Устройство для регистрации движения глаз

 

г УСТРОЙСТВО ДЛЯРЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ, содержащее оптически связанные Осветитель, оптический блок, передающую телевизионную труб ,ку, сигнальный выход которой соединен через узел фиксации видеоимпульсовг , рефлекса и узел формирования ПОИСКОВОЙ развертки с первым входом {Элемента И, а также генератор опорной частоты, подключенный к первым входам первого и второго координатных счетчиков/ соединенных соответственно через первый и второй npeofiразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной ;трубки, первый RS -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены с вторыми и третьими входами первого и второго координатных счетчиков, первый и второй регистры , счетчик узла синхронизации, соединенный через дешифратор нулево1Х состояния с входом триггера координат первый и второй вьвсоды которого соединены с четвертьвли входами первого и втор55гр координатных счетчиков соответственно, кроме, того, первый выход триггера координат через дифференцирующую цепь соединен с первыми входами первого и втррого регистров, а четвертый выход первого координатного -счетчика через элемент И соединен с пятым входом второго координатного счетчика, о тл и-. чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения направления взгляда оператора при смепданиях его головы относительно оптического приемного блока, оно содержит узел фиксации видеоимпульса зpaчкa инвертор, второй и третий RS -триг ,геры, первый и второй реверсивные i счетчики, а счетчик узла синхронизации также выполнен реверсивным, при (Л чем вход узла фиксации видеоимпульса зрачка соединен с входом .узла фиксации видеоимпульсов рефлексов , а первый выход - с 5 второго триггера и через . 11нвертор - с входом R первого триг гера , первый выход которого подключе к суммирующему входу счетчика узла синхронизации и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетсо чиков , суммирующие входы которых подключены к выходу второго тригге4;: ра, а выходы - к первому и второму регистрам соответственно, входы синхронизации обоих реверсивньЬс счетчи00 ков и счетчика узла синхронизации подключены к выходу генератора опорной частоты, выход дешифратора нуле .вого состояния соединен с выходом третьего триггера, выход которого; подключен к вычитающему входу счетчиНа .узла синхронизации, второй выход первого RS -триггера соединен с S -входами третьего триггера и триггера знака.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ам А 61 В 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (53) 615. 47 (088. 8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3296517/28-13 (22) 28.05.81 (46) 07.04.83. Бюл. 9 13 (72) М.И. Шиф и Е.В. Ефимов (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской киберне тики (56) 1 ° I. Herchant OcuKometer for hands-off panting and traking,— Space Aегоnautics . 1968, П, Р 2, р. 92-95.

2. Авторское свидетельство СССР

М 891063, кл. A 61 В 3/00, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ДВИЖЕНИИ ГЛАЗ, содержащее оптически .. связанные осветитель ) оптический блок, передающую телевизионную труб,ку, сигнальный выход которой соединен через узел фиксации видеоимпульсов„ рефлекса и узел Формирования. поисковой развертки с первым входом элемента И, а также генератор опорнОй частоты, подключенный к первым входам первого и второго координатных счетчиков, соединенных соответ.ственно через первый и второй преой. разователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной трубки, первый RS -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены с вторыми и третьими входами первого и второго координатных счетчиков, первый и.второй регистры, счетчик узла синхронизации, соединенный через дешифратор нулевого состояния с входом триггера коор. динат первый и второй выходы кото .рого соединены с четвертыии входами первого и второго координатных счетчиков соответственно, кроме. того, . первый выход триггера координат через дифференцирующую цепь соединен с первыми входами первого и второго

;регистров, а четвертый выход первого координатного счетчика через элемент

И соединен с пятым входом второго координатного счетчика, О т л и-. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

:повышения точности измерения направления взгляда оператора при смещениях его головы относительно оптического приемного блока, оно содержит узел Фиксации видеоимпульса зрачка . инвертор, второй и третий Кб .-триггеры, первый и второй реверсивные счетчики, а счетчик узла синхрониза- Я ции также выполнен реверсивным, причем вход узла Фиксации видеоимпульса зрачка соединен с входом ,узла фиксации видеоимпульсов реф лексов, а первый выход — с вхо дом 5 второго триггера . и через . Я

-йнвертор — с входом Н первого триг,гера, первый выход которого подключе к суммирующему входу счетчика узла синхронизации и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, суммирующие эходы которых подключены к выходу второго триггера, а выходы — к первому и второму регистрам соответственно, входы синхронизации обоих реверсивнь(х счетчи« ков и счетчика узла синхронизации подключены к выходу генератора опорной частоты, выход дешифратора нулевого состояния соединен c выходом третьего триггера, выход которого. подключен к вычитающему входу счетчика.узла.синхронизации, второй выход первого R -триггера соединен с ) -входами третьего триггера и триггера знака.

1009418

Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования зрительной деятельности оператора.

