CN107252301B - 一种微光环境下视觉检测训练仪 - Google Patents

一种微光环境下视觉检测训练仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微光环境下视觉检测训练仪，包括黑色箱体(1)、黑色立柱(2)、PLC触摸屏(3)、变压器(4)以及电源(5)，所述黑色箱体(1)顶面正中为红色棋盘格(6)，背面或侧面装有黑色航空插座(7)并引出连接线分别与PLC触摸屏(3)和变压器(4)相连，所述黑色立柱(2)的前侧面上有一组点光源(8)，底部引出一条可与黑色航空插座(7)相接的黑色航空插线(9)，所述变压器(4)由电源(5)供电。本发明用于检测飞行人员判断物体相对位置关系的能力，并通过训练提高其判断物体相对位置和相对距离的能力，以提高飞行人员微光环境下立体视觉和夜间飞行的安全性。

Description

一种微光环境下视觉检测训练仪
技术领域
本发明涉及飞行员夜间视觉生理训练装置领域，特别涉及一种微光环境下视觉检测训练仪。
背景技术
夜间飞行训练是部队战斗力生成的重要手段，夜间视觉越来越受到航空医学工作者的关注，随着环境照度的降低，周围参照物变得模糊不清，飞行员的立体视觉变差，更难于判断空间中的物体相对位置关系以及估计物体之间的相对距离。飞行员执行任务时，快速、准确的判断出物体相对位置、距离能够尽早做出反应，避免事故的发生。而目前尚没有行之有效的检测训练方法，以致于一些飞行员在夜间执行任务时会出现无法判断目标相对位置的现象，甚至出现错觉，这会极大的增加飞行危险。
目前在飞行员夜间视觉生理训练方面存在以下问题：
(1)对于飞行员微光环境下的空间判位、空间判距能力，目前尚没有行之有效的检测训练方法。
(2)Dolman深度觉计不能排除被检者通过感知拉力大小来判断目标的相对位置关系。
(3)目前尚没有仪器能在微光环境下，实物模拟三维空间内的物体位置关系，对飞行员进行空间判位和空间判距能力的训练。
(4)目前尚没有方法让飞行员体验到微光环境下空间内目标的位置关系，进而感受夜视镜、暗适应对目标位置关系的影响。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的夜间视觉生理训练问题，提供一种微光环境下视觉检测训练仪，用于检测飞行人员判断物体相对位置关系的能力，并通过训练提高其判断物体相对位置和相对距离的能力，以提高飞行人员微光环境下立体视觉和夜间飞行的安全性。
本发明的技术方案是：一种微光环境下视觉检测训练仪，包括：黑色箱体、多个黑色立柱、PLC触摸屏、变压器以及电源；所述黑色箱体顶面正中设有横纵线为红色的红色棋盘格，所述红色棋盘格设有位于黑色箱体顶面所在平面内的坐标刻度，黑色箱体的背面或侧面设有黑色航空插座，黑色航空插座引出连接线分别与PLC触摸屏和变压器相连；所述黑色立柱的侧面上设有一组沿其纵向排列的点光源，每个点光源所在位置设有纵向坐标值；黑色立柱底部引出一条用于连接黑色航空插座的黑色航空插线；所述变压器与电源电连接，并由电源供电；所述PLC触摸屏通过黑色航空插线与每个点光源电连接，用于控制每组点光源上的各个点光源的亮灭及亮度调整。
较佳地，所述黑色箱体为长方体，黑色箱体的底部为50cm*50cm的正方形，黑色箱体的高为60cm；黑色箱体的正面设有可以打开的拉门；所述黑色立柱的数量为多个，所述红色棋盘格为40cm*40cm的正方形，其横纵线交叉点上均开设有一个用于稳妥插接黑色立柱的插孔，使黑色立柱能够稳妥立于黑色箱体顶板上；所述红色棋盘格的相邻两条横线或纵线的间距为1cm，红色棋盘格的四个边上的横、纵线上分别标有长度刻度。
