RU2652721C2 - Control method of astronaut's actions on spacecraft - Google Patents
Control method of astronaut's actions on spacecraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652721C2 RU2652721C2 RU2016122815A RU2016122815A RU2652721C2 RU 2652721 C2 RU2652721 C2 RU 2652721C2 RU 2016122815 A RU2016122815 A RU 2016122815A RU 2016122815 A RU2016122815 A RU 2016122815A RU 2652721 C2 RU2652721 C2 RU 2652721C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- astronaut
- parameters
- spacecraft
- gaze
- head
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/36—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигации и может быть использовано для контроля действий космонавта на борту космического аппарата (КА).The invention relates to the field of navigation and can be used to control the actions of an astronaut on board a spacecraft (SC).
Известен способ контроля транспортных средств и передвижения персонала (патент РФ 2442220, заявка 2010144354 от 01.11.2010, МПК (2006.01) G08G 1/123), в котором осуществляют сбор информации об объекте, получаемой от приемника системы местоопределения и датчиков первичной информации, и передачу ее посредством радиосети и сети Интернет в центр контроля на коммуникационный сервер. При срабатывании размещаемых на объекте датчиков коммуникационный сервер передает команды па управление исполнительными устройствами/механизмами, обрабатывает и передает информацию об объектах транспортных средств и передвижении персонала на сервер хранения и архивирования данных и ПК для анализа и автоматизированного сравнения с информацией корпоративных информационных систем. Данный способ повышает эффективность контроля транспортных средств и передвижения персонала за счет генерации новых знаний об объектах контроля и процессах.A known method of monitoring vehicles and staff movement (RF patent 2442220, application 2010144354 from 01.11.2010, IPC (2006.01) G08G 1/123), in which information is collected about the object received from the receiver of the positioning system and primary information sensors, and transmission it through a radio network and the Internet to a control center on a communication server. When triggered by sensors placed at the facility, the communication server transmits commands to control executive devices / mechanisms, processes and transmits information about vehicle facilities and the movement of personnel to the server for storing and archiving data and PCs for analysis and automated comparison with information from corporate information systems. This method improves the efficiency of vehicle control and staff movement by generating new knowledge about the objects of control and processes.
К недостаткам данного способа можно отнести то, что он не обеспечивает, в частности, учета ориентации оператора относительно окружающих его элементов и пространства.The disadvantages of this method include the fact that it does not provide, in particular, taking into account the orientation of the operator relative to the surrounding elements and space.
Известен способ управления передвижным объектом (патент РФ 2370804, приоритет от 28.06.2005, МПК G05B 19/045 (2006.01) - прототип), включающий обнаружение движения передвижного объекта, определение местоположения объекта, проверку нахождения местоположения объекта в пределах заранее определенной зоны и формирование команд для управления передвижным объектом по результатам данной проверки. Данный способ обеспечивает управление подвижным объектом в едином цикле с определением координат его местоположения, что позволяет в режиме реального времени управлять движением объекта.A known method of controlling a mobile object (RF patent 2370804, priority from 06/28/2005, IPC G05B 19/045 (2006.01) - prototype), including detecting the movement of a mobile object, determining the location of the object, checking the location of the object within a predetermined zone and generating commands to control a mobile object based on the results of this check. This method provides control of a moving object in a single cycle with the determination of the coordinates of its location, which allows real-time control of the movement of the object.
Недостатком способа-прототипа является то, что он не обеспечивает контроль выполнения оператором проверки заданных условий и состояния параметров управляемого объекта, в том числе визуальной проверки соответствия текущего состояния управляемого объекта требуемому.The disadvantage of the prototype method is that it does not provide control of the operator verifying the specified conditions and the state of the parameters of the managed object, including visual verification of the current state of the managed object as required.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности контроля и управления действиями космонавта.The problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of monitoring and controlling the actions of the astronaut.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в контроле выполнения оператором визуальной проверки соответствия текущего состояния управляемого объекта требуемому состоянию путем определения и учета направления взгляда космонавта при контроле выполнения им действий на борту КА.The technical result achieved in the implementation of the present invention is to control the operator's visual verification of the current state of the controlled object to the desired state by determining and taking into account the direction of the astronaut's gaze while monitoring his actions on board the spacecraft.
