CN108309327A

CN108309327A - 一种视觉注意分配能力测评与训练方法

Info

Publication number: CN108309327A
Application number: CN201810087704.5A
Authority: CN
Inventors: 杨业兵; 李鸣皋; 徐建中; 赵起超
Original assignee: General Hospital of PLA Navy
Current assignee: General Hospital of PLA Navy
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: CN108309327B

Abstract

本发明涉及一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其步骤：根据作业所需视觉注意分配要求，设置视觉任务；根据视觉任务模式，构建注意分配指标；按照前述步骤的设置，对被试者进行视觉注意指标测评；对被试进行视觉注意训练，强化对编号为I1、I2的视觉区域的注意分配能力；按照前述步骤对被试者进行视觉注意分配训练效果评价。本发明能定量化地对视觉注意分配能力指标进行评价和训练，解决复杂任务作业人员的选拔与训练实际需要。

Description

一种视觉注意分配能力测评与训练方法

技术领域

本发明涉及一种注意分配能力评价与训练领域，特别是关于一种视觉注意分配能力测评与训练方法。

背景技术

注意分配能力是是一种认知能力与行为能力构成的综合能力，是指将注意力指向不同的对象，同时获取不同信息、完成不同任务的能力。在复杂作业岗位中，注意分配能力是影响作业绩效、保障作业安全的重要因素之一。例如，飞行员在飞行过程中需要密切观察多种仪表和指示灯，获取飞行信息，根据这些信息实施飞行操作，特别是战斗机飞行员在舰基起降以及实施高难度飞行动作时，对作业视觉注意分配能力的要求十分突出。此外，在遇到发动机停车的特殊情况时，需要一边检查造成发动机停车的原因，一边注意飞行高度、飞行速度、飞机姿态等，一边向塔台报告飞机状况，一边接收塔台指令，并完成必要操作，还要注意如果发动机在短时间内不能恢复时，需要进行的操作，如迫降、跳伞等一系列问题，对于飞行员视觉注意分配能力提出了非常高的要求。

视觉是人获取信息的主要信息通道，视觉注意分配能力是影响复杂作业效能的最主要因素之一。如果飞行员具有良好的视觉注意分配能力，就能够高效地使用视觉信息，不遗漏至关重要的信息，确保飞行作业的高效，更确保飞机和飞行员的生命财产安全；如果飞行员视觉注意分配能力偏弱，很容易遗漏重要信息，影响飞行作业效能，甚至可能发生机毁人亡的悲剧事故。因此，在飞行员等高难度作业人员的选拔中，视觉注意分配能力是重要的选拔测评依据，在训练过程中，则是重要的训练内容。

公开号为CN 103505223 A的专利文献给出了一种用于测试注意分配能力的实验装置，通过设备给出声音、文字、光等刺激，被试通过操作面板的按钮和麦克风进行规定的操作，根据被试的正确反应次数计算得出注意分配值，评价被试对声音、文字、发光三种刺激的注意能力。这种装置没有对视觉范围进行特意设计，不能测量和评价被试在特定视野范围内的视觉注意分配特征，无法对被试的视觉注意分配进行评价和训练。

公开号为CN 104173063 A的专利文献给出了一种视觉注意的检测方法和系统，通过采集视觉注意过程中各个注视点的时间序列和对应的瞳孔直径序列，根据所述时间序列和瞳孔直径序列的对应关系绘制注意变化曲线，根据预设时间参数和预设瞳孔直径参数将所述注意变化曲线划分为四个注意阶段，进而基于持续时间和瞳孔变化率对每个所述注意阶段进行数值分析，可以实现对视觉注意的各个阶段进行定量计算，能够全面、系统、定量地刻画注意的变化过程。该方法是在被试前方一个小的视觉区域内(视觉点)施加视觉刺激，用于定量刻画对注视点的注意变化过程，不能评估被试在不同视野区域注意分配的特点，不能用于宽视野情况的视觉注意能力的测评与训练。