较佳地，所述黑色立柱的长度为20cm，其横截面为2cm*2cm的正方形，底部设有用于稳妥插入红色棋盘格的横纵线交叉点上的插孔中的2cm长的插接头。
较佳地，所述PLC触摸屏为触摸屏式可编程逻辑控制器，用于控制点光源的亮灭及亮度，实现黑色立柱上的任意一个点光源亮灭及其亮度调节。
较佳地，所述点光源为圆形，其直径为0.3cm，当黑色立柱立于红色棋盘格上时，使其位于黑色立柱的前侧面，所述点光源的亮度调整范围从10-1cd/m2至10-4cd/m2；每个黑色立柱上的点光源的数量共10个，沿黑色立柱纵向排成一条垂直于红色棋盘格平面的直线，相邻2点光源间隔为1cm，从最下面的点光源开始由下至上对应标有刻度数值1～10cm。
本发明的有益效果：本发明实施例中，提供一种微光环境下视觉检测训练仪，是以回答目标相对位置关系的正确与否代替传统的手动拉绳方式，避免被检者通过感知拉力大小来对判断目标的相对位置关系。而且在前后位置关系的基础上加入上下、左右的位置关系，来模拟三维空间内的物体位置关系，并可以对直线距离进行计算，以此对飞行员进行空间判位和空间判距能力的训练。本发明提供了一种能够针对夜间飞行的立体视觉检测训练仪器；其以回答位置关系的正确与否作为评价标准；模拟三维空间内的物体位置关系，对飞行员进行空间判位和空间判距能力的训练；通过不同亮度的点光源，使飞行员体验到微光环境下三维空间内目标的位置关系。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：1.黑色箱体，2.黑色立柱，3.PLC触摸屏，4.变压器，5.电源，6.红色棋盘格，7.黑色航空插座，8.点光源，9.黑色航空插线，10.拉门。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种微光环境下视觉检测训练仪，包括：黑色箱体1、多个黑色立柱2、PLC触摸屏3、变压器4以及电源5；所述黑色箱体1顶面正中设有横纵线为红色的红色棋盘格6，所述红色棋盘格6设有位于黑色箱体1顶面所在平面内的坐标刻度(xy平面内坐标刻度)，黑色箱体1的背面或侧面设有黑色航空插座7，黑色航空插座7引出连接线分别与PLC触摸屏3和变压器4相连；所述黑色立柱2的侧面上设有一组沿其纵向排列的点光源8，每个点光源8所在位置设有纵向坐标值(z轴坐标值)；黑色立柱2底部引出一条用于连接黑色航空插座7的黑色航空插线9；所述变压器4与电源5连接，并由电源5供电；所述PLC触摸屏3通过黑色航空插线9与每个点光源8电连接，用于控制每组点光源8上的各个点光源8的亮灭及亮度调整。
进一步地，所述黑色箱体1为长方体，黑色箱体1的底部为50cm*50cm的正方形，黑色箱体1的高为60cm；黑色箱体1的正面设有可以打开的拉门10，用以存放仪器及其配件；所述黑色立柱2的数量为多个，所述红色棋盘格6为40cm*40cm的正方形，其横纵线交叉点上均开设有一个用于稳妥插接黑色立柱2的插孔，使黑色立柱2能够稳妥立于黑色箱体1顶板上；所述红色棋盘格6的相邻两条横线或纵线的间距为1cm，红色棋盘格6的四个边上的横、纵线上分别标有长度刻度(横线由一端至另一端标有1～40cm的长度，纵线由一端至另一端也标有1～40cm的长度，以读取点光源的x轴和y轴坐标)。
进一步地，所述黑色立柱2的长度为20cm，其横截面为2cm*2cm的正方形，底部设有用于稳妥插入红色棋盘格6的横纵线交叉点上的插孔中的2cm长的插接头，从而使黑色立柱2立于黑色箱体1顶面上。