Технический результат достигается тем, что в способе контроля действий находящегося на борту космического аппарата космонавта, включающем определение местоположения космонавта, сравнение параметров местоположения с задаваемыми параметрами и формирование команд космонавту по результатам выполненного сравнения, дополнительно измеряют параметры текущего положения и ориентации головы космонавта относительно систем и элементов космического аппарата, измеряют параметры направления взгляда космонавта относительно головы космонавта при задаваемых фиксируемых и текущих направлениях взгляда и положениях и ориентации головы космонавта, по измеренным параметрам положения и ориентации головы космонавта и направления взгляда космонавта и определяемым параметрам текущего положения перемещаемых элементов на космическом аппарате определяют объекты, на которые направлен взгляд космонавта, определяют текущие параметры освещенности элементов космического аппарата, сравнивают параметры, определяющие объекты, на которые направлен взгляд космонавта, параметры положения космонавта относительно данных объектов и параметры освещенности данных объектов с задаваемыми значениями, соответствующими выполняемым космонавтом полетным операциям, и по результатам сравнения формируют команды на выполнение действий космонавту.The technical result is achieved by the fact that in the method of monitoring the actions of the astronaut on board the spacecraft, including determining the location of the astronaut, comparing the location parameters with the given parameters and generating commands to the astronaut according to the results of the comparison, they additionally measure the parameters of the current position and orientation of the astronaut's head relative to systems and elements spacecraft, measure the directional direction of the astronaut’s gaze relative to the astronaut’s head Given the fixed and current directions of the gaze and the positions and orientations of the astronaut’s head, the objects that the astronaut’s gaze are directed at determine the current illumination parameters from the measured parameters of the position and orientation of the astronaut’s head and the direction of the astronaut’s gaze and the determined parameters of the current position of the moving elements on the spacecraft. spacecraft, compare the parameters that determine the objects that the astronaut's gaze is directed at, the position parameters to of the astronaut regarding these objects and the illumination parameters of these objects with set values corresponding to the flight operations performed by the astronaut, and, based on the results of the comparison, form commands for the astronaut to take actions.
Поясним предложенные в способе действия.Let us explain the proposed method of action.
На представленном чертеже отображена блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ, и введены следующие обозначения:The drawing shows a block diagram of a system that implements the proposed method, and introduced the following notation:
1 - блок задания параметров фиксируемых направлений взгляда и положений и ориентации головы космонавта;1 - unit for setting parameters of the fixed directions of the gaze and the positions and orientations of the head of the astronaut;
2 - блок измерения параметров положения и ориентации головы космонавта относительно КА;2 - a unit for measuring the parameters of the position and orientation of the astronaut's head relative to the spacecraft;
3 - блок измерения параметров направления взгляда космонавта относительно головы космонавта;3 - unit for measuring the parameters of the direction of the astronaut's gaze relative to the head of the astronaut;
4 - блок определения калибровочных параметров;4 - unit for determining calibration parameters;
5 - блок определения параметров положения перемещаемых элементов на КА;5 - block determining the position parameters of the moving elements on the spacecraft;
6 - блок определения объектов, на которые направлен взгляд космонавта;6 - a block for determining objects that the astronaut's gaze is directed to;
7 - блок определения параметров положения космонавта относительно объектов, на которые направлен взгляд космонавта;7 - a block for determining the parameters of the position of the astronaut relative to objects that the astronaut's gaze is directed to;
8 - блок определения параметров освещенности элементов КА;8 - block determining the parameters of the illumination of the spacecraft elements;
9 - блок задания параметров полетных операций;9 - unit for setting flight operations parameters;
10 - блок формирования команд космонавту;10 - block forming commands to the astronaut;
11 - блок воспроизведения команд;11 - block playback commands;
12 - блок выполнения калибровки;12 - block calibration;
13 - блок выполнения контроля действий космонавта при выполнении текущих полетных операций.13 - a unit for monitoring the actions of an astronaut during ongoing flight operations.
В представленной системе разные выходы блока 1 соединены со входами блоков 2, 3 и 4.In the presented system, the different outputs of
Выход блока 2 соединен со вторым входом блока 4 и первыми входами блоков 6 и 7.The output of
Выход блока 3 соединен с третьим входом блока 4 и со вторым входом блока 6.The output of
Выходы блоков 4 и 5 соединены с, соответственно, третьим и четвертым входами блока 6.The outputs of
Выход блока 6 соединен со вторым входом блока 7 и входами блоков 8 и 10.The output of
Выходы блоков 7, 8 и 9 соединены с, соответственно, вторым, третьим и четвертым входами блока 10.The outputs of
Выход блока 10 соединен со входом блока 11.The output of
Блоки с 1 по 4 составляют вместе блок выполнения калибровки 12.
Блоки со 2 по 11 составляют вместе блок выполнения контроля действий космонавта при выполнении текущих полетных операций 13.
