Устройство для регистрации направления взора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 А 61 В 3/10 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3734050/28-14 (22) 23.04.84 (46) 07.03.86. Бюл. У 9 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского ордена Ленина электротехнического института им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) Г.С.Неймарк и Г.А. Стругач (53) 615. 47 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 967468, кл. А 6 1 В 3/ 10.

EyeMark Recorder Model 5. Проспект фирмы "NAG" (Япония). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НАПРАВЛЕНИЯ ВЗОРА, содержащее регистратор движений глаз и соединенный с видеомагнитофоном телемонитор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени определения пространственных координат точек фиксации взора, введены последовательно соединенные

„„SU„„1215656 А генератор размеров и положения фигуры, смеситель и первый ключ, вы— ход которого подключен к входу телемонитора, последовательно соединенные второй ключ, блок формирования дополнительной информации, третий ключ, выход которого соединен с вторым входом телемонитора, последовательно соединенные четвертый ключ, блок дешифрации и вычислительный блок, последовательно соединенные второй видеомагнитофон и пятый ключ, выход которого соединен с вторым входом смесителя, блок ввода данных, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, третий вход которого соединен с вторым выходом генератора размеров и положения фигуры, причем выход регистратора движений глаз соединен с блоком формирования дополнительной информации, а второй и третий выходы телемонитора — с входами второго и четвертого ключей.

1 12

Изобретение относится к инженерной психологии, касается технических средств для регистрации и анализа зрительной деятельности человека и может быть использовано при решении эргономических проблем, à также в медицинских исследованиях.

Цель изобретения — сокращение времени определения пространственных координат точек фиксации взора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для регистрации направления взора, на фиг. 2 — блоксхема блока формирования дополнительной информации „ на фиг. 3— блок-схема блока дешифрации.

Устройство (фиг. 1) содержит регистратор 1 движений глаз, состоящий иэ блока 2 регистрации направления взгляда, таймера 3 и синтезатора 4.

Два входа синтезатора 4 соединены параллельно с выходами таймера 3 и блока 2 регистрации направления взгляда. Выход регистратора 1 движений глаз подключен к последовательно соединенным блоку 5 формирования дополнительной информации, ключу 6, телемонитору 7 и видеомагнитофону 8.

Второй выход телемонитора 7 подключен к входу ключа 9, выход которого соединен с вторым входом блока 5 формирования дополнительной информации. Третий выход телемонитора 7 подключен к ключу 10, последовательно соединенному с блоком 11 дешифрации и вычислительным блоком 12. Второй и третий входы вычислительного блока

12 соединены соответственно с выходом блока 13 ввода данных и вторым выходом генератора 14 размеров и положения фигуры, состоящего из блока 15 управления положением и размером фигуры, второй выход которого соединен с входом блока 16 формирования видеосигнала фигуры.

Второй видеомагнитофон 17 подключен к последовательно соединенным пятому ключу 18, первому входу смесителя 19, первому ключу 20 и второму входу телемонитора 7. Второй вход смесителя 19 соединен с, выходом блока 16 формирования видео сигнала фигуры.

Блок 15 управления положением .и размером фигуры выполнен в виде рукоятки, соединенной с тремя потенциометрами, которые изменяют напряжение пропорционально перемещению рукоятки в горизонтальном и верти15656 2 кальном направлениях, а также углу ее поворота..В блоке 15 имеется также регулятор размеров фигуры, выполненный в виде четвертого потенциометра.

Блок 5 формирования дополнительной информации (фиг.2) состоит иэ трех последовательно соединенных ждущих мультивибраторов 21-23, двух модуляторов 24 и 25 видеосигнала, f0 последовательно соединенных преобразователя 26 аналог-код, счетчика

27 элементов строки, последовательно соединенных счетчика 28 строк второго цифрового компаратора 29 и первого цифрового компаратора 30, четырех схем И 31-34 и двух схем

ИЛИ 35 и 36. Выход ждущего мультивибратора 23 соединен с входами модуля-. тора 25 и схем И 32 и 33. Выход ждущего мультивибратора 2 1 соединен с входами схем И 31 и 34, а также с вторым входом модулятора 25. Цифровой компаратор 30, схема И 34, схема ИЛИ 36 и модулятор 24 соединены последовательно. Цифровой комн 29, второй вход схемы

И 33, схема ИЛИ 35 и второй вход модулятора 24 соединены последовательно. Счетчик 27 числа элементов строк соединен с вторым входом схемы И 31, выход которой подключен к второму входу схемы ИЛИ 36. Второй вход схемы ИЛИ 35 подключен к выходу схемь1 И 32, а выход моду35 лятора 25 — к третьему входу модулятора 24.

