CN105078481B - 一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法，其包括：向测试人员产生刺激信息；收集测试人员响应于所述刺激信息而发出的包括反馈动作和时间的反馈信息，所述反馈动作至少包括作为第一反馈动作的鼠标动作和作为第二反馈动作的眼球动作；利用CPU底层计数器对第一反馈时间和第二反馈时间进行精确到纳秒位的记录，并且根据第二反馈时间对第一反馈时间进行校准；将反馈信息按照反馈动作的类型进行统计和分类存储，并且将所述反馈信息与预先存储的标准数据进行映射匹配以分析测试人员的反应速度。本发明的反馈数据采集与统计分析方法具有测试精度高，准确度好的优点，尤其适用于认知能力和潜能测试中对于反应能力的测量与评价。

Description

一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，尤其涉及一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法。

背景技术

认知能力(cognitive ability)是指人脑加工、储存和提取信息的能力，即人们对事物的构成、性能与他物的关系、发展的动力、发展方向以及基本规律的把握能力。它是人们成功的完成活动最重要的心理条件。

认知能力评估中则把认知界定为第一种涵义，认知是通过动作和语言活动及行为来表现。认知具有以下特点：遗传和环境相互作用的结果、具有关键期、成熟和学习的结果、自然认知和社会认知同步发展。例如对儿童认知能力的评估，不仅要了解其认知发展是否处于正常的发展顺序，而且要了解其认知能力的品质是否达到了应有的水平。认知领域包含大量与智力相关的能力和技能，它们与注意力、辨别力、模仿、空间关系、时间关系、因果关系、推理、分类、排序、序列和问题解决有关。

反应速度是测量认知能力的重要指标，但是在现有的测试技术中，反应速度的测试精度和准确度都难以满足认知能力的测试要求。目前常用的测试方法主要有两种，一是利用控制电路来测量测试人员进行按钮开关的时间来进行反应速度的测试。这种方案测量误差较大，并且需要重新设计或者购买相应的测试仪。另一个常用方法为利用Windows平台上的timeGetTime多媒体计时器，但是其只能提供毫秒级的计时，并且对反应准确性的测试精度得不到保证。现有的测试系统直接采用编程语言的技术函数，其只能记录到毫秒，这样的测试精度不能满足在认知能力评估中对于反应速度的测量要求。例如，如果用毫秒为单位，测试出来“反应快的人”有1万个。如果用纳秒为单位，测试出来是“反应最快的人”有1千个，“反应较快的人”有9千个。进一步地，纳秒级的测试精度会不可避免地带来大的数字浮动范围，如何在保证纳秒级精度的同时提高测试的准确性，这也是亟待解决的技术问题。

例如，中国专利CN 103371834A公开了一种人体反应速度测试系统，其用于测量人体生理反应速度。该系统包括计算机、设置在计算机内的PCI总线、PCI接口卡和测试终端。该技术方案利用PCI总线进行通信以及CPU进行处理，能够实现毫秒级的测量，但是并不能满足认知能力测试中对反应速度的精度要求，同时也没有解决如何提高测量的准确性。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法，其包括：

向测试人员产生刺激信息；

收集测试人员响应于所述刺激信息而发出的包括反馈动作和时间的反馈信息，所述反馈动作至少包括作为第一反馈动作的鼠标动作和作为第二反馈动作的眼球动作；

利用CPU底层计数器对第一反馈时间和第二反馈时间进行精确到纳秒位的记录，并且根据第二反馈时间对第一反馈时间进行校准；

将反馈信息按照反馈动作的类型进行统计和分类存储，并且将所述反馈信息与预先存储的标准数据进行映射匹配以分析测试人员的反应速度。

根据一个优选实施方式，所述刺激信息按照时间间隔随机分布的方式产生，并且所述时间间隔为1至3秒，所述刺激信息产生的次数至少为10次。

根据一个优选实施方式，所述刺激信息为图像，并且所述图像随机分布在屏幕的标记点位置上，所述标记点位置在屏幕的水平方向或竖直方向均匀间隔。

根据一个优选实施方式，测试人员响应于所述刺激信息而点击鼠标左键或右键，信息处理装置利用CPU底层计数器对第一反馈时间进行记录并且根据图像内容和鼠标点击类型判断反应是否准确。所述第一反馈时间为测试人员点击鼠标的时间数据。

根据一个优选实施方式，眼动装置记录测试人员的眼动轨迹、注视点停留时间和反应时间并将其作为眼动初始数据进行存储，所述信息处理装置根据所述刺激信息和眼动初始数据分析提取并记录第二反馈时间。所述第二反馈时间为测试人员眼球动作的时间数据。

根据一个优选实施方式，所述信息处理装置根据第二反馈时间确定时间阈值，并且筛选出在对应的时间阈值范围内的第一反馈时间数据，从而对第一反馈时间进行校准。

根据一个优选实施方式，所述信息处理装置根据刺激信息的产生时间间隔分别对第二反馈时间和第一反馈时间进行加权求均值，并且将得到的眼动时间数据和手动时间数据按照与反馈动作类型相关的方式进行存储。