В предлагаемом способе на начальном этапе задействуется блок выполнения калибровки 12, с использованием которого выполняют следующие действия, обеспечивающие «настройку» процесса определения направления взгляда космонавта.In the proposed method, at the initial stage, the
В блоке задания параметров фиксируемых направлений взгляда и положений и ориентации головы космонавта 1 задают параметры фиксируемых направлений взгляда и фиксируемых положений и ориентации головы космонавта для определения калибровочных параметров, которые в дальнейшем будут использоваться в расчетах для определения объектов, на которые направлен текущий взгляд космонавта в произвольные моменты времени. Например, задание параметров фиксируемых направлений взгляда осуществляется заданием фиксируемых положения и ориентации головы космонавта относительно КА и фиксируемых разнесенных в поле зрения космонавта объектов окружающей среды (КА), на которые должен быть направлен взгляд космонавта.In the block for setting the parameters of the fixed directions of the gaze and the positions and orientations of the astronaut's
В блоке измерения параметров положения и ориентации головы космонавта относительно КА 2 в соответствии с данными, поступившими от блока 1, запоминают задаваемые параметры фиксируемых положений и ориентации головы космонавта. Если задаваемые фиксируемые положения и ориентация головы космонавта заданы не формализовано (например, простым описанием, как должна быть ориентирована голова космонавта относительно КА), то при указанных задаваемых фиксируемых положениях и ориентации головы космонавта выполняют измерение формализованных параметров положения и ориентации головы космонавта относительно КА. Например, измерение формализованных параметров текущего положения и ориентации головы космонавта относительно КА может быть осуществлено следующим образом:In the unit for measuring the parameters of the position and orientation of the astronaut’s head relative to
- размещают в разнесенных точках на КА не менее чем четыре снабженных оптическими системами позиционно-чувствительных детектора инфракрасного излучения;- place at least four positionally sensitive infrared radiation detectors equipped with optical systems at spaced points;
- размещают на голове космонавта не менее чем три излучателя инфракрасных импульсных сигналов,- place on the head of the astronaut at least three emitters of infrared pulse signals,
- осуществляют формирование управляющих воздействий на упомянутые излучатели инфракрасных импульсных сигналов при текущем положении головы космонавта;- carry out the formation of control actions on the said emitters of infrared pulse signals at the current position of the head of the astronaut;
- упомянутыми позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения регистрируют инфракрасные сигналы, излучаемые инфракрасными излучателями (т.е. осуществляют измерение параметров, генерируемых позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения);- the aforementioned position-sensitive infrared radiation detectors register infrared signals emitted by infrared emitters (i.e. measure the parameters generated by the position-sensitive infrared radiation detectors);
- по измеренным значениям параметров, генерируемых позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения, и заданным значениям параметров расположения детекторов и оптических систем определяют значения координат местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов в системе координат КА, по которым определяют параметры относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов,- from the measured values of the parameters generated by position-sensitive detectors of infrared radiation, and the given values of the location parameters of the detectors and optical systems, determine the coordinates of the locations of the emitters of infrared pulse signals in the coordinate system of the spacecraft, which determine the parameters of the relative position of the locations of the emitters of infrared pulse signals,
- по текущим значениям координат местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов определяют параметры текущего положения и ориентации головы космонавта относительно КА,- based on the current values of the coordinates of the locations of the emitters of infrared pulsed signals determine the parameters of the current position and orientation of the astronaut’s head relative to the spacecraft,
при этом управление и синхронизацию моментов излучения, приема и передачи данных по результатам приема инфракрасных импульсных сигналов осуществляют по радиоканалу.at the same time, the control and synchronization of the moments of radiation, reception and transmission of data according to the results of the reception of infrared pulse signals is carried out over the air.
Также измерение параметров текущего положения и ориентации головы космонавта относительно КА может быть осуществлено по аналогичной схеме с использованием генераторов и приемников ультразвукового излучения (см. Способ ориентирования перемещаемого в пилотируемом аппарате прибора и система для его осуществления. Патент РФ 2531781. Бюл. №30, 2014).Also, the measurement of the parameters of the current position and orientation of the astronaut’s head relative to the spacecraft can be carried out according to a similar scheme using generators and receivers of ultrasonic radiation (see. Method of orienting an instrument moved in a manned spacecraft and a system for its implementation. RF Patent 2531781. Bull. No. 30, 2014 )
В блоке измерения параметров направления взгляда космонавта относительно головы космонавта 3 в соответствии с данными, поступившими от блока 1, измеряют параметры направления взгляда космонавта относительно головы космонавта при задаваемых фиксируемых направлениях взгляда и фиксируемых положениях и ориентации головы космонавта. Например, измерение параметров направления взгляда может быть осуществлено следующим образом:In the unit for measuring the parameters of the direction of the astronaut’s gaze relative to the head of the
- инфракрасным излучением от не менее чем 2 источников инфракрасного излучения освещают глаза космонавта, последовательно направленные на не менее чем пять задаваемых фиксируемых разнесенных в поле зрения космонавта объекта окружающей среды (КА),- infrared radiation from at least 2 sources of infrared radiation illuminate the eyes of the astronaut, sequentially aimed at at least five preset fixed fixed in the field of vision of the astronaut environmental object (SC),
- осуществляют съемку глаз космонавта инфракрасной камерой, установленной соосно данным источникам инфракрасного излучения,- carry out the shooting of the eyes of the astronaut with an infrared camera mounted coaxially with these sources of infrared radiation,
- выделяют на полученном изображении глаз, зрачок (центр зрачка) и блик на роговице глаза от упомянутого инфракрасного излучения,- allocate on the obtained image the eye, the pupil (the center of the pupil) and the glare on the cornea of the eye from said infrared radiation,
- по их взаимному расположению на основе вектора смещения между позициями центра зрачка и роговичного блика (Pupil - CR метод) определяют и фиксируют (запоминают) параметры направления взгляда космонавта относительно головы космонавта, соответствующие каждой выполняемой космонавтом комбинации заданных направлений взгляда при заданных положениях и ориентации головы космонавта.- based on their relative position on the basis of the displacement vector between the positions of the center of the pupil and the corneal highlight (Pupil - CR method), the astronaut’s gaze direction relative to the astronaut’s head is determined and stored (stored), corresponding to each combination of the given gaze directions at the given positions and head orientation performed by the astronaut astronaut.
