RU2522848C1 - Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli - Google Patents

Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli Download PDF

Info

Publication number
RU2522848C1
RU2522848C1 RU2013121752/08A RU2013121752A RU2522848C1 RU 2522848 C1 RU2522848 C1 RU 2522848C1 RU 2013121752/08 A RU2013121752/08 A RU 2013121752/08A RU 2013121752 A RU2013121752 A RU 2013121752A RU 2522848 C1 RU2522848 C1 RU 2522848C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
user
eye
control
command
stimulus
Prior art date
Application number
RU2013121752/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Львович Шишкин
Борис Митрофанович Величковский
Александр Яковлевич Каплан
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2013121752/08A priority Critical patent/RU2522848C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522848C1 publication Critical patent/RU2522848C1/en

Links

Images

Landscapes

  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: user indicates control positions and creates conditions for the onset of stimuli thereon at a different time. To issue instructions, the user focuses on the control position, waits for the stimulus and, upon seeing the stimulus, makes an eye gesture. User eye movement is detected and analysed and the eye gesture is detected and analysed. At the beginning of the eye gesture, a stimulus in response to which it was issued and the corresponding position are determined, and an instruction associated with said combination of eye gesture and control position is issued to a control device.
EFFECT: enabling detection of user instructions issued by looking without the need for precise determination of spatial coordinates of the look and providing a considerable angular distance between control positions, and without the need for the user to focus at given positions.
21 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области когнитивных технологий, а именно к области бесконтактного взаимодействия пользователей с управляемыми устройствами. Оно может быть использовано в системах коммуникации и управления компьютерами, робототехникой и другими техническими устройствами, в частности, предназначенными для людей с нарушениями моторных функций, а также для здоровых людей в ситуациях, когда управление предпочтительнее осуществлять с помощью движений глаз.The invention relates to the field of cognitive technologies, namely to the field of contactless user interaction with controlled devices. It can be used in communication and control systems for computers, robotics, and other technical devices, in particular, intended for people with impaired motor functions, as well as for healthy people in situations where control is preferable to be carried out using eye movements.

Уровень техникиState of the art

Традиционные способы передачи команд от человека к компьютеру и к технике, управление которой опосредуется компьютерными технологиями, требуют использования движений пальцев и кистей рук. В связи с этим такие способы оказываются недоступными или труднодоступными при ряде заболеваний, в частности, приводящих к нарушению нервно-мышечной передачи, при наличии травматических повреждений проводящих путей спинного мозга или ампутации верхних конечностей, а также при занятости рук другой деятельностью.Traditional methods of transmitting commands from a person to a computer and to a technique controlled by computer technology require the use of finger and hand movements. In this regard, such methods turn out to be inaccessible or inaccessible for a number of diseases, in particular, leading to impaired neuromuscular transmission, in the presence of traumatic injuries of the conduction paths of the spinal cord or amputation of the upper limbs, as well as when the hands are occupied with other activities.

Существуют и другие причины, по которым в определенных ситуациях предпочтительной является отдача команд без использования конечностей. Так, отдача команд с помощью рук может быть нежелательна при работе с техническими устройствами, используемыми большим числом людей, например с банкоматами, из гигиенических соображений. Обеспечение возможности отдачи команд компьютеру или смартфону без использования конечностей может повышать занимательность видеоигр. Ввод информации в компьютер или смартфон без использования физических движений частей тела и голосовых команд может помочь затруднить несанкционированный доступ к конфиденциальной информации, например, при вводе пароля или пин-кода.There are other reasons why in certain situations it is preferable to give commands without using limbs. So, giving commands by hand may be undesirable when working with technical devices used by a large number of people, such as ATMs, for hygienic reasons. Providing the ability to issue commands to a computer or smartphone without the use of limbs can increase the entertainment of video games. Entering information into a computer or smartphone without using physical movements of body parts and voice commands can help make it difficult for unauthorized access to confidential information, for example, when entering a password or pin code.

Одним из основных альтернативных средств, с помощью которых человек может отдавать команды техническому устройству без использования механического воздействия на устройства ввода, являются технологии, основанные на отслеживании направления взгляда.One of the main alternative means by which a person can give instructions to a technical device without using mechanical impact on input devices are technologies based on tracking the direction of the gaze.

При использовании этих технологий направление пользователем своего взгляда на позиции на экране, поставленные в соответствие командам (управляющие позиции), приводит к отдаче команд (ввод букв в печатаемый текст, включение или выключение устройства, и т.п.). Недостатками этих технологий являются:When using these technologies, the direction of the user’s view of the positions on the screen that are aligned with the commands (control positions) leads to the issuance of commands (entering letters in the printed text, turning the device on or off, etc.). The disadvantages of these technologies are:

- сложность различения направления взгляда в управляющую позицию с целью отдачи команды и непроизвольного направления взгляда в ту же позицию (проблема «прикосновения Мидаса»);- the difficulty of distinguishing the direction of the gaze to the control position in order to give the team away and involuntarily directing the gaze to the same position (the problem of “touching Midas”);

- необходимость обеспечить значительное угловое расстояние между управляющими позициями в связи со сравнительно низким пространственным разрешением этой технологии (например, в сравнении с точностью позиционирования курсора с помощью компьютерной мыши);- the need to provide a significant angular distance between the control positions in connection with the relatively low spatial resolution of this technology (for example, in comparison with the accuracy of cursor positioning with a computer mouse);

- необходимость высокой точности работы системы отслеживания направления взгляда, для обеспечения которой требуется индивидуальная настройка и может требоваться обеспечение дополнительной подстройки в процессе эксплуатации с использованием калибровочных процедур, создающих для пользователя дополнительную нагрузку и временные затраты.- the need for high accuracy of the gaze tracking system, which requires individual adjustment and may require additional adjustment during operation using calibration procedures that create additional load and time for the user.

В данных технологиях нельзя использовать наиболее простые методы слежения за взглядом, не требующие использования дорогих и громоздких устройств и основанные на регистрации и анализе электроокулограммы (ЭОГ) или видеосигнала, регистрируемого простейшими видеокамерами, ввиду невозможности точного определения пространственных координат взгляда на их основе. Обычно используются системы слежения, использующие дорогие видеокамеры. Обеспечение высокой точности отслеживания взгляда, необходимой при использовании данных технологий, сопряжено с введением в методику по крайней мере некоторых из следующих дополнительных элементов, которые могут вызывать дополнительные неудобства для пользователя или ограничивать возможности применения технологии: использование источника инфракрасного излучения для подсветки области зрачка и радужки либо поддержание высокого и стабильного уровня освещенности этой области в видимом диапазоне; фиксация видеокамер и средства подсветки на голове пользователя; частая калибровка.In these technologies, it is impossible to use the simplest methods of tracking the gaze, which do not require the use of expensive and bulky devices and are based on the registration and analysis of the electrooculogram (EOG) or the video signal recorded by the simplest video cameras, since it is impossible to accurately determine the spatial coordinates of the gaze based on them. Tracking systems using expensive camcorders are commonly used. Ensuring the high accuracy of gaze tracking required when using these technologies involves introducing at least some of the following additional elements into the methodology, which may cause additional inconvenience for the user or limit the possibility of using the technology: using an infrared radiation source to illuminate the pupil and iris region or maintaining a high and stable level of illumination of this area in the visible range; fixing cameras and backlight on the user's head; frequent calibration.

Кроме того, следует учитывать возможность быстрого утомления пользователя при осуществлении требуемой данными технологиями интенсивно-прецизионной глазодвительной деятельности, не связанной естественным образом с обеспечением функции зрения, для обеспечения которой приспособлена глазодвигательная система человека.In addition, it is necessary to take into account the possibility of quick fatigue of the user when carrying out the intensively precise oculomotor activity required by these technologies, which is not naturally associated with the provision of the vision function, for which the human oculomotor system is adapted.

Наконец, технологии, требующие точного позиционирования взгляда относительно позиций в пространстве (например, экранных «кнопок»), могут быть недостаточно удобны или недоступны для пользователей с ослабленным зрением или ослабленным управлением взглядом даже при использовании высокоточных методов регистрации движений глаз.Finally, technologies that require accurate positioning of the gaze relative to positions in space (for example, on-screen “buttons”) may not be convenient or accessible for users with impaired vision or impaired gaze control, even when using highly accurate methods for recording eye movements.

Для улучшения различения фиксаций взгляда, связанных и не связанных с отдачей команды, в патентах US 4836670, US 4950069, US 4973149 используется критерий «времени остановки» (dwell time): команда отдается только в случае, если взгляд находится в заданной области экрана дольше некоторого заранее заданного времени. Однако этот способ не помогает справиться с остальными из перечисленных выше недостатков технологии детекции команд пользователя на основе определения позиции, в которую направлен взгляд. Кроме того, временная остановка взгляда может быть не связана с отдачей команды: например, она возможна, если пользователь о чем-либо задумывается либо если что-то в данной области экрана непроизвольно привлекло его внимание. В связи с этим избегание ошибочного ввода команд при использовании данного способа требует от пользователя значительных усилий по выполнению инструкций и может быстро приводить к утомлению. Следует также иметь в виду, что и удержание взгляда в заданной позиции в течение заданного времени с целью отдачи команды может быть непроизвольно прервано, если внимание пользователя привлекло что-то в другой позиции, а длительная фиксация взгляда в одной позиции затруднительна и при отсутствии выраженных отвлекающих факторов. В связи с этим увеличение минимально требуемого времени остановки, требующееся для повышения точности различения попыток отдачи команды и непреднамеренных фиксаций, может приводить к еще большему увеличению нагрузки на пользователя и даже к невозможности управления из-за сложности длительное время целенаправленно фиксировать одну и ту же пространственную позицию.To improve the distinction between gaze fixations, related and not related to giving a command, the patents US 4836670, US 4950069, US 4973149 use the criterion of “stop time” (dwell time): the command is given only if the gaze is in a given area of the screen for longer than some predefined time. However, this method does not help to cope with the rest of the above disadvantages of the technology for detecting user commands based on determining the position in which the gaze is directed. In addition, a temporary stop of gaze may not be related to the return of the command: for example, it is possible if the user thinks about something or if something in this area of the screen involuntarily attracted his attention. In this regard, the avoidance of erroneous input of commands when using this method requires considerable effort from the user to follow the instructions and can quickly lead to fatigue. It should also be borne in mind that keeping the gaze in a given position for a given time in order to give a command can be interrupted involuntarily if the user's attention was attracted by something in another position, and long-term fixation of the gaze in one position is difficult and in the absence of pronounced distractions factors. In this regard, the increase in the minimum required stopping time, required to increase the accuracy of distinguishing between attempts to give a command and unintentional fixations, can lead to an even greater increase in the load on the user and even to the inability to control because of the difficulty for a long time to purposefully fix the same spatial position .

В патенте US 6886137 для определения потребности пользователя замедлить или ускорить скорость перемещения («прокрутки») визуальной информации по экрану используется перемещение взгляда соответственно к краю экрана, где информация уходит с него, и к краю, где появляется новая информация. Вследствие естественного характера таких перемещений взгляда они не создают дополнительную нагрузку на пользователя. Однако данная технология применима лишь к ограниченному кругу задач.In the patent US 6886137 to determine the user's need to slow down or accelerate the speed of movement ("scrolling") of visual information on the screen uses the movement of the gaze, respectively, to the edge of the screen, where the information leaves it, and to the edge where new information appears. Due to the natural nature of such eye movements, they do not create an additional burden on the user. However, this technology is applicable only to a limited range of tasks.

В патенте EP 0634031 предложен способ, заключающийся в регистрации биоэлектромагнитных сигналов, генерируемых при движении глазного яблока, их обработке, обозначении движений глаз символическими лексемами, генерации командных сигналов на основе протокола, связывающего командные сигналы с последовательностями лексем, и выполнение функций коммуникации или управления в ответ на командные сигналы. В качестве биоэлектромагнитных сигналов может использоваться ЭОГ. Недостатком данного способа является искусственный характер использования заданных последовательностей движений глаз для отдачи команд, из-за которого при использовании способа может быстро развиваться утомление. Кроме того, необходимость заучивания последовательностей движений глаз и их соответствия командам ограничивает число используемых команд.Patent EP 0634031 proposes a method consisting in recording bioelectromagnetic signals generated by the movement of the eyeball, processing them, designating eye movements with symbolic tokens, generating command signals based on a protocol linking command signals with sequences of tokens, and performing communication or control functions in response on command signals. As bioelectromagnetic signals, EOG can be used. The disadvantage of this method is the artificial nature of the use of predetermined sequences of eye movements for issuing commands, due to which fatigue can quickly develop when using the method. In addition, the need to memorize eye movement sequences and their correspondence to commands limits the number of commands used.

Предпринимались попытки решить отмеченные выше проблемы путем создания комбинированных интерфейсов глаз-мозг-компьютер. Известен способ детекции вводимых пользователем команд, основанный на определении направления взгляда и анализе электрических потенциалов мозга, связанных с фиксацией взгляда, а также на учете изменений диаметра зрачка и характеристик движений глаз (US 5649061). Недостатком известного способа является невозможность обеспечения высокой точности срабатывания интерфейса вследствие низкой амплитуды потенциалов, связанных с фиксацией взгляда, и значительной зависимости диаметра зрачка и характеристик движений глаз от разнообразных факторов, не контролируемых или не полностью контролируемых в рамках данной технологии.Attempts have been made to solve the problems noted above by creating combined eye-brain-computer interfaces. A known method of detecting user-entered commands is based on determining the direction of gaze and analyzing the electrical potentials of the brain associated with fixing the gaze, as well as taking into account changes in pupil diameter and characteristics of eye movements (US 5649061). The disadvantage of this method is the inability to ensure high accuracy of the interface due to the low amplitude of the potentials associated with fixing the gaze, and a significant dependence of the pupil diameter and characteristics of eye movements on various factors that are not controlled or not fully controlled within the framework of this technology.

