Устройство для регистрации и анализа зрительной деятельности оператора Советский патент 1988 года по МПК A61B3/00 

cnt нга

С$локи определяют наличие зрительных 4| иксаций, а также их порядковые номе- и длительности. Код номера зритель ijioft фиксаций совместно с кодом дпи- гельности предыдущей фиксации поступают в синтезатор 3, где формируется суммарный видеосигнал, которьЛ и ре- : истрируется на видеомагнитофоне 4. Устройство обеспечивает автоматическое определение и регистрацию следую- цих характеристик зрительной деятельности оператора: координаты точек фиксации взгляда, порядок следования фиксаций, т екущее время, соответствующее началу очередной фиксации, а также длительности фиксации. При этом указанные характеристики в цифровом виде накладываются на телевизионное изображение участка объекта наблюдения, находящегося в поле зрения оператора, и регистрируются на видеомагнитофоне. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике.эргономических исследований, может быть использовано для контроля за зрительной деятельностью оператора и позволяет получать и регистриро- вать изображение участка поля зрения с маркером направления взгляда оператора и характеристиками зрительной деятельности, которые определяются автоматически. Устройство состоит из оптической системы , регистратора 2, зрительного маршрута, видеокамеры 6, синтезатора 3, телемонитора 5 и видеомагнитофона 4. С выхода видеокамеры 6 видеосигнал изображения участка поля зрения оператора поступает на один из входов синтезатора 3, на дру гой вход которого с выхода регистра- g тора 2 поступает видеосигнал маркера направления взгляда. Кроме этого, дополнительно введенные в устройство (Л

1

Изобретение относится к технике эргономических исследований и может иыть использовано для контроля за зрительной деятельностью оператора, на- 1пример, при профессиональном отборе, |а также при проведении эргономичес |кой экспертизы пультов управления |и средств отображения информации. ; Цель изобретения - автоматическое определение времени начала и конца фиксации взглйда, а также их длительности в реальном масштабе времени. ; На чертеже представлена функцио- |нальная схема устройства.

Устройство для регистрации и ана- лиза зрительной деятельности операто ра содержит соединенные последора-- тельно опт гческую систему 1, регист ратор 2 зрительного маршрута, синтезатор 3, видеомагнитофон 4 и телемо- ннтор 5, видеокамеру 6, вход которой соединен с вторым входом оптической системы J, а выход - с вторым входом синтезатора 3, к третьему входу которого подключен таймер 7, синхрогене- ратор.

В устройство введены соединенные последовательно первый 8 и второй 9 регистры, блок 10 вычитания, квадратор Л, сумматор 12, элемент 13 срав нения, первый формирователь 14 импульсов и счетчик 15 номера фиксации, выход которого подключён к четвертому входу синтезатора 3. Устройство имеет также соединенные после- довательно третий 16 и четвертый 17 регистры, второй блок 18 вычитания, второй ква,цратор J9,; выход которого

5 О

5

5

подключен к второму входу сумматора 12, соединенные последовательно второй формирователь 20 импульсов, блок 21 задержки, элемент И 22, счетчик 23 длительности фиксации, пятыЙ регистр 24, выход которого соедий ён с пятым входом синтезатора 3, а также задатчик 25 кода, подключенный к второму входу элемента 13 сравнения. Вторые входы первого 10 и второго 18 блоков вычитания соединены соответственно с выходами первого В и третьего 16 регистров, входы которых подключены соответственно к второму и третьему выходам регистратора 2 зрительного маршрута. Выход второго формирователя 20 импульсов соединен с вторыми входами первого 8, второго 9, третьего 16 и четвертого 17 регистров. Выход первого формирователя 14 импульсов соединен с вторыми входами пятого регистра 24 и счетчика 23 длительности фиксаций, второй вход элемента И 22 соединен с выходом элемента 13 сравнения. Выход синхрогенера- тора подключен к регистратору 2 зрительного маршрута, синтезатору 3 и второму формирователю 20 импульсов, а также к входам синхронизации видеокамеры 6.

Регистратор 2 зрительного маршрута содержит соединенные последовательно видеокамеры 26 и блок 27 бинарного квантования, а также первый 28 и второй 29 преобразователи интервал- код, входы которых подключены к выходу блока 27 бинарного квантования, а выходы являются соответственно в торым и третьим выходами регистратора 2 зрительного маршрута, вход и первый выход которого соединены соответственно с входом и выходом видеокамеры 26.