В блоке определения калибровочных параметров 4 в соответствии с данными, поступившими от блоков 1÷3, по измеренным параметрам направления взгляда и положения и ориентации головы космонавта определяют и фиксируют (запоминают) калибровочные параметры, которые в дальнейшем будут использоваться в расчетах для определения объектов, на которые направлен текущий взгляд космонавта в произвольные текущие моменты времени.In the block for determining calibration parameters 4, in accordance with the data received from
Далее, в процессе контроля действий космонавта при выполнении текущих полетных операций, задействуется блок выполнения контроля действий космонавта при выполнении текущих полетных операций 13, с использованием которого выполняют следующие действия.Further, in the process of monitoring the actions of the astronaut during the execution of current flight operations, a unit for monitoring the actions of the astronaut during the execution of
В блоке измерения параметров положения и ориентации головы космонавта относительно КА 2 измеряют параметры текущего положения и ориентации головы космонавта относительно КА. Их измерение осуществляется вышеописанным образом.In the unit for measuring the parameters of the position and orientation of the astronaut's head relative to the
В блоке измерения параметров направления взгляда космонавта относительно головы космонавта 3 измеряют параметры текущего направления взгляда космонавта относительно головы космонавта. Например, измерение параметров текущего направления взгляда может быть осуществлено следующим образом:In the unit for measuring the parameters of the direction of the astronaut's gaze relative to the head of the
- освещают глаза космонавта инфракрасным излучением от не менее чем 2 источников инфракрасного излучения,- illuminate the astronaut’s eyes with infrared radiation from at least 2 sources of infrared radiation,
- осуществляют съемку глаз космонавта инфракрасной видеокамерой, установленной соосно данным источникам инфракрасного излучения,- carry out shooting of the eyes of the astronaut with an infrared video camera mounted coaxially with these sources of infrared radiation,
- выделяют на полученном изображении глаз, зрачок (центр зрачка) и блик на роговице глаза от упомянутого инфракрасного излучения,- allocate on the obtained image the eye, the pupil (the center of the pupil) and the glare on the cornea of the eye from said infrared radiation,
- по их взаимному расположению на основе вектора смещения между позициями центра зрачка и роговичного блика (Pupil - CR метод) определяют параметры текущего направления взгляда космонавта относительно головы космонавта.- based on their relative position on the basis of the displacement vector between the positions of the center of the pupil and the corneal flare (Pupil - CR method), the parameters of the current direction of the astronaut’s gaze relative to the astronaut’s head are determined.