进一步地，所述PLC触摸屏3为触摸屏式可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)，与黑色箱体1相连，用于控制点光源8的亮灭及亮度，实现黑色立柱2上的任意一个点光源8亮灭及其亮度调节，而多个黑色立柱2上点光源的开关、开启的位置及亮度相互不干扰。PLC触摸屏3可以是PLC控制器与触摸设置屏的电连接器件，以用于实现上述控制目的。
进一步地，所述点光源8为圆形，其直径为0.3cm，当黑色立柱2立于红色棋盘格6上时，使其位于黑色立柱2的前侧面，所述点光源8的亮度调整范围从10-1cd/m2至10-4cd/m2；每个黑色立柱2上的点光源8的数量共10个，沿黑色立柱2纵向排成一条垂直于红色棋盘格6平面的直线，相邻2点光源间隔为1cm，从最下面的点光源8开始由下至上对应标有刻度数值1～10cm(用以读取点光源的z轴坐标)。所述黑色航空插线9由黑色立柱2底部引出，能够与黑色航空插座7相接，连通点光源8和PLC触摸屏3，使PLC触摸屏3成为仪器的控制部件控制点光源8的开关及亮度。
本发明的工作原理：
本发明可以实现检测微光环境下的深径觉及空间判位和判距能力的训练。方法是在一定范围内设置三维空间内亮度可调的点光源，以参考点A(x0，y0，z0)为例。
点光源8三维坐标的读取由红色棋盘格6和黑色立柱2上的刻度实现。点光源8的横纵位置(x轴、y轴坐标)在红色棋盘格6上读取，通过选择黑色立柱2和红色棋盘格6的插入位置来控制点光源8的横纵位置(x轴、y轴坐标)；点光源8的高度位置(z轴坐标)从黑色立柱2上读取，将相应黑色航空插线9插入黑色航空插座7，通过的PLC触摸屏3控制点光源8的高度位置(z轴坐标)和光源亮度。
使用时，在暗室条件下，受试距该仪器6米，平视黑色立柱2。
测量深径觉时(参见下面的使用步骤一)，以判断同样亮度、高度和横向位置不变的两个点光源的相对前后位置作为评价方法，以两个点光源的前后距离(y轴方向距离)来进行定量。两个点光源中，其一为参考点A(x0，y0，z0)，测试时固定不动，另一个为测量点B(x1，y1，z1)，操作者随机放置于参考点之前或之后，测量点距参考点的纵向距离不断加大(x1和x0不等不变，z1和z0相等不变，改变y1)，直至受试恰好能够准确分辨出测量点的相对前后位置(y1相对y0的位置关系)，此时两点的纵向距离(y1和y0差的绝对值)即为该亮度下的深径觉阈值。
训练空间判位能力时(参见下面的使用步骤二)，在参考点A(x0，y0，z0)前后的一定纵向距离(y轴坐标)范围内，操作者设置多个亮度、高度和横向位置随机的测量点(即亮度、z轴坐标和x轴坐标随机)，确保点光源之间在纵向上不互相遮挡(y轴坐标不相同)，令受试回答每个测量点是在参考点A(x0，y0，z0)之前还是之后，然后将正确的位置关系告知受试者，以直接反馈法进行训练。
训练空间判距能力时(参见下面的使用步骤三)，在参考点A(x0，y0，z0)一侧的一定纵向距离(y轴坐标)范围内，操作者设置多个亮度、高度和横向位置随机的测量点(即亮度、z轴坐标和x轴坐标随机)，确保点光源之间在纵向上不互相遮挡(y轴坐标不相同)，令受试将这些测量点按与参考点A(x0，y0，z0)的直线距离进行排序，或估计距离，然后将正确的顺序或距离告知受试者，以直接反馈法进行训练。
如图1，点光源8三维坐标的读取由红色棋盘格6和黑色立柱2上的刻度实现，两个点光源的直线距离可以通过横向距离、纵向距离以及高度距离进行计算，即直线距离2＝(x1-x0)2+(y1-y0)2+(z1-z0)2。
本发明的使用方法步骤如下：
在暗室条件下，受试距该仪器6米，平视黑色立柱2。
