Устройство для регистрации движений глаз

Союз СоветскнкСоцналнстнческнкРеслублнк ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ891063(51) М. Кл. А 61 В 3(00 Гооударотеенный комитет но Аелам изобретений и открытий(72) Автор изобретения М. И, Шиф ПАТ 1;"11 ;,: ТГ,1 Щг а; Особое конструкторское бюро биологи ескойР и медицинской кибернетики Ленингр дд электротехнического института им. В. И. Ульянова (Ленина)(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ Устройство относится к регистрации движений глаз и может быть использовано дляисследования зрительной деятельности человека - оператора.Известно устройство для исследованиядвижений глаз, содержащее датчики, усилитель, аналого-цифровые преобразователи,дешифратор, элементы И, счетчики импульсов, генератор, одновибратор, регистратор,распределитель, мультиплексор, элементИЛИ 11,Однако это устройство предназначенодля регистрации времени фиксирования направления взора.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство,содержащее осветитель глаза для формирования рогов ич ного рефлекса, оптическийблок восприятия потока, отраженного отроговицы, и электронный преобразователькоординат рефлекса, включающий передающую телевизионную трубку с отклоняющей системой, опорный генератор импульсов,координатные счетчики, связанные с отклоняющей системой и блоком памяти координат, а также узел фиксации видеоимпульса от изображения роговочиного рефлекса. В известном устройстве телевизионная развертка обеспечивается с помощью счетчиков горизонтальной и вертикальной координат, которые вырабатывают синхроимпульсы развертки. Одновременно разряды обоих счетчиков связаны с блоком памяти, в котором запись кодов координат осуществляется по сигналу от детектора пятнаэ - узла фиксации видеоимпульса от изображения рефлекса 2 .10 Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие ввиду того, что информация о координатах рефлекса обновляется один раз за кадр прогрессивной телевизионной развертки, в связи с чем исключена возможность регистрации мгновенных значений углов поворота глаза при всех возможных скоростях его движения, а также недостаточная точность измерения, так как в известной системе используются обычные телевизионные синхронизируемые генераторы пилообразных токов развертки на элементах импульсной техники, в которых принципиально недостижима линейность лучше, чем 0,5% (имеется всего 5 двоичныхКроме того, блок управления сканированием содержит узел формирования поисковой развертки, выполненный в виде реле времени, и узел формирования следящей развертки, включающий входной 15-триггер, триггер знака, триггер координат, два элемента ИЛИ и узел синхронизации, выполненный в виде дополнительного счетчика импульсов с двумя дешифраторами, через триггеры знака и координат подключенными соответственно ко второму, третьему, шестому и седьмому выходам блока управления сканированием непосредственно и через элементы ИЛИ к его первому и четвертому выходам, выходы дополнительного счетчика импульсов соединены соответственно через входной КЯ-триггер с первым входом блока управления сканированием, входом узла формирования поисковой развертки, выходом подключенного к пятому выходу блока управления сканированием, и с одним из входов триггера знака, и непосредственно - с вторым входом блока управления сканированием. 45 50 55 разрядов) . При этом полоса частот видеосигнала при стандартной телевизионной развертке составляет несколько мегагерц. В столь широкой полосе частот собственные шумы телевизионной трубки сильно ограничивают точность фиксации временного положения видеоимпульса, а следовательно, и точность изменения координат роговичного рефлекса.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регистрации движений глаз, содержащее осветитель, оптический блок, телевизионную трубку с отклоняющей системой, генератор импульсов опорной частоты, блок развертки, включающий два счетчика импульсов, соединенных с блоком памяти и элемент И и узел фиксации видео- импульсов, имеет два дифференцирующих элемента, блок управления сканированием, состоящий из узла формирования поисковой развертки и узла формирования следящей развертки, два преобразователя кодток, а счетчики импульсов выполнены реверсивными и соединены с отклоняющей системой через преобразователи код - ток, при этом первый и второй входы блока управления сканированием соединены соответственно с выходами узла фиксации и генератора импульсов опорной частоты, а с первого по седьмой его выходы соединены с соответствующими входами счетчиков импуль сов и элемента И непосредственно, а через диффренцирующие элементы - с входами блока памяти, второй вход элемента И подключен к третьему выходу первого счетчика импульсов, а выход - к одному из входов второго счетчика импульсов. 