В блоке определения параметров положения перемещаемых элементов на КА 5 определяют параметры текущего положения перемещаемых элементов на КА. Например, определение параметров текущего положения перемещаемых элементов на КА (грузов, оборудования, элементов конструкции и т.д.) осуществляется посредством использования базы данных перемещаемых элементов, в которой указываются все перемещаемые элементы и их текущие положения.In the unit for determining the position parameters of the moved elements on the
В блоке определения объектов, на которые направлен взгляд космонавта 6 по данным, поступившим из блоков 2÷5, определяют объект (элемент) КА, на который направлен взгляд космонавта в текущий момент времени: по определенным параметрам текущего положения и ориентации головы космонавта, параметрам текущего направления взгляда космонавта относительно головы космонавта и упомянутым калибровочным параметрам для расчета направления взгляда космонавта определяют параметры текущего направления взгляда космонавта относительно КА, по которым и с учетом формализованного описания «неподвижных» элементов КА и определенных параметров текущего положения перемещаемых элементов на КА определяют объект КА, на который направлен взгляд космонавта в текущий момент времени.In the unit for determining the objects to which the astronaut's
В блоке определения параметров положения космонавта относительно объектов, на которые направлен взгляд космонавта 7 по данным, поступившим из блоков 2 и 6, определяют параметры положения космонавта относительно объектов, на которые направлен взгляд космонавта (в том числе определяют расстояние от космонавта до указанных объектов).In the block for determining the parameters of the astronaut’s position relative to the objects that the astronaut’s gaze is directed to from the data received from
В блоке определения параметров освещенности элементов КА 8 определяют текущие параметры освещенности элементов КА, на которые направлен взгляд космонавта. Например, определение параметров текущей освещенности элементов КА может быть выполнено на основе телеметрической информации о включенных на КА осветительных приборах и об их работоспособности, а также с учетом навигационных данных о движении и ориентации КА, по которым определяется уровень освещенности элементов интерьера КА солнечным светом, поступающим через иллюминаторы.In the block for determining the parameters of illumination of the
В блоке задания параметров полетных операций 9 задают параметры описаний полетных операций, которые включают, в том числе, эталонные (модельные) значения параметров, определяющих объекты, на которые должен направляться взгляд космонавта в процессе выполнения полетной операции, параметров положения космонавта относительно данных объектов (в том числе расстояние от космонавта до объектов, которое определяет возможности визуального распознавания наблюдаемых объектов) и параметров требуемой освещенности данных объектов при их наблюдении космонавтом.In the parameter block for
В блоке формирования команд космонавту 10 по данным, поступившим из блоков 6÷9, сравнивают параметры, определяющие объекты, на которые направлен взгляд космонавта, параметры положения космонавта относительно данных объектов и параметры освещенности данных объектов с задаваемыми значениями, соответствующими выполняемым космонавтом полетным операциям, выполняют анализ результатов сравнения и по результатам анализа выполняют формирование команд космонавту, в том числе команды, корректирующие текущие действия космонавта по выполнению им текущей полетной операции.In the unit for generating commands to the
В блоке воспроизведения команд 11 по данным, поступившим из блока 10, воспроизводят команды на выполнение действий космонавту. Например, подготовленные команды воспроизводят посредством технических средств воспроизведения в звуковом или визуальном формализованных форматах, приспособленных для восприятия экипажем КА - звуковоспроизводящей аппаратурой, выводящей звук, например, на внешние динамики или наушники, или средством визуального отображения, выводящим изображение, например, на дисплей или очки.In the unit for reproducing
Поясним предложенные в способе действия применительно к действиям космонавта.Let us explain the actions proposed in relation to the actions of the astronaut.
При выполнении произвольной полетной операции на КА космонавт выполняет процедуру, которая включает в себя последовательность команд, выдаваемых в заданные моменты времени.When performing an arbitrary flight operation on the spacecraft, the astronaut performs a procedure that includes a sequence of commands issued at specified points in time.
В общем случае перед выдачей каждой команды космонавт должен оценить состояние заданных бортовой инструкцией параметров бортовых систем и полетной обстановки. Для этого он последовательно должен считать требуемую информацию с различных средств отображения, расположенных в кабине КА.In the general case, before issuing each command, the astronaut must evaluate the state of the parameters of the on-board systems and flight situation specified by the on-board instruction. To do this, he must sequentially read the required information from various display means located in the spacecraft cabin.
Если космонавт не посмотрел на какой-либо элемент/индикатор, на котором отображается заданный в бортовой инструкции параметр (т.е. направление взгляда не было зафиксировано в зоне данного параметра), то это означает, что космонавт не считал требуемую информацию и не проконтролировал обязательный для визуального контроля космонавтом параметр.If the astronaut did not look at any element / indicator on which the parameter specified in the on-board instruction is displayed (i.e. the direction of view was not fixed in the zone of this parameter), this means that the astronaut did not read the required information and did not control the mandatory for visual control astronaut parameter.
В предлагаемом способе осуществляется фиксация факта пропуска контроля параметра и формируется команда на выдачу космонавту напоминания о необходимости выполнения проверки данного контрольного параметра. При этом логика работы бортовых средств КА может предусматривать выполнение автоматической блокировки прохождения команд управления без получения соответствующего подтверждения о выполнении космонавтом необходимого визуального контроля необходимых параметров. После того как взгляд космонавта будет зафиксирован в зоне контролируемого параметра, данная блокировка управления снимается.In the proposed method, the fact of skipping control of a parameter is recorded and a command is generated to issue a reminder to the astronaut about the need to check this control parameter. In this case, the logic of the spacecraft’s onboard equipment operation may include the automatic blocking of the passage of control commands without receiving appropriate confirmation that the astronaut has performed the necessary visual control of the necessary parameters. After the astronaut’s gaze is fixed in the zone of the controlled parameter, this control lock is removed.