步骤一、检测微光环境下的深径觉。两个点光源中，其一为参考点，测试时固定不动，另一个为测量点，操作者随机放置于参考点之前或之后，测量点距参考点的纵向距离不断加大，直至受试恰好能够准确分辨出测量点的相对前后位置，此时两点的纵向距离即为该亮度下的深径觉阈值。
步骤二、训练微光环境下空间判位能力，在参考点前后的一定纵向距离范围内，操作者设置多个高度、亮度和横向位置随机的测量点，确保点光源之间在纵向上不互相遮挡，令受试回答每个测量点是在参考点前还是后，之后将正确的位置关系告知受试者，以直接反馈法进行训练。
步骤三、训练微光环境下空间判距能力，在参考点一侧的一定纵向距离范围内，操作者设置多个高度、亮度和横向位置随机的测量点，确保点光源之间在纵向上不互相遮挡，令受试将这些测量点按与参考点的直线距离进行排序，或估计距离，之后将正确的顺序或距离告知受试者，以直接反馈法进行训练。
本发明的一个具体使用实施步骤：
一、检测微光环境下的深径觉(以10-4cd/m2为例)
1.在暗室环境下，受试距仪器6m，视线高度与黑色立柱2中点平齐。
2.放置两个黑色立柱a、b在红色棋盘格6上，a距棋盘格纵向中线的距离为15cm，位于所在纵线的中点，将a的黑色航空插线9插入黑色航空插座7中，使用PLC触摸屏3将a中点处的点光源开启，调节亮度为10-4cd/m2。此时该点光源即为参考点A(5，20，5)。
3.将黑色立柱b放置到与黑色立柱a横向相距30cm(a、b距底板纵向中线的距离相等)，纵向(a之前或之后)相距1cm处，将b的黑色航空插线9插入黑色航空插座7中，使用PLC触摸屏3将b中点处的点光源开启，使b亮起的点光源与a的同高，调节亮度与a的同亮。此时该点光源即为测量点B(35，21或19，5)。
4.保持黑色立柱a、b的亮度、高度和横向位置均不变(即亮度、z轴坐标和x轴坐标不变)，嘱受试分辨b相对a是在其前还是其后，若不能辨认，则将纵向距离(y轴坐标之差)加大(从1cm开始，逐渐至2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20cm)，直至受试能准确识别b对a的相对位置关系，此时a、b之间纵向距离(y轴坐标之差)，即为10-4cd/m2下受试的深径觉。
二、训练微光环境下空间判位能力(以参考点10-4cd/m2为例)
1.在暗室环境下，受试距仪器6m，视线高度与黑色立柱2中点平齐。
2.放置黑色立柱a在红色棋盘格6上，将a的黑色航空插线9插入黑色航空插座7中，使用PLC触摸屏3将a中点处的点光源开启，调节亮度为10-4cd/m2，以此为参考点A(x0，y0，5)。
3.在黑色立柱a前后5cm范围内，随机放置多个黑色立柱，且在纵向上不互相遮挡(y轴坐标不相同)，每个立柱上亮起的点光源位置和亮度在一定范围内随机。这些点光源为测量点，其x轴坐标随机，y轴坐标与y0之差的绝对值小于5cm，z轴坐标与在1～10之间。
4.嘱受试指出这些点光源是在参考点前还是后，之后将正确的位置关系告知受试者，以直接反馈法进行训练。
三、训练微光环境下空间判距能力(以参考点10-4cd/m2为例)
1.在暗室环境下，受试距仪器6m，视线高度与黑色立柱2中点平齐。
2.放置黑色立柱a在棋盘格底板上，开启a的接受遥控器控制按钮6，将a的黑色航空插线9插入黑色航空插座7中，使用PLC触摸屏3将a中点处的点光源开启，调节亮度为10-4cd/m2，以此为参考点A(x0，y0，5)。
3.在黑色立柱a一侧，纵向相距25至35cm范围内，放置多个黑色立柱，且在纵向上不互相遮挡(y轴坐标不相同)，每个立柱上亮起的点光源位置和亮度在一定范围内随机。这些点光源为测量点，位于参考点同侧，其x轴坐标随机，y轴坐标与y0之差在25～35之间，z轴坐标与在1～10之间。