公开号为CN 103661396 A的专利文献给出了一种机动车驾驶员交互式注意力提高的方法，通过驾驶员在模拟行驶过程中，给出观察环境时能够获得的刺激，驾驶员给出反应，当反应的结果低于预先确定的值，则输出信号影响辅助驾驶功能。该方法主要针对机动车驾驶员注意力特点，仅通过驾驶员的行为反应结果与预先设定值的关系来决定信号输出。该方法不能测评视觉注意在不同区域的特点，也不能进行针对不同区域的注意分配能力进行训练。

由上述可见，现有的注意分配能力测评及训练技术不能满足大视野范围的视觉注意测评和训练的需要，需要解决大视野范围视觉刺激设计、注意指标构建、训练效果评价等问题，从而定量化地对视觉注意分配能力指标进行评价和训练，解决复杂任务作业人员的选拔与训练实际需要。

发明内容

针对现有注意分配能力测评与训练技术的不足与缺点，本发明的目的是提供一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其能定量化地对视觉注意分配能力指标进行评价和训练，解决复杂任务作业人员的选拔与训练实际需要。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据作业所需视觉注意分配要求，设置视觉任务；2)根据视觉任务模式，构建注意分配指标；3)按照步骤1)、步骤2)的设置，对被试者进行视觉注意指标测评；4)对被试进行视觉注意训练，强化对编号为I1、I2的视觉区域的注意分配能力；5)按照步骤3)，对被试者进行视觉注意分配训练效果评价。

进一步，所述步骤1)中，设置过程如下：1.1)根据作业的视觉范围，确定任务视野范围和分布；1.2)根据任务视野范围和分布，设置注意分配测评及训练中的视觉任务呈现界面，呈现界面的显示内容按照预先设定的频率更新；1.3)设置目标刺激，目标刺激由图像和符号构成，目标刺激出现在呈现界面的任一视觉区域内，呈现界面中有一个视觉区域出现目标刺激时为有目标刺激的呈现界面，呈现界面中所有视觉区域都不出现目标刺激时为无目标刺激的呈现界面；1.4)确定呈现界面带有目标刺激时，被试者必须做出反应动作，并采集被试动作信息；1.5)确定呈现界面出现目标刺激的规则；1.6)确定呈现界面出现目标刺激的分布规则。

进一步，所述步骤1.5)中，有目标刺激的呈现界面不连续出现，无目标刺激的呈现界面以均匀分布的随机方式间隔在有目标刺激的呈现界面之间。

进一步，所述步骤1.6)中，有目标刺激的呈现界面出现时，目标刺激以均匀分布的随机方式决定目标刺激出现的视觉区域，各视觉区域出现目标刺激的总数相同。

进一步，所述步骤2)中，构建过程如下：2.1)在测评过程中，采用眼动仪监测被试者在测评中的眼动信息，计算获得被试者在各视觉区域的注视指标P_I，I代表各个不同的视觉区域的编号；2.2)在测评过程中，记录被试者在各视觉区域出现目标刺激时的反应动作信息，计算反应动作指标X_I；2.3)根据注视指标P_I、反应动作指标X_I构建各个视觉区域的注意分配指标S_I，S_I是P_I、X_I两个自变量的函数。

进一步，所述步骤3)中，测评过程如下：3.1)按照步骤1)，出现一系列的呈现界面，同时按照步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成设定数量的测试，计算获得各个视觉区域的注意分配指标S_I；3.2)在注意分配指标S_I中选择与作业要求差异大的两个数值S_I1、S_I2；其中，对于要求视觉注意分配均衡的作业，选择两个最小数值的S_I作为S_I1、S_I2，I1、I2为视觉区域的编号；3.3)在去除S_I1、S_I2的注意分配指标S_I中取最小值，记为Min。