5 1 О 15 зо 25 зо 35 4 О На чертеже представлена структурная электричческая схема устройства для регистрации движений глаз.Устройство для регистрации движений глаз содержит осветитель 1 для освещения глаза наблюдателя, Отражение от роговицы глаза фокусируется оптическим блоком 2 на входном торце телевизионной трубки 3 в виде изображения роговичного рефлекса. Сигнальный выход трубки 3 через узел 4 фиксации видеоимпульсов временного положения видеоимпульса связан с блоком 5 управления сканированием, который соединен командными связями с блоком 6 развертки (для изменения режима развертки посредством отклоняющей системы 7), а также с блоком 8 памяти, который служит для переписи кодов координат Х и У в регистры 9 и 10 из счетчиков 11 и 12 импульсов (координатных) блока 6 развертки . Числа с реверсивных счетчиков 11 и 12 преобразуются в пропорциональный отклоняющий ток посредством преобразователей 13 и 14 код - ток (Х и У), Через элемент И 15 последний разряд счетчика 11 (координат Х) связан промежуточным разрядом (например, четвертым) счетчика 12 (координат У) для организации поисковой развертки,Блок 5 управления содержит узел 16 формирования поисковой развертки в виде реле времени, соединенный выходом с элементом И 15, и узел 17 формирования следящей развертки, который образует цепь обратной управляющей связи в системе через входной К 5-триггер 18, узел 19 синхронизации (дополнительный счетчик 20 импульсов и два дешифратора 21 и 22), триггер 23 знака, триггер 24 координат и два элемента ИЛИ 25 и 26, Блок 5 управления соединен с блоком 8 памяти через два дифференцирующих элемента 27 и 28. Счетные входы счетчиков 11 и 12 и счетчика 20 соединены с генератором 29 импульсов опорной частоты для синхронизации работы всей системы. Осветитель 1 облучает роговицу глаза, отражение от которой фокусируется объективом блока 2 на входном торце телевизионной трубки 3 в виде световой точки изображения роговичного рефлекса. Так как после включения системы сканирующая апертура находится в некотором случайном положении,видеосигнал от рефлекса отсутствует. Поэтому через некоторый период задержки срабатывает реле времени - узел 16 формирования поисковой развертки, связывая через элемент И 15 оба координатных счетчика 11 и 12 последовательно. При этом оба счетчика осуществляют последовательное деление частоты генератора 29, Числа, зафиксированные в обоих счетчиках, в каждый момент преобразуются в пропорциональный ток через отклоняющую систему 7 преобразователями 13 и 14 код - ток. В результате осуществляется развертка квадратным поисковым растром всего рабочего поля трубки 3. Для ускорения поиска импульсы со счетчика 11 подаются на вход промежуточного разряда (например четвертого) счетчика 12 так, что расстояние между строками поискового растра выбрано предельно большим, при котором исключен пропуск точечного объекта - изображения рефлекса. После того, как в процессе поисковой развертки обнаружен рефлекс, узел 4 фиксации видеоим пульсов выдает фиксационный импульс, возвращающий в исходное положение узел 16 поисковой развертки и инициирующий работу узла 17 следящей развертки. При этом срабатывает КЬ-триггер 18 и включает узел 19 синхронизации, т. е. разрешает счетчику 20 счет импульсов генератора 29.Когда число в счетчике 20 достигает некоторого числа 1 Х 1 ь дешифратор 21 выдает импульс, устанавливающий в единичное состояние триггеры 23 и 24. В результате этого счетчики 11 и 12 переводятся в режим вычитания (по шине Я) на их входы р подаются сигналы разрешения счета от элементов ИЛИ 25 и 26. При этом сканирующая апертура совершает возвратное движение так, 25 что к концу движения центр апертуры располагается на вертикали, проходящей через центр светового пятна, Для этого в момент, когда число в счетчике 20 достигает значения Мг = 21 х 1, дефширатор 22 выдает импульс, который возвращает триггер 23 знака в исходное состояние, переключая оба координатных счетчика 11 и 12 в режим суммирования (по шине М). Одновременно по входу К возвращается в исходное состояние триггер 18, который уста- з навливает в нулевое состояние счетчик 20. Поскольку ранее триггер координат 24 был установлен в единичное состояние, теперь сканирующая апертура перемещается по вертикали.