Способ регистрации движений глаз оператора

ОП ИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсинкСоцналнстнчесннкРеспублик(72) Автор изобретен И. Шиф дицинскойротехниОсобое конструкторское бюро биологической икибернетики Ленинградского ордена Ленина элеческого института им. В.И. Ульянова (Ленина)(71) Заявитель 5 Й) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДВИМ(ЕНИЯ ГЛАЗ ОПЕРАТОР Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностической технике, используемой в пси" хофизиологических исследованиях,Известен способ регистрации движений 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 характериэуетс 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 иэобрамений "све" тящегося" зрачка и роговичного рефлекса на входе оптико"электронного преобразователя и автоматического измерения проекций отрезка между центрами изображения зрачка и рефлек" са 21.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 изменяетси, в то время как зрительная ось глаза пересекается с объектом в разных точках (координаты точек взгляда меняются).Облучение глаза параллельным пучком не обеспечивает высокого соот" ношения сигнал-шум и сигнал-Фон при сканировании изображенияглаза. Это является результатом того, что глаз3 935072наблюдателя аккомодирован на объектнаблюдения, например на экран, ане 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, чтосветимость пятна на сетчатке понижена из-за расфокусировки, поток 1 олучей из глаза ослабляется, что ведет к уменьшению отношения сигналшум при сканировании иэображениязрачка, А в связи с тем, что размерыпятна на сетчатке увеличены из-зарасфокусировки, изображение этогопятна, создаваемое хрусталиком вплоскости аккомодации (т.е. на входеприемной оптики).велико. Это требуетувеличения входного зрачка приемнойоптики, чтобы воспринять весь поток, выходящий из глаза, а следовательно, снижает отношение сигналФон (Фоном в данном случае являетсякожа, склера, ресницы), Оба этифактора снижают точность измерениии помехоустойчивость системы на основе известного способа,Целью изобретения является получение информации непосредственноо координатах точек фиксации взглядана неподвижном объекте наблюдения иповышения точности измерения путемувеличения отношений сигнал-шум исигнал"фон при сканировании изображения глаза,35Поставленная цель достигается тем,что согласно способу регистрациидвижений глаз оператора, состоящемув облучении глаза инфракрасным (ИК)потоком; формировании изображений40"светящегося" зрачка и роговичногорефлекса на входе оптико-электронного преобразователя и автоматическом измерении проекций отрезка междуцентрами изображений зрачка и рефлек- ф 5са, облучение глаза ИК потоком осуществляют пучком, расходящимся изквазиточечной области, оптически совмещенной с плоскостью аккомодацииглаза и Фиксированной относительнообъекта наблюдения.На фиг, 1 изображена схема взаимного расположения глаза наблюдателя,экрана и источника облучения; наФиг. 2 и 3 - оптическая схема совмещения квазиточечного источникаизлучения с заданной точкой объектанаблюдения4Способ 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 роговичныйрефлекс и "светящийся" зрачок воспринимаются датчиком 6 посредствомполупрозрачного зеркала,7. На микрозеркале 9 Формируется квазиточечный источник света благодаря оптической системе 1 О, Фокусирующей на нем изображение малой светящейся апертуры 11. На фиг. 1 показан объект наблюдения в виде экрана 1 с размещеннымв заранее выбранной его точке (например, в центре) квазиточечным источником 2 лучистой энергии, облучающим глаз 3 наблюдателя для Формирования роговичного рефлекса 4 иобеспечения "светящегося" зрачка 5.Один и тот же глаз показан смотряцим в точку экрана, совпадающую систочником 2, при двух положенияхголовы наблюдателя, При этом глаз остается в пределах пучка источника. Если считать глаз оптически симметричным, то независимо от положенияглаза при взгляде на источник 2рефлекс 4 оказывается совпадающимс центром зрачка 5. Это совпадение(одинаковое взаимное расположениезрачка и рефлекса при взгляде наодну точку из разных позиций) обеспечивает при осуществлении способаизмерение не углов поворота глаза,а координат точек взгляда на объекте,Схема на Фиг. 1 дана для частногонаиболее наглядного случая, когдавзгляд направлен на источник света.13 Формула изобретения 5 Ч 350При взгляде с разных позиций в произвольную точку экрана также имеетместо одинаковое взаимное располо"жение рефлекса и зрачка глаза благодаря использованию квазиточечногоисточника с расходящимся пучком лучей,Поскольку квазиточечный источниксовпадает с объектом наблюдения,т.е. с плоскостью аккомодации глаза 10наблюдателя, он оказывается сфоку"сированным точно на сетчатке в виде маленькой точки, в которой сосредоточена вся энергия пучка, попавшего внутрь глаза, Будучи вторичнымисточником энергии излучения, этаточка, обладающая высокой светимостьюи малыми размерами, создает болееинтенсивный обратный поток из глаза,чем при известном способе, а следо" 20вательно, более яркое "свечение"зрачка. С другой стороны, хрусталикглаза строит в плоскости аккомодацииизображение этой точки, имеющее размеры источника на экране, т.е, малые,2поскольку источник квазиточечный.Это позволяет настолько уменьшитьвходной зрачок приемной оптики, распо.ложенной в плоскости аккомодации, чтофон:кожа, склера и прочее не будет )оизображен на входе Фотоприемника.Таким образом, применение квазиточеч"ного источника ИК излучения с рас"ходящимся пучком, расположенного вопределенной точке экрана, обеспеци- звает возможность непосредственногоизмерения координат точек фиксациивзгляда на объекте; повышение отношения сигнал-шум при сканированииизображения зрацка, а следовательно, 4 вточности измерения; повышение отношения сигнал-фон, а следовательно,помехоустойчивости измерения,Предложенный способ обеспечиваетизмерение координат точек взгляда 72ес точностью 2-2,5 мм на экране размерами 300 х 200 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 глазоператора, состоящий в облученииглаза инфракрасным (ИК)потоком, формировании изображений "светящегося",зрачка и роговичного рефлекса навходе оптикоэлектронного преобразователя и в автоматическом измерениипроекций отрезка между центрамиизображений зрачка и рефлекса, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью получения информации непосредственно о координатах точек фиксации взгляда на неподвижном объектенаблюдения и повышения точности измерения путем увеличения отношенийсигнал-шум и сигнал-фон при сканиро"вании изображения глаза, облучениеглаза инфракрасным потоком осуществляют пучком, расходящимся из квази"точечной области, оптически совмещенной с плоскостью аккомодации глаза и фиксированной относительнообъекта наблюдения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США й 3804496,кл. А 61 В 3/1 О, 197"2, Патент США У 3724932,кл. А 61 В 3/10, 1973.ееааа ул. Проектная Тираж 714 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раувска Ю