DE102005024974A1

DE102005024974A1 - Pupillometrisches Verfahren

Info

Publication number: DE102005024974A1
Application number: DE102005024974A
Authority: DE
Inventors: Florian Kerkau
Original assignee: Freie Universitaet Berlin
Current assignee: Goldmedia Custom Research 10117 Berlin De GmbH
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: DE102005024974B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pupillometrisches Verfahren, bei welchem ein hinsichtlich der Helligkeit korrigierter Wert des Pupillendurchmessers (PD¶korr¶) einer Person erzielt wird. Dabei wird der Durchmesser zumindest einer der Pupillen der Person gemessen und ein dem tatsächlichen Pupillendurchmesser (PD¶mess¶) wiedergebendes, erstes Pupillendurchmessersignal (PD¶mess¶-Signal) wird erzeugt. Die Umgebungshelligkeit wird in der Nähe der zu messenden Pupille gemessen und ein dieser Umgebungshelligkeit wiedergebendes Helligkeitssignal (LD) wird erzeugt. Ein durch die Helligkeit hervorgerufener Helligkeits-Pupillendurchmesserwert (PD¶hell¶) wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Helligkeitswert (LD) ermittelt und ein entsprechendes Helligkeits-Pupillendurchmessersignal (PD¶hell¶-Signal) wird erzeugt. Das erste Pupillendurchmessersignal (PD¶mess¶-Signal) und das Helligkeits-Pupillendurchmessersignal (PD¶hell¶-Signal) werden einer Signalverarbeitungsvorrichtung (22) zugeführt zur Erzeugung eines dem hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Wert des Pupillendurchmessers (PD¶korr¶) entsprechenden, zweiten Pupillendurchmessersignals (PD¶korr¶-Signal) aus der Beziehung PD¶korr¶ = PD¶mess¶ - PD¶hell¶, wobei PD¶hell¶ eine bzgl. des Helligkeitssignals (LD) überproportional ansteigende Funktion ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein pupillometrisches Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19.
Die Erfindung betrifft weiterhin bestimmte Anwendungen und Verwendungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung.
Insbesondere betrifft die Erfindung das Ermitteln des physiologischen Aktivierungspotential einer Person.
Das physiologische Aktivierungspotential ("Arousel") einer Person wird als Korrelat der mentalen oder emotionalen Beanspruchung (mental workload) der Person interpretiert und liefert somit wertvolle Informationen über den mentalen Belastungszustand der Person. Der mentale Belastungszustand einer Person ist eine Größe, die bei der Beanspruchung der Person hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit eine große Bedeutung hat. Diese Informationen sind für verschiedene Zwecke anwendbar, z.B. in der Diagnostik, Analyse oder bei Prozesssteuerung mittels Biofeedback-Signalen.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren zum Ermitteln des physiologischen Aktivierungspotentials. Einige dieser Verfahren beruhen auf die Messung der Pupillenweite bzw. der Veränderung der Pupillenweite des Auges (Pupillometrie), wobei davon ausgegangen wird, dass sich die Pupillenweite mit zunehmendem physiologischem Aktivierungspotential vergrößert.

Bei allen pupillometrischen Verfahren findet eine Messung des Durchmessers der Pupille statt, wobei ein tatsächlicher Wert des Pupillendurchmessers ermittelt wird. Hierfür gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Messvorrichtungen. Bevorzugte Messvorrichtungen enthalten eine Kamera oder Videokamera, die entweder im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich arbeitet. Als Beispiel sei hier die Infrarot – Video- Pupillograhie erwähnt, bei welcher die Pupille mittels einer im nahen infraroten Spektrum empfindlichen Videokamera gefilmt wird und das Bild computergestützt ausgewertet wird (s. H.Wilhelm, B.Wilhelm, H.Lüdke: "Pupillographie – Prinzipien und Anwendungsmöglichkeiten", Z.prakt. Augenheilkd. (1996) 17:327-336). Eine weitere Vorrichtung zum Messen der Pupillenreaktion eines Auges ist in der DE 44 19 489 A1 beschreiben.

Da die Pupille jedoch nicht nur auf durch emotionale und mentale Beanspruchung hervorgerufene Veränderungen im autonomen Nervensystem reagiert, sondern auch auf andere Faktoren, muss bei pupillometrischen Verfahren zum Ermitteln des physiologischen Aktivierungspotentials eine Korrektur vorgenommen werden. Der stärkste Faktor zur Beeinflussung der Pupillenweite ist dabei die herrschende Leuchtdichte. Dabei beträgt die aufgrund der Änderung der Leuchtdichte maximal hervorgerufene Änderung des Pupillendurchmessers ca. 8 mm, während die Änderung der mentalen Beanspruchung eine Änderung des Pupillendurchmessers von nur ca. 2 mm hervorruft. Bis heute ist man jedoch davon ausgegangen, dass die Empfindlichkeit des Pupillendurchmessers auf Leuchtdichteveränderungen in der Umgebung einen breiten Einsatz der pupillometrischen Verfahren verhindert.

In dem Buch von Peter Rößger "Die Entwicklung der Pupillometrie zu einer Methode mentaler Beanspruchung in der Arbeitswissenschaft" (1997, ISBN 3-932490-03-7) wird die Entwicklung der Pupillometrie als ein Verfahren der Messung mentaler Beanspruchung in arbeitswissenschaftlichen Kontexten dokumentiert. Dabei wird beschrieben, dass es nötig ist, die gemessenen Pupillendurchmesser so vom Helligkeitseinfluss zu befreien, dass die ermittelten Pupillendurchmesserwerte miteinander vergleichbar sind, um aus der Pupillometrie brauchbare Messwerte für die mentale Beanspruchung zu erhalten. Hierzu werden die gemessenen Pupillenduchmesser in einen korrigierten Pupillendurchmesser umgerechnet, der der theoretische Wert ist, den der Durchmesser bei einer Leuchtdichte von 0 cd/m² hätte. Dabei wird vorausgesetzt, dass der Pupillendurchmesser mit steigender Leuchtdichte linear abnimmt, so dass gilt: PDmess = PDhell + PDkorr, (1)wobei

PD_mess: der gemessene Pupillendurchmesser,
PD_korr: der gesuchte korrigierte Pupillendurchmesser bei x = 0 cd/m², und
PD_hell: der durch die Helligkeit hervorgerufene Pupillendurchmesser ("Helligkeits-Pupillendurchmesserwert") ist, wobei

PDhell = A·LD, (2)wobei

LD: die aktuelle Leuchtdichte, und
A: ein Korrekturfaktor ist.