В публикации Kotani et al. (2010) (Kentaro Kotani, Yuji Yamaguchi, Takafumi Asao, Ken Horii (2010): Design of eye-typing interface using saccadic latency of eye movement, International Journal of Human-Computer Interaction, 26:4, 361-376) раскрыт способ, состоящий в сочетании детекции отдаваемой команды с помощью фиксации пользователем своего взгляда в управляющей позиции, соответствующей команде, и детекции ее последующего подтверждения, осуществляемого с помощью дополнительной саккады. В конкретной реализации авторы использовали отдельно расположенные «экранные кнопки подтверждения», в которые пользователь должен был делать подтверждающие саккады, для упрощения идентификации таких саккад. Способ позволяет с большой надежностью регистрировать событие подтверждения даже при низкой пространственной точности подтверждающих саккад, поскольку для детекции управляющей позиции используется латентность подтверждающей саккады, которая определялась как время начала саккады относительно времени попадания взгляда в управляющую позицию.In a publication by Kotani et al. (2010) (Kentaro Kotani, Yuji Yamaguchi, Takafumi Asao, Ken Horii (2010): Design of eye-typing interface using saccadic latency of eye movement, International Journal of Human-Computer Interaction, 26: 4, 361-376) a method is disclosed , consisting of a combination of detecting a given command by fixing the user’s gaze in the control position corresponding to the command and detecting its subsequent confirmation using an additional saccade. In a specific implementation, the authors used separately located “on-screen confirmation buttons” into which the user had to make confirmation saccades to simplify the identification of such saccades. The method allows to record with great reliability the confirmation event even at low spatial accuracy of the confirming saccades, since the latency of the confirming saccade, which was determined as the time of the beginning of the saccade relative to the time the eye falls into the control position, is used to detect the control position.

Благодаря использованию подтверждения каждой вводимой команды легко детектируемой саккадой авторам этой публикации удалось исключить ошибки, связанные с эффектом «прикосновения Мидаса». При использовании их способа нет необходимости ставить в соответствие каждой используемой команде отдельный глазной жест (который нужно выучивать и помнить), как в ЕР 0634031. Поскольку обозначения команд (в их работе - печатаемые буквы слогового алфавита) могут быть показаны прямо в управляющих позициях, пользователь может, в принципе, легко научиться быстро находить позицию, соответствующую нужной команде, даже при использовании разных наборов команд.Thanks to the use of the confirmation of each input command with an easily detectable saccade, the authors of this publication managed to eliminate errors associated with the “Midas touch” effect. When using their method, there is no need to match each command used with a separate eye gesture (which you need to learn and remember), as in EP 0634031. Since the command designations (in their work are printed letters of the syllable alphabet) can be shown directly in the control positions, the user maybe, in principle, it’s easy to learn how to quickly find the position corresponding to the desired team, even when using different sets of commands.

Однако детекция отдаваемых команд в способе, предложенном Kotani et al. (2010), требует точного определения попадания взгляда в управляющие позиции и обеспечения значительного углового расстояния между управляющими позициями.However, detection of the issued commands in the method proposed by Kotani et al. (2010), requires the precise determination of eye contact in control positions and the provision of a significant angular distance between control positions.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Предлагаемый способ детекции команд пользователя, отдаваемых компьютеру с помощью взгляда, существенно отличается от аналогов использованием зрительных стимулов, обеспечивающих связь доступных пользователю команд с известными моментами времени. Пользователь указывает на нужную команду путем подачи глазного жеста: по времени его подачи определяется время появления соответствующего такой команде стимула.The proposed method for detecting user commands given to a computer using gaze differs significantly from analogues using visual stimuli that provide communication of commands available to a user with known time instants. The user indicates the desired command by submitting an eye gesture: the time of its submission determines the time of appearance of the stimulus corresponding to such a command.

В качестве такого глазного жеста в простейшем случае может использоваться единичная высокоамплитудная саккада. Благодаря тому что латентности саккад в ответ на стимул (средняя величина которых у человека - 200 мс) и их вариативность сравнительно невелики, при появлении стимулов через интервалы времени, достаточно большие в сравнении с вариативностью латентности саккад, по времени начала саккады в ответ на стимул можно определить стимул, реакцией на который была данная саккада. Аналогичным образом возможно использование и более сложных глазных жестов, прежде всего таких, которые начинаются с саккады.In the simplest case, a single high-amplitude saccade can be used as such an eye gesture. Due to the fact that the latencies of saccades in response to a stimulus (the average value of which is 200 ms in humans) and their variability are relatively small, with the appearance of stimuli at time intervals that are quite large compared to the variability of saccades latency, according to the time of the beginning of saccades in response to a stimulus, determine the stimulus that this saccade responded to. Similarly, it is possible to use more complex eye gestures, especially those that begin with a saccade.

Благодаря ассоциации стимулов с командами обнаружение глазных жестов и моментов их начала позволяет определить отдаваемую пользователем команду. При этом не требуется получение точной информации о положении взгляда относительно управляющих позиций, и благодаря этому становится возможным использовать простые, дешевые и надежные методы регистрации и анализа движений глаз, в т.ч. не требующие калибровки измерительной аппаратуры.Due to the association of stimuli with commands, the detection of eye gestures and the moments of their beginning allows us to determine the command given by the user. In this case, it is not necessary to obtain accurate information about the position of the gaze relative to the control positions, and this makes it possible to use simple, cheap and reliable methods for recording and analyzing eye movements, including not requiring calibration of measuring equipment.

Предлагаемый способ также направлен на исключение необходимости для пользователя с большой точностью фиксировать взгляд в заданных позициях.The proposed method is also aimed at eliminating the need for the user to accurately fix the gaze in the given positions.

Кроме того, предлагаемый способ направлен на исключение необходимости выдерживать значительные размеры управляющих позиций, а также значительные угловые расстояния между ними. Таким образом, предлагаемое изобретение создает возможности более свободного дизайна управляющих позиций и их размещения на экране. Благодаря этому интерфейсы компьютерных приложений, использующих управление с помощью взгляда, в т.ч. интерфейсы систем управления подключенной к компьютеру техникой, могут быть выполнены в большем соответствии задачам, для решения которых они предназначаются, возможна их дополнительная эргономическая оптимизация, и т.п.In addition, the proposed method is aimed at eliminating the need to withstand significant sizes of control positions, as well as significant angular distances between them. Thus, the present invention creates opportunities for a more free design of control positions and their placement on the screen. Due to this, the interfaces of computer applications using control with the help of a glance, including the interfaces of control systems of equipment connected to a computer can be performed in greater accordance with the tasks for which they are intended, their additional ergonomic optimization is possible, etc.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, состоит в обеспечении детекции команд пользователя, отдаваемых техническому устройству с помощью взгляда, без необходимости точного определения пространственных координат взгляда и обеспечения значительного углового расстояния между управляющими позициями, а также без необходимости для пользователя точно фиксировать взгляд в заданных позициях.The technical result achieved by the present invention is to ensure the detection of user commands given to the technical device using the gaze, without the need to accurately determine the spatial coordinates of the gaze and provide a significant angular distance between the control positions, as well as without the need for the user to accurately fix the gaze in the given positions.

Технический результат достигается тем, что предложен способ управления устройством с помощью глазных жестов в ответ на стимулы, заключающийся в том, чтоThe technical result is achieved by the fact that the proposed method of controlling the device using eye gestures in response to incentives, namely, that

- пользователю указывают по меньшей мере одну управляющую позицию,- the user is indicated at least one control position,

- с каждой управляющей позицией ассоциируют по меньшей мере один глазной жест,- at least one eye gesture is associated with each control position,

- с каждой комбинацией управляющей позиции и ассоциированного с нею глазного жеста ассоциируют одну команду,- with each combination of the control position and the eye gesture associated with it, one team is associated,

- создают условия, при которых в управляющих позициях в разное время появляются заданные зрительные стимулы,- create conditions under which predetermined visual stimuli appear in control positions at different times,

- дают инструкцию пользователю для отдачи команды управляемому им устройству перевести взгляд в управляющую позицию, ассоциированную с данной командой, и после появления в ней заданного зрительного стимула подать глазной жест,- give instructions to the user to give a command to the device controlled by him, to look into the control position associated with this command, and after the appearance of a given visual stimulus in it, give an eye gesture,

- регистрируют движения глаз пользователя,- register the eye movements of the user,

- анализируют записи движений глаз пользователя с целью выявления глазного жеста и определения времени его подачи,- analyze the recording of the movements of the eyes of the user in order to identify an eye gesture and determine the time of its filing,

- и в случае, если выявлен глазной жест, время подачи которого соответствует времени появления стимула в одной из управляющих позиций, детектируют отдачу команды, ассоциированной с комбинацией данного глазного жеста и данной управляющей позиции, и выдают ее на управляемое устройство.- and if an eye gesture is detected, the filing time of which corresponds to the time the stimulus appeared in one of the control positions, the command response associated with the combination of this eye gesture and this control position is detected, and it is issued to the controlled device.

Технический результат достигается также тем, чтоThe technical result is also achieved by the fact that

- условия, при которых в управляющих позициях в разное время появляются заданные зрительные стимулы, создают путем предъявления заданных зрительных стимулов в этих позициях в известные моменты времени;- conditions under which predetermined visual stimuli appear in control positions at different times, are created by presenting specified visual stimuli in these positions at known points in time;

- предъявление заданных зрительных стимулов в управляющих позициях организуют циклами, состоящими из предъявления такого стимула по одному разу в каждой из по меньшей мере двух управляющих позиций;- the presentation of specified visual stimuli in control positions is organized by cycles consisting of the presentation of such a stimulus once in each of at least two control positions;

- если моменты времени появления заданных зрительных стимулов заранее неизвестны, ведут регистрацию сигнала, несущего информацию о появлении таких стимулов, и на основе его анализа определяют моменты времени появления каждого такого стимула;- if the time moments of the appearance of the given visual stimuli are not known in advance, a signal is recorded that carries information about the appearance of such stimuli, and based on its analysis, the time moments of the appearance of each such stimulus are determined;

- подают звуковые сигналы, синхронизированные со зрительными стимулами, при этом используют одну и ту же высоту звука при появлении заданного зрительного стимула в одной и той же позиции и разную высоту - при появлении заданных зрительных стимулов в разных позициях;- give sound signals synchronized with visual stimuli, while using the same pitch when a given visual stimulus appears in the same position and a different height - when the specified visual stimuli appear in different positions;

- создают условия, при которых зрительные стимулы во всех управляющих позициях одинаковые;- create conditions under which the visual stimuli are the same in all control positions;

- создают условия, при которых зрительные стимулы по меньшей мере в одной из управляющих позиций отличаются от зрительных стимулов в других управляющих позициях;- create conditions under which visual stimuli in at least one of the control positions differ from visual stimuli in other control positions;

- пользователю указывают по меньшей мере одну позицию подтверждения, а подтверждающий глазной жест задают в форме саккады в позицию подтверждения;- the user is shown at least one confirmation position, and the confirming eye gesture is set in the form of a saccade to the confirmation position;

- после детекции отданной команды ее обозначение показывают в позиции подтверждения;- after the detection of the given command, its designation is shown in the confirmation position;

- пользователю указывают не менее двух позиций подтверждения, а глазной жест задают в форме не менее двух саккад в позиции подтверждения;- the user is shown at least two confirmation positions, and the eye gesture is set in the form of at least two saccades in the confirmation position;

- управляющие позиции помещают внутри видимой пользователю особой области, а пользователь получает инструкцию направлять взгляд внутрь этой особой области только тогда, когда он готовится отдать команду;- control positions are placed inside the special area visible to the user, and the user is instructed to direct his eyes inside this special area only when he is preparing to give a command;

регистрацию движений глаз пользователя производят путем видеорегистрации изображения глаз;registration of the eye movements of the user is performed by video recording of the eye image;

- регистрацию движений глаз пользователя производят путем регистрации электроокулограммы;- registration of the movements of the eyes of the user is performed by registering an electrooculogram;

- регистрацию движений глаз пользователя производят путем регистрации сигналов мозгового происхождения;- registration of the movements of the eyes of the user is performed by registering signals of brain origin;

- при анализе записей движений глаз пользователя определяют координаты взгляда непосредственно перед и после высокоамплитудных движений глаз;- when analyzing the records of the user's eye movements, the coordinates of the gaze are determined immediately before and after the high-amplitude eye movements;

- регистрируют положение головы пользователя и полученные данные используют при анализе записей движений глаз пользователя с целью выявления глазного жеста;- register the position of the user's head and the obtained data is used in the analysis of records of the movements of the user's eyes in order to detect an eye gesture;

- наряду с регистрацией движений глаз у пользователя регистрируют сигнал мозгового происхождения, а отдаваемую команду устанавливают при использовании совместного анализа движений глаз и сигнала мозгового происхождения;- along with registration of eye movements, a signal of brain origin is recorded at the user, and the command issued is established using a combined analysis of eye movements and signal of brain origin;

в качестве сигнала мозгового происхождения используют электроэнцефалограмму;an electroencephalogram is used as a signal of brain origin;

в качестве сигнала мозгового происхождения используют магнитоэнцефалограмму;as a signal of brain origin using a magnetoencephalogram;

- в качестве сигнала мозгового происхождения используют BOLD-сигнал;- a BOLD signal is used as a signal of brain origin;

- в качестве сигнала мозгового происхождения используют NIRS-сигнал.- A NIRS signal is used as a signal of brain origin.

