Устройство для регистрации направления взора

(504 А 61 В 3/10 5/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(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 В 967468, кл. А 6 1 В 3/ 10.ЕуеМаг 1 с Кесогйег Мойе 1 5. Проспект фирмы "НАС" (Япония).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НАПРАВЛЕНИЯ ВЗОРА, содержащеерегистратор движений глаз и соединенный с видеомагнитофоном телемонитор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью сокращения времени определения пространственных координат точек фиксации взора, введены последовательно соединенные ЯО 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.т12Изобретение относится к инженерной психологии, касается технических средств для регистрации и анализа зрительной деятельности человека и может быть использовано при решении эргономических проблем, а 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 информа" ции. Третий выход телемонитора 7 подключен к ключу 10, последовательносоединенному 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 которогосоединен с входом блока 16 формирования видеосигнала Фигуры.Второй видеомагнитофон 17 подключен к последовательно соединеннымпятому 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 верти 15656кальном направлениях, а также углу ее поворотаВ 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, двухмодуляторов 24 и 25 видеосигнала,10последовательно 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. Выходждущего мультивибратора 2 1 соединенс входами схем И 31 и 34, а такжес вторым входом модулятора 25, Цифровой компаратор 30, схема И 34,схема ИЛИ 36 и модулятор 24 соединены последовательно, Цифровойкомаратор 29, второй вход схемыИ 33, схема ИЛИ 35 и второй входмодулятора 24 соединены госледовательно. Счетчик 27 числа элементовстрок соединен с вторым входом схемы И 31, выход которой подключенк второму входу схемы ИЛИ Зб. Второй вход схемы ИЛИ 35 подключенк выходу схемь 1 И 32, а выход моду 35лятора 25 - к третьему входу модулятора 24,Блок 11 дешифрации (Фиг.З) состоит из последовательно соединенныхтрех ждущих мультивибраторов 37-39,40ключа 40, порогового элемента 41,триггера 42, схемы И 43 и регистра44, последовательно соединенныхключа 45, порогового элемента 46,триггера 47, схемы И 48 и регистра4549, а также счетчика 50 строк. Второй выход ждущего мультивибратора37 подключен к входу ключа 45. Выходы счетчика 50 строк соединеныс входами схем И 43 и 48.4 ОРабота устройства состоит изэтапа регистрации данных о зрительной деятельности и этапа апостериорной обработки зарегистрированныхданных. На первом этапе формируетсяи записывается на видеоленту сигнал, который содержит основную инФормацию изображения участка полязрения, маркера и цифр текущего5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 з 12времени и дополнительную информациюо виде кодов координат маркера нателевизионном 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 видео.сигнал основного изображения и кодыуглов поворота глаза по горизонтали и вертикали (Х гк и Угл ). Блок5 формирует зоны в правой и левойчастях телевизионного растра, которые представляют собой участки растра по 107. каждая от длины строки, вкоторых амплитуды видеосигналамаксимальна (белый фон). На первойстроке растра в обеих зонах блок 5формирует видеосигнал с. амплитудой,равной нулю (темная строка), и этистроки служат в качестве реперов.В левой, например, зоне блок 5отсчитывает от реперной строки число строк, равное коду горизонтальной составляющей кодов углов поворота глаза Х и на строке (кодовой) с номером, равным коду Х глпроизводит модуляцию амплитуды видеосигнала в данной зоне до нуля, т.е.образуется темный участок строкиТот же блок производит модуляцию вправой зоне кодовой строки с маркером, равным коду вертикальной составляющей У.Изображение участка передней панели с зонами, маркером точки фиксации взгляда и цифрами текущеговремени записывается в процессеэксперимента на первый видеомагнитофон 8. На мультивибратор 21 поступают синхроимпульсы строк телемонитора 7, и этот мультивибратор создаетимпульс длительностью 5 мкс, т.е.107 от длительности всей строки,и задним фронтом импульса запускаетмультивибратор 22, формирующий импульс длительностью 40 мкс, Затемзапускается мультивибратор 23, длительность выходного импульса которого 5 мкс. На вход модулятора 25подается видеосигнал регистратора 1,и в отсутствие импульсов от мультивибраторов 21 и 23 модулятор пропускает сигнал без изменений, т.е. навремя 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 домаксимума, создавая тем самым белыйфон 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 (Х гл,). 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 влевой зоне на время первой строкии строки, номер которой равен кодуХ ги Модулятор. 24 запирается, ив левой зоне на указанных строкахформируются темные участки (реперная и кодовая строки). Аналогичноформируются реперная и кодовая строки в правой зоне при помощи счетчика 28 строк, цифрового компаратора 30, схем И 32 и 33 и схемыИЛИ 35, при этом число строк междуреперной 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 истиннъ 1 х координат точек взгляда на объекте наблюдения, 1215656На 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, записанное в ходе эксперимента.Экспериментатор 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 Усриг ) 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, Эти 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 приборапо вертикали, горизонтали и его наклоны на экране. Если масштаб изображения прибора изменяется, то экспериментатор останавливает лентопротяжный механизм второго 5 0 15 2 О.25 ЗО 35 40 45 50 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.В 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 выделяет. ся 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 УглЭти 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 Хг УЧг и углу поворота головы во фронтальной плоскости У, номеру или названию отслеживаемого прибора, а также по величинам Хл и Угл в вычислительном блоке 12 рассчитыва" ются истинные координаты точек фиксации взгляда человека на объекте наблюдения. Расчет горизонтальной координаты Х,) точки фиксации взгляда в вычислительном блоке 12 осуществляется по формуле1215656 где 1 О 15 20 К(х+ й у(о+ 8) -о ямб+т.соз 6Х срСО 5 (ы Ф 8) где о( - угол поворота головы относительно вертикальной оси,6 - горизонтальная проекция углаповорота глаза1 ч - положение глаза относительно вертикальной оси вращенияголовы соответственно в сагитальной и фронтальнойплоскостях,- расстояние от головы человека до объекта наблюдения.Величины Й, д и ъ вводятся в вычислительный блок перед началом обработки видеозаписи, Углы Р и о( определяются из соотнощенийЬ 8 = Ь Х, со 8 У + Ь У эиз Р;- фокусное расстояние объектива регистратора 1 направления взгляда;Э - расстояние от вертикальнойоси вращения головы человекадо центра объектива; 1 - угол поворота головы вофронтальной плоскости, Х - величина, пропорциональная(с коэффициентом пропорциональности, известнья дляданной телевизионной системы) положению изображения (Х. ) во фронтальнойплоскости, в которой расположен приемный чувствительный элемент видеокамеры;1 - расстояние от головы человека до объекта наблюдения. налогичным образом рассчитывают1215656 ВНИИПИ Заказ 921/2 Тираз 659 Лодпис тент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Филиал ПП От 4 Ае Фиг. Л