Приведем пример выполнения численных оценок требуемых характеристик технических средств для реализации предлагаемого способа.Here is an example of performing numerical estimates of the required characteristics of technical means for implementing the proposed method.
Блок измерения параметров направления взгляда космонавта относительно головы космонавта 3 может быть выполнен на базе известных систем определения направления взгляда. Например, может использоваться система определения направления взгляда (см., например, Фроимсон М.И., Михайлов Д.М., Корсакова А.И., Сорокина М.А., Кондратьев М.Д. Система определения направления взгляда пользователя в режиме реального времени // «Спецтехника и связь» №3/2013), включающая дисплей, 2 инфракрасных источника света и инфракрасную видеокамеру (инфракрасный диапазон используется для увеличения контрастности и уменьшения помех на изображении глаза). Инфракрасная видеокамера и 2 инфракрасных источника света (каждый из которых направлен в зону одного из глаз) симметрично расположены под конструкцией дисплея так, что плоскость изображения сенсорной матрицы видеокамеры совпадает с плоскостью дисплея.The unit for measuring the parameters of the direction of the gaze of the astronaut relative to the head of the
Приведем пример определения требований к разрешающей способности используемой в данной системе видеокамере.Let us give an example of determining the resolution requirements for the video camera used in this system.
Например, считаем, что космонавт смотрит на стандартный дисплей размером d=0,21 м по горизонтали, который находится на расстоянии r=0,6 м от глаз космонавта. Это соответствует тому, что угол θ, под которым космонавт видит дисплей, составляет величинуFor example, we believe that the astronaut is looking at a standard display of size d = 0.21 m horizontally, which is located at a distance r = 0.6 m from the astronaut’s eyes. This corresponds to the fact that the angle θ at which the astronaut sees the display is
, ,
где θ=2α;where θ = 2α;
α - угол между направлением на центр и край дисплея;α is the angle between the direction to the center and the edge of the display;
tgα=d/(2r)-0,175;tanα = d / (2r) -0.175;
α=10°.α = 10 °.
При таком угле глаз человека работает без напряжения.At this angle, the human eye works without tension.
Стандартное количество элементов (исполняемых или контролируемых космонавтом команд) в горизонтальной строке на экране дисплея равно десяти (с пробелами между ними). Отсюда получаем, что угол поля зрения космонавта на один элемент (команду) на экране с дистанции 0,6 м составляет ≈2°.The standard number of elements (executable or controlled by an astronaut command) in a horizontal line on the display screen is ten (with spaces between them). From this we obtain that the angle of the cosmonaut’s field of view on one element (command) on the screen from a distance of 0.6 m is ≈2 °.
Согласно теореме Котельникова для точного различения элемента (команды) на экране необходимо как минимум два пространственных отсчета. Поэтому зрачок космонавта должен перемещаться для этого с точностью не меньше 1°.According to Kotelnikov’s theorem, to accurately distinguish an element (command) on the screen, at least two spatial samples are required. Therefore, the pupil of the astronaut must move for this with an accuracy of at least 1 °.
Рассматриваем глаз человека как оптическую систему. Зрачок на роговице глазного яблока вместе с хрусталиком представляют собой диафрагму вместе с объективом, которые формируют изображение на сетчатке глаза.We consider the human eye as an optical system. The pupil on the cornea of the eyeball along with the lens represents the diaphragm together with the lens, which form the image on the retina.
Разрешающую способность инфракрасной видеокамеры определяем исходя из размера различаемого смещения. Как было показано, необходимо различать движение (поворот) глаза на 1°.The resolution of an infrared video camera is determined based on the size of the distinguishable offset. As was shown, it is necessary to distinguish the movement (rotation) of the eye by 1 °.
Для взрослого человека линейное смещение глаза, соответствующее повороту зрачка глазного яблока на 1°, составляет величинуFor an adult, the linear eye displacement corresponding to a 1 ° pupil rotation of the eyeball is
, ,
где X=Rϕπ/180°;where X = Rϕπ / 180 °;
R - радиус кривизны глазного яблока (у взрослого человека R≈13 мм);R is the radius of curvature of the eyeball (in an adult, R≈13 mm);
φ - угол поворота зрачка глазного яблока (ϕ≈1° из расчета, приведенного выше).φ is the angle of rotation of the pupil of the eyeball (ϕ≈1 ° from the calculation above).