Краткое описание фигурBrief Description of the Figures

Фиг.1 представляет пример того, как может выглядеть участок экрана монитора при использовании подтверждающей позиции. Восемь из девяти компактно расположенных управляющих позиций не выделены 1, одна управляющая позиция выделена 2. Позиция подтверждения 3, если она используется, располагается на удалении от остальных позиций.Figure 1 is an example of what a portion of a monitor screen might look like when using a confirmation position. Eight out of nine compactly located control positions are not highlighted 1, one control position is highlighted 2. Confirmation position 3, if used, is located far from the rest of the positions.

Фиг.2 показывает, как управляющие позиции могут быть помещены в пределах зрительно выделенной особой области. В дополнение к представленным также на предыдущем рисунке невыделенным 1 и выделенной 2 управляющим позициям и подтверждающей позиции 3 здесь показана граница особой области 4, отделяющая от остальной части экрана 5 особую область 6. Стрелками 7-12 показаны саккады. Направление саккады 7 исключает ее идентификацию как подтверждающего глазного жеста. Саккады 8 и 11 по их направлению и амплитуде могут быть идентифицированы как подтверждающие глазные жесты, хотя они таковыми не являются. Однако пользователь может исключить их, следуя инструкциям, т.к. для их совершения пользователь должен направить взгляд в особую область и сделать затем саккаду в сторону подтверждающей позиции - т.е. дважды подряд нарушить инструкцию. Саккаду 9, действительно являющуюся подтверждающим глазным жестом, отличают от саккады 10 со сходным направлением и амплитудой на основе анализа времени их начала (см. ниже). Возможны саккады 12, для определения отличия которых от подтверждающих глазных жестов нужно использовать, наряду с данными по направлению и амплитуде саккады, также данные по координатам взгляда в начальной и/или конечной позиции, однако такие координаты достаточно определять со сравнительно небольшой точностью.Figure 2 shows how control positions can be placed within a visually highlighted special area. In addition to the unselected 1 and 2 selected control positions and confirming positions 3 shown in the previous figure, the border of the special region 4 is shown here, which separates the special region 6 from the rest of the screen 5. Arrows 7-12 show saccades. The direction of saccade 7 excludes its identification as a confirmatory eye gesture. Saccades 8 and 11 in their direction and amplitude can be identified as confirming eye gestures, although they are not. However, the user can exclude them by following the instructions, as to make them, the user must look at a particular area and then make a saccade in the direction of the confirming position - i.e. violate the instruction twice in a row. Saccade 9, which is indeed a confirming eye gesture, is distinguished from saccade 10 with a similar direction and amplitude based on an analysis of their start time (see below). Saccades 12 are possible, to determine the difference between them and confirming eye gestures, it is necessary to use, along with data on the direction and amplitude of the saccade, also data on the coordinates of the gaze in the initial and / or final position, however, it is sufficient to determine such coordinates with relatively little accuracy.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В наиболее типичном случае способ осуществляют следующим образом. Пользователь располагается перед управляющими позициями, положение которых ему указывают визуально или вербально. Управляющие позиции ассоциируют с заранее определенными командами. Для отдачи команды пользователь направляет взгляд в управляющую позицию, ассоциированную с этой командой, и ожидает появления стимула в этой позиции.In the most typical case, the method is as follows. The user is located in front of control positions, the position of which is indicated to him visually or verbally. Control positions are associated with predefined commands. To issue a command, the user directs his gaze to the control position associated with this command and expects the stimulus to appear in this position.

В управляющих позициях последовательно предъявляют зрительные стимулы. Увидев стимул в управляющей позиции, ассоциированной с отдаваемой командой, пользователь немедленно подает заранее заданный глазной жест.In control positions, visual stimuli are presented successively. Having seen the stimulus in the control position associated with the given command, the user immediately gives a predetermined eye gesture.

Регистрируют движения глаз пользователя. Путем анализа зарегистрированного сигнала, содержащего информацию о движениях глаз пользователя, определяют, подал ли пользователь при предъявлении стимула в одной из управляющих позиций заранее заданный глазной жест, и при положительном ответе выдают на управляемое устройство заранее определенную команду, ассоциированную с данной управляющей позицией.Record eye movements of the user. By analyzing the registered signal containing information about the movements of the user's eyes, it is determined whether the user gave a predetermined eye gesture upon presentation of the stimulus in one of the control positions, and if the answer is yes, a predetermined command associated with this control position is issued to the controlled device.

Предъявление стимулов, анализ записей движения глаз и детекцию отдаваемых команд осуществляют в автоматическом режиме с помощью системы, включающей компьютерную программу или программы и необходимые технические средства. С их помощью могут осуществляться и другие операции, в частности показ управляющих позиций.Presentation of stimuli, analysis of eye movement records and detection of commands given are carried out automatically using a system that includes a computer program or programs and the necessary technical means. With their help, other operations can be carried out, in particular, the display of control positions.

Далее перечисленные выше действия раскрываются более подробно и с указанием возможных вариантов их реализации.Further, the above actions are disclosed in more detail and indicating possible options for their implementation.

Управляющие позицииManagement positions

Управляющая позиция представляет собой место в пространстве, где появляются стимулы, ассоциированные с одной из команд. В качестве управляющих позиций могут быть использованы любые позиции в пространстве при условии, что все они видны пользователю.The control position is a place in the space where the incentives associated with one of the teams appear. As control positions, any positions in space can be used, provided that they are all visible to the user.

Управляющие позиции делают, как правило, хорошо заметными для пользователя любым удобным способом, по возможности одновременно помогающим догадываться об ассоциированных с ними командах или напоминающим о них (см. пример на Фиг.1). Управляющая позиция может быть обозначена и как обширная область, и как область с минимальной протяженностью, при которой она еще может быть видимой. Более того, в самой управляющей позиции может отсутствовать какое-либо зрительно различимое обозначение, если окружающих ориентиров и инструкции, выдаваемой пользователю, достаточно для идентификации ее положения. Например, на управляющую позицию может указывать стрелка. Инструкция может сообщать, что управляющая позиция находится в центре экрана или в его верхнем левом углу, при этом допустимо не использовать никаких специальных указателей для ее обозначения.The control positions make, as a rule, clearly visible to the user in any convenient way, if possible at the same time helping to guess about the teams associated with them or reminiscent of them (see the example in Figure 1). The control position can be designated both as a vast area, and as an area with a minimum extent, at which it can still be visible. Moreover, in the control position itself, there may be no visually distinguishable designation if the surrounding landmarks and instructions issued to the user are sufficient to identify its position. For example, an arrow may indicate a control position. The instruction may indicate that the control position is in the center of the screen or in its upper left corner, while it is permissible not to use any special pointers to indicate it.

Во многих случаях удобно обозначать управляющую позицию областью в виде круглой кнопки диаметром 1° или прямоугольной кнопки близких размеров. Следует иметь в виду, что назначение зрительно заметного выделения - управляющих позиций в пространстве - помочь быстро идентифицировать стимул, ассоциированный с нужной командой. Наиболее точную идентификацию отдаваемой команды можноожидать, в общем случае, при направлении взгляда в управляющую позицию. Однако при необходимости пользователь может следить за управляющей позицией без направления взгляда в управляющую позицию при условии, что она остается в поле зрения - это возможно благодаря механизмам скрытого внимания. In many cases, it is convenient to designate the control position with an area in the form of a round button with a diameter of 1 ° or a rectangular button of similar dimensions. It should be borne in mind that the purpose of visually noticeable highlighting - control positions in space - to help quickly identify the stimulus associated with the desired team. The most accurate identification of the given command can be expected, in the general case, when the gaze is directed to the control position. However, if necessary, the user can monitor the control position without looking at the control position, provided that it remains in the field of view - this is possible thanks to the mechanisms of hidden attention.

В качестве устройства, обеспечивающего показ управляющих позиций, можно использовать экран монитора персонального компьютера, смартфона и т.п., а также экран, на который их обозначения проецируются отдельно расположенным проектором. Однако управляющие позиции могут быть расположены на любых поверхностях, где их может видеть пользователь. Предпочтительным, как правило, является размещение всех управляющих позиций в одной плоскости, однако допустимо их иное размещение, например, в тех случаях, когда их помещают на управляемом устройстве сложной объемной формы, например на разных «конечностях» антропоморфного робота.As a device for displaying control positions, you can use the monitor screen of a personal computer, smartphone, etc., as well as the screen on which their designations are projected by a separate projector. However, control positions can be located on any surfaces where the user can see them. As a rule, it is preferable to place all control positions in one plane, however, they can be placed differently, for example, when they are placed on a controlled device of complex volumetric shape, for example, on different "limbs" of an anthropomorphic robot.

Управляющие позиции могут быть, в принципе, расположены на любом расстоянии друг от друга. Однако при подборе расстояний между ними следует иметь в виду, что при их слишком близком расположении стимулы в позициях, соседних к той, которая ассоциирована с вводимой командой, могут мешать восприятию стимула в этой позиции и способствовать утомлению.Control positions can, in principle, be located at any distance from each other. However, when choosing the distances between them, it should be borne in mind that if they are too close, the stimuli in positions adjacent to the one associated with the input command can interfere with the perception of the stimulus in this position and contribute to fatigue.

Управляющие позиции при необходимости могут менять положение в пространстве, если их обозначения или ориентиры, необходимые для их нахождения, остаются видимыми и их перемещение не создает значительных неудобств для их нахождения и отслеживания.If necessary, control positions can change position in space if their designations or landmarks necessary for their location remain visible and their movement does not create significant inconvenience for their location and tracking.

Примеры обозначения управляющих позиций: пиктограммы или кнопки с короткими словесными обозначениями на экране монитора персонального компьютера, банкомата или смартфона; светодиоды разного цвета, вмонтированные в оправу очков; цветовая разметка, нанесенная на неподвижные или движущиеся части управляемого робототехнического устройства.Examples of designations of control positions: pictograms or buttons with short verbal designations on the screen of a monitor of a personal computer, ATM or smartphone; LEDs of different colors mounted in the frame of glasses; color markings applied to fixed or moving parts of a controlled robotic device.

Число управляющих позиций определяется исходя из назначения системы, реализующей способ. Однако оно не должно превышать 100 и, как правило, должно быть значительно ниже этого числа, во многих случаях - меньше 10. В противном случае будет затруднено нахождение нужных позиций и существенно замедлено управление, т.к. время, необходимое на отдачу одной команды, растет с ростом числа позиций (приблизительно пропорционально ему).The number of control positions is determined based on the purpose of the system that implements the method. However, it should not exceed 100 and, as a rule, should be significantly lower than this number, in many cases - less than 10. Otherwise, it will be difficult to find the right positions and significantly slow down management, because the time required to return one team increases with the number of positions (approximately proportional to it).

СтимулыIncentives

В качестве стимула может быть использовано любое зрительно заметное пользователю событие, время которого известно или доступно регистрации в программной системе, реализующей изобретение, и ассоциация которого с одной из управляющих позиций известна пользователю.As an incentive, any event visually noticeable to the user can be used, the time of which is known or is available for registration in a software system that implements the invention, and the association of which with one of the control positions is known to the user.

Пользователь должен быть поставлен в известность об используемом типе стимулов, т.е. ему должно быть сообщено, на какого рода события он должен реагировать для отдачи команды, если это не становится «интуитивно» ясно сразу же при наблюдении стимулов.The user should be made aware of the type of incentive used, i.e. he should be informed of what kind of events he must react to give a command if it does not become "intuitive" immediately immediately when observing the stimuli.

В наиболее типичном случае в качестве стимула используют изменение всей или большей части обозначения управляющей позиции (ср. 1 и 2 на Фиг.1). В качестве стимула можно также использовать хорошо заметное пользователю изменение: области, менее обширной, чем обозначение управляющей позиции, и находящейся в пределах этого обозначения; области, частично перекрывающейся с обозначением управляющей позицией; области, более обширной, чем обозначение управляющей позиции, и включающей его в себя. Допустимо использовать в качестве стимула и изменение области, не перекрывающейся с обозначением управляющей позиции, если ассоциация стимула и управляющей позиции остается понятной пользователю - например, когда расстояния между стимулом и управляющей позициею значительно меньше, чем расстояния между разными управляющими позициями.In the most typical case, a change in all or most of the designation of the control position is used as a stimulus (cf. 1 and 2 in FIG. 1). As an incentive, you can also use a change that is well noticeable to the user: an area less extensive than the designation of the control position, and located within this designation; an area partially overlapping with the designation of the control position; area more extensive than the designation of a controlling position, and including it in itself. It is acceptable to use as a stimulus a change in an area that does not overlap with the designation of the control position if the association of the stimulus and the control position remains clear to the user - for example, when the distances between the stimulus and the control position are much smaller than the distances between different control positions.