进一步，所述步骤4)中，训练过程如下：4.1)以步骤1)为基础，对呈现界面出现目标刺激的分布规则进行调整：将编号为I1、I2的视觉区域中目标刺激出现的总数加倍，并在I1、I2的视觉区域中出现目标刺激时在目标刺激区域呈现提示框；4.2)按照步骤4.1)的设置，出现一系列的呈现界面，被试者按照任务设置做出反应动作，直至完成设定数量的训练任务。

进一步，所述步骤5)中，评价过程如下：5.1)按照步骤1)，出现一系列的呈现界面，同时按照步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成设定数量的测试，计算获得各个视觉区域的实际注意分配指标S_I′；5.2)在实际注意分配指标S_I′中去除S′_I1、S′_I2的S_I′中取最小值，记为Min′；5.3)5.3)由下公式得出训练评价指标EI：

训练评价指标EI值越大，则表明训练效果越好。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过测评被试的视觉注意分配习惯，确定其视觉注意分配习惯与作业要求之间的差异，从而可提供有针对性的训练视觉注意分配训练内容。2、本发明对视觉注意分配测量时，采用了行为反应数据和眼动数据，测评的可信度更高。3、本发明采用的视觉训练方法，可以矫正被试者视觉注意分配习惯与作业要求之间的差异，有效提升作业效能。4、本发明适合对多种作业人员进行视觉注意分配测评与训练，所需的设备和条件不复杂，经济效益高。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图；

图2为本发明的视觉注意分配指标测评界面示意图；

图3为本发明的视觉注意分配指标测评结果显示示意图；

图4为本发明的被试两次完成任务各区域行为指标秩相关性图；

图5为本发明的被试两次完成任务各区域眼动指标秩相关性图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种视觉注意分配能力测评与训练方法，该方法包括设置视觉任务、构建注意分配指标、视觉注意分配测评、视觉注意分配训练以及训练效果测评，具体步骤如下：

1)根据作业所需视觉注意分配要求，设置视觉任务：

1.1)根据作业的视觉范围，确定任务视野范围和分布；

1.2)根据任务视野范围和分布，设置注意分配测评及训练中的视觉任务呈现界面，呈现界面由可以显示图像和符号的显示设备提供，呈现界面的显示内容可按照预先设定的频率更新；

更新频率在1～3秒的范围内选择，呈现界面划分为多个视觉区域；

1.3)设置目标刺激，目标刺激由图像和符号构成，目标刺激可出现在呈现界面的任一视觉区域内，呈现界面中有一个视觉区域出现目标刺激时为有目标刺激的呈现界面，呈现界面中所有视觉区域都不出现目标刺激时为无目标刺激的呈现界面；

1.4)确定呈现界面带有目标刺激时，被试者必须做出反应动作，并采集被试动作信息；

1.5)确定呈现界面出现目标刺激的规则：有目标刺激的呈现界面不连续出现，无目标刺激的呈现界面以均匀分布的随机方式间隔在有目标刺激的呈现界面之间；

1.6)确定呈现界面出现目标刺激的分布规则：有目标刺激的呈现界面出现时，目标刺激以均匀分布的随机方式决定目标刺激出现的视觉区域，各视觉区域出现目标刺激的总数相同；

2)根据视觉任务模式，构建注意分配指标：

2.1)在测评过程中，采用眼动仪监测被试者在测评中的眼动信息，计算获得被试者在各视觉区域的注视指标P_I，I代表各个不同的视觉区域的编号；

2.2)在测评过程中，记录被试者在各视觉区域出现目标刺激时的反应动作信息，计算反应动作指标X_I；

2.3)根据注视指标P_I、反应动作指标X_I构建各个视觉区域的注意分配指标S_I，S_I是P_I、X_I两个自变量的函数，即S_I＝f(P_I,X_I)。

3)按照步骤1)、步骤2)的设置，对被试者进行视觉注意指标测评：

3.1)按照步骤1)，出现一系列的呈现界面，同时按照步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成设定数量的测试，计算获得各个视觉区域的注意分配指标S_I；