Известно устройство для исследования движений глаз, содержащее осветитель и оптический приемный блок для формирования изображений роговичного рефлекса и зрачка глаза, передающую телевизионную трубку и электронный блок, осуществляющий измерение отрезка между центрами .рефлекса и зрачка (11.

Однако известное устройство не обеспечивает выхода информации в цифровой форме и имеет невысокую точность, что свойственно аналоговым устройствам.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регистрации движений глаз (2J, которое измеряет координаты иэображения роговичного рефлекса и содержит осветитель, оптический приемный блок, передающую телевизион ную трубу с отклоняющей системой, генератор опорной частоты, цифроаналоговый блок развертки с двумя реверсивными координатными счетчика" ми и преобразователями код-ток, блок памяти, видеоблок с узлом фиксации видеоимпульсов роговичного рефлекса и блок управления сканированием с узлом формирования поисковой разверт ки в виде реле времени и с узлом формирования следящей развертки, содержащим первый R5 -триггер, триггер знака, триггер координат и узел синхронизации в виде счетчика с дешифратором.

Известное устройство обеспечивает поиск прогрессивным растром и слежение крестообраэнь1м микрорастром эа положением изображения роговичного рефлекса с запойинанием обеих координат его центра.

Известное устройство характеризуется высокими точностью и быстродействием, но чувствительно к смеще» ниям головы наблюдателя относительно оптического датчика, что приводит

1 к большой величине ошибки, вносимой в результат измерения сдвигами голо» вью и составляющей около 10 градусов на.миллиметр сдвига. Для снижения ,величины этой ошибки фиксацируют голову относительнО датчика, например, посредством индивидуального зубного слепка, нарушая этим естественные условия функционирования оператора.

Это свойства известного устройства связано с существом метода рогдвичного рефлекса, лежащим в его основе, при котором измеряются именно абсолютные значения координат рефлекса на глазе относительно датчика. Ввиду этого устройство не в состоянии различить смещение рефлекса при поворотах глаз а, сост авляющие, к. >: и звестно, 0,1 мм/град., от смещений рефлекса при сдвигах головы оператора.

Цель изобретения - повышение точности измерения направления взгляда оператора при смещениях его головы относительно сптического приемного блока.

Цель достигается тем, что s уст1О ройство для регистрации движений глаз, содержащее оптически связанные осветитель, оптический блок, передающую телевизионную трубку, сигналь. ный выход которого соединен через

15 узел фиксации видеоимпульсов, рефлексов и узел Формирования поисковой развертки — с первым входом элемента И, а также генератор опорной частоты, подключенный к первым входам у первого и второго координатных счетчиков, соединенных соответственно через.первый и второй преобразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной трубки, пер25 вый RS -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены со вторыми и третьими входами первого и второго координатных счетчиков, первый и второй регистры, ЗО счетчик узла синхронизации, соединенный через дешифратор нулевого состояния с входом триггера координат, первый и второй выходы которого .соединены с четвертыми входами первого и второго координатных счетчиков соответственно, кроме того, первый выход триггера координат через дифференцирующую цепь соединен с пер выми входами первого и второго регястров, а четвертый выход первого иО координатного счетчика через элемент

И соединен с пятым входом второго координатного счетчика, дополнительно введены узел фиксации видеоимпульса зрачка, инвертор, второй и третий

45 95-триггеры, первый и второй реверсивные счетчики, а счетчик узла синхронизации также выполнен реверсивным, причем вход узла фиксации видеоимпульса зрачка соединен со

5О входом узла фиксации видеоимпульсов рефлексов, а первый выход — с входом 5 второго триггера и через инвертор — с входом К первого триггера, первый выход которого подключен к суммирующему входу счетчика узла синхронизации и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, суммирующие входы которых подключены к выходу второго триггера, а выходы — к первому и второму регистрам соответственно, входы синхронизации обоих реверсивных счетчиков и счетчика узла синхронизации подключены к выходу генератора опорной частоты, выход дешифратора нулевого

65 состояния соединен с выходом Й треть1009418 его триггера, выход которого подключен к вычитающему входу счетчика узла синхронизации, второй выход первого RS -триггера соединен с $-входами третьего триггера и триггера знака.

