или маркер. Определяют посредством цифровой камеры и программных средств положение метки или маркера, соответствующее нормальному вертикально ориентированному положению позвоночника пользователя, отклонению положения позвоночника пользователя от нормального вертикально ориентированного положения на допустимую величину, отклонению положения позвоночника от нормального вертикально ориентированного положения на недопустимую величину. При отклонении положения позвоночника от нормального вертикально ориентированного положения на недопустимую величину блокируют работу программного средства на основе показаний цифровой камеры. Разблокирование программного средства осуществляют коррекцией положения позвоночника путем его возврата в нормальное вертикально ориентированное положение или положение, при котором отклонение позвоночника соответствует допустимой величине, также на основании показаний цифровой камеры.

Однако данный способ имеет ограничение, связанное с необходимостью установки метки на коже пользователя. Кроме того, исключена возможность работы при разном уровне освещенности и без дополнительной подстройки цифровой камеры.

Наиболее близким к заявляемому решению является СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ОСАНКИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ОСАНКИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА (см. патент РФ на ИЗ №2317042 МПК A61F 5/00, А61В 5/11), характеризующийся тем, что предварительно фиксируют нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя, отклонение положения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину посредством датчика, который закрепляют на одежде пользователя и электрически сообщают с системным блоком с возможностью взаимодействия с программными средствами, с которыми взаимодействует пользователь посредством средств управления, а затем производят коррекцию положения позвоночника путем его возврат в нормальное вертикально ориентированное положение, причем фиксацию отклонения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину осуществляют путем блокирования работы программного средства посредством датчика, а коррекцию положения позвоночника осуществляют путем его возврата в нормальное вертикально ориентированное положение в результате разблокирования работы программного средства посредством датчика.

Данный способ осуществляется с помощью устройства, которое содержит модули персонального компьютера, сообщенные друг с другом - системный блок, подключенный к источнику электрической энергии, с программными средствами и со средствами записи, хранения, воспроизведения и уничтожения информации, средство управления, жидкокристаллический дисплей и датчик для определения нормального вертикально ориентированного положения позвоночника пользователя, отклонения положения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину, причем датчик закреплен на одежде пользователя, электрически сообщен с системным блоком с возможностью взаимодействия с программными средствами, с которыми взаимодействует пользователь посредством средств управления, и блокирования работы программного средства в случае отклонения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину и с возможностью разблокирования программного средства при коррекции положения позвоночника путем его возврата в нормальное вертикально ориентированное положение.

Недостатком прототипа является необходимость закрепления на человеке датчика. Это в свою очередь накладывает ограничение на потенциальную аудиторию пользователей (так, например, использование датчиков предполагает ограничение движений и, соответственно, затрудняет реализацию способа с детьми, выдвигает ряд требований к одежде и самому датчику).

Задачей настоящего решения является создание способа исследования и оценки усталости глаз пользователя компьютера, позволяющего предотвратить усталость глаз и, одновременно, искривление позвоночника пользователя путем поддержания безопасного расстояния от экрана до глаз человека.

Технический результат заключается в повышении достоверности оценки усталости глаз за счет определения оптимального расстояния от экрана до глаз человека.

Поставленная задача решается тем, что в СПОСОБЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКИ УСТАЛОСТИ ГЛАЗ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА, заключающемся в том, что предварительно с помощью программного средства фиксируют нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя, отклонение положения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину; производят коррекцию положения позвоночника путем его возврат в нормальное вертикально ориентированное положение; согласно заявляемому решению, нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя фиксируют встроенной фронтальной видеокамерой с последующей передачей видеоизображения на программный сервис компьютера; с помощью программы и видеокамеры определяют проекцию расстояния между центрами глаз, зафиксированное на видеоизображении при комфортном расстоянии между пользователем и экраном компьютера, которое составляет не менее 2-х диагоналей экрана; путем съемки видеокамерой регистрируют динамику изменения проекции расстояния между центрами глаз в кадре во времени; если расстояние между пользователем и экраном компьютера составляет менее 2-х диагоналей экрана, выводят предупреждение на экран; в качестве предупреждения выводят наложение на изображение экрана визуальных эффектов и/или звуковых и/или вибросигналов; при этом чем меньше расстояние между пользователем и экраном, тем сильнее воздействие визуальных эффектов в виде размытия экрана и/или звуковых и/или вибросигналов.