Блок 11 дешифрации (фиг.3) состоит из последовательно соединенных трех ждущих мультивибраторов 37-39, 40 ключа 40, порогового элемента 41, триггера 42, схемы И 43 и регистра

44, последовательно соединенных ключа 45, порогового элемента 46, триггера 47, схемы И 48 и регистра

49, а также счетчика 50 строк. Второй выход ждущего мультивибратора

37 подключен к входу ключа 45. Выходы счетчика 50 строк соединены с входами схем И 43 и 48.

4 О

Работа устройства состоит из этапа регистрации данных о зрительной деятельности и этапа апостериорной обработки зарегистрированных данных. На первом этапе формируется и записывается на видеоленту сигнал, который содержит основную информацию изображения участка поля зрения, маркера и цифр текущего

5 !

О

55 з 12 времени и дополнительную информацию о виде кодов координат маркера на телевизионном растре.

На первом этапе ключи 6 и 9 замкнуты, а ключи 1.0, 18 и 20 разомкнуты, и от регистра 1 зрительной деятельности на блок 5 формирования допол— нительной информации поступает видеосигнал основного изображения и коды углов поворота глаза по горизонтали и вертикали (Х, и У ). .Блок

5 формирует зоны в правой и левой частях телевизионного растра, которые представляют собой участки растра по 107. каждая от длины строки, в которых амплитуды видеосигнала максимальна (белый фон). На первой строке растра в обеих зонах блок 5 формирует видеосигнал с. амплитудой, равной нулю (темная строка), и эти строки служат в качестве реперов.

В левой, например, зоне блок 5 отсчитывает от реперной строки число строк, равное коду горизонтальной составляющей кодов углов поворота глаза Х,„, и на строке (кодовой) с номером, равным коду Х,, производит модуляцию амплитуды видеосигнала в данной зоне до нуля, т.е. образуется темный участок строки °

Тот же блок производит модуляцию в правой зоне кодовой строки с марке— ром, равным коду вертикальной составляющей У „ .

Изображение участка передней панели с зонами, маркером точки фик— сации взгляда и цифрами текущего времени записывается в процессе эксперимента на первый видеомагнитофон 8. На мультивибратор 21 поступают синхроимпульсы строк телемонитора 7, и этот мультивибратор создает импульс длительностью 5 мкс, т.е.

107 от длительности всей строки, и задним фронтом импульса запускает мультивибратор 22, формирующий импульс длительностью 40 мкс. Затем запускается мультивибратор 23, длительность выходного импульса которого 5 мкс. На вход модулятора 25 подается видеосигнал регистратора 1, и в отсутствие импульсов от мультивибраторов 21 и 23 модулятор пропускает сигнал без изменений, т.е. на время 40 мкс, в средней части строки на телемонитор 7 проходит видеосигнал основного изображения.

При поступлении сигналов от мультивибраторов 2 1 и 23 на модулятор

15656 4

25, последний усиливает сигнал до максимума, создавая тем самым белый фон в правой и левой зонах телевизионного растра, выходной сигнал модулятора 25 поступает на модулятор 24 и далее на телемонитор 7.

На преобразователь 26 аналог-код от телемонитора 7 подается строчная пилообразная развертка, которую последний преобразует в цифровой код с разрядностью. Счетчик 27 числа элементов строки подсчитывает число этих градаций и выдает сигнал на цифровой компаратор 30, на второй вход которого поступает иэ регистратора 1 движений глаз код горизонтальной составляющей углов поворота глаз (X „„.). При совпадении кодов на обоих входах цифровой компаратор 30 выдает сигнал на схему

И 34. Со счетчика 27 числа элементов строки на схему И 31 поступают импульсы, соответствующие первой строке растра. На первые входы схем

31 и 34 поступают разрешающие импульсы от мультивибратора 21. Выходные сигналы схем 3 1 и 34 поступают на схему ИПИ 36 и далее на модулятор 24. На этст модулятор поступают сигналы запрета только в левой зоне на время первой строки и строки, номер которой равен коду

Х rn . Модулятор. 24 запирается, и в левой зоне на указанных строках формируются темные участки (реперная и кодовая строки). Аналогично формируются реперная и кодовая строки в правой зоне при помощи счетчика 28 строк, цифрового компаратора 30, схем И 32 и 33 и схемы

ИЛИ 35, при этом число строк между реперной и кодовой строками в правой зоне равно коду У (л

На втором этапе работы на экране телемонитора 7 формируется изображение геометрической фигуры, имеющей ту же форму, что и выбранный прибор. Экспериментатор управляет положением фигуры, совмещая ее с выбранным прибором, изображение которого перемещается за счет перемещения головы человека. Одновременно происходит считывание кодов положения маркера и данных о полежении фигуры и ее размере и производится обработка этих данных для получения истиннъ1х координат точек взгляда на объекте наблюдения.

1215656

На втором этапе при апостериорной обработке данных зрительной деятельности ключи 6 и 9 разомкнуты, а ключи 10, 18 и 20 замкнуты и видеолента с записью воспроизводится на втором видеомагнитофоне 17, сигнал с которого поступает на смеситель

19 и далее на телемонитор 7.