3.2)在注意分配指标S_I中选择与作业要求差异大的两个数值S_I1、S_I2(I1、I2为视觉区域的编号)；其中，对于要求视觉注意分配均衡的作业，可选择两个最小数值的S_I作为S_I1、S_I2。

3.3)在去除S_I1、S_I2的注意分配指标S_I中取最小值，记为Min。

4)对被试进行视觉注意训练，强化对编号为I1、I2的视觉区域的注意分配能力：

4.1)以步骤1)为基础，对呈现界面出现目标刺激的分布规则进行调整：将编号为I1、I2的视觉区域中目标刺激出现的总数加倍，并在I1、I2的视觉区域中出现目标刺激时在目标刺激区域呈现提示框，步骤1)中其他过程不变；

4.2)按照步骤4.1)的设置，出现一系列的呈现界面，被试者按照任务设置做出反应动作，直至完成设定数量的训练任务；

其中，可以多次重复步骤4.2)的内容，直至结束训练。

5)按照步骤3)，对被试者进行视觉注意分配训练效果评价：

5.1)按照步骤1)，出现一系列的呈现界面，同时按照步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成设定数量的测试，获得实际注视指标P_I′、实际反应动作指标表示为X_I′，由S_I′＝f(P_I′,X_I′)计算获得各个视觉区域的实际注意分配指标S_I′；

5.2)在实际注意分配指标S_I′中去除S′_I1、S′_I2的S_I′中取最小值，记为Min′；

5.3)由下公式得出训练评价指标EI：

训练评价指标EI值越大，则表明训练效果越好。

实施例：

本发明以舰基飞行员为对象的视觉注意分配能力测评与训练方法为实施例。

如图1所示，具体实施过程如下：

1)根据某舰基飞行作业所需视觉注意分配要求，设置视觉任务：

1.1)舰基飞行作业需要对飞机前部的仪表进行及时全面的观察，由此确定任务视野范围为前方区域，平面分布，范围大小约600mm×350mm。

1.2)根据任务视野范围和分布，注意分配测评及训练视觉任务呈现界面采用27英寸平面显示器，呈现界面的显示内容以2秒的频率更新，将平面显示器划分为9个尺寸和形状完全相同的视觉区域：左上(A1)、中上(A2)、右上(A3)、左中(B1)、正中(B2)、右中(B3)、左下(C1)、中下(C2)、右下(C3)，每个视觉区域包含均匀分布的5*3个显示点位，平面显示器背景为黑色，显示点位为白色，如图2所示。

1.3)目标刺激设置为由四个白色显示点组成的正方形，如图2中白色方框内所示，目标刺激可出现在呈现界面的任一视觉区域内，呈现界面中有一个视觉区域出现目标刺激时为有目标刺激的呈现界面，呈现界面中所有视觉区域都没有目标刺激时为无目标刺激的呈现界面；将5*3个显示点位所有显示模板的排列组合分为两组，一组为无目标刺激(即没有四个白色显示点组成的正方形)，称为DN组，另一组为有目标刺激(即四个白色显示点组成的正方形)，称为DM组；将任一视觉区域中目标刺激出现的次数记为M_I，其中I为视觉区域的编号，M_I的初始值为0；任一视觉区域中目标刺激出现的最大次数相同，均为MM，取MM＝4；平面显示器与计算机连接，以计算机及其内部的程序实现对平面显示器的控制，按照设计显示呈现界面。