Daraus ergibt sich PDkorr = PDmess – A·LD. (3)

Dabei ist der Korrekturfaktor A die Steigung der Geraden, die sich ergibt, wenn der Pupillendurchmesser über die Helligkeit aufgetragen wird.

Der Korrekturfaktor A ist individuell unterschiedlich und muss für jede Versuchsperson neu ermittelt werden. Dazu werden den Versuchspersonen zwei Leuchtdichteniveaus (Eichpunktleuchtdichten) LD_dun und LD_hel präsentiert und die dabei auftretenden Pupillendurchmesser (PD_dun und PD_hel) gemessen. Aus der Pupillendurchmesseränderung zwischen den beiden Eichpunktleuchtdichten wird dann der Korrekturfaktor ermittelt: A = (PDdun – PDhel)/(LDdun – LDhel) (4)

Es wird erwähnt, dass die Eichpunktleuchtdichten nicht zu weit von den Leuchtdichten entfernt liegen sollten, die während der tatsächlichen Messung auftreten, da die Annahme der Linearität zwischen Pupillendurchmesser und Leuchtdichte nur angenähert und für enge Leuchtdichtebereiche gilt.

Durch die DE 198 03 158 C1 ist eine Vorrichtung zur Vigilanzzustandsbestimmung einer Person bekannt. Die Vorrichtung enthält ein Bildaufnahmesystem mit einer CCD-Videokamera und einer Infrarotbeleuchtung zum Aufnehmen von Bildern des Bereichs wenigstens eines Auges der Person und ein Bildauswertesystem, das die vom Bildaufnahmesystem aufgenommenen Bilder auswertet. Das Bildauswertesystem weist Mittel zur Pupillendurchmesserbestimmung auf. Durch eine Auswerteeinrichtung wird der Vigilanzzustand u.a. in Abhängigkeit von der durch die Pupillendurchmesserbestimmungsmittel erhaltenen Pupillendurchmesserzustandsinformation bestimmt. Das Bildauswertesystem enthält eine Bildverarbeitungseinheit, der die von der Videokamera aufgenommenen Bilder übermittelt werden. Die Bildverarbeitungseinheit arbeitet mit zwei Betriebszuständen, zwischen denen ständig hin und her geschaltet wird. In einem ersten Betriebszustand wird bei ausgeschalteter Infrarotbeleuchtung die durch das Umgebungslicht, d.h. Fremdlicht, hervorgerufene mittlere Helligkeit gemessen und diese Information als ein Helligkeitssignal abgegeben. In einem zweiten Betriebszustand ist die Infrarotbeleuchtung eingeschaltet, und die Bildverarbeitungseinheit wertet das vom überwachten Auge erhaltene Bild aus. Bei dieser Auswertung wird der Pupillendurchmesser des beobachteten Auges durch die Pupillendurchmesserbestimmungsmittel erfasst. Die Information über den momentanen Pupillendurchmesser gibt die Bildauswerteeinheit in Form eines Pupillendurchmessersignals ab. Weiterhin korreliert eine Korrelationseinheit den zeitlichen Verlauf des kontinuierlich gemessenen Pupillendurchmessers mit der über das Umgebungshelligkeitssignal erhaltenen Information über die Umgebungshelligkeit. Durch diese Korrelation soll die normale Pupillenreaktion auf Schwankungen der Umgebungshelligkeit als Störeinfluss eliminiert werden. Die Korrelationseinheit gibt ein entsprechendes Korrelationssignal ab, das die Information darüber enthält, inwieweit Änderungen des Pupillendurchmessers von einer sich ändernden Umgebungshelligkeit verursacht sind oder nicht. Es wird jedoch nicht angegeben, wie dieses Helligkeitssignal ermittelt wird.

Viele herkömmliche Schnittstellen der Mensch-Maschine-Interaktion (insbesondere Computerschnittstellen) sind so konstruiert, dass eine Handlungsaufforderung der Maschine durch eine Handlung des Menschen beantwortet wird. Bei dieser Form der Interaktion spielen Eingabegeräte, wie Maus und Tastatur, eine übergeordnete Rolle. Eingaben unterliegen somit einer kognitiven Kontrolle des Nutzers und sind in bestimmten Bereichen entsprechend ungenau.

Es ist jedoch bekannt, Prozesssteuerungen auf der Grundlage von auf das physiologische Aktivierungspotential einer Person zurückzuführenden Biofeedback-Signalen durchzuführen. Die US 5,896,164 offenbart ein Bio-Feedback-Steuerung eines Bildausgabegeräts. Dabei wird das Bild des Bildausgabegeräts von einer Signalveränderungseinheit verändert. Die Signalveränderungseinheit wird von einem Steuersignal beaufschlagt, welches aus psychophysiologischen Parameter (z.B. elektrodermale Aktivität) eines Nutzers gewonnen wird.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches/welche eine zuverlässige Ermittlung eines hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Wertes des Pupillendurchmessers einer Person ermöglicht wird, insbesondere bei Personen, die einen Bildschirm betrachten.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches/welche der ermittelte Zustand einer Person ein zuverlässiges Maß für das physiologische Aktivierungspotential der Person liefert.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 19 gelöst.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren bzw. eine neue Vorrichtung zur Prozesssteuerung einer Vorrichtung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 32 gelöst.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem/welcher der Einfluss von Kopfbewegungen der zu messenden Person auf die Messung reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 7 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 23 gelöst.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem/welcher ebenfalls die Valenz von Emotionen erfasst wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 11 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 27 gelöst.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches/welche der einer mentalen Reaktion auslösende Reiz bestimmt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 14 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 29 gelöst.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem/welcher der Vergleich der gesammelten Daten von verschiedenen Personen vereinfacht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 16 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 31 gelöst.

