Способ определения координат точек фиксации взгляда на объекте наблюдения

 

Изобретение относится к эргоно-.: мике и инженерной психологии и может использоваться при проектировании информационных панелей пультов. Цель изобретения - расширение уголового ,,. диапазона определения направления взгляда оператора. Способ включает облучение глаза потоком ИК-излучения от п квазиточечных источников (КИ), КИ размещаются в плоскости наблюдения и кодируются. Плоскость локализа-- ции изображений КИ, построенных пе-. редней областью глаза, фиксируют относительно головы наблюдателя, а координаты точек фиксации взгляда рас-; читьшают. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 А 61 В Э/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4116525/28-14 (22) 05.08.86 (46) 15.10.88. Бюл. В 38 .(» ) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики (72) С.JI Курочкин, А.С. Сидоров, Б.М. Фомин и М.И. Шиф (53) 615.47(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

11 935072, кл. А 6! В 3/!О, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТО-!

ЧЕК ФИКСАЦИИ ВЗГЛЯДА НА ОБЪЕКТЕ НАБЛ!ОДЕНИЯ (57) Изобретение относится к эргоно.-.. мике и инженерной психологии и может использоваться при проектировании ин- . формационных панелей пультов. Цель изобретения — расширение уголового, диапазона определения направления взгляда оператора. Способ включает облучение глаза потоком ИК-излучения от и квазиточечных источников (КИ), КИ размещаются в плоскости наблюдения и кодируются ° Плоскость локализа-. ции изображений КИ, построенных пе". редней областью глаза, фиксируют относительно головы наблюдателя, а ко- фу ординаты точек фиксации взгляда рас-. читывают. 3 ил. С:

1430027

Изобретение относится к эргономике и инженерной психологии, касается вопросов регистрации и анализа зри( тельной деятельности оператора, и может использоваться при эргономическом проектировании информационных панелей пультов.

Цель изобретения — расширение углового диапазона определения направ- 1ð

Ления взгляда оператора.

На фиг. 1 показан принцип геометрического подобия множества рогович1 йых рефлексов множеству соответствуюЩих реперных источников (РИ) инфра- 15 красного излучения на объекте наблюдения; на фиг. 2 и 3 — варианты использования геометрического подобия я определения координат точек фиксации взгляда (ТФВ) на объекте. 2р

Для осуществления способа на.обь кте 1 наблюдения (фиг, 1), на ко ором в системе координат XOY необход1имо определять координаты ТФВ глаза 2 (центр вращения .глаза 0„) с ро- 25 говицей 3 (центр кривизны роговицы

0 ) и с зрачком 4, фиксируют квазиточечные РИ 5 раходящегося инфракрасного (ИК) излучения. Рефлексы А;,А", Ю

А (фиг.. 1 ) соответствуют РИ Р, Р,, ъ j ъ

Р на объекте, причем соотношение расстояний между рефлексами на роговице равно соотношению расстояний между соответствующими РИ на объекте (с точностью до методической ошибки, зависящей от величины угла наклона оптической оси глаза к плоскости объекта), Поэтому для фиг,1 координа1 та ТФВ определяется как (1) 40

11 где х — координата источника Р;;

R — расстояние от точки фиксации

1 взгляда до Р,;

Ь 1. — расстояние между РИ Р; и P . 45 на объекте;

1. — расстояние между соответст1 вующими рефлексами A. и А.

I ) на роговице;

r. — расстояние от центра зрачка

1 50 до рефлекса А; .

Реально в роговице глаза изобра -, жается множество РИ, причем рефлексы не лежат на одной прямой вместе с центром зрачка, а группируются вокруг него в некоторой окрестности. Например, РИ Р„ -P » на фрагменте объекта иаблюдения (фиг.2) изображаются в виде рефлексов А,-А, на роговице глаза (х-х;) +(у-у„) =В ; (х-х ) +(у-у ) =В

) (х-х„) +(у-v ) =R 2 2 (х х„) +(у у„) В„, 2» 2 (3) с центром зрачка 0> (фиг.3). При этом на роговице можно выделить К рефлек- сов, образующих К-угольник, внутри з которого расположен центр 0> зрачка и вершины которого наименее удалены от центра зрачка. Например, при К=З этим требованиям удовлетворяет тре-, угольник рефлексов А,А и A (фиг,3) соответствующий реперному треугольнику Р,,Р и Р7,(фиг, 2), Если построить пирамиду с вершиной в центре кривизны роговицы и с основанием в виде треугольника Р,Рс и Р, то треуголь>H в первом треугольнике подобно положению точки М во втором треугольнике. G учетом указанного подобия, рассматриваемого с точностью до методической ошибки, расстояния от вершин реперного треугольника Р, Р и P-, до точки фиксации взгляда М (фиг.2) определяют из соотношений;

L. a Le

В =г — R =r

1 1 = 4

24 4т (2) где величины в (2) являются следующими отрезками на фиг. 2а и 2б:

2 M; 7 Ь

r<=Ae0q, ran=A>0» 1г =А Аь 1а =АаA» .