В наиболее типичном случае в качестве стимула используют кратковременное изменение яркости и/или цвета. При этом фактически происходят два события, первое из которых состоит в изменении визуальных характеристик в сравнении исходными, т.е. с теми, которые наблюдаются большую часть времени, а второе - в возвращении визуальных характеристик к исходным. Целесообразно использовать в качестве стимула только первое из них, однако принято говорить о «длительности стимула», т.е. о времени, проходящем между такими парными событиями.In the most typical case, a short-term change in brightness and / or color is used as a stimulus. In this case, two events actually occur, the first of which consists in a change in visual characteristics in comparison with the initial ones, i.e. with those that are observed most of the time, and the second is in the return of visual characteristics to the original. It is advisable to use only the first of them as an incentive, however, it is customary to talk about the "duration of the incentive", i.e. about the time passing between such paired events.

Длительность стимула выбирают таким образом, чтобы пользователь мог заметить изменение, но при этом длительность стимула не должна быть слишком большой, иначе следующий стимул потребуется предъявить еще до окончания предыдущего, либо процедуры станет чрезмерно длительной.The duration of the stimulus is chosen so that the user can notice a change, but the duration of the stimulus should not be too long, otherwise the next stimulus must be presented before the end of the previous one, or the procedure will become excessively long.

В других случаях событие, используемое в качестве стимула, может не сопровождаться возвращением к исходным визуальным характеристикам: например, им может быть изменение цвета, сохраняющееся все время до следующего стимула, или поворот вытянутого прямоугольника на 90° вокруг своего центра. В качестве стимула можно использовать момент начала движения или момент остановки роботизированной руки или виртуального объекта на экране монитора компьютера.In other cases, the event used as a stimulus may not be accompanied by a return to the original visual characteristics: for example, it may be a color change that lasts all the time until the next stimulus, or rotation of an elongated rectangle 90 ° around its center. As an incentive, you can use the moment of the start of movement or the moment of stopping of the robotic arm or virtual object on the computer screen.

Используемые в качестве стимулов изменения, как правило, носят единообразный характер для одной и той же управляющей позиции при их неоднократном появлении, а также для разных управляющих позиций, в том числе в случае, если управляющие позиции существенно отличаются по своим зрительным характеристикам. Например, в качестве стимулов можно использовать увеличение яркости на одну и ту же величину, увеличение размера и масштаба пиктограммы на одну и ту же величину и т.п.The changes used as incentives, as a rule, are of a uniform nature for the same control position when they appear repeatedly, as well as for different control positions, including if the control positions differ significantly in their visual characteristics. For example, as incentives, you can use an increase in brightness by the same amount, an increase in the size and scale of the icon by the same amount, etc.

В определенных случаях, особенно при близком расположении управляющих позиций и при перекрытии областей, зрительное изменение которых используется в качестве стимулов, появляющихся в соседних управляющих позициях, для упрощения идентификации стимула, появляющегося в позиции, ассоциированной с нужной командой, может оказаться целесообразным использовать разное изменение в разных позициях.In certain cases, especially when the control positions are close to each other and areas where the visual change is used as stimuli appearing in adjacent control positions are overlapped, to simplify the identification of the stimulus appearing in the position associated with the desired command, it may be appropriate to use a different change in different positions.

Предпочтительно заранее сообщить пользователю, как выглядят стимулы, либо дать ему возможность ознакомиться с тем, как они выглядят, до использования способа.It is preferable to inform the user in advance what the incentives look like, or to give them the opportunity to familiarize themselves with how they look before using the method.

Для облегчения определения момента стимула, ассоциированного с нужной управляющей командой, можно сопровождать звуковым сигналом с одной и той же высотой подачу стимулов, ассоциированных с одной и той же управляющей позицией, и звуковыми сигналами с разной высотой - стимулов, ассоциированных с разными управляющими позициями. Эта модификация может быть полезной, в частности, для людей с ослабленным зрением.To facilitate the determination of the moment of the stimulus associated with the desired control command, one can accompany the sound signal with the same height by the supply of stimuli associated with the same control position and sound signals with different heights - stimuli associated with different control positions. This modification may be useful, in particular, for people with impaired vision.

Как правило, в качестве стимулов используют специально организуемые события, время которых заранее известно в программной системе. Однако событие, о времени которого заранее не могло быть известно, также может быть использовано в качестве стимула, при условии, что его время регистрируется в программной системе, и что пользователь может идентифицировать такое событие как стимул. Примерами таких событий могут служить соприкосновение движущейся роботизированной руки с объектом и совмещение прицела с заранее известной целью в игре. Поскольку в пространстве перед пользователем может происходить большое число разных событий, для использования каких-либо из них в качестве стимулов заранее определяют признаки, которым событие должно соответствовать, чтобы считаться стимулом. Эти признаки сообщают пользователю, а также обеспечивают регистрацию и анализ сигнала для их автоматической идентификации.As a rule, specially organized events, the time of which is known in advance in the software system, are used as stimuli. However, an event whose time could not be known in advance can also be used as an incentive, provided that its time is recorded in the software system and that the user can identify such an event as a stimulus. Examples of such events include the contact of a moving robotic arm with an object and the combination of the sight with a predetermined goal in the game. Since a large number of different events can occur in the space in front of the user, to use any of them as stimuli, the signs that the event must correspond to in order to be considered a stimulus are determined in advance. These signs inform the user, and also provide registration and analysis of the signal for their automatic identification.

Вне зависимости от того, организовано ли предъявление стимулов программой или осуществляется лишь программная регистрация времени появления стимулов, любые два стимула, как правило, не должны перекрываться во времени или сближаться во времени до такой степени, чтобы затруднялось восприятие любого из этих стимулов.Regardless of whether the presentation of stimuli is organized by the program or only programmatically records the time of occurrence of stimuli, any two stimuli, as a rule, should not overlap in time or converge in time to such an extent that it is difficult to perceive any of these stimuli.

Длительность стимулов и пауз между ними могут быть как постоянными, так и варьирующими во времени. Их предпочтительно устанавливать в процессе тестирования конкретной реализации предлагаемого способа и с учетом ее особенностей, а также особенностей предполагаемых пользователей, добиваясь легкого и безошибочного распознавания стимулов и низкой вариативности латентности глазных жестов в ответ на стимулы. Возможно также использование сведений о восприятии человеком стимулов соответствующего типа и о вариативности латентности саккад в ответ на стимулы, известных из литературы по экспериментальной психологии. Для точного определения отдаваемой команды следует устанавливать суммарную длительность стимула и паузы более высокой, чем разброс (разность между максимальными и минимальными значениями) латентностей глазных жестов в ответ на стимулы.The duration of stimuli and pauses between them can be both constant and varying in time. It is preferable to install them in the process of testing a specific implementation of the proposed method and taking into account its features, as well as the features of the intended users, achieving easy and error-free recognition of stimuli and low variability of latency of eye gestures in response to stimuli. It is also possible to use information on a person’s perception of stimuli of the corresponding type and on the variability of saccade latency in response to stimuli known from the literature on experimental psychology. To accurately determine the command to be given, the total duration of the stimulus and pause should be set higher than the spread (the difference between the maximum and minimum values) of latency of eye gestures in response to stimuli.

В частности, для здоровых пользователей в большинстве случаев может оказаться удобным использование длительности стимула, равной 200 мс, и постоянной или минимальной паузы между стимулами длительностью 100 мс. Если предполагается использование системы тяжелыми больными, длительность стимулов и пауз между ними должно быть удлинено.In particular, for healthy users, in most cases it may be convenient to use a stimulus duration of 200 ms and a constant or minimum pause between stimuli of 100 ms duration. If the system is intended to be used by severe patients, the duration of the stimuli and the pauses between them should be extended.

Порядок предъявления стимулов в управляющих позициях может быть либо случайным, либо заранее заданным, в том числе всегда одним и тем же. Например, если доступные команды - это ввод цифр от 1 до 9, предъявлять стимулы предпочтительно по порядку управляющих позиций с обозначениями 1, 2,... 9, затем снова 1, 2, и т.д. При реализации анализа движений глаз пользователя (обсуждаемой ниже) учитывают, что в этом случае момент предъявления стимула в позиции, связанной с отдаваемой командой, предсказуем для пользователя, и в связи с этим подтверждающий глазной жест может иметь очень низкую и даже отрицательную латентность.The order of presentation of incentives in control positions can be either random or predetermined, including always the same. For example, if the available commands are entering numbers from 1 to 9, it is preferable to present incentives in the order of control positions with the designations 1, 2, ... 9, then again 1, 2, etc. When implementing the analysis of the user's eye movements (discussed below), it is taken into account that in this case the moment of presentation of the stimulus in the position associated with the given command is predictable for the user, and in this regard, the confirming eye gesture can have very low and even negative latency.

В некоторых случаях, например, если необходимо затруднить несанкционированный доступ посторонних лиц к информации, вводимой пользователем (например, пин-код), а также при использовании, в дополнение к регистрации движений глаз пользователя, также сигналов мозгового происхождения, усиливающихся при повышении неопределенности времени предъявления стимула, может оказаться предпочтительным использование случайного порядка предъявления стимулов.In some cases, for example, if it is necessary to complicate unauthorized access by unauthorized persons to information entered by the user (for example, a PIN code), as well as when using, in addition to recording the user's eye movements, also signals of brain origin, amplifying with increasing uncertainty of presentation time stimulus, it may be preferable to use a random presentation of stimuli.

Возможно исключение предъявления стимулов в некоторых управляющих позициях (исключенные управляющие позиции), например, если ассоциированные с ними команды в данный момент невозможно выполнить.It is possible to exclude the presentation of incentives in some control positions (excluded control positions), for example, if the commands associated with them are currently impossible to execute.

Предъявление стимулов может быть организовано циклами стимулов - последовательностями, состоящими из предъявления стимулов по одному разу в каждой из используемых (не исключенных) управляющих позиций. Между циклами могут делаться дополнительные паузы.The presentation of stimuli can be organized by stimulus cycles - sequences consisting of the presentation of stimuli once in each of the used (not excluded) control positions. Additional pauses may be made between cycles.

Может оказаться удобным - особенно при использовании длительных пауз (например, более 3 с) - подавать перед началом каждого цикла звуковой или визуальный сигнал, предупреждающий пользователя о том, что вскоре начнутся стимулы. Такой сигнал - предупредительный сигнал - может подаваться, например, за 500 мс или за 1 с до начала цикла.It may turn out to be convenient - especially when using long pauses (for example, more than 3 s) - to give an audible or visual signal before the start of each cycle, warning the user that stimuli will begin soon. Such a signal - a warning signal - can be given, for example, 500 ms or 1 s before the start of the cycle.

Предъявление стимулов, с паузами между ними и при необходимости с паузами между циклами можно производить как в течение всего времени использования предлагаемого способа, так и в пределах ограниченных интервалов времени. Может быть также организовано предъявление заданного числа циклов стимулов.The presentation of stimuli, with pauses between them and, if necessary, with pauses between cycles, can be performed both during the entire time the proposed method is used and within limited time intervals. Presentation of a given number of stimulus cycles may also be arranged.

Возможность запускать предъявление стимулов может быть предоставлена пользователю. Например, через 500 мс после каждого нажатия кнопки на устройстве может запускаться один цикл стимулов, при этом использование ручного ввода сводится к использованию единственной кнопки для обозначения моментов готовности к вводу команды, а собственно выбор из нескольких команд производится с помощью глазных жестов. В других вариантах пользователь может использовать для запуска стимулов отдельно заданный глазной жест, механический жест (например, определенное движение пальцем по сенсорной поверхности или в сенсорном пространстве) или голосовую команду.The ability to trigger presentation of incentives may be provided to the user. For example, after 500 ms after each press of a button, one stimulus cycle can be launched on the device, while the use of manual input is reduced to using a single button to indicate moments of readiness to enter a command, and the actual choice of several commands is made using eye gestures. In other embodiments, the user can use a separately defined eye gesture, a mechanical gesture (for example, a specific movement of a finger along the touch surface or in the touch space) to trigger stimuli, or a voice command.

Предъявление стимулов может быть прервано сразу после детекции отдачи команды. При необходимости затруднить доступ к вводимой информации предпочтительным является продолжение предъявления стимулов и после детекции отдачи команды, по крайней мере до окончания цикла. Если стимулы, как правило, даются циклами без пауз между ними, после детекции отданной команды можно вести паузу между окончанием текущего цикла и началом следующего цикла. Если стимулы, как правило, даются циклами с небольшими паузами между ними, после детекции отданной команды можно удлинить паузу между окончанием текущего цикла и началом следующего цикла.The presentation of incentives can be interrupted immediately after the detection of the return of the command. If it is necessary to impede access to the input information, it is preferable to continue to present stimuli even after detection of the return of the command, at least until the end of the cycle. If stimuli, as a rule, are given in cycles without pauses between them, after detecting a given command, you can pause between the end of the current cycle and the beginning of the next cycle. If stimuli, as a rule, are given in cycles with small pauses between them, after detecting a given command, you can extend the pause between the end of the current cycle and the beginning of the next cycle.

Глазные жесты и способы улучшения их распознаваемости для алгоритмов анализа движений глазEye gestures and ways to improve their recognition for eye movement analysis algorithms

Под глазным жестом понимают движение глаз или последовательность движений глаз, с помощью которых пользователь отмечает время, когда он обнаружил стимул, подаваемый в управляющей позиции, ассоциированной с нужной пользователю командой. По времени начала глазного жеста можно определить, какому стимулу он соответствует. Таким образом, подавая глазной жест, пользователь сообщает, какую именно команду он хочет отдать.An eye gesture is understood as an eye movement or a sequence of eye movements, with which the user marks the time when he found the stimulus applied in the control position associated with the desired command to the user. By the time of the beginning of the eye gesture, it is possible to determine which stimulus it corresponds to. Thus, by giving an eye gesture, the user reports which command he wants to give.