Bei der vorliegenden Erfindung ist durch die pupillometrischen Messung der Körperaktivierung eine direkte Verbindung zum autonomen Nervensystem des Nutzers hergestellt. Die körperliche Aktivierung als Indikator mentaler Prozesse unterliegt keiner willkürlichen Kontrolle des kognitiven Apparates und ist deshalb sehr zuverlässig.

Bisher ist angenommen worden, dass die Problematik der Beseitigung des Helligkeitseinflusses bei pupillometrischen Verfahren dazu führt, dass pupillometrische Verfahren bei bestimmten Anwendungen, insbesondere bei stark schwankender Umgebungshelligkeit, nicht zum Ermitteln des physiologischen Aktivierungspotentials brauchbar sind. Dies liegt daran, dass man bis heute einen linearen Zusammenhang zwischen dem durch die Helligkeit hervorgerufenen Pupillendurchmesser (PD_hell) und der aktuellen Umgebungsleuchtdichte (LD) angenommen hat. Dieses Problem wird umso größer, je größer die Helligkeitsschwankungen in der Umgebung sind, z.B. vor einem Bildschirm oder eines Fernsehers.

Überraschenderweise hat es sich nun durch experimentellen Untersuchungen gezeigt, dass pupillometrische Verfahren brauchbare Werte des hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Pupillendurchmessers bzw. des physiologischen Aktivierungspotentials liefert, wenn man keinen linearen, sondern einen überproportionalen (z. B. exponentiellen oder quadratischen) Zusammenhang zwischen dem durch die Helligkeit hervorgerufenen Pupillendurchmesser (PD_hell) und der aktuellen Umgebungsleuchtdichte (LD) annimmt.

Erfindungsgemäß erfolgt also das Ermitteln des Helligkeits-Pupillendurchmesserwerts PD_hell auf der Grundlage einer überproportional verlaufenden Abhängigkeit des durch die Helligkeit hervorgerufenen Pupillendurchmessers (PD_hell) von der aktuellen Umgebungsleuchtdichte (LD). Dabei kann es sich um eine im wesentlichen exponential verlaufende Abhängigkeit PD_hell = a + b·exp(–k·LD) zwischen dem Helligkeitswert LD und dem Helligkeits-Pupillendurchmesserwert PD_hell handeln, wobei a, b und k reelle Zahlen sind (d.h. a, b, k ϵ R), b ungleich Null ist (d.h. b ≠ 0) und k größer als Null ist (d.h. k > 0). Dabei können die Parameter a, b und k in der exponential verlaufenden Abhängigkeit PD_hell = a + b·exp(–k·LD) im einfachsten Fall aus Schätzwerten gebildet werden. Eine bessere Genauigkeit erreicht man jedoch, wenn diese Parameter a, b und k aus experimentell ermittelten Werten bestimmt werden. Dabei können die zur Bestimmung der Parameter a, b und k verwendeten Werte experimentell an einem bestimmten On (z.B. an einem Arbeitsplatz vor einem Bildschirm) und/oder an einer einzigen Person ermittelt werden. Diese Person ist dann bevorzugt die Person, dessen hinsichtlich der Helligkeit korrigierter Wert des Pupillendurchmessers bzw. dessen physiologisches Aktivierungspotential später bei bestimmten Tätigkeiten ermittelt werden soll. Die zur Bestimmung der Parameter a, b und k verwendeten Werte können jedoch auch experimentell an mehreren Personen ermittelt werden, wobei dann Mittelwerte der Parameter a, b und k gebildet werden können.

Es kann sich aber auch um eine quadratisch verlaufende Abhängigkeit PD_hell = a + b·LD + c·LD² zwischen dem Helligkeitswert LD und dem Helligkeits-Pupillendurchmesserwert PD_hell handeln, wobei a, b und c reelle Zahlen sind (d.h. a, b, c ϵ R) und c ungleich Null ist (d.h. c ≠ 0). Dies ist der Fall, wenn die Pupillenmessdaten zuvor über die lichtbedingte Schwankungsbreite standardisiert worden sind. Dabei können die Parameter a, b und c in der quadratisch verlaufenden Abhängigkeit PD_hell = a + b·LD + c·LD² mit den gleichen Methoden wie bei der exponentiell verlaufenden Abhängigkeit bestimmt werden, d.h. sie werden entweder aus Schätzwerten gebildet oder aus experimentell ermittelten Werten bestimmt.

Die vorliegende Erfindung kann nicht nur zum Ermitteln des hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Wertes des Pupillendurchmessers oder des physiologischen Aktivierungspotentials zum Einsatz kommen, sondern ebenfalls zur Prozesssteuerung einer Vorrichtung im Sinne einer Schnittstelle Mensch-Maschine ("Bio-Feedback"), insbesondere zur Steuerung multimedialer Lernsysteme. Zu diesem Zweck wird aus dem ermittelten korrigierten Pupillendurchmesserwert PD_korr ein Steuersignal erzeugt und der Vorrichtung aufgeschaltet, wobei eine Prozesssteuerung der Vorrichtung in Abhängigkeit von diesem Steuersignal erfolgt. (Solche Bio-Feedback-Prozesssteuerungen sind an sich bekannt, insbesondere unter Verwendung von anderen Messgrößen (z.B. Hautleitwert) als Grundlage.) Durch die erfindungsgemäße Annahme eines überproportionalen Zusammenhangs zwischen dem durch die Helligkeit hervorgerufenen Pupillendurch messer (PD_hell) und der aktuellen Umgebungsleuchtdichte (LD) stellt die vorliegende Erfindung jedoch eine Mensch-Maschine-Interaktion mit weitreichenden Einsatzgebieten zur Verfügung.