На первый вход смесителя 19 поступает сигнал от блока 16 формирования видеосигнала фигуры, управляемого сигналом блока 15 управления положением и размером фигуры. Блок

16 формирования видеосигнала фигуры генерирует сигналы, которые с помощью смесителя 19 формируют на экране телемонитора 7 изображение геометрической фигуры с горизонтальным отрезком, проходящим через ее центр, наложенным на иэображение, записан— ное в ходе эксперимента.

Зкспериментатор работает с помощью блока 15 управления положением и размером фигуры, который изменяет сигналы блока 11, который через блок 16 изменяет положение центра фигуры (координаты Х, „„ и У ц„ ).

При помощи ручки установки масштаба блока 15 экспериментатор изменяет размер фигуры до совпадения ее контуров с контурами выбранного прибора и добивается совпадения горизонтальной линии фигуры с горизонтальной линией изображения объекта наблюдения.

На клавиатуре блока 13 ввода данных набирается номер или название прибора, с которым совмещено изображение фигуры, и время, значение которого в виде цифр индицируется на экране телемонитора 7. Зти данные вводятся в вычислительный блок 12, в котором хранятся истинные координаты приборов на объекте наблюдения и соответствующие им названия или номера.

В то же время в вычислительный блок 12 вводятся сигналы блока 15.

После этого запускается лентопротяжный механизм видеомагнитофона

17 и основной ручкой блока 15 отслеживается смещение изображения прибора t по вертикали, горизонтали и его наклоны на экране. Если масштаб изображения прибора изменяется, то экспериментатор останавливает лентопротяжный механизм второго

t0

20.

ЗО

Д f )

N видеомагнитофона 17 и на стоп-кадре корректирует масштаб.

Телевизионное изображение, воспроизводимое при обработке данных на втором видеомагнитофоне 17 с наложенным на него изображением фигуры в процессе обработки, записывается на первом видеомагнитофоне

8 для последующего контроля качества обработки.

B процессе воспроизведения записи со второго видеомагнитофона 17 блок 11 дешифрации выделяет видеосигнал в каждой из зон, определяет амплитуду видеосигнала, реперную и кодовую строки и подсчитывает число строк, расположенных между ними в каждой зоне.

Строчные импульсы от телемонитора

7 поступают на мультивибратор 37, выходной сигнал которого управляет ключом 15, а выходной сигнал мультивибратора 39 управляет ключом 40, при этом на выходе ключа 45 выделяется только видеосигнал левой зоны, а на выходе ключа 40 — только правой зоны растра.

Пороговые элементы 41 и 46 выделяют минимальный видеосигнал эон, и сигналы реперных строк переводят триггеры 42 и 47 в состояние "1", а сигналы кодовых строк — в состояние "0". Таким образом, схемы И 43 и 48 пропускают на регистры 49 и 44 код числа строк, расположенных соответственно в левой и правой зоне, т.е. коды Х гл и Yrn . Зти коды с регистров считываются в вычислительный блок 12 кадровыми синхроимпульсами, которые одновременно переводят триггеры в состояние "0". Полученные значения числа строк равны Х г„ и Угл, и эти данные вводятся в вычислительный блок 12. По данным сигналов блока 15 Х „, У,ц- и углу поворота головы во фронтальной плоскости У, номеру или названию отслеживаемого прибора, а также по величинам Хгл и Угл в вычислительном блоке 12 рассчитываются истинные координаты точек фиксации взгляда человека на объекте наблюдения.

Расчет горизонтальной координаты (Х, ) точки фиксации взгляда в вычислительном блоке 12 осуществляется по формуле

12 15656 где

1О Х15

20 к Р т

Р,(Х2+ (Ч-) R sin(6+ 8) - а sin & + vn os 6 х,р—

«>5 (0(+ 3) где о(— угол поворота головы относительно вертикальной оси, 6 — горизонтальная проекция угла поворота глаза", ч — положение глаза относительно вертикальной оси вращения головы соответственно в сагитальной и фронтальной плоскостях, — расстояние от головы человека до объекта наблюдения.

Величины R, d u rn вводятся в вычислительный блок перед началом обработки видеозаписи. Углы Р и о( определяются из соотношений

Qg 3 = tq Х co$ У+ tg Гр sin ; фокусное расстояние объектива регистратора 1 направления взгляда; расстояние от вертикальной оси вращения головы человека до центра объектива, угол поворота головы во фронтальной плоскости, величина, пропорциональная (с коэффициентом пропорциональности, известньм для данной телевизионной системы) положению изображения (Х, „,. ) во фронтальной плоскости, в которой расположен приемный чувствительный элемент видеокамеры; расстояние от головы человека до объекта наблюдения.

Аналогичным образом рассчитывают

Ъ г

1215656

ВНИИПИ Заказ 92 1/2 Тирах 659 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4