Кроме того, с целью самоконтроля пользователя при фиксации изменения расстояния между центрами глаз в проекции кадра в качестве визуального эффекта используют затенение экрана и/или изображение анимационных персонажей. После 30-минутной работы программы выводят на экран сообщение о необходимости перерыва и отдыха для глаз и выводят игровые расслабляющие упражнения для глаз или рекомендацию о перерыве на 5 минут, после чего визуальный эффект экрана и дополнительные сигналы выключают. Для экономии программно-аппаратного ресурса используют алгоритм разложения видеоряда на серию кадров с последующим анализом лишь каждого пятого кадра.

Заявляемое решение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства исследования и оценки усталости глаз пользователя персонального компьютера, где позициями обозначены:

1 - клавиатура,

2 - дополнительная цифровая камера,

3 - экран,

4 - фронтальная камера,

5 - инфракрасный прожектор,

6 - системный блок.

Сущность заявляемого решения заключается в следующем.

Фиксируют нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя встроенной фронтальной видеокамерой с последующей передачей видеоизображения на программный сервис компьютера. Для этого с помощью программы и видеокамеры определяют проекцию в кадре камеры расстояния между центрами глаз, зафиксированное при комфортном расстоянии между пользователем и экраном компьютера. Комфортное расстояние определяют, исходя из соблюдения условий: расстояние между пользователем и экраном должно быть наибольшим, и не менее 2 диагоналей экрана. Путем прерывистой съемки видеокамерой регистрируют динамику изменения проекции расстояния между центрами глаз в кадре во времени. Отклонение положения позвоночника пользователя по отношению к экрану от нормального его положения на недопустимую величину определяют но изменению проекции расстояния между центрами глаз в кадре камеры. Соответственно судят об искривлении позвоночника. В этом случае с помощью программного обеспечения осуществляют наложение на изображение экрана визуального эффекта в виде размытия изображения и/или звуковых и/или вибросигналов и/или изображение анимационных персонажей. Определяют суммарное время нахождения лица в кадре камеры и соотносят его с заданным в настройках программы ограничением времени у экрана. После 30-минутной работы программы выводят на экран сообщение о необходимости перерыва и отдыха для глаз и выводят игровые расслабляющие упражнения для глаз или рекомендацию о перерыве на 5 минут, после чего визуальный эффект экрана и дополнительные сигналы выключаются.

Кроме того, с помощью программного обеспечения можно определять на видеоизображении симметрию между расстояниями от центра каждого глаза до переносицы, при появлении существенных отличий этих расстояний делают вывод об изменении угла поворота головы относительно экрана.

Таким образом, заявляемое решение способствует осуществлению динамической обратной связи между положением пользователя у экрана и видеоизображением, фиксирующим изменение проекции расстояния между центрами глаз и переносицей в проекции кадра и изменение его осанки.

Способ осуществляется следующим образом.

Для осуществления способа используют компьютер, фронтальную видеокамеру 4, интегрированную с корпусом компьютера, или дополнительную цифровую камеру 2, регистрирующую присутствие пользователя у экрана 3 компьютера. Видеоизображение движения пользователя, осанка, угол взгляда на экран анализируют с помощью специально разработанной программы. Для ввода изображения используют камеру (фронтальную интегрированную 4 или дополнительную цифровую 2) со скоростью работы не менее 30 кадров в секунду. Программа позволяет анализировать введенное в компьютер видеоизображение, проводит покадровую пороговую обработку видеопотока и запись осанки, времени у экрана, расстояния от экрана, угол взгляда, число ошибок ввода с клавиатуры. Для экономии программно-аппаратного ресурса используется алгоритм разложения видеоряда на серию кадров с последующим анализом лишь каждого пятого кадра, движущегося человека в режиме реального времени.

Встроенную фронтальную камеру устанавливают или активизируют так, чтобы ее ось была на уровне глаз человека, а объектив находился в одной плоскости с экраном. Дополнительно может быть установлена цифровая видеокамера, которую также направляют на человека. Закрепляют инфракрасный прожектор и направляют его на человека. Соединяют системный блок 6, клавиатуру 1, экран 3 компьютера, видеокамеры. В случае низкой освещенности надевают специальные очки с инфракрасными метками на краях оправы.