Пользователю предварительно дают инструкцию для отдачи команды направить взгляд на позицию, ассоциированную с той командой, которую он хочет отдать, дождаться стимула в этой позиции и сразу после его появления подать глазной жест. О том, каким должен быть глазной жест, ему также сообщают заранее.The user is preliminarily instructed to give a command to direct a look at the position associated with the team that he wants to give, wait for the stimulus in this position, and immediately make an eye gesture after it appears. About what an eye gesture should be, he is also informed in advance.

Возможно использование более одного глазного жеста. В этом случае отдельная команда может быть ассоциирована с каждой комбинацией глазного жеста и управляющей позиции, подобно тому, как это сделано с комбинациями обычных жестов и сенсорных областей для обеспечения значительного углового расстояния между управляющими позициями в патенте RU 2455676.More than one eye gesture is possible. In this case, a separate command can be associated with each combination of an eye gesture and a control position, similar to how it is done with combinations of ordinary gestures and touch areas to provide a significant angular distance between the control positions in RU 2455676.

Глазные жесты подбирают с учетом требований к конкретной реализации изобретения: во-первых, требования минимизации ошибки выбора команды, во-вторых, требования минимизации частоты ложных тревог.Eye gestures are selected taking into account the requirements for a specific implementation of the invention: firstly, the requirements of minimizing the error in choosing a team, and secondly, the requirements of minimizing the frequency of false alarms.

Для минимизации частоты ложных тревог необходимо, чтобы глазной жест, намеренно поданый пользователем с целью отдачи команды, при анализе записей движений глаз можно было отличить от других движений глаз и последовательностей движений глаз, прежде всего от спонтанных. Для выполнения этого требования предпочтительны глазные жесты, как можно реже встречающиеся при спонтанной глазодвигательной деятельности, например последовательность крупных саккад в разных направлениях.To minimize the frequency of false alarms, it is necessary that an eye gesture, intentionally given by the user in order to give a command, when analyzing records of eye movements can be distinguished from other eye movements and eye movements, especially spontaneous ones. To fulfill this requirement, eye gestures are preferred, as rarely as possible with spontaneous oculomotor activity, for example, a sequence of large saccades in different directions.

В то же время для минимизации частоты ошибок выбора команды надо, чтобы в результате анализа записей движений глаз глазной жест был правильно ассоциирован именно с тем стимулом, в ответ на который он был подан, а не с другим стимулом. Для этого разброс латентности начала глазного жеста должен быть как можно меньше. В связи с этим, а также для снижения нагрузки на пользователя предпочтительны наиболее простые глазные жесты. Использование простых глазных жестов также позволяет увеличить скорость срабатывания, поскольку они имеют меньшую длительность.At the same time, to minimize the frequency of team choice errors, it is necessary that, as a result of analyzing the recordings of eye movements, the eye gesture is correctly associated with the particular stimulus in response to which it was given, and not with another stimulus. For this, the latency spread of the onset of the eye gesture should be as small as possible. In this regard, as well as to reduce the load on the user, the most simple eye gestures are preferred. The use of simple eye gestures also allows you to increase the speed of response, since they have a shorter duration.

Важным частным случаем глазного жеста является саккада в заранее определенную, известную пользователю позицию - подтверждающую позицию (прием, использованный Kotani et al. (2010) для распознавания подтверждающих саккад из управляющих позиций, но без использования стимулов). При использовании подтверждающих глазных жестов в форме таких саккад инструкция для пользователя может включать, например, такой пункт (при использовании подсветок как стимулов):An important special case of an eye gesture is a saccade to a predefined position known to the user - a confirmation position (a technique used by Kotani et al. (2010) to recognize confirmatory saccades from control positions, but without using incentives). When using confirming eye gestures in the form of such saccades, the instruction for the user may include, for example, such an item (when using highlights as stimuli):

«Дождитесь подсветки управляющей позиции и, увидев ее подсветку, немедленно переведите взгляд в подтверждающую позицию».“Wait until the control position is highlighted and, having seen its illumination, immediately turn your eyes to the confirming position.”

Ценность глазных жестов в виде саккады в подтверждающую позицию связана с тем, что они могут сочетать в себе простоту и значительность отличий от движений глаз, не связанных с управлением. Таким образом, их использование может способствовать снижению и частоты ложных тревог, и частоты ошибок выбора команды.The value of eye gestures in the form of a saccade in a confirming position is due to the fact that they can combine the simplicity and significance of differences from eye movements that are not related to control. Thus, their use can help reduce both the frequency of false alarms and the error rate of team selection.

Как и управляющие позиции, подтверждающую позицию можно располагать на различных поверхностях, где ее может видеть пользователь, и обозначать различными способами, обеспечивающими их заметность для пользователя и по возможности помогающими помнить об их предназначении.Like control positions, the confirming position can be located on various surfaces where the user can see it, and can be indicated in various ways, ensuring their visibility to the user and, if possible, helping to remember their purpose.

Подтверждающую позицию предпочтительно располагать отдельно от управляющих позиций. При выборе положения для нее исходят из того, что чем дальше она находится от управляющих позиций, тем проще отличить саккаду в нее от движений глаз, не связанных с подтверждением отдачи команды, особенно при отсутствии возможности определять положение взгляда с высокой точностью. В то же время учитывают и требования к компактности размещения видимых пользователю элементов в конкретной реализации.The confirming position is preferably located separately from the control positions. When choosing a position for her, it is based on the fact that the farther she is from the control positions, the easier it is to distinguish the saccade in it from eye movements that are not associated with confirmation of the command, especially in the absence of the ability to determine the position of the gaze with high accuracy. At the same time, they also take into account the compactness requirements for placing user-visible elements in a particular implementation.

Одновременно можно использовать более одной подтверждающей позиции - например, если перевод взгляда в одну из подтверждающих позиций в некоторых ситуациях нежелателен из-за возможности потери зрительного контроля за какой-либо видимой областью экрана или пространства вокруг него, а также при использовании более одного глазного жеста.At the same time, you can use more than one confirming position - for example, if looking in one of the confirming positions in some situations is undesirable because of the possibility of losing visual control over any visible area of the screen or the space around it, as well as when using more than one eye gesture.

Фиг.1 представляет пример того, как может выглядеть участок экрана монитора при использовании подтверждающей позиции. Позиция подтверждения 3 располагается, как правило, на таком удалении от остальных позиций, чтобы пользователь видел расстояние между ближайшими краями позиции подтверждения и ближайшей к ней управляющей позицией под углом от 2° до 10°. В этом случае саккады, используемые в качестве подтверждающих глазных жестов, имеют значительную амплитуду, и благодаря этому улучшается их детекция и снижается число саккад, не связанных с отдачей команды, которых нельзя отличить от управляющих глазных жестов по их характеристикам.Figure 1 is an example of what a portion of a monitor screen might look like when using a confirmation position. Confirmation position 3 is usually located at such a distance from other positions that the user sees the distance between the nearest edges of the confirmation position and the closest control position to it at an angle from 2 ° to 10 °. In this case, saccades used as confirming eye gestures have a significant amplitude, and due to this, their detection is improved and the number of saccades unrelated to command return, which cannot be distinguished from control eye gestures by their characteristics, is reduced.

Если абсолютные координаты взгляда отслеживаются с низкой точностью, для улучшения различения саккад в управляющие позиции можно разместить управляющие позиции внутри заметной для пользователя особой области (см. Фиг.2). Расстояние от управляющих позиций до границы особой области подбирается таким, чтобы было возможно отличить саккады извне этой области от саккад из управляющих позиций в подтверждающую позицию, зная амплитуду и направление саккад с той точностью, которую обеспечивает используемая технология регистрации и анализа движений глаз. Пользователю рекомендуют избегать направлять взгляд в особую область с последующей саккадой в сторону подтверждающей позиции, кроме как при использовании саккад из управляющей позиции для отдачи команды.If the absolute coordinates of the gaze are tracked with low accuracy, to improve the discrimination of saccades in the control position, you can place the control position inside the user-specific area (see Figure 2). The distance from the control positions to the border of a particular area is selected so that it is possible to distinguish saccades from outside this area from saccades from control positions to a confirming position, knowing the amplitude and direction of saccades with the accuracy provided by the used technology for recording and analyzing eye movements. The user is advised to avoid looking at a particular area followed by a saccade toward a confirmation position, except when using saccades from a control position to issue a command.

Еще одним важным способом существенного снижения частоты ложных тревог может быть включение системы только на короткое время.Another important way to significantly reduce the frequency of false alarms can be to turn on the system only for a short time.

В частности, для пользователей с сохранной моторикой конечностей может оказаться удобным переводить систему в активное состояние лишь на короткое время с помощью обычного моторного действия, например с помощью нажатия на специально предусмотренную для этого кнопку или с помощью отдачи голосовой команды. До такого действия система находится в пассивном состоянии, т.е. стимулы не предъявляются и программное обеспечение системы не пытается установить факт подачи команд, кроме команды приведения системы в активное состояние. Благодаря этому в пассивном состоянии системы исключается нагрузка на зрение со стороны стимулов и одновременно исключаются ложные тревоги. Предъявление стимулов начинают после того, как пользователь отдает команду привести систему в активное состояние, выдержав перед началом подачи стимулов короткую паузу (например, 500 мс), и предъявляют, как правило, один цикл стимулов. Пользователь имеет возможность заранее - до приведения системы в активное состояние - найти нужную управляющую позицию и в течение одного цикла предъявления стимулов избегать крупных саккад, не связанных с управлением. Благодаря этому ложные тревоги могут быть почти полностью исключены.In particular, for users with preserved limb motility, it may be convenient to put the system into an active state only for a short time using normal motor actions, for example, by pressing a button specially provided for this or by issuing a voice command. Prior to this action, the system is in a passive state, i.e. no incentives are presented and the system software does not try to establish the fact of issuing commands, except for the command to bring the system into an active state. Due to this, in the passive state of the system, the load on vision from the side of stimuli is eliminated and false alarms are simultaneously eliminated. The presentation of stimuli begins after the user gives the command to bring the system into an active state, having stood a short pause (for example, 500 ms) before initiating the stimulus delivery, and, as a rule, they present one cycle of stimuli. The user has the opportunity in advance - before bringing the system to an active state - to find the desired control position and to avoid large saccades that are not related to control during one cycle of presenting incentives. Due to this, false alarms can be almost completely eliminated.

После окончания предъявления одного цикла или заданного числа циклов стимулов систему переводят в пассивное состояние.After the presentation of one cycle or a given number of cycles of stimuli, the system is transferred to a passive state.

Может быть предусмотрено досрочное возвращение системы в пассивное состояние с помощью дополнительной команды. В этом случае целесообразно отменять команду, если ее отдача была детектирована за определенное время до перевода системы в пассивное состояние, например за 200 мс до этого. Это может оказаться полезным в случаях, когда пользователь решает не отдавать команду, или если он обнаружит, что сделал саккаду, похожую на подтверждающую, не после предъявления стимула в позиции, соответствующей нужной ему команде, или с задержкой после такого предъявления.An early return of the system to a passive state may be provided with an additional command. In this case, it is advisable to cancel the command if its return was detected for a certain time before the system was put into a passive state, for example, 200 ms before. This can be useful in cases where the user decides not to give the command, or if he finds that he has made a saccade, similar to the confirmation one, not after presenting the stimulus in the position corresponding to the team he needs, or with a delay after such presentation.

Способ управления с помощью обычного моторного действия и стимулов мог бы быть реализован и без использования движений глаз (например, пользователь перестает давить на кнопку сразу после того, как увидит стимул в нужной управляющей позиции), но при этом исключается важный технический результат, достигаемый в предлагаемом изобретении, а именно возможность существенно затруднить сторонним наблюдателям доступ к информации о том, какие команды вводит пользователь.A control method using conventional motor actions and stimuli could be implemented without the use of eye movements (for example, the user stops pressing the button immediately after he sees the stimulus in the desired control position), but this eliminates the important technical result achieved in the proposed invention, namely the ability to significantly complicate third-party observers access to information about which commands the user enters.

Система может быть переведена на короткое время в активное состояние и заранее заданным глазным жестом.The system can be switched to an active state for a short time with a predefined eye gesture.

Наконец, система может быть переведена на короткое время в активное состояние автоматически, например, в известное пользователю время (в начале каждой минуты, при этом пользователь видит секундную стрелку часов или же текущее время в секундах в числовом представлении) или при наступлении события, после которого может требоваться выбор команды (остановка инвалидного кресла после автоматического обнаружении препятствия - пользователю предоставляется возможность выбрать объезд препятствия слева или справа). В этих случаях может оказаться полезным предупреждать пользователя о предстоящем включении системы с помощью предупредительного сигнала, подаваемого за короткое время до его включения, например за 1 с до него.Finally, the system can be automatically switched to a short state automatically, for example, at a time known to the user (at the beginning of each minute, while the user sees the second hand of the clock or the current time in seconds in a numerical representation) or when an event occurs after which team selection may be required (wheelchair stops after automatically detecting an obstacle - the user is given the opportunity to choose an obstacle detour on the left or right). In these cases, it may be useful to warn the user about the upcoming turn on of the system by means of an alarm signal given a short time before it is turned on, for example, 1 s before it.