1.4)以与计算机连接的鼠标作为被试做出反应的采集设备，当呈现界面带有目标刺激的时，被试立即点击鼠标左键做出反应，计算机通过鼠标获得被试的动作信息。

1.5)呈现界面出现目标刺激的规则：获取(0,1)均匀分布随机数R，按照公式1获得无目标刺激的呈现界面数N：

1.5.1)从DN组中随机选取获得所有视觉区域的显示点位的显示模板，构成无目标刺激的呈现界面，并在平面显示器上显示此呈现界面；

1.5.2)延迟2秒，重复1.5.1)的操作，直至完成N个呈现界面的显示。

1.5.3)从所有视觉区域中随机选取一个视觉区域，编号为I，如果M_I≤MM，则从DM组中随机选取获得I视觉区域的显示点位的显示模板，而后从DN组中随机选取其余所有视觉区域的显示点位的显示模板，由获得的所有视觉区域的显示模板，构成有目标刺激的呈现界面，并在平面显示器上显示此呈现界面；如果M_I>MM，则由1.5.3)开始处重做；如果所有视觉区域均有M_I>MM，结束视觉任务。

1.6)返回1.5)继续，直至所有视觉区域均有M_I>MM，结束视觉任务。

2)根据设计的视觉任务，构建注意分配指标：

2.1)在测评过程中，采用眼动仪监测被试的眼动信息，测评完成后按公式(2)计算获得被试在各视觉区域的注视指标P_I，I代表各个不同的视觉区域的编号：

2.2)在测评过程中，记录被试在各视觉区域出现目标刺激时的反应动作信息，测评完成后按公式(3)计算反应动作指标X_I，I代表各个不同的视觉区域的编号，X_I由标号I视觉区域出现目标刺激时，被试做出反应动作的准确率决定：

2.3)根据注视指标P_I、反应动作指标X_I构建各个视觉区域的注意分配指标S_I，此处选S_I是P_I、X_I两个自变量的乘积，即S_I＝P_I·X_I。

3)按照步骤1)、步骤2)的设置，对被试进行视觉注意分配指标测评：

3.1)按照步骤1)，出现一系列的视觉注意测评任务呈现界面，同时按步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成步骤1所有的测评任务呈现界面，计算获得各个视觉区域的注意分配指标S_I；

3.2)如图3所示，将S_I直观地显示在平面显示器的9个视觉区域中，从S_I中选择两个最小数值的S_I作为S_I1、S_I2；

3.3)在去除S_I1、S_I2的S_I中取最小值，记为Min。

4)对被试进行视觉注意分配训练，强化对编号为I1、I2的视觉区域的注意分配能力：

4.1)以步骤1)为基础，对呈现界面出现目标刺激的分布规则进行调整：将编号为I1、I2的视觉区域中目标刺激出现的次数加倍，并在I1、I2的视觉区域中出现目标刺激时在目标刺激区域显示白色虚线框进行提示，步骤1)的其他内容不变，从而得到注意分配训练任务。

4.2)按照步骤4.1)得到的注意分配训练任务，出现一系列的呈现界面，被试按照注意分配训练任务设计做出反应动作，直至完成设定数量的训练任务；同时按步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，并计算获得训练视觉区域的注意分配指标，直观地显示在平面显示器的9个视觉区域中。

4.3)可多次重复步骤4.2)的内容，直至结束训练。

5)按照步骤3)，对被试进行视觉注意分配训练效果评价：

5.1)按照步骤1)，出现一系列的呈现界面，同时按步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成设定数量的测试，计算获得各个视觉区域的实际注意分配指标S_I′；

5.2)将S_I′中去除S′_I1、S′_I2的S_I′中取最小值，记为Min′；；

5.3)由下公式得出训练评价指标EI：

EI值越大，表明训练效果越好。

实施试验数据

按照上述实施方案，对1名被训练者进行了两次验证测评，获得两次测评的行为指标和眼动指标在9个区域的秩相关关系曲线。图4中曲线，为1名被试者两次完成任务过程中，行为指标在9个区域的秩相关曲线，由图4可见，该两次测评过程中，9个区域行为指标的顺序具有很大的一致性，表明该任务模式和行为指标构建合理。图5中曲线，为1名被试者两次完成任务过程中，眼动指标在9个区域的秩相关曲线，由图可见，该两次检测过程中，9个区域眼动指标的顺序具有很大的一致性，表明眼动指标构建合理。