Синтезатор 3 содержит знакогенератор 30, соединенные последовательно первый 31 и второй 32 микшеры. Второй вход микшера 32 соединен с выходом знакогенератора 30, а выход является выходом синтезатора 3, первый и второй входы которого подключены к входам первого микшера 31, а третий.

четвертый и пятый - к первому, второ- 15 изображения роговичного блика на

му и третьему входам знакогенератора 30 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В результате отражения от передней поверхности роговищ.1 глаза ИК-из- лучения, направляемого на глаз от источника подсветки, входящего в со- стйЪ оптической системы 1, на первом выходе последней, оптически связанном с фотоприемником видеокамеры 26, формируется изображение роговичного блика. Синхронно с поворотами глаз оператора изображение роговичного блика перемещается на плоскости фотоприемника видеокамеры 26, На ее выходе формируется видеосигнал изображения роговичного блика. На втором выходе оптической системы 1, оптически связанном с фотоприемником видеокаме ры 6, формируется изображение участка объекта наблюдения, находящегося в поле зрения оператора, а на выходе видеокамеры 6 - видеосигнал этого изображения. Видеосигналы с выходов видеокамер смешиваются в первом микшере 31, в результате чего формируется видеосигнал изображения объекта наблюдения с наложенной на него отметкой направления взгляда (рогович- ным бликом), которая перемещается по элементам объекта наблюдения в соответствии с движениями глаз оператора. С помощью второго микщера 32 в полученный видеосигнал замешивается информация о текущем времени, а так- . же информация о характеристиках зрительной деятельности. Данная информация содержится в видеосигнале, поступающем на второй вход микшера 32 с выхода знакогенератора 30.

Видеосигнал, сформированный на выходе второго микщера 32, регистрируется на видеоленте с помощью видео

магнитофона 4, Телемонитор 5 служит цля визуального контроля как в процессе регистрации, так и в процессе анализа зрительной деятельности.

Видеосигнал изображения рогович- ного блика с выхода видеокамеры 26 поступает также на вход блока 27 бинарного квантования видеосигнала, на выходе которого формируется импульсный сигнал, временное положение которого относительно строчных и кадровых гасящих импульсов (СГИ и КГИ соответственно) определяется положением

0

5

плоскости фотоприемника видеокамеры 26.

Полученный таким образом времяин- пульсный сигнал поступает на входы

0 преобразователей 28 и 29 временной интервал-код, на Которые также поступают импульсы тактовой частоты, СГИ и КГИ от синхрогенератора. На выходах преобразователей 28 и 29 в каждом

5 ТВ-кадре формируются параллельные цифровые коды х; и у-,пропорциональные углам поворота глаза оператора (относительно головы) в горизонтальной и сагиттальной плоскостях соответственно. Значения кодов и yj в каждом ТВ-кадре записываются в регистры 8 и 16 по сигналам синхронизации записи, формируемым из КГИ с помощью формирователя 20 импульсов. Значения кодов х,,у;,. которые были записаны в регистрах 8 и 16 в предыдущем |(1-1)-м ТВ-кадре, по тем же сигналам синхронизации записи переписываются регистры 9 и 17 соответственно. Таким образом, в каждом ТВ-кадре на выходах регистров 8,9, 16 и 17 присутствуют коды Xj, х-,, у; У,-., соответственно. Упомянутые коды поступают на входы блоков 10

5 и 18 вычитания, выходы которых через квадраторы 11 и 19 подключены к входам сумматора 12. Цифровой код вели5

чины d; С выхода сумматора 12, а так- .же цифровой код величины R« с выхода задатчика 25 кода поступают на входы элемента 13 сравнения, реализующего проверку неравенства dj R- ,

,2 т

где d; - квадрат расстояния, которое проходит роговичный блик на плоскос0

0

35

55 ти фотоприемника за время одного полукадра (20 мс), R - квадрат радиуса фиксации.

При выполнении неравенства на выходе элемента J3 сравнения появляется уровень логической J, который разрешает прохождение через эле мент И 22 на счетный вход счетчика 2 задержанных на блоке 2J задержки импульсов синхроннзвции записи с выхода второго формирователя 20,

Время задержки должно быть достаточным для срабатывания блоков 8-13 и аналогично блоков J6-J9, 12 к 13, В течение всего времени, пока на выходе элемента 13 сравнения присутствует уровень логической 1, на выходе счетчика 23 формируется цифровой код, пропорциональный длитель - ности текущей фиксации (т.е. равный числу ТВ-кадров, в течение которых имела место фиксация).