На фиг. 1 .дана структурная схема устройства; на фиг.2 - траектория движения сканирующей опертуры; на фиг. 3 — видеосигналы зрачка и рефлекса на выходе передающей трубки. .Устройство для регистрации движений глаз содержит оптически связан-ные осветитель 1, оптический блок 2, передающую телевизионную трубку 3,. сигнальный выход которой послецовательно соединен со входом узла 4 фиксации видеоимпульсов рефлекса, узлом 5 формирования поисковой развертки и первым входом элемента И б, а также. :генератор 7 опорной частоты, подключенный к первым входам первого 8 и второго 9 координатных счетчиков, соединенных соответственно через первый 10 и второй 11 преобразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной труб ки 3, первый R -триггер 12, триггер

13 знака, первый и второй выходы которого соединены со вторыми и третьими входами первого 8 и второго .9 координатных счетчиков, первый 14 и второй 15 регистры, счетчик 16 узла синхронизации, соединенный через дешифратор 17 нулевого состояния с входом триггера 18 координат, первый и второй выходы которого соедииены с четвертыми входами первого

8 и: второго 9 координатных счетчиков соответственно, кроме того, первый выход триггера 18 координат через дифференцирующую цепь 19 соединен с- первыми входами первого 14 и вто.рого 15 регистров, а четвертый выход первого координатного счетчика 8 через элемент И 6 соединен с пятым входом второго координатного счетчика 9,,а также1 узел фиксации видеоимпульса зрачка 20, инвертор 21, вто» рой 22 и третий 23 R5 -триггеры, первый 24 и второй 25 реверсивные счетчики, а счетчик узла синхронизации 16 также выполнен реверсивным, причем вход узла 20 фиксации видео импульса зрачка соединен с входом узла 4 фиксации видеоимпульсов рефлексев, а первый выход - с входом

Ь второго триггера 22 и через инвертор. 21 - с входом К первого триггера

12, первый выход которого подключен к суммирующему входу счетчика узла синхронизации 16 и вычитающим входам первого 24 и второго 25 реверсивных счетчиков, суьикирующие входы которых подключены к выходу второго триггера

22, а выходы — к первому 14 и второму 15 регистрам соответственно,-sxoды синхронизации обоих реверсивных

Узел 20 фиксации видеоимпульса зрачка (например, пороговая схема) формирует прямоугольный импульс, имеющий ширину видеоимпульса зрачка на заданном пороговом уровне (интервал 1, 1з на фиг.3). Передний фронт видеоимпульса зрачка устанавливает

А5-триггер 22 в единичное состояние.

При этом на входах разрешения пря,мого счета Р + обоих счетчиков 24 и 25 арифметического блока устанаВливается единичный сигнал. Ка входе разрешения счета Р, .единичный сигнал

60 имеет место только у счетчика 24 координаты -Х. Поэтому в счетчике 24 в процессе развертки накапливается число и „, пропорционавьиое отрезку аЬот одного края зрачка до центра

65 )рефлекса. счетчиков 24, 25 и счетчика lб узла синхронизации подключены к выходу генератора 7 опорной частоты, выход дешнфратора 17 нулевого состояния соединен с входом (третьего тригге5 ра 23, вы од которого подключен к вычитающему входу счетчика 16. Узла синхронизации, .второй выход первого

R5-триггера соединен с 5 -входами третьего триггера 23 и триггера 13

10 знака.

Устройство работает следующим образом.

Поток лучистой энергии осветителя 1 (фиг.l), отраженный от роговицы

15 и от етчатки глаза, фокусируется оптическим блоком 2 на входном торце трубки 3 в виде яркого кружка (изображение светящегося зрачка) и световой тОчки на его фоне (иэОбражение,роговичного рефлекса). Так как после включения системы:сканирующая апертура находится в некотором случайном положении, то наиболее вероятно, что видеосигнал от рефлекса отсутствует. Тогда через определенное время срабатывает реле времени узла 5 формирования поисковой развертки, связывая через элемент б оба координатных счетчика 8 и 9 последовательно и, одновременно, передним

W фронтом сбрасывая в нулевое состояние все триггеры, счетчики 24, 25 и регистры 14, 15 (линии сброса на схеме не показаны). При этом оба счетчика обеспечивают через преобра35 зователь код-ток 10 и 11, развертку квадратным поисковым растром всего рабочего поля трубки 3 (фиг.2), где большой круг изображает зрачок гааза, а маленький — роговичный рефлекс, 40 спроектированные на фотоприемник.

При измерении рефлекс всегда должен находиться внутри эрачкового круга, что ограничивает диапазон измеряемых углов поворота глаз в пределах

45. 20-45 в зависимости от диаметра зрачка.

1009418

После того, как в процессе поисковой развертки сканирующая апертура придет на уровень, пересекающий одновременно иэображения зрачка и рефлекса, на выходе трубки 3 формируется видеосигнал, показанный на

Фиг.3. Узел фиксации видеоимпульса рефлекса 4 формирует короткий импульс, совпадающий по времени с вершиной видеоимпульса рефлекса (мо:мент (1 на Фиг.3), который устанавливает в исходное состояние узел 5 формирования поисковой развертки, разъединяя координатные счетчики H прекращая режим поиска.