Der Einfluss der Kopfbewegungen der zu messenden Person auf die Messung kann dadurch reduziert werden, dass der Abstand zwischen der zu messenden Pupille und der Bildebene einer Kamera zur Aufnahme der Pupille für die Messung des Durchmessers der Pupille ermittelt wird. Wenn die Person den Kopf bewegt, insbesondere in Richtung auf die Kamera zu oder von der Kamera weg, verändert sich die Größe des durch die Kamera erzeugten Bildes der aufgenommenen Pupille. Je näher der Kopf an der Kamera ist, desto größer wird das Bild der Pupille. Diesen Einfluss kann dadurch berücksichtigt werden, indem der entsprechende Abstand gemessen wird und der Zusammenhang zwischen Abstand und Bildgröße in bekannter Weise berechnet wird.

Der Abstand zwischen Bildebene der Kamera und Pupille kann mit üblichen Abstandsmessgeräten gemessen werden. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird jedoch eine Kamera mit Autofokusfunktion verwendet, wobei die kameraeigene Autofokusfunktion zum Ermitteln dieses Abstandes verwendet wird. Die Autofokusfunktion ermittelt automatisch die exakte Entfernung von der Bildebene der Kamera zum Aufnahmeobjekt um mit dieser Entfernung das Objektiv auf die richtige Schärfe einzustellen. Dieser Entfernungswert kann durch ein externes System ausgelesen werden und für die Korrektur der Pupillenmesswerte um die Horizontalbewegung der Testperson zu korrigieren. Damit entfallen zusätzliche Geräte zur Abstandsmessung.

Die Korrektur des Wertes des Pupillendurchmessers hinsichtlich der Helligkeit der Umgebung wird umso besser, je näher die Messung der Helligkeit an der zu messenden Pupille erfolgt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt deshalb die Helligkeitsmessung durch eine so genannte Spotmessung in der Nähe der Augenpartie der zu messenden Pupille, bevorzugt direkt an der Pupille selbst. Bei einer solchen Spotmessung wird das Licht aus einem bestimmten Raumbereich gebündelt und auf einen Luxmeter geleitet. In einer bevorzugten Ausführung wird eine Kamera mit einer eigenen Belichtungsmessvorrichtung verwendet, wobei diese kameraeigene Belichtungsvorrichtung für die Spotmessung verwendet wird.

Durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung wird der Pupillendurchmesser einer Person ermittelt. Hieraus lässt sich dann gewisse Rückschlüsse auf das Aktivierungspotential der Person machen. Bei bestimmten Anwendungen können auch weitere Parameter eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, ebenfalls die Valenz von Emotionen zu erfassen. Bei der Messung der physiologischen Aktivierung kann lediglich die Intensität einer Emotion anhand de Intensität der damit verbundenen Informationsverarbeitungsleistung bestimmt werden. Aus diesen Werten geht aber nicht hervor, ob die gemessene Emotion positiv oder negativ ist. Dies erfolgt in bekannter Weise durch Lidschlussanalyse des Lids des Auges der zu messenden Pupille. Bei einer solchen Lidschlussanalyse kann sowohl die Lidschlussfrequenz (Häufigkeit der Lidschläge) als auch die Lidschlusslatenz (Dauer der Abdeckung der Pupille durch das Lid) gemessen werden. Durch diese Messung können Rückschlüsse auf die Polung von Emotionsausprägungen gemacht werden. Dies ist u. a. von Birbaumer N. und Pauli, P. in "Psychophysiologische Ansätze", J.H. Otto, H.A. Euler, H. Mandl (Hrsg.), Emotionspsychologie (S. 75-84), Weinheim: Beltz, (2000) beschrieben, wobei dargestellt wird, dass der Lidschlussreflex ein geeigneter Indikator für die Erfassung der Valenz von Emotionen ist.

Die Erfassung des Lidschlusses kann in bekannter Weise mittels Elektro-Myographie (EMG) realisiert werden, indem die Kontraktion des M. orbicularis oculi registriert wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden jedoch die Lidschlussparameter über die Videoaufzeichnung des Auges registriert. Dabei werden die Daten mir dem Wert 0 als Lidschluss interpretiert, da zu diesen Messzeitpunkten die Pupille vom Augenlid verdeckt wird. Die Latenzzeit des Lidschlussreflexes wird als Indikator der Valenz von Emotionen genutzt. Dabei können Latenzzeiten bis 40 ms als eine negative Polung und Latenzzeiten ab 40 ms als eine positive Polung interpretiert werden. Negative Polung bedeutet hierbei eine unangenehme Emotion und positive Polung steht für eine angenehme Emotion. Als weiterer Indikator kann die Lidschlusshäufigkeit registriert werden. Dabei kann die Lidschlussanalyse über die Auswertung der Messunter brechungen erfolgen. Die Lidschlussfrequenz steigt mit dem Ausmaß der menschlichen Informationsverarbeitung an. Darüber hinaus eignet sich die Lidschlussfrequenz aber auch, um Ermüdung festzustellen. Zur Abgrenzung von Ermüdung und mentaler Arbeitslast muss in die Analyse der Pupillendurchmesser einbezogen werden.

