Способ определения ориентации головы оператора относительно объекта наблюдения и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК A61B5/103 A61B3/14 

Изобретение относится к эргономике, касается вопросов анализа деятельности человека-оператора за пультом управления и может использоваться в задачах эргономического проектирования и биоуправления.

Цель изобретения - ускорение и повышение точности,

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы.

Сущность способа состоит в следующем. На объекте 1 наблюдения, на котором в системе координат X0Y0 необходимо определить координаты точки, через которую проходит ось головы, например, ось неповернутого глаза, фиксируют квазиточечные реперные источники 1 (РИ), способные излучать ИК поток в направлении оператора и воспринимать ИК п оток, направленный от головы оператора к объекту. Оптико-электронный блок 7, расположенный на голове оператора,, имеет возможность воспринимать фрагмент объекта 1 и излучать в направлении объекта 1 ИК.поток, облучающий на объекте область, совпадающую с воспринимаемым фрагментом. Процесс определения ориентации головы включает в себя:

00

о ел ю

ел

со

идентификацию изображения РИ с самими РИ, попавшими во фрагмент при данном положении головы, и определение координат проекции опорной точки на изображении (например центр изображения фрагмента) на объекте 1.

Данный способ может быть реализован, например, в автоматизированной энергетической систеМе управления, в которой включение и выключение агрегатов, переключение режимов их работы осуществляется посредством целенаправленных движений головы оператора относительно пульта управления. Вместо множества органов управления, размещаемых обычно на крупногабаритной панели пульта управления энергетической установкой, используется один единственный орган. На него автоматически переключаются те подсистемы установки, на индикаторы которых, размещенные на панели пульта, направлена в данный момент ось головы оператора. Для выявления зоны панели, на которую ориентирована голова оператора, на панели, кроме индикаторов энергетической установки, размещаются реперные источники, способные как излучать поток, так и воспринимать излучение от ОЭБ. В начале цикла измерения (период кадровой развертки телекамеры ОЭБ) ОЭБ включают в режим излучения. При этом поток от ОЭБ облучает фрагмент панели, зависящий от положения головы в данный момент. Регистрируют координаты тех РИ на панели, которые попали в зону облучения. Затем ОЭБ включают в режим приема излучения от РИ на панели. Измеряют и регистрируют координаты изображения РИ, сформированные телекамерой ОЭБ. Далее устанавливают взаимное соответствие между каждым изображением РИ и каждым активизированным РИ на панели. Наконец, определяют координаты проекцентра изображения фрагмента на панель, характеризующие ориентацию головы оператора. По значениям этих координат выявляют тот индикатор на панели, на который ориентирована голова оператора, и подключают соответствующий агрегат энергосистемы к единому органу управления, которым и управляет оператор.

Устройство для определения ориентации головы оператора относительного объекта 1 наблюдения с фиксированными на нем источниками 2 ИК излучения, входящими в состав блока 3 реперных элементов РЭ, состоит из двух частей: часть, относящаяся к объекту наблюдения, и часть, относящаяся к оператору. Первая часть содержит, кроме блока 3 РЭ, блок 4 памяти координат реперных источников, блок 5 определения координат активизированных фотоприемников, и блок 6 сортировки реперных источников. Вторая часть, относящаяся к оператору, содержит оптико-электронный блок 7, ОЭБ,

источник 8 тока, электронный блок 9 телекамеры, блок 10 определения координат .изображений реперных источников ИРИ и блок 11 сортировки изображений реперных источников. Блоки 6 и 11 объединены в блок 12

0 определения взаимного соответствия изображений источников и их оригиналов на объекте.

Работа устройства происходит в соответствии с временной диаграммой на фиг.2.

5 Кадровый гасящий импульс 1-й телекамеры 9 включает источник 8 тока на время ti, питающий излучатель в ОЭБ 7. Тот же КГИ обеспечивает включение в режим прием всех реперных источников 2 блока РЭ 3 на

0 время ti. При этом в течение интервала ti некоторый фрагмент объекта 1, соответствующий данному положению головы, облучается ИК потоком от ОЭБ; 7. Реперные источники 2, оказавшиеся в этом фрагмен5 те, воспринимают этот поток, преобразуют его в электрический сигнал, который после усиления устанавливает в состояние 1 средство фиксации в каждом РЭ блока 3, соответствующем облученному РИ во фраг0 менте, Таким образом, зафиксированными оказываются РЭ, соответствующие всем РИ рабочей группы.