Возможно использование различных сочетаний методов перевода системы в активное состояние. В частности, при использовании предлагаемого изобретения в банкоматах с целью исключения физического контакта пользователя со внешними поверхностями банкомата и/или затруднения доступа посторонних лиц к конфиденциальной информации первая активация системы происходит через некоторое время после вставления пользователем банковской карты в слот для нее, а далее активации происходят после подачи пользователям заданного глазного жеста либо через заданное время после выполнения предыдущей команды (пользователя каждый раз предварительно предупреждают о конкретном методе перевода системы в активное состояние).It is possible to use various combinations of methods for transferring the system to an active state. In particular, when using the proposed invention in ATMs in order to exclude physical contact of the user with the external surfaces of the ATM and / or make it difficult for unauthorized persons to access confidential information, the first activation of the system occurs some time after the user inserts a bank card in the slot for it, and then activation occurs after giving users the specified eye gesture or after the specified time after the previous command (the user is preceded each time to warn of a particular method of the system into an active state).

Вместо подтверждающей позиции можно использовать заранее заданное направление подтверждения. Например, пользователю дают инструкцию после того, как он увидит стимул в позиции, ассоциированной с нужной командой, немедленно посмотреть вверх. Для выделения направления подтверждения, особенно если оно не является легко запоминаемым - например, в направлении 30° по часовой стрелке относительно направления вверх - целесообразно использовать заметные для пользователя маркеры. Пользователю сообщают, что он не должен задерживать взгляд на таком маркере, а вместо этого должен переводить взгляд значительно дальше него, в крайнюю позицию отклонения взгляда в том же направлении или в позицию, близкую к такой крайней позиции. Возможно использовать одновременно направление подтверждения и подтверждающую позицию: пользователю предлагают при появлении стимула в управляющей позиции сначала сделать саккаду в сторону позиции подтверждения, но как можно дальше, а затем вернуть взгляд в позицию подтверждения.Instead of a confirmation position, you can use a predefined direction of confirmation. For example, the user is given instructions after he sees the stimulus in the position associated with the desired team, immediately look up. To highlight the direction of confirmation, especially if it is not easily remembered - for example, in the 30 ° direction clockwise relative to the upward direction - it is advisable to use markers that are noticeable to the user. The user is informed that he should not hold his gaze on such a marker, but instead should move his gaze much further away to the extreme position of deviation of the gaze in the same direction or to a position close to such an extreme position. It is possible to use both the direction of confirmation and the confirming position: when the stimulus appears in the control position, the user is first offered to make a saccade in the direction of the confirmation position, but as far as possible, and then return the look to the confirmation position.

В некоторых случаях в качестве глазного жеста могут быть использованы не саккады, а прослеживающие движения глаз, фиксированные на заранее заданном движущемся объекте, либо на объекте, движущемся в заданном направлении, либо на объекте, с которым связывается выполнение отдаваемой команды. Например, стимулы могут предъявляться на прозрачном экране, через который видны движущиеся части робота. Увидев стимул в позиции, ассоциированной с нужной командой, пользователь немедленно переводит взгляд на ту движущуюся часть робота, к которой нужно применить отдаваемую команду, и фиксирует на ней взгляд, прослеживая ее движение, в течение короткого интервала времени (например, в течение одной секунды).In some cases, it is not saccades that can be used as an eye gesture, but tracking eye movements fixed on a predetermined moving object, or on an object moving in a given direction, or on the object with which the execution of a given command is associated. For example, stimuli can be presented on a transparent screen through which moving parts of the robot are visible. Having seen the stimulus in the position associated with the desired team, the user immediately looks at the moving part of the robot to which the given command is to be applied, and fixes his gaze on it, tracing its movement, for a short time interval (for example, within one second) .

В качестве глазного жеста может быть использована последовательность любых из глазных жестов, описанных выше, в т.ч. одних и тех же (но, как правило, без возвращения взгляда в исходную позицию). Например, на экране монитора создают более одной позиции подтверждения, а пользователю дают инструкцию в качестве подтверждающего глазного жеста сделать саккаду в первую позицию подтверждения и затем в другие позиции подтверждения в заданном порядке. При использовании в качестве глазного жеста прослеживающих движений глаз можно рассматривать саккаду на движущийся объект, предшествующую фиксации взгляда на нем, как часть подтверждающего глазного жеста.As an eye gesture, the sequence of any of the eye gestures described above, including the same ones (but, as a rule, without returning the gaze to its original position). For example, more than one confirmation position is created on the monitor screen, and the user is instructed as a confirmation eye gesture to make a saccade to the first confirmation position and then to other confirmation positions in the specified order. When using tracing eye movements as an eye gesture, one can consider a saccade on a moving object preceding fixing the gaze on it, as part of an affirming eye gesture.

Предпочтительно выбирать такие последовательности глазных жестов, которые как можно реже могут быть сделаны спонтанно, без попытки отдать команду. При этом частота ложных тревог также может быть значительно снижена.It is preferable to choose sequences of eye gestures that can be done spontaneously as little as possible, without trying to give a command. Moreover, the frequency of false alarms can also be significantly reduced.

Повышению точности и скорости работы может способствовать автоматизация отдачи глазных жестов, которую, в свою очередь, может облегчить естественный характер глазных жестов. В некоторых случаях в связи с этим может оказаться полезным использовать разные глазные жесты для разных команд. Например, отдача команды инвалидному креслу повернуть налево может осуществляться с помощью саккады влево, повернуть направо - с помощью саккады вправо.Automation of the return of eye gestures can contribute to increasing accuracy and speed of work, which, in turn, can facilitate the natural nature of eye gestures. In some cases, it may be useful to use different eye gestures for different teams. For example, giving a command to a wheelchair to turn left can be done using a saccade to the left, turn right - using a saccade to the right.

Когда в качестве глазных жестов используются саккады в единственную позицию подтверждения, предпочтительный метод облегчения, стабилизации и, по возможности, автоматизации глазных жестов заключается в показе непосредственно в этой позиции или рядом с нею информации об отдаваемой команде (например, ее словесного или графического обозначения). Этот метод должен быть эффективным в связи с тем, что перевод взгляда в позицию, где может быть получена важная в данный момент информация, является наиболее естественным.When saccades are used as eye gestures in a single confirmation position, the preferred method of facilitating, stabilizing and, if possible, automating eye gestures is to display directly in or near this position information about the command being given (for example, its verbal or graphic designation). This method should be effective due to the fact that the translation of the look into a position where important information can be obtained at the moment is the most natural.

Автоматизации саккад в позицию подтверждения может также способствовать показ обозначения команды в позиции подтверждения вместе с началом выделения соответствующей управляющей позиции, с продолжением ее показа в случае детекции отдачи данной команды. В этом случае позиция подтверждения также является местом получения обратной связи, но, кроме того, присутствие в ней обозначения вводимой команды, в особенности при наличии такого обозначения и в соответствующей управляющей позиции, может способствовать объединению этой управляющей позиции и позиции подтверждения в единый перцептивный или смысловой «гештальт», а это, в свою очередь, может способствовать более устойчивым и быстрым подтверждающим саккадам.Automation of saccades to the confirmation position can also be facilitated by showing the designation of the command in the confirmation position along with the start of highlighting the corresponding control position, with the continuation of its display in case of detection of the return of this command. In this case, the confirmation position is also the place where feedback is received, but, in addition, the presence of the designation of the input command in it, especially if there is such a designation and in the corresponding control position, can help to combine this control position and the confirmation position into a single perceptual or semantic "Gestalt", and this, in turn, can contribute to a more stable and faster confirming saccades.

Реализация способа может предусматривать возможность для пользователя самостоятельно назначить глазной жест до начала отдачи команд. Для этого создается не менее одной управляющей позиции и пользователь делает предпочитаемый им глазной жест в ответ на стимул, появляющийся в единственной управляющей позиции или в одной из управляющих позиций. При этом регистрируются и анализируются движения глаз пользователя. Предпочтительно зарегистрировать глазные жесты в ответ, по меньшей мере, на несколько стимулов. Анализ сделанных при этом записей движений глаз в составе глазного жеста может включать, в частности, выделение сегмента записи, соответствующего глазному жесту, выделение движений глаз, из которых он составлен, и обучение классификатора распознаванию глазного жеста по совокупности характеристик движений глаз, составляющих глазной жест.The implementation of the method may include the possibility for the user to independently appoint an eye gesture before issuing commands. To do this, at least one control position is created and the user makes his preferred eye gesture in response to a stimulus that appears in a single control position or in one of the control positions. In this case, the movements of the user's eyes are recorded and analyzed. It is preferable to register eye gestures in response to at least several stimuli. An analysis of the recorded eye movements as part of an eye gesture may include, in particular, highlighting a recording segment corresponding to an eye gesture, highlighting the eye movements from which it is composed, and training the classifier to recognize an eye gesture based on the combination of characteristics of eye movements that make up the eye gesture.

Регистрация движений глаз, анализ записей движений глаз, распознавание глазных жестов и отдача командRecording eye movements, analyzing eye movement records, recognizing eye gestures and giving commands

К настоящему времени из уровня техники известно большое число способов регистрации и анализа движений глаз, распознавания и анализа саккад, прослеживающих движений глаз, а также глазных жестов. При реализации предлагаемого изобретения могут быть использованы любые из этих способов, наилучшим образом соответствующие задачам конкретной реализации.To date, the prior art knows a large number of methods for recording and analyzing eye movements, recognition and analysis of saccades, tracking eye movements, as well as eye gestures. When implementing the invention, any of these methods that best suit the objectives of a particular implementation can be used.

Как правило, для регистрации движений глаз используется видеорегистрация изображений глаз с помощью видеокамеры, причем допустимо использование видеокамер со сравнительно невысоким разрешением, например веб-камер. В некоторых случаях более удобной может оказаться регистрация электроокулограммы.As a rule, video recording of eye images using a video camera is used to record eye movements, and it is permissible to use cameras with a relatively low resolution, such as webcams. In some cases, it may be more convenient to register an electrooculogram.

Если регистрация движений глаз сама по себе недостаточна для того, чтобы отличить подтверждающие глазные жесты от спонтанных с надежностью, необходимой в конкретной реализации способа, или если желательно ее повышение, возможно сопровождение регистрации движений глаз регистрацией положения головы. В этом случае записи движений глаз и положения головы анализируются совместно.If the registration of eye movements alone is insufficient to distinguish between confirming eye gestures and spontaneous gestures with the reliability required in a particular implementation of the method, or if it is desirable to increase it, tracking of the registration of eye movements by registering the position of the head is possible. In this case, recordings of eye movements and head position are analyzed together.

Если используемый метод регистрации движений глаз позволяет хотя бы приблизительно определять координаты взгляда, полезно определять эти координаты непосредственно перед и после высокоамплитудных движений глаз и использовать эту информацию для обнаружения подтверждающего глазного жеста. При достаточно высокой точности определения координат взгляда эта информация может использоваться также для повышения точности детекции отдаваемой команды.If the used method of recording eye movements allows you to at least approximately determine the coordinates of the gaze, it is useful to determine these coordinates immediately before and after high-amplitude eye movements and use this information to detect confirming eye gesture. With a sufficiently high accuracy of determining the coordinates of the gaze, this information can also be used to increase the accuracy of detection of the given command.

При использовании методов регистрации движений глаз, обеспечивающих лишь низкую точность оценки координат взгляда или лишь изменение этих координат (что характерно, например, для использования ЭОГ), уделяют особое внимание подбору подтверждающих глазных жестов и реализации способа в целом таким образом (например, используя включение системы лишь на короткое время), чтобы подтверждающие глазные жесты можно было отличить по записям движений глаз от подавляющего большинства спонтанных движений глаз.When using methods for recording eye movements that provide only low accuracy in estimating the coordinates of the gaze or only changing these coordinates (which is typical, for example, for the use of EOG), special attention is paid to the selection of confirming eye gestures and the implementation of the method as a whole in this way (for example, using the inclusion of the system only for a short time) so that confirming eye gestures can be distinguished by recordings of eye movements from the vast majority of spontaneous eye movements.

В качестве ведущих признаков подтверждающих глазных жестов, как правило, целесообразно использовать соответствие направлений составляющих их движений глаз, а также их амплитуды ожидаемым направлениям и амплитуде. Если задано более одного подтверждающего глазного жеста, после обнаружения и анализа глазного жеста производится определение того, какой из заданных глазных жестов был использован. Если используется более одной управляющей позиции, производится определение стимула, в ответ на который был подан глазной жест, и ассоциированной с ним управляющей позиции.As leading signs of confirming eye gestures, as a rule, it is advisable to use the correspondence of the directions of their constituent eye movements, as well as their amplitude, to the expected directions and amplitude. If more than one confirming eye gesture is specified, after detecting and analyzing the eye gesture, it is determined which of the specified eye gestures was used. If more than one control position is used, the determination of the stimulus in response to which an eye gesture was given and the control position associated with it is made.

Ожидаемые направление и амплитуда и при возможности координаты начала и конца составляющих глазные жесты движений глаз определяют исходя из ожидаемой ориентации головы пользователя относительно управляющих позиций и при их использовании позиций подтверждения и из расстояния до них от глаз пользователя, а также исходя из описания заданных глазных жестов. При наличии возможности эти данные корректируют в процессе использования способа.The expected direction and amplitude and, if possible, the coordinates of the beginning and end of eye movements that make up eye gestures are determined based on the expected orientation of the user's head relative to the control positions and when they are used, confirmation positions and from the distance from the user's eyes, as well as based on the description of the specified eye gestures. If possible, these data are corrected in the process of using the method.