Weiterhin kann es sinnvoll sein, ebenfalls die Blickrichtung der zu messenden Pupille zu erfassen. Dies ist notwendig um den Reiz zu identifizieren, der die Reaktion verursacht hat. So kann beispielsweise auf einem Monitor der Punkt bestimmt werden, von dem die Testperson Informationen zum aktuellen Zeitpunkt aufgenommen hat. In Verbindung mit den o.g. Parametern kann dann dem Auslösereiz die entsprechende Reaktion zugeordnet werden. Dies erfolgt in bekannter Weise durch einen so genannten Eye-Tracker.

Wenn die Blickrichtung über die Zeit registriert wird, dann können die Sakkadenhäufigkeit und/oder die Fixationen ermittelt werden. Fixationen sind die Momente, in denen das Auge auf einem Punkt verweilt (i.d.R. >150ms) und in denen Informationen über das visuelle System an das Gehirn übermittelt werden. Sakkaden sind die Augenbewegungen zwischen diesen Momenten, in denen der Mensch faktisch blind ist. Die Sakkadenhäufigkeiten und Sakkadenlängen korrelieren mit Prozessen der Ermüdung und der mentalen Arbeitslast. Die Auswertung der Sakkadenhäufigkeiten und der Fixationen erfolgt über das Auslesen eines Grundsystems, welches aus einer Infrarotkamera und einem Auswertungscomputer (IviewX) besteht (indirekte Cornealreflektometrie).