После окончания 1-го КГИ на интервале t2 источник 8 тока выключается и все РИ 2 в

5 блоке 3 переключаются в режим излучения. Телекамера 9 начинает свой рабочий цикл формирования видеосигнала изображения в данном кадре. В процессе развертки изображения в этом кадре от телекамеры

0 g на блок 10 определения координат поступают сигналы, по которым определяются и фиксируются в памяти блока 10 координаты изображений тех РИ 2, которые на интервале ti были облучены потоком от ОЭБ 7.

5 Одновременно с этим по окончании КГИ в блоке 5 начинается определение РИ рабочей группы, на интервале ta. Для этого блок 5 с появлением сигнала на управляющем входе начинает по шине адреса ТА опраши0 вать последовательно выходы всех РЭ блока 3, причем по другой ША синхронно формируются адреса ячеек блока 4 памяти координат всех РИ 2 на объекте 1, представляющее собой постоянное запоминающее

5 устройство ПЗУ. Когда при последовательном опросе всех РЭ в блоке 3 встретится элемент в единичном состоянии, на выходе блока 3 появляется сигнал 1, Этот сигнал является сигналом чтения Чт для ПЗУ 4, по которому из заданной в данный момент

по ША ячейки извлекаются и передаются по шине данных ШД в блок 6 обе координаты данного РИ рабочей группы, Этот же сигнал 1 на выходе блока 3 является сигналом записи ЗП в 1-ую ячейку оперативного запоминающего устройства ОЗУ блока 5, куда записываются координаты РИ, относящиеся только в рабочей группе, исключенные из ПЗУ 4. Кроме того, этот же сигнал с задержкой подготавливает к приему информации следующую 2-ю ячейку ОЗУ блока 5.

Когда в процессе дальнейшего последовательного опроса всех РЭ блока 3 вновь встретится зафиксировавшийся РЭ, координаты соответствующего РИ из ПЗУ 4 перепишутся во 2-ю ячейку ОЗУ блока 5 и т.д. Таким образом, после опроса всех РЭ блока 3, в последовательные ячейки ОЗУ блока 5 будут записаны координаты всех РИ рабочей группы.

По окончании описанной процедуры на выходе блока 5 формируется управляющий сигнал, по которому в блоке 6 начинается процесс сортировки РИ рабочей группы,интервал t4. По программе сортировки, начало выполнения которой инициируется сигналом на входе УПр блока 6, прежде всего осуществляется последовательный опрос по ША ячеек ОЗУ блока 5 и чтения по ШД из них кодов координат РИ рабочей группы в ОЗУ блока 6. В блоке 6 определяется число РИ рабочей группы. В зависимости от их числа из программной памяти блока б выбирается одна из подпрограмм сравнения координат и присвоения номеров по заранее выбранным правилам. Реализация выбранной подпрограммы сортировки состоит в сравнении между собой кодов координат в ячейках ОЗУ блока 6 и таком обмене их, чтобы новый порядок расположения их в ОЗУ блока 6 соответствовал принятому правилу. Сортировка РИ рабочей группы заканчивается до начала (i+1)+ro импульса КГИ.

С приходом очередного КГИ (1+1)-го в данном цикле сигнал на входе УПр блока 11, аналогичного блоку 6, инициирует начало программы сортировки ИРИ, координаты которых на растре камеры 9 определены и зафиксированы в блоке 10 к концу интервала ta. В блоке 11, как и в блоке б, осуществляется последовательный опрос по ША ячеек в блоке памяти ОЗУ блока 10. При этом происходит перезапись содержимого ОЗУ блока 10 в ОЗУ блока 11. Далее, полностью аналогично работе блока 6, в блоке 11 определяется число зафиксированных ИРИ. В зависимости от этого числа выбирают из ПЗУ команд блока 11 одну из подпрограмм сравнения координат и присвоения номеров по тем же правилам, что и в случае

сортировки РИ в блоке 6. В процессе сравнения кодов координат по выбранной подпрограмме коды перемещаются в ОЗУ блока 11, т.е. помещаются в ячейки ОЗУ с номера5 ми, определяемыми выбранными правилами сравнения.