根据一个优选实施方式，所述信息处理装置建立并更新包含测试人员信息、眼动时间数据和手动时间数据的第一映射表以及包含标准时间数据和反应评价数据的第二映射表。

根据一个优选实施方式，在测试完成后和/或收到查询测试结果的请求后，所述信息处理装置将第一映射表与第二映射表进行映射匹配从而得出测试人员的反应速度数据。

根据一个优选实施方式，所述刺激信息中插入有测谎信息，当测试人员的反馈信息与测谎信息不符后，通过显示装置提示测试人员重新开始测试。

本发明具有以下优点：

本发明的纳秒级反馈数据采集与统计分析方法利用CPU底层计数器对反应速度进行测量，精确到了纳秒级。通过与眼动指标对应的第二反馈时间对与手动操作对应的第一反馈时间进行校准，提高了反应速度测试的准确性。采取映射表匹配的方式，将测试所得的时间数据与经过大量测试得出的标准时间数据和反应评价数据进行精确匹配，使得测试结果的评价精确度更高并且更贴近现实情况。刺激信息的发出方式合理，并且刺激信息中插入有测谎信息，从而提高了测试结果的可靠性。

附图说明

图1是本发明的数据采集和统计分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

如图1所示，本发明的纳秒级反馈数据采集与统计分析方法包括以下步骤：

S100：刺激信息产生装置向测试人员产生刺激信息；

S200：反馈信息收集装置收集测试人员响应于所述刺激信息而发出的包括反馈动作和时间的反馈信息。所述反馈动作至少包括作为第一反馈动作的鼠标动作和作为第二反馈动作的眼球动作；

S300：信息处理装置利用CPU底层计数器对第一反馈时间和第二反馈时间进行精确到纳秒位的记录，并且根据第二反馈时间对第一反馈时间进行校准；

S400：信息处理装置将反馈信息按照反馈动作的类型进行统计和分类存储，并且将所述反馈信息与预先存储的标准数据进行映射匹配以分析测试人员的反应速度。

刺激信息产生装置为显示器，其用于向测试人员呈现视觉刺激信息。前述刺激信息为特定的符号或者图案，以便于测试人员根据视觉刺激信息进行相应地动作。可选地，显示器的处理装置连接有对讲耳机，其用于指导测试人员如何完成操作以及呈现听觉刺激信息，以便于测试人员做出相应地反应。

刺激信息按照时间间隔随机分布的方式产生，并且所述时间间隔为1至3秒。刺激信息为图像，其随机分布在屏幕的标记点位置上。所述标记点位置在屏幕的水平方向或竖直方向均匀间隔。例如，刺激信息为向左的箭头和向右的箭头。前述箭头图像的产生时间间隔为1秒、1.5秒或者2秒，其产生时间随机分布。箭头图像产生于屏幕中的标记点位置上，标记点位置为水平方向上均匀间隔的8个位置。或者，刺激信息为向上的箭头和向下的箭头。向上的箭头图像的产生时间间隔为1秒、1.5秒或者2秒，其产生时间随机分布。箭头图像产生于屏幕中的标记点位置上，标记点位置为竖直方向上均匀间隔的8个位置。在测试时，刺激信息，即箭头图像的产生次数至少为10次，优选为40至50次。通过多次随机地测量，便于后续的数据筛选，以提高测量结果的准确性。

反馈信息收集装置可以为鼠标、键盘、视觉跟踪器和眼动仪，其用于收集测试人员响应于刺激信息而发出的反馈信息。反馈信息包括反馈动作和时间数据。例如，测试人员在观察到向左或向右的箭头时，立即点击鼠标左键或右键。计算机对鼠标动作进行识别并且记录其操作的时间数据。可选地，测试人员也可以利用键盘上的左右移动键来进行相应的反馈动作。前述刺激信息还可以为大小不同的几何图形，测试人员观察到几何图形的形状相同时就按左键，形状不同时按右键。

根据一个优选实施方式，前述反馈动作包括鼠标动作和眼球动作。鼠标动作为第一反馈动作，眼球动作为第二反馈动作。眼球动作通过视觉跟踪器和眼动仪进行监测和信息收集。由于眼球动作是人在观察视觉刺激信息过程中立即发出的，相对于手动操作更加快捷，因此对于眼动指标的采集更符合高测量精度的要求。

根据一个优选实施方式，信息处理装置利用CPU底层计数器对第一反馈时间进行记录并且根据图像内容和鼠标点击类型判断反应是否准确。信息处理装置为计算机、服务器或者其它具有计算功能的设备。第一反馈时间为测试人员点击鼠标的时间数据。具体的，利用RDTSC指令获得CPU的高精度时间戳，其具有纳秒级的精度。这种方法具有函数调用小的优点，同时得到的数据具有和CPU主频相对应的直接关系。