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, die ermittelten Daten der Messungen an einer Person durch Fernübertragung an einen anderen Ort zu übermitteln. Es können dann in einfacher Weise Daten von verschiedenen Personen gesammelt werden. Diese Daten können dann beispielsweise miteinander verglichen werden oder es können Mittelwerte über eine Personengruppe erzeugt werden. Die Daten können zu diesem Zweck über eine Netzverbindung (Internet/Telefon) an einen Server übergeben werden, der die statistische Analyse durchführt und die Daten aggregiert. Somit ist es möglich die Datenerfassung örtlich von der Auswertung zu trennen und sehr schnell zu aggregierten Daten mehrerer Versuchspersonen zu kommen. Die Datenauswertung kann dann über eine Software zur Datenaufbereitung und Interpretation erfolgen, welcher mit einem Server verbunden ist. Dieser Server sammelt die Daten aller angeschlossner Systeme, wertet diese aus und aggregiert die Daten.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung und zeigt einen Nutzer an einem Arbeitsplatz mit einem Arbeitsmonitor, sowie Teile einer pupillometrischen Vorrichtung.
2 ist eine schematische Blockdarstellung und veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer pupillometrischen Vorrichtung.
3 zeigt eine experimentell aufgenommene Messkurve zum Ermitteln der Parameter a, b und k in der Gleichung PD_hell = a + b·exp(–k·LD).
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das pupillometrische Verfahren bzw. die pupillometrische Vorrichtung zum Ermitteln des hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Wertes des Pupillendurchmessers bzw. des physiologischen Aktivierungspotentials einer Person 10 ("Mediennutzer") bei einem Arbeitsplatz mit einem (in den Figuren nicht gezeigten) Arbeitsrechner ("Subject-PC") mit Arbeitsmonitor 12 eingesetzt. (In 1 ist weiterhin die Tastatur 14 des Arbeitsrechners angedeutet.) Der Arbeitsmonitor 12 erzeugt eine stark schwankende Umgebungsleuchtdichte, die durch das pupillometrische Verfahren zu berücksichtigen ist.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des pupillometrischen Verfahrens bzw. der pupillometrischen Vorrichtung werden zwei handelsübliche Rechner verwendet. Mit dem ersten Rechner 16 ("Control-PC") ist eine handelsübliche Infrarotkamera 18 (REM II der Firma SensoMotoric Instruments GmbH, Teltow) zum Messen der Pupillenreaktion eines Auges 20 des Mediennutzers 10 verbunden. Durch die Infrarotkamera 18 wird das Auge 20 des Mediennutzers 10 gefilmt und die derart gewonnenen Videodaten werden dem ersten Rechner 16 zugeführt. In dem ersten Rechner 16 werden diese Videodaten mittels einer Videokarte ausgewertet und den aktuellen tatsächlichen Pupillendurchmesser (PD_mess) des Auges 20 bestimmt. Hieraus wir ein entsprechendes Pupillendurchmessersignal PD_mess-Signal erzeugt.
Mit dem zweiten Rechner 22 ("Stearing-PC") ist ein handelsübliches Luxmeter 24 (Testo 545 der Firma Testo AG, Lenzkirch) verbunden. Das Luxmeter 24 dient zur Lichtmessung in der Nähe der zu messenden Pupille und liefert Daten über die Umgebungshelligkeit in Form von Helligkeitswerte LD an den zweiten Rechner 22. Das Luxmeter 24 ist in 1 als separates Bauteil dargestellt. In einer abgewandelte Ausführung erfolgt die Lichtmessung als Spotmessung durch die kameraeigene Belichtungsmessung. Solche Belichtungsmessungen sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht näher beschreiben. In diesem Rechner werden diese Helligkeitswerte in Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) umgerechnet und entsprechende Helligkeits-Pupillendurchmessersignale PD_hell-Signal werden erzeugt.
Dem zweiten Rechner 22 werden ebenfalls die in dem ersten Rechner 16 ermittelten Pupillendurchmesser-Daten in Form von Pupillendurchmessersignale PD_mess-Signal zugeführt. In dem zweiten Rechner 22 werden diese Pupillendurchmessersignale PD_mess-Signal und die Umgebungslichthelligkeits-Daten (LD) mittels eines später näher beschriebenen Analyseprogramms verarbeitet. Aus den Umgebungslichthelligkeits-Daten (LD) wird mit einer später näher beschriebenen Funktion die entsprechende Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) und entsprechende Helligkeits-Pupillendurchmessersignale PD_hell-Signal ermittelt. Aus den Pupillendurchmessersignalen PD_mess-Signal und den Helligkeits-Pupillendurchmessersignalen PD_hell-Signal werden korrigierte Pupillendurchmesserwerte (PD_korr) und entsprechende Pupillendurchmessersignale PD_korr Signal ermittelt, wobei PD_korr = PD_mess – PD_hell gilt (vgl. Gl. (1)). Dieser korrigierte Pupillendurchmesserwert (PD_korr) kann dann als Korrelat des physiologischen Aktivierungspotentials des Nutzers dienen. Hieraus können mentale und emotionale Beanspruchungen abgeleitet werden.
Bei dem Analyseprogramm werden die beiden Datensätze (PD_mess und LD) als Tabellen eingelesen. Bei der Berechnung der Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) wird dabei zugrunde gelegt, dass die Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) überproportional mit zunehmender Leuchtdichte (LD) abnehmen. Dabei lassen sich die Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) aus den eingelesenen Helligkeitswerten (LD) nach folgender Gleichung berechnen: PDhell = a + b·exp(–k·LD), (5)wobei a, b und k experimentell bestimmte Parameter sind.
Dabei entspricht a den Pupillendurchmesser bei extremer Helligkeit (LD = unendlich) und a + b den Pupillendurchmesser bei absoluter Dunkelheit (LD = 0). Der Parameter k beschreibt, wie schnell sich der Pupillendurchmesser bei zunehmender Leuchtdichte dem Minimalwert a nähert.
Die experimentelle Bestimmung der Parameter a, b und k in Gleichung (5) erfolgt durch geeignete Messungen der Leuchtdichten (LD) an dem in 1 dargestellten Arbeitsplatz und der zugehörigen Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) von Nutzern. Dabei erfolgt die Kalibrierung zur Ermittlung von a und b mittels eines schwarzen (dunklen) Monitor und eines weißen (hellen) Monitors. Dabei können die Messungen an mehreren Nutzern vorgenommen werden und die Parameter a, b und k aus diesen Messungen als Mittelwerte ermittelt werden. Es ist auch möglich, die Messungen direkt lediglich an dem Nutzer vorzunehmen, dessen physiologisches Aktivierungspotential später ermittelt werden soll. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Parameter a, b und k mit einem nonlinear-least-square-fit mit Daten von mehreren Nutzern berechnet.
Das Analyseprogramm ("mental workload analyzer") übernimmt die Messwerte des Pupillendurchmessers und bereinigt diese um eventuell vorhandene Messfehler (wie sie beispielsweise durch Lidschläge verursacht werden können) durch die Eliminierung dieser Extremwerte. Hierzu werden ein Mittelwert und die dazugehörige Standardabweichung ermittelt. Sämtliche Werte, die weiter als zwei Standardabweichungen vom Mittelwert entfernt liegen, werden für die weiteren Berechungen ignoriert. Die verbleibenden Werte werden daraufhin um die Kontamination durch Lichteinflüsse mittels der in Gl. (5) beschriebenen Funktion bereinigt. Die Verbleibenden Nettowerte werden vom Programm gespeichert und können grafisch oder tabellarisch aufgearbeitet werden, sie können jedoch auch direkt zur Prozessteuerung weitergegeben werden.
Die Werte der Pupillendurchmesser PD_mess, PD_hell und PD_korr sowie die Werte der Parameter a und b werden in geeigneten Längeneinheiten angegeben, die jedoch von dem Messverfahren abhängen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden diese Werte in Anzahl Pixel des verwendeten Sensors (Kamera) angegeben.
Als Bespiel einer Versuchsreihe zur Bestimmung der Parameter a, b und k sind in 3 die gemessenen Pupillenwerte (Längeneinheit: Anzahl Pixel) über die Leuchtdichte (Einheit: cd/m²) aufgetragen. Aus 2500 Messungen an 250 Personen an einem typischen Computer-Arbeitsplatz wurde aus der Kurve folgende (abgerundete) Werte ermittelt: a = 623; b = 987 und k = 0,024. Die Längeneinheit der Ordinate wird hier als Anzahl Pixel angegeben. Bei diesem Beispiel ist der Pixelabstand 5 × 10^–6 m. Der Wert 1600 entspricht dann einer Pupillenweite von 8 mm.
Die Helligkeits-Pupillendurchmesserwerte (PD_hell) lassen sich aus den eingelesenen Helligkeitswerten (LD) nicht nur aus Gleichung (5), sondern auch nach folgender Gleichung berechnen sofern sie zuvor über die lichtbedingte Schwankungsbreite standardisiert worden sind: PDhell = a + b·LD + c·LD2, (6)wobei a, b und c experimentell bestimmte Parameter sind.
Durch Experimente ist gezeigt worden, dass dieser Ansatz sogar noch bessere Ergebnisse als der in Zusammenhang mit Gleichung (5) beschriebenen Ansatz liefern kann. In einer Versuchsreihe wurde folgende Gleichung ermittelt: PDhell = S·(1,630 + 2·10–16 LD – 3,2·10–5 LD2), (7)wobei