Согласно теореме Котельникова, чтобы различить смещение X необходимо 2 точки отсчета, т.е на 1 пиксель матрицы видеокамеры приходится смещение зрачка глаза на 0,1135 мм. Отсюда с учетом округления 1 мм по поверхности глаза должен соответствовать 10 пикселям по горизонтали на изображении.According to Kotelnikov’s theorem, in order to distinguish the X offset, 2 reference points are needed, i.e., 1 pixel of the video camera matrix has a pupil shift of 0.1135 mm. Hence, taking into account the rounding of 1 mm along the surface of the eye, it should correspond to 10 pixels horizontally in the image.
Смещение по вертикали аналогично смещению по горизонтали.The vertical offset is similar to the horizontal offset.
В среднем размеры области глаза составляют по высоте 20 мм и по ширине 30 мм, откуда следует, что размер изображения глаза по горизонтали на изображении должен быть не менее 300 пикселей.On average, the size of the eye area is 20 mm in height and 30 mm in width, which implies that the horizontal image size of the eye in the image should be at least 300 pixels.
В среднем размеры области глаза составляют по высоте 20 мм и по ширине 30 мм, откуда следует, что размер изображения глаза по горизонтали на изображении должен быть не менее 300 пикселей.On average, the size of the eye area is 20 mm in height and 30 mm in width, which implies that the horizontal image size of the eye in the image should be at least 300 pixels.
С учетом того что область вокруг глаза больше (возьмем коэффициент 1,5), требуется не менее 450 пикселей.Given that the area around the eye is larger (take a factor of 1.5), at least 450 pixels are required.
Таким образом, для съемки требуется использовать видеокамеру, не хуже стандарта с разрешением 640×420 пикселей.Thus, for shooting it is required to use a video camera, no worse than the standard with a resolution of 640 × 420 pixels.
За изменения позиции глаза, которые возникают при смене точек фиксации и детальном рассматривании объекта, отвечают движения глаза, называемые макросаккадами. Длительность макросаккад составляет примерно Т=70 мсек, откуда следует, что с учетом теоремы Котельникова минимальная частота кадров съемки видеокамеры должна составлятьFor changes in the position of the eye that occur when the fixation points are changed and the object is examined in detail, eye movements, called macroaccades, are responsible. The duration of macroaccades is approximately T = 70 ms, whence it follows that, taking into account the Kotelnikov theorem, the minimum frame rate for shooting a video camera should be
, ,
где ;Where ;
. .
С учетом округления имеем кадров/секунду.Given rounding, we have frames / second.
Также для измерения параметров направления взгляда может использоваться система (очки) SMI Eye Tracking Glasses (Германия). Для каждого глаза в дужке очков установлено по портативной инфракрасной видеокамере и инфракрасному источнику света. Бинокулярный режим определения направления взгляда позволяет повысить точность расчетов.Also, the system (glasses) SMI Eye Tracking Glasses (Germany) can be used to measure gaze direction parameters. For each eye in the temple of glasses installed on a portable infrared video camera and infrared light source. The binocular mode of determining the direction of view allows you to increase the accuracy of the calculations.
Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.We describe the technical effect of the invention.
Предложенный способ обеспечивает учет направления взгляда космонавта при контроле выполнения им действий на борту КА, что, в свою очередь, повышает эффективность контроля действий экипажа КА при выполнении полетных операций. Учет направления взгляда космонавта при контроле выполнения им действий на борту КА может осуществляться как внутри герметичного отсека КА, так и в открытом космическом пространстве снаружи КА, при этом представленные возможные технические средства реализации способа никак не ограничивают перемещения космонавта и не создают помех его деятельности на борту КА.The proposed method ensures that the astronaut’s gaze is taken into account when monitoring the execution of actions onboard the spacecraft, which, in turn, increases the efficiency of monitoring the actions of the spacecraft crew during flight operations. Consideration of the astronaut’s gaze when monitoring his actions onboard the spacecraft can be carried out both inside the pressurized spacecraft compartment and in open space outside the spacecraft, while the possible technical means presented for implementing the method do not limit the astronaut’s movement and do not interfere with his activity on board KA.
Достижение технического результата в предложенном изобретении обеспечивается за счет предложенного измерения и определения предложенных параметров (параметров текущего положения и ориентации головы космонавта относительно КА и параметров направления взгляда космонавта относительно головы космонавта при задаваемых фиксируемых и текущих направлениях взгляда и положениях и ориентации головы космонавта, параметров текущего положения перемещаемых элементов на КА, текущих параметров освещенности элементов КА), предложенного определения объектов, на которые направлен взгляд космонавта в текущие моменты времени, предложенного сравнения предложенных параметров с задаваемыми значениями, соответствующими выполняемым космонавтом полетным операциям, предложенного формирования команд на выполнение действий космонавту по результатам выполненного сравнения.The achievement of the technical result in the proposed invention is ensured by the proposed measurement and determination of the proposed parameters (parameters of the current position and orientation of the astronaut’s head relative to the spacecraft and the parameters of the astronaut’s gaze direction relative to the astronaut’s head at given fixed and current gaze directions and positions and orientation of the astronaut’s head, parameters of the current position moving elements on the spacecraft, the current parameters of the illumination of the spacecraft elements), the proposed definition Nia objects that are sent to the astronaut look at the current time offered by the comparison of the proposed parameters with the set values corresponding to the executable astronaut flight operations, proposed the formation of teams to perform an astronaut action on the results of the comparison.