Запускают фронтальную камеру и проверяют ее работоспособность. Запускают программу. Одновременно с запуском программы автоматически запускается сервис распознавания лица в кадре камеры. При первом запуске программа предлагает пользователю выбрать зарегистрированную учетную запись или завести новую и провести индивидуальную настройку параметров. В процессе настройки на экран выводят общепринятую в офтальмологии таблицу оценки зрения.

Инструкция к настройке предлагает пользователю отстраниться от дисплея на максимально возможное, но комфортное для чтения всех строк таблицы оценки зрения расстояние (которое составляет не менее 2-х диагоналей экрана), и нажать на кнопку «ОК». Если все сделано правильно, программа заводит новую учетную запись с идентификационными данными пользователя. Далее программа скрывается в диспетчере задач и работает в фоновом режиме.

Если расстояние от глаз пользователя до экрана менее заданного при настройке, экран размывается и становится не читабельным, заставляя отодвинуться, то есть, чем больше отклонение пользователя от заданного положения, тем хуже изображение на экране. При этом не происходит отключения экрана, если отклонение больше критического. Таким образом реализуется эффект динамической обратной связи: пользователь корректирует собственное положение у экрана и тем самым улучшает видеоизображение. Кроме визуальных эффектов размытия/затенения экрана, программа предусматривает появление на экране анимированного персонажа, а также звуковые и вибросообщения. В случае игнорирования пользователем или при частом нарушении безопасного расстояния на экране появляется анимационный персонаж.

Одновременно с запуском программы и только при наличии лица в кадре работает таймер общего времени пользования у экрана, по истечении его работы программа предложит сделать перерыв или серию игровых упражнений для глаз.

Пример конкретного осуществления способа.

При осуществлении способа первоначально определяли комфортное расстояние между пользователем и экраном компьютера, при котором сохранялась возможность чтения строк настроечной таблицы экрана. При этом руководствовались также правилом, что расстояние от глаз до экрана должно быть: 2-3 диагоналей монитора, в случае дисплеев от 15 до 22 дюймов и не менее 30-50 см, в случае экранов меньшей диагонали. В большинстве случаев расстояние составляло 50 см между глазами и экраном, что соответствовало 15 относительных единиц для проекции расстояния между центрами глаз в видеокадре. То есть, зафиксированное видеокамерой нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя определено как безопасное для глаз и видеоизображение данного положения передано в программный сервис компьютера. Затем в фоновом режиме работы программы и режиме фотоаппарата камеры анализировался каждый пятый кадр, для которого фиксировали динамику изменения проекции расстояния между центрами глаз в кадре. Если расстояние становилось более 20 относительных единиц, делали вывод о сокращении расстояния от глаз пользователя до экрана (меньше безопасного для глаз) и о соответствующем отклонении от вертикального положения. В этот момент с помощью программного обеспечения производили размытие экрана компьютера, которое может сопровождаться затенением экрана, а также звуковыми эффектами в виде стилизованных голосовых команд персонажа интерфейса программы или вибросигналами. В качестве визуальных эффектов могут быть также использованы анимационные изображения, выводимые на экран. Изменение на несколько относительных единиц проекции расстояния между центрами глаз в кадре соответствует в большинстве случаев отклонению позвоночника от вертикального положения на десять градусов.

Аналогично с помощью программного обеспечения определяли на видеоизображении симметрию между проекциями расстояний от центра каждого глаза до переносицы, которые составляли по пятнадцать относительных единиц. При появлении существенных отличий этих расстояний на более чем 5 единиц делали вывод об изменении угла поворота головы относительно экрана. С помощью программного обеспечения фиксировали длительность изменения угла поворота головы относительно экрана и через 1 минуту выводили предупреждение на экран в виде визуальных эффектов.

Дополнительно программным путем определяли линию плеч и относительно нее положение глаз во времени. При относительно ровном и вертикальном положении спины пользователя расстояние между центрами глаз и линией плеч составляло порядка 50 относительных единиц, при наклоне головы вперед расстояние уменьшалось, при этом делали вывод о неправильном положении шейного участка позвоночника. Если расстояние уменьшалось более чем на 10 единиц, через 1 минуту с помощью программного обеспечения производили затемнение или размытие экрана компьютера, которое сопровождалось также сообщениями персонажа интерфейса программы о коррекции осанки.

Через 30 минут после начала работы программы выводили на экран сообщение о необходимости перерыва и отдыха для глаз, с предложением погасить экран на несколько минут или пройти игровые расслабляющие упражнения для глаз.

