Способ регистрации движений глаз оператора

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсинк

Соцналнстнческнк

Республик (п)935072 (6l ) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16 ° 07 80 (21) 2957686/28-13 с присоединением заявки %в (23) Приоритет— (И)М. К.в.

А 61 В 3/10 (Ъаударстееивый квмитет

СССР вю девам изобретений и открытий

Опубликовано 15 ° 06 ° 82 ° Бюллетень Мк 22

Дата опубликования описания 15 . 06 .82 (53) УД К 17. 7 (088. 8) (72) Автор изобретения и. И. lllH(tl

Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского ордена Ленина электротехнического института им. В.И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДВИМ(ЕНИЙ ГЛАЗ ОПЕРАТОРА

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностической технике, используемой в пси"

-хофизиологических исследованиях.

Известен способ регистрации двиS жений глаз оператора, основанный на облучении инфракрасным (ИК) пото" ком лучистой энергии для получения на глазу изображений источника. Оба эти изображения неодинаковым образом перемещаются на глазу при его вращательном и поступательном движении, что дает. возможность по их взаимному расположению определить угол поворота глаза при незакрепленной голове наблюдателя т.13.

Однако этот способ характеризуется недостаточной помехозащищенностью, а также невозможностью измерять координаты точек фиксации взгляда.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регистрации движении глаз оператора, который осуществляется путем облучения глаза ИК потоком, формирования изобрамений "светящегося" зрачка и роговичного рефлекса на входе оптико"электронного преобразователя и автоматического измерения проекций отрезка между центрами изображения зрачка и рефлек" са (2).

Однако известный способ непосредственного измерения координат точек фиксации взгляда на объекте наблюдения не обеспечивает, так как при поступательных смещениях глаза в пределах пучка параллельных лучей величина измеряемого отрезка между центрами зрачка и рефлекса не изменяется, в то время как зрительная ось глаза пересекается с объектом в разных точках (координаты точек взгляда меняются).

Облучение глаза параллельным пучком не обеспечивает высокого соотношения сигнал-шум и сигнал-фон при сканировании изображения глаза. Это является результатом того, что глаз

3 935072 наблюдателя аккомодирован на объект наблюдения, например на экран, а не на бесконечность, поэтому парал" лельный. пучок лучей собирается хрусталиком на сетчатке не в виде резко. . очерченной точки, а размытым пятном увеличенных размеров и пониженной светимости. В связи с тем, что светимость пятна на сетчатке понижена из-за расфокусировки, поток 1я. лучей из глаза ослабляется, что ведет н уменьшению отношения сигналшум при сканировании иэображения зрачка А в связи с тем, что размеры пяти@ на сетчатке увеличены из-за расфокусировки, изображение этого пятна, создаваемое хрусталиком в плоскости аккомодации (т.е. на входе приемной оптики).велико. Это требует увеличения входного зрачка приемной оптики, чтобы воспринять весь поток, выходящий из глаза, а следовательно, снижает отношение сигналфон (Фоном в данном случае является кожа, склера, ресницы), Оба эти фактора снижают точность измерении и помехоустойчивость системы на основе известного способа.

Целью изобретения является получение информации непосредственно о координатах точек фиксации взгляда на неподвижном объекте наблюдения и повышения точности измерения путем увеличения отношений сигнал-шум и сигнал"фон при сканировании изображения глаза.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации движений глаз оператора, состоящему в облучении глаза инфракрасным (ИК) потоком; формировании изображений

"светящегося" зрачка и роговичного рефлекса на входе оптико-электронного преобразователя и автоматическом измерении проекций отрезка между. центрами изображений зрачка и рефлек- 45 са, облучение глаза ИК потоком осуществляют пучком, расходящимся из квазиточечной области, оптически совмещенной с плоскостью аккомодации глаза и фиксированной относительно объекта наблюдения.

На фиг. 1 изображена схема взаимного расположения глаза наблюдателя, экрана и источника облучения; на фиг. 2 и 3 - оптическая схема совмещения квазиточечного источника излучения с заданной точкой объекта наблюдения °

Способ осуществляют следующим образом.

При мнимом совмещении источника излучения с объектом наблюдения (фиг. 2) объектом наблюдения служит экран 1, с центром которого совмещено мнимое изображение квазиточечного источника 2. На глазе 3 наблюдателя формируется (фиг. 1) пучком лучей от источника 2 роговичный рефлекс 4 и "светящийся" зрачок 5, которые воспринимаются датчиком 6 оптико-электронного преобразователя.