4.嘱受试将这些点光源按与参考点的直线距离进行排序，或估计距离，之后将正确的顺序或距离告知受试者，以直接反馈法进行训练。
综上所述，本发明提供了一种微光环境下视觉检测训练仪，是以回答目标相对位置关系的正确与否代替传统的手动拉绳方式，避免被检者通过感知拉力大小来对判断目标的相对位置关系。而且在前后位置关系的基础上加入上下、左右的位置关系，来模拟三维空间内的物体位置关系，并可以对直线距离进行计算，以此对飞行员进行空间判位和空间判距能力的训练。本发明提供了一种能够针对夜间飞行的立体视觉检测训练仪器；其以回答位置关系的正确与否作为评价标准；模拟三维空间内的物体位置关系，对飞行员进行空间判位和空间判距能力的训练；通过不同亮度的点光源，使飞行员体验到微光环境下三维空间内目标的位置关系。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微光环境下视觉检测训练仪，包括变压器(4)以及电源(5)，其特征在于，还包括：黑色箱体(1)、多个黑色立柱(2)、PLC触摸屏(3)；所述黑色箱体(1)顶面正中设有横纵线为红色的红色棋盘格(6)，所述红色棋盘格(6)设有位于黑色箱体(1)顶面所在平面内的坐标刻度，黑色箱体(1)的背面或侧面设有黑色航空插座(7)，黑色航空插座(7)引出连接线分别与PLC触摸屏(3)和变压器(4)相连；所述黑色立柱(2)的侧面上设有一组沿其纵向排列的点光源(8)，每个点光源(8)所在位置设有纵向坐标值；黑色立柱(2)底部引出一条用于连接黑色航空插座(7)的黑色航空插线(9)；所述变压器(4)与电源(5)电连接，并由电源(5)供电；所述PLC触摸屏(3)通过黑色航空插线(9)与每个点光源(8)电连接，用于控制每组点光源(8)上的各个点光源(8)的亮灭及亮度调整。
2.如权利要求1所述的一种微光环境下视觉检测训练仪，其特征在于，所述黑色箱体(1)为长方体，黑色箱体(1)的底部为50cm*50cm的正方形，黑色箱体(1)的高为60cm；黑色箱体(1)的正面设有可以打开的拉门(10)；所述黑色立柱(2)的数量为多个，所述红色棋盘格(6)为40cm*40cm的正方形，其横纵线交叉点上均开设有一个用于稳妥插接黑色立柱(2)的插孔，使黑色立柱(2)能够稳妥立于黑色箱体(1)顶板上；所述红色棋盘格(6)的相邻两条横线或纵线的间距为1cm，红色棋盘格(6)的四个边上的横、纵线上分别标有长度刻度。
3.如权利要求1所述的一种微光环境下视觉检测训练仪，其特征在于，所述黑色立柱(2)的长度为20cm，其横截面为2cm*2cm的正方形，底部设有用于稳妥插入红色棋盘格(6)的横纵线交叉点上的插孔中的2cm长的插接头。
4.如权利要求1所述的一种微光环境下视觉检测训练仪，其特征在于，所述PLC触摸屏(3)为触摸屏式可编程逻辑控制器，用于控制点光源(8)的亮灭及亮度，实现黑色立柱(2)上的任意一个点光源(8)亮灭及其亮度调节。
5.如权利要求1所述的一种微光环境下视觉检测训练仪，其特征在于，所述点光源(8)为圆形，其直径为0.3cm，当黑色立柱(2)立于红色棋盘格(6)上时，使其位于黑色立柱(2)的前侧面，所述点光源(8)的亮度调整范围从10-1cd/m2至10-4cd/m2；每个黑色立柱(2)上的点光源(8)的数量共10个，沿黑色立柱(2)纵向排成一条垂直于红色棋盘格(6)平面的直线，相邻2点光源间隔为1cm，从最下面的点光源(8)开始由下至上对应标有刻度数值1～10cm。
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