S: einen Kalibrierungs- bzw. Standardisierungsfaktor ist mit

_weiss

_schwarz

Die Auswertung der Daten kann entweder nach Abschluss der Messungen in Tabellenform erfolgen oder als Onlineverarbeitung in einer Grafik. Mit der direkten Onlineverarbeitung der Daten kann der mentale Zustand des Nutzers in Echtzeit erfasst werden. Diese Datenbasis kann zur Steuerung adaptiver Computersysteme genutzt werden. So kann beispielsweise eine Lernumgebung genau auf die Leistungsfähigkeit des Nutzers laufend angepasst werden, um einen möglichst optimalen Lernprozess zu gewährleisten. Durch die gezielte Abstimmung von Nutzerfähigkeit und Systemanforderung kann der Lernprozess eine deutliche Effizienzsteigerung erfahren. Das Verfahren kann aber auch zur Medienanalyse eingesetzt werden, indem die entsprechenden Parameter eines Mediennutzers abgeleitet und analysiert werden.
Als erstes Beispiel eines Anwendungsgebietes des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei die Steuerung adaptiver Computersysteme erwähnt. Da die Pupillengröße als physisches Korrelat einer mentalen Beanspruchungs situation dient, ist durch die Vermessung der Pupille das aktuelle Niveau der mentalen Beanspruchung des Nutzers in Echtzeit möglich. Der Arbeitsrechner kann mittels der Daten des pupillometrischen Verfahrens die Schwierigkeit der Anwendung so steuern, dass immer ein möglichst günstiges Belastungsniveau des Nutzers gegeben ist. Durch die Abstimmung zwischen Nutzerfähigkeit und Belastung durch das Programm kann eine gute Lernleistung mittels Flow-Erleben erreicht werden.
Als zweites Beispiel eines Anwendungsgebietes des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei die Medienanalyse erwähnt. Durch die Messung der mentalen und emotionalen Beanspruchung des Rezipienten können wichtige Analysedaten für die Medienforschung bereitgestellt werden, beispielsweise bei Werbefilmen, Krimis oder Computeranwendungen. In diesem Bereich kann ein auf das erfindungsgemäße Verfahren beruhende Bio-Feedback-Gerät das bisher gängige Verfahren der Messung des Hautleitwertes vorteilhaft ersetzten, da die Pupille der schnellere und genauere Indikator für die Aktivität des autonomen Nervensystems ist. Weiterhin sind keine störenden Verkabelungen des Nutzers notwendig.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Abstand zwischen der Bildebene der Kamera 18 und die zu messende Pupille des Auges 20 des Mediennutzers 10 gemessen. Die Messung des Abstandes erfolgt über eine kameraeigene Autofokusfunktion. Die Pupillengrößenänderungen, die aus der Schwankung des Kopfes des Mediennutzers 10 auf der horizontalen Achse entstehen, werden über eine lineare Größenkorrektur bereinigt. Diese folgt in diesem Ausführungsbeispiel durch die Gleichung y = b0 + b1·x;wobei y die bereinigte Pupille in Anzahl Pixel angibt, x der Abstand zwischen der zu messenden Pupille des Auges 20 und der Bildebene der Kamera 18 in cm angibt und b₀ und b₁ zwei Konstanten sind, welche von dem Ausgangsniveau der gemessenen Pupillengröße abhängen. Die empirisch ermittelten Werte betragen für eine Ausgangspupille von 4mm b₀ = 983,249 und b₁ = –12,379, bei einem Ausgangsniveau von 6 mm b₀ = 1490,75 und b₁ = –18,644 und b₀ = 1808,65 und b₁ = –23,312 bei einem Ausgangsniveau von 8 mm. Sämtliche Messwerte können somit auf ein entfernungsunabhängiges Niveau umgerechnet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nicht nur der Pupillendurchmesser aus den Videodaten der Infrarotkamera 18 ermittelt und ausgewertet, sondern ebenfalls bestimmte Lidschlussparameter.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden aus den Videodaten der Infrarotkamera 18 weiterhin die Blickrichtung in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt und ausgewertet. Dadurch ist es möglich, die Sakkadenhäufigkeit und/oder die Fixationen zu bestimmen. Durch die Ableitung der Fixationen können Interessenbereiche ("Areas of Interest") identifiziert werden. Die Blickrichtung wird als Punkt auf einem Koordinatensystem (Bsp. Monitor) numerisch erfasst. Somit kann der Auslösereiz einer mentalen Reaktion genau bestimmt werden, wenn man die Vorlage mit der gemessenen Blickrichtung abgleicht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die ermittelten Daten der Messungen an einer Person durch Fernübertragung über eine Netzverbindung (Internet/Telefon) an einen Server übergeben, welcher eine statistische Analyse durchführt und die Daten aggregiert. Eine solche Fernübertragung von Daten ist an sich bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.