По окончании процесса сортировки в блоках 6 и 11, каждый из них выдает сигнал Готовность, поступающий в вычислитель си0 стемы определения ориентации головы, При наличии обоих сигналов Готовность вычислитель по ША последовательно выбирает соответственные ячейки ОЗУ в блоках 6 и 11 и.сигналом Чт переписывает в свою па5 мять коды координат соответственных ре- перных источников рабочей группы и их изображений во фрагменте объекта при данном положении головы. В вычислителе затем выполняется определение координат

0 проекции на объект выбранной опорной точки изображения. Эти координаты являются мерой ориентации головы оператора относительно объекта наблюдения. В обобщенном виде блоки 8 и 9 входят в состав

5 блока 7.

В соответствии с диаграммой цикл ра- боты устройства лишь немного превышает период кадровой развёртки телекамеры. Отсюда и определение ориентации головы

0 оператора осуществляется с повышенной точностью.

Формула изобретения

1. Способ определения ориентации головы оператора относительно объекта на5 блюдения, включающий облучение головы оператора потоком инфракрасного излучения, формируемым квазиточечными источниками с заданными координатами, размещенными на объекте наблюдения,

0. формирование изображения фрагмента объекта, соответствующего положению головы оператора, идентификацию изображений источников излучения и определение ориентации головы по координатам выбран5 ной опорной точки на объекте наблюдения, отличающийся тем, что, с целью ускорения и повышения точности, идентификацию осуществляют при дополнительном облучении фрагмента объекта потоком

0 от головы оператора и выявлении реакции облученных источников.

2. Устройство для определения ориентации головы оператора относительно объекта наблюдения, содержащее оптико- 5 электронный блок на шлеме оператора, блок реперных элементов с источниками ИК-излучения, фиксированными на объекте наблюдения, блок определения координат изображений источников, блок памяти координат источников на объекте и блок определения взаимного соответствия изображений источников и их оригиналов на объекте, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов слежения за деятельностью оператора в опти- ко-электронный блок дополнительно введен источник ИК-потока, оптически сопряженный с фотоприемником, с каждым реперным источником объединен дополнительный фотоприемник, в блок реперных элементов введен фиксатор активизации фотоприемников потоком от оптико-электронного блока, дополнительно введен блок определения координат активизированных

0

фотоприемников, а блок определения взаимного соответствия выполнен в виде двух блоков сортировки реперных источников и их изображений, при этом выход оптико- электронного блока соединен с входом блока определения координат изображений реперных источников, выход которого соединен с блоком сортироёки изображений источников, выход блока реперных элементов соединен с входами взаимосвязанных блоков памяти координат источников и блока определения координат активизированных фотоприемников, который соединен с блоком сортировки реперных источников.

Использование: в эргономике и инженерной психологии. Сущность изобретения: с целью ускорения и повышения точности слежения за деятельностью оператора облучают голову оператора потоком инфракрасного излучения, формируемым квазиточечными источниками с известными координатами, размещенными на объекте наблюдения, формируют изображения фрагмента объекта, соответствующего положению головы оператора, осуществляют идентификацию изображений источников излучения при дополнительном облучении фрагмента объекта потоком от головы оператора и выявлении реакции облученных источников, определяют ориентацию головы по координатам выбранной опорной точки на объекте наблюдения. Устройство содержит закрепленные на объекте наблюдения источники ИК излучения, блок реперных элементов, блок памяти координат реперных источников, блок определения координат, блок сортировки, оптико-электронный блок, источник тока, электронный блок 9, блок 10 определения координат изображений реперных источников, блок 11 сортировки изображений реперных источников. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. v Ј

™

от ObvvMuraftr

ч 1

; f tf

5

1л « «J

н$ a I 1

ll i

lib

%

§

Ч Т

i

} S-§

U

Л

. Ч

о«

V

т

Ч Т

i

г 11

11