17 =А7Атэ Ьг =Р Р, Le7 =Pe Р»;

Ь7 РтРх °

После того как найдены радиусы R2, В< и R> положение точки М уже опре;., делено, так как проведя три окружности радиусов В,Re и В с центрами в точках Р,Р и Р определяют точку

М на пересечении этих окружностей, Для автоматического осуществления способа положение ТФВ на объекте определяют через ее координаты, например, по формулам, вывод которых приведен для К=З. В этом случае тре.угольнику рефлексов A,А и А„ соот1Ъ ветствует реперный треугольник P., 1

P u P . Составляются две системы к квадратных уравнений: двух окружностей..с центрами P и Р и радиусами

В и R и двух окружностей с центра1 ) ми P и Р„и радиусами R u R4

1430027 х—

Ф (7) 30

40

55

Раскрыв скобки и вычтя в каждой системе второе уравнение из первого, получаем одну систему линейных уравнений х(х, -х,. )+у (у. -у-, =А;. х(х„-х )+у ° (у„-у )=A>,, (4) где А. = )(R -В )-(х -х )-(у.-у?)); а R.=r ; R,.=r

1 ij 1 к (5) к k 1 (величины R,r„L и 1 имеют смысл, аналогичный предыдущему). Координаты

ТФВ определяют из решения системы (4) по формулам

Способ осуществляют путем размещения на объекте наблюдения определенного числа ИК излучателей, например светодиодов в заранее заданных точках с .известными координатами, Число диодов определяется требуемой точностью, их размещение выполняется регулярно или произвольно с . угловым расстоянием между ними, например 20-30 . Каждый из РИ кодируют, т.е. присваивают каждому РИ определенный индивидуальный признак. Кодирование возможно, например формой излучающей поверхности, ее размерами, по интенсивности излучения, посредством модуляции излучения и пр. На голове оператора располагают оптическую систему с фотоприемнйком или с фоторегистратором, на которых формируют изображение передней области глаза со срачком и роговичными рефлексами от. РИ. При использовании фоторегистратора, например кинопленки, непрерывно в процессе деятельности регистирируют изображение глаза. Затем покадрово проектируют изображение передней области глаза на экран, где определяют положение центра зрачка и измеряют, например; линейкой расстояния между центром зрачка и ближайшими к нему тремя рефлексами, а также между этими рефлексами. По ранее принятому коду выбранные три рефлекса идентифицируют с тремя соответствующими РИ на объекте,между которыми определяют расстоя5

25 ние. Затем «о формулам (6) определяют расстояния R.; R ; R „ от трех РИ до

13 1Э точки фиксации взгляда, и проведя три окружности, находят ТФВ в точке их пересечения. Все эти ойерации выполняют для каждого кадра зарегистрированного изображения глаза, определяя тем самым зрительный маршрут оператора на объекте наблюдения °

При реализации способа в автоматическом устройстве используют,в оптической системе сканирующий фотоприемник, позволяющий определить координаты изображений центра зрачка и рефлексов от РИ. В этом случае измерительный цикл может состоять из следующих трех этапов, 1, Последовательное включение всех

РИ с измерением координат соответствующих рефлексов х .,у, и величины r. э i и с запоминанием этих величин в ячейках соответствующих блоков памяти, номера которых равны номеру включен-. ного репера.

2. Последовательная выборка величин r из блока памяти, сравнение их между собой и выявление К, например

K=3 наименьших величин г,r и r z u номеров М1,И и N тех ячеек в блоке памяти, где они хранятся, т.е. номеров РИ на объекте (идентификация), 3, Выборка из блока памяти величин х;,у (координат РИ на объекте) данных по адресам N „,N и Нз и вычисление величин L<<,L 2ç...L „H 1«, 1,1 > определение величин R1,R < и

R согласно (6) и вычисление искомых координат ТФВ, согласно (7). Эти измерительные циклы повторяются .непрерывно.

Предлагаемый способ позволяет увеличить диапазон свободных перемеще-. ний оператора в 10-20 раз, а также обеспечивает возможность определения координат ТФВ при обзоре крупноформатных и широкоугольных объектов, вплоть до сферического обзора. В устройствах на основе предлагаемого способа отсутствует ошибка измерения, вызываемая смещениями оптической системы относительно головы оператора.

Формула. изобретения

Способ определения координат точек фиксации взгляда на объекте наблюдения, включающий облучение глаза потоком инфракрасного излучения, форми1430027 руемым квазиточечным источником с ! иэвеСтными координатами, размещенным на объекте наблюдения, формирование изображения передней области глаза в плоскости локализации и опразделение координат центра изображен я зрачка, отличающийся тФм, что, с целью расширения углового диапазона определения направления 10 вэгляда оператора, в плоскости объект наблюдения размещают дополнительно (n-1) квазиточечных источников инфракрасного излучения с известными координатами, причем каждый из и ква- 15 знточечных источников кодируют, плоскость локализации иэображения фиксируют относительно. головы наблюдателя, на изображении передней области глаза выделяют К (К>2) роговичных рефлексов, минимально удаленных от центра иэображения зрачка, и идентифицируют их с соответствующими квазито-. чечными источниками инфракрасного излучения, а координаты точек фиксации, взгляда определяют на основе геометрического подобия К угольников, образованных К рефлексами на иэображении передней области глаза и соответствующими кваэиточечными источниками инфракрасного излучения.

1430027

Фьг г

Составитель Н. Вашковская

Редактор Ю. Середа Техред А. Кравчук Корректор Э. Лончакова

Тираж б55 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений,и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5156/4

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,. ул. Проектная, 4