Claims

Pupillometrisches Verfahren, bei welchem ein hinsichtlich der Helligkeit korrigierter Wert des Pupillendurchmessers (PD_korr) einer Person erzielt wird, mit den Verfahrensschritten: (a) Messen des Durchmessers zumindest einer der Pupillen der Person, (b) Erzeugen eines dem tatsächlichen Pupillendurchmesser (PD_mess) wiedergebenden, ersten Pupillendurchmessersignals (PD_mess-Signal) aus dieser Messung, (c) Messen der Umgebungshelligkeit in der Nähe der zu messenden Pupille, (d) Erzeugen eines dieser Umgebungshelligkeit wiedergebenden Helligkeitssignals (LD) aus dieser Messung, dadurch gekennzeichnet, dass (e) ein durch die Helligkeit hervorgerufener Helligkeits-Pupillendurchmesserwert (PD_hell) in Abhängigkeit von dem ermittelten Helligkeitswert (LD) ermittelt und ein entsprechendes Helligkeits-Pupillendurchmessersignal (PD_hell-Signal) erzeugt wird, (f) das erste Pupillendurchmessersignal (PD_mess-Signal) und das Helligkeits-Pupillendurchmessersignal (PD_hell-Signal) einer Signalverarbeitungsvorrichtung (22) zugeführt werden zur Erzeugung eines dem hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Wert des Pupillendurchmessers (PD_korr) entsprechenden, zweiten Pupillendurchmessersignals (PD_korr-Signal) aus der Beziehung PDkorr = PDmess – PDhell, wobeiPD_hell eine bzgl. des Helligkeitssignals (LD) überproportonal ansteigende Funktion ist.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass PD_hell = a + b·exp(–k·LD) mit a, b, k ϵ R, b ≠ 0 und k > 0, wobei die Parameter a, b und k aus Schätzwerten oder experimentell ermittelten Werten bestimmt werden.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass PD_hell = a + b·LD + c·LD² mit a, b, c ϵ R, c ≠ 0, wobei die Parameter a, b und c aus Schätzwerten oder experimentell ermittelten Werten bestimmt werden.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bestimmung der Parameter a, b, c und/oder k verwendeten Werte experimentell an einem bestimmten Ort und/oder an einer einzigen Person ermittelt werden.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bestimmung der Parameter a, b, c und/oder k verwendeten Werte experimentell an mehreren Personen ermittelt werden.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5 zum Ermitteln des physiologischen Aktivierungspotential der Person.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen des Durchmessers zumindest einer der Pupillen der Person durch eine Kamera enthaltende Mittel zum Messen des Durchmessers zumindest einer der Pupillen der Person erfolgt und, dass der Abstand zwischen der Bildebene der Kamera und der zu messenden Pupille ermittelt wird.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Abstandes zwischen der Bildebene der Kamera und der zu messenden Pupille über eine Autofokusfunktion der Kamera erfolgt.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Umgebungshelligkeit durch eine Spotmessung der Helligkeit auf der Augenpartie der Person erfolgt.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spotmessung durch die kameraeigene Belichtungsmessung und das Kameraobjektiv erfolgt.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzeichnet durch eine Lidschlussanalyse des Lids des Auges der zu messenden Pupille.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Messen der Lidschlussfrequenz.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch Messen der Lidschlusslatenz.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, gekennzeichnet durch Messen der Blickrichtung der zu messenden Pupille.
Pupillometrisches Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Registrierung der Blickrichtung in Abhängigkeit von der Zeit und Messen der Sakkadenhäufigkeit und/oder der Fixationen.
Pupillometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, gekennzeichnet durch Fernübertragung aller oder ausgewählter Daten der Messungen.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-16 an einer Person, die einen Bildschirm betrachtet.
Anwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm Teil eines Fernsehgerätes oder eines Monitors eines Arbeitsplatzes ist.
Vorrichtung zum Ermitteln eines hinsichtlich der Helligkeit korrgierten Wertes des Pupillendurchmessers (PD_korr) einer Person, enthaltend: (a) Mittel zum Messen des Durchmessers zumindest einer der Pupillen der Person und zum Erzeugen eines dem tatsächlichen Pupillendurchmesser (PD_mess) wiedergebenden, ersten Pupillendurchmessersignals (PD_mess-Signal) aus dieser Messung, und (b) Mittel zum Messen der Umgebungshelligkeit in der Nähe der zu messenden Pupille und zum Erzeugen eines dieser Umgebungshelligkeit wiedergebenden Helligkeitssignals (LD) aus dieser Messung, gekennzeichnet durch (c) Mittel zum Ermitteln eines durch die Helligkeit hervorgerufenen Helligkeits-Pupillendurchmesserwerts (PD_hell) in Abhängigkeit von dem ermittelten Helligkeitswert (LD) und zum Erzeugen eines entsprechenden Helligkeits-Pupillendurchmessersignals (PD_hell-Signal), und (d) Signalverarbeitungsmittel zum Erzeugen eines dem hinsichtlich der Helligkeit korrigierten Wert des Pupillendurchmessers (PD_korr) entsprechenden, zweiten Pupillendurchmessersignals (PD_korr-Signal) aus dem ersten Pupillendurchmessersignal (PD_mess-Signal) und dem Helligkeits-Pupillendurchmessersignal (PD_hell-Signal) aus der Beziehung PDkorr = PDmess – PDhell, wobeiPD_hell eine bzgl. des Helligkeitssignals (LD) überproportonal ansteigende Funktion ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass PD_hell = a + b·exp(–k·LD) mit a, b, k ϵ R, b ≠ 0 und k > 0, wobei die Parameter a, b und k aus Schätzwerten oder experimentell ermittelten Werten bestimmt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass PD_hell = a + b·LD + c·LD² mit a, b, c ϵ R, c ≠ 0, wobei die Parameter a, b und c aus Schätzwerten oder experimentell ermittelten Werten bestimmt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch Mittel zur Bestimmung der Parameter a, b, c und/oder k nach einem der Ansprüche 2-3.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-22, gekennzeichnet dadurch (a) eine Kamera als Bestandteil der Mittel zum Messen des Durchmessers zumindest einer der Pupillen der Person, und (b) Mittel zum Messen des Abstandes zwischen der Bildebene der Kamera und der zu messenden Pupille.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera Autofokusmittel aufweist und diese Autofokusmittel Teil der Mittel zum Messen des Abstandes zwischen der Bildebene der Kamera und der zu messenden Pupille sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-24, gekennzeichnet durch Mittel zum Messen der Umgebungshelligkeit unmittelbar in der Nähe der Augenpartie der Person.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Belichtungsmessvorrichtung enthält und diese Belichtungsmessvorrichtung Teil der Mittel zum Messen der Umgebungshelligkeit unmittelbar in der Nähe der Augenpartie der Person ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-26, gekennzeichnet durch Mittel zum Messen von einem oder mehreren Lidschlussparametern des Lids des Auges der zu messenden Pupille.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Lidschlussparameter die Lidschlussfrequenz und die Lidschlusslatenz umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-28, gekennzeichnet durch Mittel zum Messen der Blickrichtung der zu messenden Pupille.
Vorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch Mittel zur Registrierung der Blickrichtung in Abhängigkeit von der Zeit.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-30, gekennzeichnet durch Mittel zur Fernübertragung von Daten der Messungen.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-16, der Anwendung nach Anspruch 17 oder 18 oder der Vorrichtung nach Anspruch 19-31 zur Prozesssteuerung einer Vorrichtung, bei welchem ein in Abhängigkeit von einem oder mehreren der erzeugten Messwerten erzeugtes Steuersignal der Vorrichtung aufgeschaltet wird und eine Prozesssteuerung der Vorrichtung in Abhängigkeit von diesem Steuersignal erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 32, bei dem die Prozesssteuerung zur Steuerung multimedialer Lernsysteme dient.