眼动装置记录测试人员的眼动轨迹、注视点停留时间和反应时间并将其作为眼动初始数据进行存储。所述信息处理装置根据所述刺激信息和眼动初始数据分析提取并记录第二反馈时间。第二反馈时间为测试人员眼球动作的反应时间。

根据一个优选实施方式，信息处理装置根据第二反馈时间确定时间阈值。具体地，人眼动作和手动动作具有一定的函数关系，其通过多次测量并建模得出经验函数模型。信息处理装置结合第二反馈时间和经验函数模型计算得出时间阈值。进一步地，信息处理装置筛选出在对应的时间阈值范围内的第一反馈时间数据，从而对第一反馈时间进行校准。这样就滤除了波动范围过大的第一反馈时间数据，从而提高了测量结果的准确性。

所述信息处理装置根据刺激信息的产生时间间隔分别对第二反馈时间和第一反馈时间进行加权求均值，从而得到眼动时间数据和手动时间数据。由于刺激信息的产生时间间隔是随机的，其对测试结果具有显著的影响。为了使测试结果具有横向的可比性，因此信息处理装置根据刺激信息的时间间隔分别对每次测试的第一反馈时间和第一反馈时间赋予相应的权重。

信息处理装置将得到的眼动时间数据和手动时间数据按照与反馈动作类型相关的方式进行存储。所述信息处理装置建立并更新包含测试人员信息、眼动时间数据和手动时间数据的第一映射表以及包含标准时间数据和反应评价数据的第二映射表。第二映射表中的标准时间数据和反应评价数据是通过大样本测试而得到的。其中反应评价至少包含五个等级。

可选地，第一映射表和第二映射表是预先建立的，在测试人员完成测试后自动进行更新。在测试完成后和/或收到查询测试结果的请求后，所述信息处理装置将第一映射表与第二映射表进行映射匹配从而得出测试人员的反应速度数据。反应速度数据包括测试人员的眼动反应时间、手动反应时间、平均反应时间和反应评价数据。

根据一个优选实施方式，刺激信息中还插入有测谎信息，测谎信息用于监测测试人员是否处于正常的答题状态。例如，在视觉刺激信息的呈现间隔时间中插入听觉刺激信息，使得测试人员进行相应地操作。当测试人员的反馈信息与测谎信息不符后，通过显示装置提示测试人员重新开始测试。通过插入测谎信息确保了答题人处于正常的答题状态，减小了人为不良因素对答题结果的影响，从而提高了测试的可靠性。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法，其特征在于，包括：

向测试人员产生刺激信息；

收集测试人员响应于所述刺激信息而发出的包括反馈动作和时间的反馈信息，所述反馈动作至少包括作为第一反馈动作的鼠标动作和作为第二反馈动作的眼球动作；

利用CPU底层计数器对第一反馈时间和第二反馈时间进行精确到纳秒位的记录，并且根据第二反馈时间对第一反馈时间进行校准；其中，所述第一反馈时间为测试人员点击鼠标的时间数据；所述第二反馈时间为测试人员眼球动作的反应时间；

将反馈信息按照反馈动作的类型进行统计和分类存储，并且将所述反馈信息与预先存储的标准数据进行映射匹配以分析测试人员的反应速度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刺激信息按照时间间隔随机分布的方式产生，并且所述时间间隔为1至3秒，所述刺激信息产生的次数至少为10次。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刺激信息为图像，并且所述图像随机分布在屏幕的标记点位置上，所述标记点位置在屏幕的水平方向或竖直方向均匀间隔。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测试人员响应于所述刺激信息而点击鼠标左键或右键，信息处理装置利用CPU底层计数器对第一反馈时间进行记录并且根据图像内容和鼠标点击类型判断反应是否准确。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，眼动装置记录测试人员的眼动轨迹、注视点停留时间和反应时间并将其作为眼动初始数据进行存储，所述信息处理装置根据所述刺激信息和眼动初始数据分析提取并记录第二反馈时间。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信息处理装置根据第二反馈时间确定时间阈值，并且筛选出在对应的时间阈值范围内的第一反馈时间数据，从而对第一反馈时间进行校准。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信息处理装置根据刺激信息的产生时间间隔分别对第二反馈时间和第一反馈时间进行加权求均值，并且将得到的眼动时间数据和手动时间数据按照与反馈动作类型相关的方式进行存储。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信息处理装置建立并更新包含测试人员信息、眼动时间数据和手动时间数据的第一映射表以及包含标准时间数据和反应评价数据的第二映射表。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在测试完成后和/或收到查询测试结果的请求后，所述信息处理装置将第一映射表与第二映射表进行映射匹配从而得出测试人员的反应速度数据。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述刺激信息中插入有测谎信息，当测试人员的反馈信息与测谎信息不符后，通过显示装置提示测试人员重新开始测试。