По окончании текущей фиксации на выходе элемента 13 сравнения возникает перепад логическая 1 - логический О, а затем устанавливается

О. С

уровень логического U. (J помощью первого формирователя 4 импульсов в момент перепада формируется короткий импульс окончания фиксации, который поступает на вход Сброс счетчика 23 длительности фиксации, на вход Синхронизация записи пятого регистра 24 и на счетньй вход счетчика 15 номера фиксации5В результате чего состояние счетчика J5, на выходе которого формируется цифровой код номеров фиксаций, увеличивается на единицу, производится перезапись циф рового кода длительности фиксации с выхода счетчика 23 в пятый регистр 24 и, наконец, обнуляется счетчик 23.

Таким образом, на информационных входах знакогенератора 30 постоянно присутств53от цифровые коды длительности предыдущей фиксации, номера тЕ ку- щей фиксации и текущего времени (от начала эксперимента), поступающие соответственно с выходов пятого регистра 24, счетчика 15 номера фиксации и таймера 7, .

Синхрогенератор вырабатывает сигналы, необходимые для синхронной работы всех блоков и узлов предлагаемой го устройства: импульсы тактовой частоты, строчные гасящие импульсы, кадровые гасящие импульсы, (ТИ,СГИ5 КГИ соответственно),

При включении питания производится автоматическое обнуление счетчиков 15 и 23, а также начальная уста

новка таймера 7 (цепи начальной установки не показаны).

Устройство обеспечивает автомати- ческое определение и регистрацию сле- характеристик зрительной деятельности оператора: координаты точек фиксации взгляда порядок следования фиксаций, текущее время, соответству- ющее началу каждой очередной фиксации, а также длительности фиксаций. При этом у1сазанные характеристики в цифровом виде накладываются на ТВ- изображение участка объекта наблюде- ния, находящегося в поле зрения оператора и регистрируются на едином носителе информации - видеоленте.

Устройство осуществляет автоматическую обработку сигналов кепосред- ственно в реальном масштабе времени, Отсюда исключается влияние возможных ошибок при воспроизведении данных на точность определения характеристики зрительной деятельности, , Кроме того, максимальная ошибка определения длительностей фиксаций и текущего времени, соответствующего началу каждой очередной фиксации, в предлагаемом устройстве не превосхо- дкт величины 20 мс (длительность полукадра при чересстрочной развертке).

5

0

5

0

В

Формула изобретения

, Устройство для регистрации и анализа зрительной деятельности оператора, содержащее соединенные последовательно оптическую сие тему, регкст - ратор зрительного маршрута, синтезатор, видеомагнитофон и телемонитор, видеокамеру, вход которой соединен с вторым выходом оптической системы, а выход - с вторым входо синтезатора, к третьему входу которого подключен таймер, стличающее- с я тем, что, с целью автоматического определения времени начала и конца фйкса1. Д1и взгляда, а также их длительности в реальном масштабе времени, в него введ€ ны соединенные последовательно первый и второй регистры, блок вычитания, квадратор, сумматор, элемент сравнения, первый формирователь импульсов и счетчик номера фиксации, выход которого подключен к четвертому входу синтезатора, также соединенные последовательно третий и четвертый регистры, второй блок вычитания, второй квадратор, выход которого подключен к второму входу сумматора, вторые входы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с выходами первого и третьего регистров, входы которых подключены соответственно к второму и третьему выходам регистратора зрительного маршрута, соединенные после- довательно второй формирователь импульсов, блок задержки, элемент И, счетчик длительности фиксаций, пятый регистр, выход которого соединен с пятым входом синтезатора, а также за- датчик кода, подключенный к второму входу элемента сравнения, выход вто- рого формирователя импульсов соединен с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого регистров, вы- ход первого формирователя импульсов соединен с вторыми входами пятого регистра и счетчика длительности фиксаций, второй вход элемента. И соединен с выходом элемента сравнения,

2, Устройство по п., отличающееся тем, что регистратор зрительного маршрута содержит соединенные последовательно видеокамеру и блок бинарного квантования, а также первый и второй преобразователи интервал-код, входы которых подключены к выходу блока бинарного квантования, ia выходы являются соответственно вторым и третьим выходами регистратора зрительного маршрута, вход и первый выход которого соединены соответственно с входом и выходом видеокамеры,

3. Устройство по п., отличающееся тем, что синтезатор содержит знакогенератор, соединенные последовательно первый и второй микшеры, причем второй вход последнего соединен с выходом знакогенератора, а выход является выходом синтезатора первый и второй входы которого соединены с входами первого микшера, а третий, четвертый и пятый - с первым, вторым и третьим входами знакогенератора соответственно.