Для определения стимула, в ответ на который был подан глазной жест, время начала подачи жеста корректируют (снижают путем вычитания) на величину, приблизительно равную 200 мс и при возможности рассчитанную более точно либо в исследовании с использованием данной реализации способа на группе испытуемых, являющейся достаточно репрезентативной выборкой относительно предполагаемой популяции потенциальных пользователей, либо при пробном использовании способа конкретным пользователем, либо иным образом. Полученное скорректированное значение указывает предположительное время начала стимула, в ответ на который подан данный глазной жест. Производят сравнение этого времени с зарегистрированным временем стимулов, появившихся, например, в течение последнего цикла стимулов или в течение некоторого фиксированного времени до начала данного глазного жеста (например, не ранее чем за 500 мс до его начала) и находят стимул, время начала которого наиболее близко, в сравнении с другими стимулами, к данному скорректированному времени начала подтверждающего глазного жеста.To determine the stimulus in response to which an eye gesture was given, the start time of the gesture is corrected (reduced by subtraction) by approximately 200 ms and, if possible, calculated more accurately or in a study using this implementation of the method on a group of subjects, which is sufficient a representative sample of the estimated population of potential users, either in a trial use of the method by a specific user, or otherwise. The obtained corrected value indicates the estimated time of the beginning of the stimulus, in response to which this eye gesture was given. A comparison is made of this time with the recorded time of stimuli that appeared, for example, during the last cycle of stimuli or during some fixed time before the beginning of a given eye gesture (for example, no earlier than 500 ms before its start) and find the stimulus whose start time is the most close, in comparison with other stimuli, to a given adjusted start time of the confirming eye gesture.

При наличии возможности точно определять координаты взгляда их дополнительно используют как для идентификации глазного жеста, так и для идентификации управляющей позиции, в которую был направлен взгляд перед подачей глазного жеста.If it is possible to accurately determine the coordinates of the gaze, they are additionally used both for identifying an eye gesture and for identifying the control position to which the gaze was directed before applying the eye gesture.

Использование сигналов мозгового происхожденияUsing signals of brain origin

В настоящее время разрабатываются гибридные технологии, совмещающие интерфейс мозг-компьютер и методы, использующие управление на основе отслеживания взгляда (например, Antonio Frisoli et al. (2012): A new gaze-BCI-driven control of an upper limb exoskeleton for rehabilitation in real-world tasks, IEEE Transactions on Systems, Man, And Cybernetics, Part C, Vol.42, No. 6, pp.1169-1179). Предлагаемый способ допускает естественное комбинирование с известной разновидностью неинвазивных интерфейсов мозг-компьютер, в которой используются реакции на стимулы (US7546158, US8155736). При таком комбинировании один и тот же стимул вызывает реакцию пользователя в форме подтверждающего глазного жеста и характерный паттерн в сигналах, неинвазивно регистрируемых от его мозга (сигналах мозгового происхождения), указывающий на повышенное внимание к данному стимулу в сравнение с другими стимулами. Благодаря этому может быть повышена точность определения стимула, соответствующего нужной пользователю команде, а следовательно, и точность детекции отдаваемой команды.Hybrid technologies are currently being developed that combine the brain-computer interface and methods using gaze-based control (e.g., Antonio Frisoli et al. (2012): A new gaze-BCI-driven control of an upper limb exoskeleton for rehabilitation in real -world tasks, IEEE Transactions on Systems, Man, And Cybernetics, Part C, Vol. 42, No. 6, pp. 1169-1179). The proposed method allows for natural combination with a known variety of non-invasive brain-computer interfaces, which use stimulus reactions (US7546158, US8155736). With this combination, the same stimulus provokes the user's response in the form of a confirmation eye gesture and a characteristic pattern in signals non-invasively recorded from his brain (signals of brain origin), indicating increased attention to this stimulus in comparison with other stimuli. Due to this, the accuracy of determining the stimulus corresponding to the desired user command can be improved, and hence the accuracy of detection of the given command.

Наиболее практичным сигналом мозгового происхождения для использования в предлагаемом способе в настоящее время является электроэнцефалограмма (ЭЭГ). Однако в технологиях регистрации сигналов мозгового происхождения наблюдается существенный прогресс (см., напр., Т.Н. Sander et al. (2012), Magnetoencephalography with a chip-scale atomic magnetometer, Biomed. Opt. Express. Vol.3, No. 5, pp.981-990; S. Xu et al. (2006) Magnetic resonance imaging with an optical atomic magnetometer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol.103, No. 34, pp.12668-12671; Dmitry Budker, Michael Romalis (2007) Optical magnetometry. Nature Physics, Vol.3, pp.227-234), и в дальнейшем может оказаться целесообразным использование, наряду или вместо ЭЭГ, также магнитоэнцефалограммы (МЭГ) и/или BOLD-сигнала, получаемого методом магнитного резонанса. Потенциально перспективным сигналом мозгового происхождения для использования в составе предлагаемого метода является также сигнал, получаемый с помощью околоинфракрасной спектроскопии (NIRS).The most practical signal of brain origin for use in the proposed method is currently an electroencephalogram (EEG). However, significant progress has been made in technologies for recording signals of brain origin (see, e.g., T.N. Sander et al. (2012), Magnetoencephalography with a chip-scale atomic magnetometer, Biomed. Opt. Express. Vol. 3, No. 5, pp. 981-990; S. Xu et al. (2006) Magnetic resonance imaging with an optical atomic magnetometer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 103, No. 34, pp. 12686-12671; Dmitry Budker, Michael Romalis (2007) Optical magnetometry. Nature Physics, Vol.3, pp.227-234), and in the future it may be appropriate to use, along with or instead of EEG, also magnetoencephalograms (MEG) and / or BOLD signal, obtained by magnetic resonance. A potentially promising signal of brain origin for use in the proposed method is also a signal obtained using near infrared spectroscopy (NIRS).

Сигнал мозгового происхождения может использоваться как в дополнение к данным о глазных жестах в ответ на стимулы, так и для получения данных о фиксациях глаз или для их уточнения на основе метода, предложенного в патенте US5649061.A signal of brain origin can be used both in addition to data on eye gestures in response to stimuli, and to obtain data on eye fixations or to refine them based on the method proposed in patent US5649061.

Пример 1Example 1

Предложенный способ может быть использован для ввода персонального секретного кода (пин-кода) при проходе в помещение таким образом, чтобы исключить доступ к пин-коду посторонних лиц, а также исключить прикосновение рук к каким-либо поверхностям. Управляющие позиции указывают путем размещения цифр от 0 до 9 на экране размером 8x8 см. Зрительные стимулы предъявляют путем светодиодной подсветки этих цифр в случайном порядке на 200 мс с паузами 100 мс между подсветками, циклами, состоящими из подсветки каждой цифры по одному разу. Чтобы началось предъявление стимулов, пользователь подносит электронный пропуск (бесконтактную радиочастотную карту) к считывающему устройству, в случае его позитивной идентификации подается короткий звуковой сигнал и через 500 мс начинается первый цикл предъявления стимулов. Между окончанием каждого цикла (кроме последнего) и началом каждого следующего цикла после паузы длительностью 500 мс также подают звуковой сигнал и начинают новый цикл через 500 мс после него. С помощью глазных жестов в ответ на стимулы пользователь должен последовательно ввести четыре цифры, составляющие пин-код - по одной на цикл стимулов. Для этого, увидев подсветку цифры, находящейся в пин-коде на позиции, соответствующей (по порядку) текущему номеру цикла, пользователь делает глазной жест в виде быстрого перевода взгляда в заранее указанном ему направлении, например влево, и возвращает взгляд на экран.The proposed method can be used to enter a personal secret code (pin code) when entering the room in such a way as to exclude access to the pin code of unauthorized persons, and also to exclude the touch of hands on any surfaces. Control positions are indicated by placing the numbers from 0 to 9 on an 8x8 cm screen. Visual stimuli are presented by LED illumination of these numbers in random order for 200 ms with pauses of 100 ms between the backlights, the cycles consisting of the backlighting of each digit once. To start the presentation of stimuli, the user brings an electronic pass (contactless radio frequency card) to the reader, in case of positive identification, a short beep is given and after 500 ms the first cycle of presenting stimuli begins. Between the end of each cycle (except the last) and the beginning of each subsequent cycle after a pause of 500 ms, an audio signal is also given and a new cycle begins 500 ms after it. Using eye gestures, in response to stimuli, the user must sequentially enter four digits that make up the PIN code - one per stimulus cycle. To do this, having seen the backlight of the number in the pin code at the position corresponding (in order) to the current cycle number, the user makes an eye gesture in the form of a quick look in the direction indicated in advance, for example, to the left, and returns to the screen.

Движения глаз регистрируют с помощью видеокамеры, установленной вблизи экрана. Возможно использование подсветки глаз с помощью источника инфракрасного излучения. Анализируют видеозапись движений глаз в интервалы времени от первого стимула до последнего стимула, входящих в каждый цикл, плюс 300 мс после окончания последнего стимула. При анализе видеозаписи определяют положение глаз, идентифицируют радужку и зрачки и оконтуривают их границы. Возможную подачу заданного глазного жеста обнаруживают на основе анализа изменений направления взгляда. В пределах каждого цикла определяют глазной жест, наиболее похожий на ожидаемый от пользователя, и время начала его подачи. Из этого времени вычитают 200 мс и находят стимул, время которого находилось ближе всего к полученному значению. Устройству идентификации пользователя отдают команду ввести ассоциированную с этим стимулом цифру в последовательность вводимых цифр. После того как длина этой последовательности становится равной четырем цифрам, ее сравнивают с пин-кодом данного пользователя, в случае совпадения устройство идентификации пользователя выдает разрешение на проход (открывают соответствующий замок и т.п.), а в случае расхождения - сообщение об ошибке.Eye movements are recorded using a video camera installed near the screen. It is possible to use eye illumination using an infrared source. Video footage of eye movements is analyzed at time intervals from the first stimulus to the last stimulus included in each cycle, plus 300 ms after the end of the last stimulus. When analyzing video recordings, the position of the eyes is determined, the iris and pupils are identified, and their borders are outlined. A possible supply of a given eye gesture is detected based on the analysis of changes in the direction of view. Within each cycle, determine the eye gesture, the most similar to what is expected from the user, and the time of the start of his filing. 200 ms are subtracted from this time and a stimulus is found, the time of which was closest to the obtained value. The user identification device is instructed to enter a digit associated with this stimulus in the sequence of input digits. After the length of this sequence becomes equal to four digits, it is compared with the pin code of the given user, in case of coincidence, the user identification device issues permission to pass (open the corresponding lock, etc.), and in case of discrepancy - an error message.

Пример 2Example 2

При использовании предложенного способа в системе управления инвалидным креслом в ситуации, когда оно приближается к препятствию, условия для появления стимулов могут быть созданы путем проецирования светового пятна (например, лазерного указателя) в двух метрах от инвалидного кресла впереди него по пути его движения. Управляющей позицией в данном случае является позиция светового пятна. Заданным зрительным стимулом является попадание такого светового пятна на препятствие, столкновение с которым нежелательно и которое выступает над поверхностью, по которой осуществляется движение.When using the proposed method in a wheelchair control system in a situation when it approaches an obstacle, conditions for the appearance of incentives can be created by projecting a light spot (for example, a laser pointer) two meters from the wheelchair in front of him along the path of his movement. The control position in this case is the position of the light spot. A given visual stimulus is the hit of such a light spot on an obstacle, a collision with which is undesirable and which protrudes above the surface on which the movement is carried out.

Пользователю сообщают, что при наступлении такого события инвалидному креслу можно отдать одну из трех команд: объехать препятствие слева - путем подачи глазного жеста в виде кратковременного перевода взгляда в крайне левое положение; объехать препятствие справа - путем подачи глазного жеста в виде кратковременного перевода взгляда в крайне правое положение; остановиться - путем подачи глазного жеста в виде кратковременного перевода взгляда вниз (При отсутствии детекции команды управление креслом осуществляется автоматически в соответствии с результатами анализа характера препятствия и на основе заданной программы.)The user is informed that upon the occurrence of such an event, one of three commands can be given to the wheelchair: drive around the obstacle on the left - by giving an eye gesture in the form of a short-term translation of the gaze to the extremely left position; go around the obstacle to the right - by filing an eye gesture in the form of a short-term translation of the gaze to the extreme right position; to stop - by giving an eye gesture in the form of a short-term translation of the look down (In the absence of detection of a command, the chair is automatically controlled in accordance with the results of the analysis of the nature of the obstacle and based on a given program.)

Регистрацию движений глаз пользователя осуществляют с помощью регистрации видеоизображения его глаз видеокамерой, закрепленной на инвалидном кресле. Возможно использование подсветки глаз с помощью источника инфракрасного излучения. При анализе видеозаписи определяют положение глаз, идентифицируют радужку и зрачки и оконтуривают их границы. С использованием существующих средств анализа координат взгляда приблизительно определяют, направлен ли взгляд в сторону светового пятна. Возможную подачу заданного глазного жеста обнаруживают на основе анализа изменений направления взгляда.The registration of the user's eye movements is carried out by registering a video image of his eyes with a video camera mounted on a wheelchair. It is possible to use eye illumination using an infrared source. When analyzing video recordings, the position of the eyes is determined, the iris and pupils are identified, and their borders are outlined. Using existing means of analyzing the coordinates of the gaze, it is approximately determined whether the gaze is directed toward the light spot. A possible supply of a given eye gesture is detected based on the analysis of changes in the direction of view.