Кроме того, видеоимпульс рефлекса с выхода узла фиксации.4 сбрасывает

g5-триггер 22 и взводит 85 -триггер

12. Тем самым, во-первых, в реверсивном счетчике 24 начинается обрат" ный счет числа Nxq с одновременным вычитанием его из ранее зафиксированного числа Ngq,, а во-вторых, начинается прямой счет в счетчике 16 числа N gg шагов развертки между центром рефлекса и другим краем зрачка (отрезок вс). В момент окон-, чания видеоимпульса зрачка его задним Фронтом (через инвертор 21) сбрасывается триггер 12, прекращая счет в арифметическом блоке, а также устанавливаются в единичное состояние R5 -триггер 23 и триггер 13 знака, запирая узлы 4 и 20 по выходу.

При этом одновременно начинаются обратное движение сканирующей аггертуры и обратный счет в счетчике 16.

Когда число в счетчике 16 умэньшится до О, что соответствует возврату апертуры до совпадения ее центра с центром. рефлекса (точка в на Фиг.2) сигнал с выхода деши)))ратора 17 нуле,вого состояния переключает триггер кОординат 18. Теперь возвратное ,движение апертуры осуществляется по координате У до тех пор, пока на вт " ром выходе (незапертом) узла 20 Фик-, сации видеоимпульса зрачка не сформируется спадающий фронт видеоимпульса, который возвращает триггер 13 знака в исходное состояние (точка д на фиг.2) открывая узлы 4 и 20.

В результате вновь начинается движение сканирующей апертуры в положительном направлении развертки, но по координате У (по сб в на фиг.2), т.к; счетчик 8 блока развертки за-. пер к:.сигналом триггера 18 координат, а счетчик 9 открыт При этом вновь

Формируется видеоимпульс зрачка, который опять передним Фронтом взводит триггер 22, разрешая этим прямой счет числа Ng в счетчике 25. При прохождении айертурой (по координате

У) изображения рефлекса его видеоимпульс с выхода узла 4 сбрасывает триггер 22 и взводит триггер 12.

Вследствие этого . в счетчике 25 начинается вычитание числа Ng иэ ранее накопленного числа Ир, кроме того, начинается прямой счет числа

М импульсов развертки в счетчике

16. В момент окончания видеоижтульса зрачка (точка к на фиг.2) его задним фронтом (через инвертор 21) сбрасывается триггер 12, прекращая счет в счетчике 25, а также устанавливается в единичное состояние триг10 гер 23 и триггер 13, запирая узлы

4 и 20. Прн этом вновь начинается обратный счет в счетчике 16 и обратное дзижение сканирующей апертуры по координате У (по кв фиг.2). Как 5 и в предыдущем полуцикле, когда число в счетчике .16 уменьшится до О,. сигнал с выхода дешифратора 17 переключает триггер 18 координат, чем создается сигнал на выходе дифферен2О цнрующей цепи 19 для перезаписи чисел из счетчиков 24 и 25 в регистры

14 и 15 памяти. Далее обратное дви- жение апертуры уже продолжается по координате Х (по ва на фиг.2) (счет25 чик 8 заперт, счетчик 9 открыт) до тех пор, пока на втором (незапертом) выходе узла 20 фиксации видеоимпульса зрачка не сформируется спадающий фронт видеоимпульса, возвращающий

О триггер 13 знака в исходное состояние (точка а на фиг.2). Этим заканчивается один цикл слежения и измерения, в результате которого в регистрах 14 и 15 зафиксированы коды, пропорциональные углам

З5 поворота глаза по обеим координатам, Далее процесс непрерывно повторяется.

B отличие от базового объекта

40 данное устройство позволяет повысить точность измерения направления взгляда оператора при сдвигах его головы относительно оптического приемного блока и, тем самым, обеспечить

45 воэможность работы оператора без жесткой фиксации его головы, т.е. без нарушения естест,венных условий функционирования .оператора.

Испытания макета предлагаемого устройства показали, что оно обеспечивает допустимые сдвиги головы оператора относительно датчика на

+10 мм. При этом величина угловой ошибки не превыаает 0,05 градуса на

1 мм сдвига головы, т.е. в 200 раэ меньше, чем в известном устройстве.

В известном устройстве подвижность головы относительно датчика ограни6О чивается зубным слепком до 50-100 ьякрон. Следовательно, диапазон смещений головы оператора в предлагаемом устройстве расширился в 100200 раэ беэ потери точности измерения направления взгляда. Диапазон

1009418.смеврзний головы ограничивается опти ческой системой и принципиально моает быть расширен.. Частота обновления ин4юрмации составляет 800»100 Гц.

Угловая среднеквадратичная ошибка преобразования не превышает 4 угл.ьвн.

1009418

4Ьюра& гл ие ,дагУук чэ;/

Составитель Б. Фигурин

Редактор Е. Хейфиц Техред М.Гергель Корректор l0. Макаренко

° l

Заказ 2533/3 Тираи 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по узлам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r . Узгород, ул. Проектная, 4