Полупрозрачное зеркало 7 и спектроделитель 8 обеспечивают необходимую соосность пучков, падающего на глаз и отраженного от него, При действительном совмещении источника излучения с центром объекта наблюдения (фиг. 3) перед центром экрана 1 установлено микрозеркало 9, расходящийся пучок лучей от которого направлен на глаз 3. Сформированные в результате этого на глазе 3 роговичный рефлекс и "светящийся" зрачок воспринимаются датчиком 6 посредством полупрозрачного зеркала .7. На микрозеркале 9 формируется квазиточечный источник света благодаря оптической системе 10, фокусирующей на нем изображение малой светящейся апертуры 11.

На фиг. l показан объект наблюдения в виде экрана 1 с размещенным в заранее выбранной его точке (например, в центре) квазиточечным источником 2 лучистой энергии, облучающим глаз 3 наблюдателя для Формирования роговичного рефлекса 4 и обеспечения "светящегося" зрачка 5.

Один и тот же глаз показан смотряцим в точку экрана, совпадающую с источником 2, при двух положениях головы наблюдателя. При этом глаз остается в пределах пучка источника.

Если считать глаз оптически симметричным, то независимо от положения глаза при взгляде на источник 2 рефлекс 4 оказывается совпадающим с центром зрачка 5 ° Это совпадение (одинаковое взаимное расположение зрачка и рефлекса при взгляде на одну точку из разных позиций) обеспечивает при осуществлении способа измерение не углов поворота глаза, а координат точек взгляда на объекте.

Схема на фиг. 1 дана для частного наиболее наглядного случая, когда взгляд направлен на источник света.

15 Формула изобретения

5 9350

При взгляде с разных позиций в произвольную точку экрана также имеет место одинаковое взаимное расположение рефлекса и зрачка глаза благодаря использованию квазиточечного источника с расходящимся пучком лучей.

Поскольку квазиточечный источник совпадает с объектом наблюдения, т.е. с плоскостью аккомодации глаза 10 наблюдателя, он оказывается сфоку" сированным точно на сетчатке в виде маленькой точки, в которой сосредоточена вся энергия пучка, попавшего внутрь глаза. Будучи вторичным источником энергии излучения, эта точка, обладающая высокой светимостью и малыми размерами, создает более интенсивный обратный поток из глаза, чем при известном способе, а следо" 20 вательно, более яркое "свечение" зрачка. С другой стороны, хрусталик глаза строит в плоскости аккомодации изображение этой точки, имеющее размеры источника на экране, т.е. малые,25 поскольку источник квазиточечный.

Это позволяет настолько уменьшить входной зрачок приемной оптики, расположенной в плоскости аккомодации, что фон:кожа, склера и прочее не будет jo изображен на входе фотоприемника.

Таким образом, применение квазиточеч" ного источника ИК излучения с pac" ходящимся пучком, расположенного в определенной точке экрана, обеспечи- з> вает возможность непосредственного измерения координат точек фиксации взгляда на объекте; повышение отно.шения сигнал-шум при сканировании изображения зрачка, а следовательно, 4в точности измерения; повышение отношения сигнал-фон, а следовательно, помехоустойчивости измерения.

Предложенный способ обеспечивает измерение координат точек взгляда

72

Ф с точностью 2-2,5 мм на экране размерами 300х200 мм, удаленном от глаза на расстояние 500 мм, при поступательных сдвигах головы наблю" дателя в пределах +7 мм. Способ позволяет снизить. погрешность (в угловой мере) в 1,5-2 раза за счет увеличения отношения сигнал-шум и сигнал-фон фотоприемника благодаря использованию квазиточечного источника и расположению его в плоскости аккомодации глаза.

Способ регистрации движений глаз оператора, состоящий в облучении глаза инфракрасным (ИК)потоком, формировании изображений "светящегося" ,зрачка и роговичного рефлекса на входе оптикоэлектронного преобразователя и в автоматическом измерении проекций отрезка между центрами изображений зрачка и рефлекса, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью получения информации непосредственно о координатах точек фиксации взгляда на неподвижном объекте наблюдения и повышения точности измерения путем увеличения отношений сигнал-шум и сигнал-фон при сканиро" вании изображения глаза, облучение глаза инфракрасным потоком осуществляют пучком, расходящимся из квази" точечной области, оптически совмещенной с плоскостью аккомодации глаза и фиксированной относительно объекта наблюдения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3804496, кл. А 61 В 3/1 О, 1974.

2. Патент США и 3724932, кл. A 61 B 3/10, 1973.

935072

Составитель Л. Соловьев

Техред Л. Пекарь КорректорВ. Синицкая

Редактор M. Дылын

Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, N-35, Раувская наб., д. 4/5

ЮЮВЮЮЮ Ю Юееа, 4

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4089/8