按照上述的实施方案，对9个被试进行了注意分配指标测评，获得了被试在每个视觉区域的注意分配指标，并选择了响应的视觉训练区域，按照上述的注意分配训练方法进行训练。训练后对训练效果进行了评价，如表1所示，对比9名被训练者训练前后注意分配指标的变化，可以看到绝大多数进行训练的区域，注意分配能力值均有所提高，且没有显著影响其其他区域注意分配指标。同时还可以看到，在训练后有些非训练区域的注意分配受到一定影响，训练指标的好坏取决于训练区域指标的提升与非训练区域指标的保持，训练指标EI可以显著地区分训练效果。通过多次迭代训练，可以使注意分配更为合理，验证了注意分配训练方法的有效性。

表1视觉注意分配能力训练结果对比表

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据作业所需视觉注意分配要求，设置视觉任务；

2)根据视觉任务模式，构建注意分配指标；

3)按照步骤1)、步骤2)的设置，对被试者进行视觉注意指标测评；

4)对被试进行视觉注意训练，强化对编号为I1、I2的视觉区域的注意分配能力；

5)按照步骤3)，对被试者进行视觉注意分配训练效果评价。

2.如权利要求1所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤1)中，设置过程如下：

1.1)根据作业的视觉范围，确定任务视野范围和分布；

1.2)根据任务视野范围和分布，设置注意分配测评及训练中的视觉任务呈现界面，呈现界面的显示内容按照预先设定的频率更新；

1.3)设置目标刺激，目标刺激由图像和符号构成，目标刺激出现在呈现界面的任一视觉区域内，呈现界面中有一个视觉区域出现目标刺激时为有目标刺激的呈现界面，呈现界面中所有视觉区域都不出现目标刺激时为无目标刺激的呈现界面；

1.5)确定呈现界面出现目标刺激的规则；

1.6)确定呈现界面出现目标刺激的分布规则。

3.如权利要求2所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤1.5)中，有目标刺激的呈现界面不连续出现，无目标刺激的呈现界面以均匀分布的随机方式间隔在有目标刺激的呈现界面之间。

4.如权利要求2所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤1.6)中，有目标刺激的呈现界面出现时，目标刺激以均匀分布的随机方式决定目标刺激出现的视觉区域，各视觉区域出现目标刺激的总数相同。

5.如权利要求1所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤2)中，构建过程如下：

2.3)根据注视指标P_I、反应动作指标X_I构建各个视觉区域的注意分配指标S_I，S_I是P_I、X_I两个自变量的函数。

6.如权利要求1或2或5所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤3)中，测评过程如下：

3.2)在注意分配指标S_I中选择与作业要求差异大的两个数值S_I1、S_I2；其中，对于要求视觉注意分配均衡的作业，选择两个最小数值的S_I作为S_I1、S_I2，I1、I2为视觉区域的编号；

3.3)在去除S_I1、S_I2的注意分配指标S_I中取最小值，记为Min。

7.如权利要求6所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤4)中，训练过程如下：

4.1)以步骤1)为基础，对呈现界面出现目标刺激的分布规则进行调整：将编号为I1、I2的视觉区域中目标刺激出现的总数加倍，并在I1、I2的视觉区域中出现目标刺激时在目标刺激区域呈现提示框；

4.2)按照步骤4.1)的设置，出现一系列的呈现界面，被试者按照任务设置做出反应动作，直至完成设定数量的训练任务。

8.如权利要求7所述的一种视觉注意分配能力测评与训练方法，其特征在于：所述步骤5)中，评价过程如下：

5.1)按照步骤1)，出现一系列的呈现界面，同时按照步骤2)，采集被试的眼动信息和反应动作信息，直至完成设定数量的测试，计算获得各个视觉区域的实际注意分配指标S_I′；

5.2)在实际注意分配指标S_I′中去除S_I′₁、S_I′₂的S_I′中取最小值，记为Min′；

5.3)5.3)由下公式得出训练评价指标EI：

训练评价指标EI值越大，则表明训练效果越好。