Изобретение относится к области эргономики, психологии труда, медицине и может быть использовано для диагностики функционального состояния человека, а именно к исследованию и оценки усталости глаз пользователя компьютера, и искривления позвоночника пользователя ПК. Предварительно с помощью программного средства фиксируют нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя, отклонение положения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину. Производят коррекцию положения позвоночника путем его возврата в нормальное вертикально ориентированное положение. Нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя фиксируют встроенной фронтальной видеокамерой с последующей передачей видеоизображения на программный сервис компьютера. С помощью программы и видеокамеры определяют проекцию расстояния между центрами глаз, зафиксированное на видеоизображении при комфортном расстоянии между пользователем и экраном компьютера, которое составляет не менее 2-х диагоналей экрана. Путем съемки видеокамерой регистрируют динамику изменения проекции расстояния между центрами глаз в кадре во времени. Если расстояние между пользователем и экраном компьютера составляет менее 2-х диагоналей экрана, выводят предупреждение на экран. В качестве предупреждения выводят наложение на изображение экрана визуальных эффектов и/или звуковых и/или вибросигналов. При этом чем меньше расстояние между пользователем и экраном, тем сильнее воздействие визуальных эффектов в виде размытия экрана и/или звуковых и/или вибросигналов. Для самоконтроля пользователя при фиксации изменения расстояния между центрами глаз в проекции кадра в качестве визуального эффекта используют затенение экрана и/или изображение анимационных персонажей. После 30-минутной работы программы выводят на экран сообщение о необходимости перерыва и отдыха для глаз и выводят игровые расслабляющие упражнения для глаз или рекомендацию о перерыве на 5 минут, после чего визуальный эффект экрана и дополнительные сигналы выключают. Для экономии программно-аппаратного ресурса используют алгоритм разложения видеоряда на серию кадров с последующим анализом лишь каждого пятого кадра. Способ позволяет предотвратить усталость глаз и одновременного искривления позвоночника пользователя за счет поддержания безопасного расстояния от экрана до глаз человека. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ одновременного предотвращения усталости глаз и искривления позвоночника пользователя при работе с персональным компьютером, заключающийся в том, что предварительно с помощью программного средства фиксируют нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя, отклонение положения позвоночника от нормального его положения на недопустимую величину; производят коррекцию положения позвоночника путем его возврата в нормальное вертикально ориентированное положение; отличающийся тем, что нормальное вертикально ориентированное положение позвоночника пользователя фиксируют встроенной фронтальной видеокамерой с последующей передачей видеоизображения на программный сервис компьютера; с помощью программы и видеокамеры определяют проекцию расстояния между центрами глаз, зафиксированное на видеоизображении при комфортном расстоянии между пользователем и экраном компьютера, которое составляет не менее 2-х диагоналей экрана; путем съемки видеокамерой регистрируют динамику изменения проекции расстояния между центрами глаз в кадре во времени; если расстояние между пользователем и экраном компьютера составляет менее 2-х диагоналей экрана, выводят предупреждение на экран; в качестве предупреждения выводят наложение на изображении экрана визуальных эффектов в виде размытия экрана и/или звуковых и/или вибросигналов; чем меньше расстояние между пользователем и экраном, тем сильнее воздействие визуальных эффектов в виде размытия экрана и/или звуковых и/или вибросигналов.

2. Способ одновременного предотвращения усталости глаз и искривления позвоночника пользователя при работе с персональным компьютером по п.1, отличающийся тем, что с целью самоконтроля пользователя при фиксации изменения расстояния между центрами глаз в проекции кадра в качестве визуального эффекта используют затенение экрана и/или изображение анимационных персонажей.

3. Способ одновременного предотвращения усталости глаз и искривления позвоночника пользователя при работе с персональным компьютером по п.1, отличающийся тем, что после 30-минутной работы программы выводят на экран сообщение о необходимости перерыва и отдыха для глаз и выводят игровые расслабляющие упражнения для глаз или рекомендацию о перерыве на 5 минут, после чего визуальный эффект экрана и дополнительные сигналы выключают.

4. Способ одновременного предотвращения усталости глаз и искривления позвоночника пользователя при работе с персональным компьютером по п.1, отличающийся тем, что для экономии программно-аппаратного ресурса используют алгоритм разложения видеоряда на серию кадров с последующим анализом лишь каждого пятого кадра, отображающего движущегося пользователя в режиме реального времени.