С помощью датчика расстояния до объектов на пути движения инвалидного кресла (например, интегрированного с лазерным источником светового пятна) получают сигнал, несущий информацию о появлении стимула, и путем его анализа определяют моменты времени появления стимула - т.е. детектируют моменты времени, когда происходит попадание светового пятна на потенциальное препятствие, выступающее над поверхностью. Для улучшения идентификации пользователем момента появления стимула сразу же после детекции попадания светового пятна на препятствие система автоматически выдает звуковой сигнал.Using a distance sensor to objects on the path of a wheelchair (for example, integrated with a laser source of a light spot), a signal is received that carries information about the appearance of the stimulus, and by analyzing it the moments of time of the appearance of the stimulus are determined - i.e. detect times when a light spot hits a potential obstacle protruding above the surface. To improve the identification by the user of the moment the stimulus appears, immediately after the detection of a light spot hitting an obstacle, the system automatically issues a sound signal.

После этого в случае, если взгляд был направлен в ту же сторону, где находилось световое пятно, и обнаружен один из заданных глазных жестов с началом в интервале -100…+300 мс относительно начала звукового сигнала (учитывают возможность опережающей детекции попадания светового пятна на препятствие), определяют, был ли это глазной жест в виде взгляда влево, вправо или вниз, и подают инвалидному креслу команду, ассоциированную с данным глазным жестом. Детекцию глазного жеста производят также в случае, если взгляд до подачи звукового сигнала не был направлен в сторону светового пятна, однако был переведен приблизительно в его направлении через 150…300 мс после его подачи, и сразу после этого был зарегистрирован заданный глазной жест.After that, if the gaze was directed in the same direction where the light spot was, and one of the specified eye gestures was detected with a start in the interval -100 ... + 300 ms relative to the beginning of the sound signal (take into account the possibility of advanced detection of a light spot on an obstacle ), determine whether it was an eye gesture in the form of a glance to the left, right or down, and give the wheelchair a command associated with this eye gesture. An eye gesture is also detected if the gaze before the sound signal was not directed towards the light spot, but was shifted approximately in its direction 150 ... 300 ms after it was given, and immediately after that the specified eye gesture was recorded.

Claims (21)

1. Способ управления устройством с помощью глазных жестов в ответ на стимулы, состоящий в том, что пользователю указывают по меньшей мере одну управляющую позицию, с каждой управляющей позицией ассоциируют по меньшей мере один глазной жест, с каждой комбинацией управляющей позиции и ассоциированного с нею глазного жеста ассоциируют одну команду, создают условия, при которых в управляющих позициях в разное время появляются заданные зрительные стимулы, дают инструкцию пользователю для отдачи команды управляемому им устройству перевести взгляд в управляющую позицию, ассоциированную с данной командой, и после появления в ней заданного зрительного стимула подать глазной жест, регистрируют движения глаз пользователя, анализируют записи движений глаз пользователя с целью выявления глазного жеста и определения времени его подачи, и в случае, если выявлен глазной жест, время подачи которого соответствует времени появления стимула в одной из управляющих позиций, детектируют отдачу команды, ассоциированной с комбинацией данного глазного жеста и данной управляющей позиции, и выдают ее на управляемое устройство.1. A method of controlling a device using eye gestures in response to stimuli, comprising the step of indicating to the user at least one control position, at least one eye gesture associated with each control position, with each combination of the control position and an ocular associated with it one command is associated with the gesture, create conditions under which the given visual stimuli appear in the control positions at different times, instruct the user to transfer the command to the device controlled by him to looking into the control position associated with this command, and after the specified visual stimulus appears in it, give an eye gesture, register the user's eye movements, analyze the records of the user's eye movements in order to detect an eye gesture and determine the time of its filing, and if an eye is detected a gesture, the feed time of which corresponds to the time the stimulus appeared in one of the control positions, detect the return of the command associated with the combination of this eye gesture and this control position, and in give it to the controlled device. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что условия, при которых в управляющих позициях в разное время появляются заданные зрительные стимулы, создают путем предъявления заданных зрительных стимулов в этих позициях в известные моменты времени.2. The method according to claim 1, characterized in that the conditions under which predetermined visual stimuli appear in control positions at different times are created by presenting predetermined visual stimuli in these positions at known points in time. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что предъявление заданных зрительных стимулов в управляющих позициях организуют циклами, состоящими из предъявления такого стимула по одному разу в каждой из, по меньшей мере, двух управляющих позиций.3. The method according to claim 2, characterized in that the presentation of specified visual stimuli in control positions is organized by cycles consisting of the presentation of such a stimulus once in each of at least two control positions. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, если моменты времени появления заданных зрительных стимулов заранее неизвестны, ведут регистрацию сигнала, несущего информацию о появлении таких стимулов, и на основе его анализа определяют моменты времени появления каждого такого стимула.4. The method according to claim 1, characterized in that if the time instants of the appearance of predetermined visual stimuli are not known in advance, a signal is carried that carries information about the occurrence of such stimuli, and the time instants of each such stimulus are determined based on its analysis. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают звуковые сигналы, синхронизированные со зрительными стимулами, при этом используют одну и ту же высоту звука при появлении заданного зрительного стимула в одной и той же позиции и разную высоту - при появлении заданных зрительных стимулов в разных позициях.5. The method according to claim 1, characterized in that they emit sound signals synchronized with visual stimuli, using the same pitch when a given visual stimulus appears in the same position and a different height when specified visual stimuli appear in different positions. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают условия, при которых зрительные стимулы во всех управляющих позициях одинаковые.6. The method according to claim 1, characterized in that they create the conditions under which the visual stimuli are the same in all control positions. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают условия, при которых зрительные стимулы, по меньшей мере, в одной из управляющих позиций отличаются от зрительных стимулов в других управляющих позициях.7. The method according to claim 1, characterized in that they create the conditions under which visual stimuli in at least one of the control positions differ from visual stimuli in other control positions. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что пользователю указывают по меньшей мере одну позицию подтверждения, а подтверждающий глазной жест задают в форме саккады в позицию подтверждения.8. The method according to claim 1, characterized in that the user is shown at least one confirmation position, and the confirming eye gesture is set in the form of a saccade to the confirmation position. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что после детекции отданной команды ее обозначение показывают в позиции подтверждения.9. The method according to claim 8, characterized in that after the detection of the given command, its designation is shown in the confirmation position. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что пользователю указывают не менее двух позиций подтверждения, а глазной жест задают в форме не менее двух саккад в позиции подтверждения.10. The method according to claim 8, characterized in that the user is shown at least two confirmation positions, and the eye gesture is set in the form of at least two saccades in the confirmation position. 11. Способ по п.8, отличающийся тем, что управляющие позиции помещают внутри видимой пользователю особой области, а пользователь получает инструкцию направлять взгляд внутрь этой особой области только тогда, когда он готовится отдать команду.11. The method according to claim 8, characterized in that the control position is placed inside the special area visible to the user, and the user is instructed to direct his eyes inside this special area only when he is preparing to give a command. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию движений глаз пользователя производят путем видеорегистрации изображения глаз.12. The method according to claim 1, characterized in that the registration of the movements of the eyes of the user is performed by video recording of the image of the eyes. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию движений глаз пользователя производят путем регистрации электроокулограммы.13. The method according to claim 1, characterized in that the registration of the movements of the eyes of the user is performed by registering an electrooculogram. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию движений глаз пользователя производят путем регистрации сигналов мозгового происхождения.14. The method according to claim 1, characterized in that the registration of eye movements of the user is performed by registering signals of brain origin. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анализе записей движений глаз пользователя определяют координаты взгляда непосредственно перед и после высокоамплитудных движений глаз.15. The method according to claim 1, characterized in that when analyzing the records of the user's eye movements, the coordinates of the gaze are determined immediately before and after the high-amplitude eye movements. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют положение головы пользователя и полученные данные используют при анализе записей движений глаз пользователя с целью выявления глазного жеста.16. The method according to claim 1, characterized in that the position of the user's head is recorded and the obtained data is used in the analysis of records of the user's eye movements in order to detect an eye gesture. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что наряду с регистрацией движений глаз у пользователя регистрируют сигнал мозгового происхождения, а отдаваемую команду устанавливают при использовании совместного анализа движений глаз и сигнала мозгового происхождения.17. The method according to claim 1, characterized in that along with the registration of eye movements, the user records a brain signal, and the command issued is established using a combined analysis of eye movements and a brain signal. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что в качестве сигнала мозгового происхождения используют электроэнцефалограмму.18. The method according to 17, characterized in that an electroencephalogram is used as a signal of brain origin. 19. Способ по п.17, отличающийся тем, что в качестве сигнала мозгового происхождения используют магнитоэнцефалограмму.19. The method according to 17, characterized in that as a signal of brain origin using a magnetoencephalogram. 20. Способ по п.17, отличающийся тем, что в качестве сигнала мозгового происхождения используют BOLD-сигнал.20. The method according to 17, characterized in that as a signal of brain origin using a BOLD signal. 21. Способ по п.17, отличающийся тем, что в качестве сигнала мозгового происхождения используют NIRS-сигнал. 21. The method according to 17, characterized in that the NIRS signal is used as a signal of brain origin.
RU2013121752/08A 2013-05-14 2013-05-14 Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli RU2522848C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121752/08A RU2522848C1 (en) 2013-05-14 2013-05-14 Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121752/08A RU2522848C1 (en) 2013-05-14 2013-05-14 Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2522848C1 true RU2522848C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51217508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121752/08A RU2522848C1 (en) 2013-05-14 2013-05-14 Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522848C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666246C2 (en) * 2013-03-14 2018-09-06 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Display control method and apparatus
WO2019035744A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейроленд" System and method for contactless control of a user interface
RU2693308C2 (en) * 2014-08-01 2019-07-02 МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи Activation of reflection based control elements

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93553U1 (en) * 2009-11-19 2010-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Системы позиционирования - оптические технологии" COMPUTER MANIPULATOR USING EYE TURNING ANGLES AND HUMAN VIEWING DIRECTION FOR POSITIONING THE CURSOR ON THE COMPUTER SCREEN
RU2419831C2 (en) * 2008-09-11 2011-05-27 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Method of controlling switched three-dimensional user interface and mobile terminal using said interface
RU2455676C2 (en) * 2011-07-04 2012-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТРИДИВИ" Method of controlling device using gestures and 3d sensor for realising said method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2419831C2 (en) * 2008-09-11 2011-05-27 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Method of controlling switched three-dimensional user interface and mobile terminal using said interface
RU93553U1 (en) * 2009-11-19 2010-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Системы позиционирования - оптические технологии" COMPUTER MANIPULATOR USING EYE TURNING ANGLES AND HUMAN VIEWING DIRECTION FOR POSITIONING THE CURSOR ON THE COMPUTER SCREEN
RU2455676C2 (en) * 2011-07-04 2012-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТРИДИВИ" Method of controlling device using gestures and 3d sensor for realising said method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666246C2 (en) * 2013-03-14 2018-09-06 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Display control method and apparatus
US10185391B2 (en) 2013-03-14 2019-01-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Facial recognition display control method and apparatus
RU2693308C2 (en) * 2014-08-01 2019-07-02 МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи Activation of reflection based control elements
WO2019035744A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейроленд" System and method for contactless control of a user interface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111542800B (en) Brain-computer interface with adaptation to high-speed, accurate and intuitive user interactions
CN111629653B (en) Brain-computer interface with high-speed eye tracking features
Jacob Eye tracking in advanced interface design
US10456072B2 (en) Image interpretation support apparatus and method
Majaranta et al. Eye tracking and eye-based human–computer interaction
Postelnicu et al. EOG-based visual navigation interface development
KR20200108888A (en) Brain-computer interface with adaptations for fast, accurate, and intuitive user interactions
Sharma et al. Eye gaze techniques for human computer interaction: A research survey
Guo et al. Eye-tracking for performance evaluation and workload estimation in space telerobotic training
KR101638095B1 (en) Method for providing user interface through head mount display by using gaze recognition and bio-signal, and device, and computer-readable recording media using the same
JP2019522514A (en) Method and system for quantitative assessment of visual motion response
KR20120060978A (en) Method and Apparatus for 3D Human-Computer Interaction based on Eye Tracking
KR101571848B1 (en) Hybrid type interface apparatus based on ElectronEncephaloGraph and Eye tracking and Control method thereof
RU2522848C1 (en) Method of controlling device using eye gestures in response to stimuli
KR101788969B1 (en) Target Selection Method of Augmented Reality System Using Brain-Computer Interface Technic Based on Steady State Visual Evoked Potential
Isachenko et al. The pursuing gaze beats mouse in non-pop-out target selection
Bhatia et al. A review on eye tracking technology
Miyoshi et al. Input device using eye tracker in human-computer interaction
Hild et al. Spatio-temporal event selection in basic surveillance tasks using eye tracking and EEG
Boczon State of the art: eye tracking technology and applications
Kritikos et al. Visual and tactile integration in action comprehension and execution
Wilder et al. Eye tracking in virtual environments
KR101943206B1 (en) Method and apparatus for inputting command using illusion user interface
Zhang Eye tracking and gaze interface design for pervasive displays
Sahu et al. A Review on Human Eye Interfacing for Device Controlling Using Eye Movement