В момент пересечения апертурой свето о вого пятна узел 4 фиксации вновь выдает фиксационный импульс, который опятьсвзводит КЯ-триггер 18 и приводит к нулю реле времени - узел 16 формирования поисковой развертки. Точно так же, как и в предыдущем полуцикле, начинается счет в счетчике 20. Когда число в нем достигает значения 1 Ч триггер 23 знака переводится в единичное состояние, обеспечивая возвратное движение апертуры. Кроме того, в этот же момент переключается в нулевое состояние триггер 24 координат, обеспечивая через дифференцирующий элемент 27 запись числа, зафиксированного в этот момент в счетчике 11, в регистр 9 блока 8 памяти. Записанное число пропорционально координате Х центра изображения роговичного рефлекса,Возвратное движение сканирующей апертуры происходит здесь до тех пор, пока она не достигнет горизонтали проходящей через центр светового пятна. Для этого аналогично предыдущему полуциклу, когда число в счетчике 20 достигает величины Мт=2 Х, дешифратор 22 выдает импульс, возвращающий триггер 23 знака и Ю-триггер 18 в исходное состояние, после чего апертура перемещается по горизонтали, где происходит запись числа из счетчика 12 в регистр 10 (У) блока 8 памяти по сигналу с дифференцирующего элемента 28. На выходах обоих регистров 9 и 10 формируются коды обеих координат центра изображения роговичного рефлекса, Далее цикл микросканирования непрерывно повторяется. Если, например, при моргании глаза движущаяся по траектории микрорастра апертура не находит рефлекс, то через время задержки порядка 30 мс срабатывает узел 16 формирования поисковой развертки, организуя вновь режим поиска построчным сканированием всего рабочего поля трубки 3.Преимущества предлагаемого устройства заключаются в большем быстродействии и точности измерения углов поворота глаза, так как благодаря использованию микро- растра частота обновления информации значительно выше, чем в известном устройстве (1500 отсчетов в секунду вместо 60), что позволяет уменьшить дискретность отсчета углов при максимальной скорости движения глаза с 9 о до 500 с 1 КромеБОО гц 3 того, система является числоимпульсной (в известном устройстве - времяимпульсная), т. е. ее точность не зависит от временных параметров (например, от стабильности генератора опорных импульсов), а только от точности исполнения преобразователей кодток, которые исполняются 14 - 16 - разрядными, и от точности узла фиксации видео- импульса, который может обеспечивать точность фиксации порядка 0,1/о. Кроме того, высокое быстродействие предлагаемого устройства позволяет применить автоматическое усреднение результата, тем самым уменьшая случайную составляющую ошибки измерения углов поворота глаза до 0,05 - 0,1,Формула изобретения1. Устройство для регистрации движений глаз, содержащее осветитель, оптический блок, телевизионную трубку с отклоняющей системой, генератор импульсов опорной частоты, блок развертки, включающий два счетчика импульсов, соединенных с блоком памяти и элемент И и узел фиксации видеоимпульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, оно имеет два дифференцирующих элемента, блок управления сканированием, состоящий из узла формирования поисковой развертки и узла формиро891063 Составитель А. МТехред А. БойкаТираж 690осударственного ком изобретений иа, Ж - 35, Раушсатент, г. Ужгород амросенко Корректо Подписно митета СССР открытий ая наб., д. 4/5 ул. Проектная, Редактор Н. ДанкуличЗаказ 11066/4ВНИИПИ Гпо дел113035, МоскФилиал ППП П Сини вания следящей развертки, два преобразователя код в т, а счетчики импульсов выполнены реверсивными и соединены с отклоняющей системой через преобразователи код - ток, при этом первый и второй входы блока управления сканированием соединены соответственно с выходами узла фиксации и генератора импульсов опорной частоты, а с первого по седьмой его выходы соединены с соответствующими входами счетчиков импульсов и элемента И непосредственно, а через дифференцирующие элементы - с входами блока памяти, второй вход элемента И подключен к третьему выходу первого счетчика импульсов, а выход - к одному из входов второго счетчика импульсов,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления сканированием содержит узел формирования поисковой развертки, выполненный в виде реле времени, и узел формирования следящей развертки, включающий входНой КЬ-триггер, триггер знака, триггер координат, два элемента; ИЛИ и узел синхронизации, выполненный в виде дополнительного счетчика импульсов с двумя дешифраторами, через триггеры знака и координат подключенными соответственно к второму, третьему, шестому5и седьмому выходам блока управления сканированием непосредственно и через элементы ИЛИ - к его первому и четвертомувыходам, выходы дополнительного счетчикаимпульсов соединены соответственно черезвходной Й 5-триггер с первым входом блока10 управления сканированием, входом узлаформирования поисковой развертки, выходом подключенного к пятому выходу блока управления сканированием, и с однимиз входов триггера знака, и непосредственно - с вторым входом блока управления5 сканированием,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР583794, кл. А 61 В 3/00, 1976,2. АегкЬасйег К. С. е 1 а А д 1 р 1 а Яуз 1 егп аког 1 Ье Яцсу о 1 еуе точегпеп 1. Мейса Кезеагсй Епрпеегпд, 1970. ч. 9,5, р.23 - 25,