В настоящее время технически все готово для реализации предложенного способа. Промышленное исполнение существенных признаков, характеризующих изобретение, не является сложным и может быть выполнено с использованием существующих технических средств.Currently, everything is technically ready for the implementation of the proposed method. Industrial execution of the essential features characterizing the invention is not complicated and can be performed using existing technical means.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122815A RU2652721C2 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Control method of astronaut's actions on spacecraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122815A RU2652721C2 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Control method of astronaut's actions on spacecraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016122815A RU2016122815A (en) | 2017-12-13 |
RU2652721C2 true RU2652721C2 (en) | 2018-04-28 |
Family
ID=60718159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016122815A RU2652721C2 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Control method of astronaut's actions on spacecraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652721C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6073109A (en) * | 1993-02-08 | 2000-06-06 | Action Technologies, Inc. | Computerized method and system for managing business processes using linked workflows |
RU2166211C2 (en) * | 1999-04-15 | 2001-04-27 | Халин Евгений Васильевич | Computer-aided technique for training and certifying personnel of manufacturing enterprises in safety precautions |
US20050075763A1 (en) * | 2001-12-13 | 2005-04-07 | Brigode Philippe L. | Method and device for automatically monitoring and controlling an aircraft path |
RU2370804C2 (en) * | 2004-09-28 | 2009-10-20 | Тримбл Навигейшн Лимитед | Method and system of movable objects control |
CN103558910A (en) * | 2013-10-17 | 2014-02-05 | 北京理工大学 | Intelligent display system automatically tracking head posture |
-
2016
- 2016-06-08 RU RU2016122815A patent/RU2652721C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6073109A (en) * | 1993-02-08 | 2000-06-06 | Action Technologies, Inc. | Computerized method and system for managing business processes using linked workflows |
RU2166211C2 (en) * | 1999-04-15 | 2001-04-27 | Халин Евгений Васильевич | Computer-aided technique for training and certifying personnel of manufacturing enterprises in safety precautions |
US20050075763A1 (en) * | 2001-12-13 | 2005-04-07 | Brigode Philippe L. | Method and device for automatically monitoring and controlling an aircraft path |
RU2370804C2 (en) * | 2004-09-28 | 2009-10-20 | Тримбл Навигейшн Лимитед | Method and system of movable objects control |
CN103558910A (en) * | 2013-10-17 | 2014-02-05 | 北京理工大学 | Intelligent display system automatically tracking head posture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016122815A (en) | 2017-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9779540B2 (en) | Calibration of virtual reality systems | |
US10705600B2 (en) | Method and apparatus for detecting and following an eye and/or the gaze direction thereof | |
US10878236B2 (en) | Eye tracking using time multiplexing | |
US10290154B1 (en) | Stereo-based calibration apparatus | |
US10115205B2 (en) | Eye tracking system with single point calibration | |
KR20010041665A (en) | Method and device for evaluating an kinetic pattern | |
US20160073962A1 (en) | Systems, devices, and methods for tracking and compensating for patient motion during a medical imaging scan | |
KR20180115285A (en) | Spherical specular tracking of cornea to create eye model | |
AU2014256437B2 (en) | Method and device for alignment of an optical imaging system | |
US11017745B2 (en) | Method, computer readable storage medium having instructions, apparatus and system for calibrating augmented reality goggles in a transportation vehicle, transportation vehicle suitable for the method, and augmented reality goggles suitable for the method | |
CN110398830A (en) | Microscopic system and method for operating microscopic system | |
EP2948056A1 (en) | Systems, devices, and methods for tracking and compensating for patient motion during a medical imaging scan | |
US8922587B2 (en) | Crew shared video display system and method | |
KR102005100B1 (en) | Small Ground Laser Target Designator | |
AU2018222619A1 (en) | Device and method for real-time eye-gaze analysis | |
WO2014118391A2 (en) | Inspection camera unit, method for inspecting interiors, and sensor unit | |
RU2652721C2 (en) | Control method of astronaut's actions on spacecraft | |
JP5466587B2 (en) | Vehicle face image pickup device | |
RU2653219C2 (en) | Method of controlling cosmonaut's readiness for flying operations | |
US20230154351A1 (en) | System and method of adjusting focal distances of images displayed to a user of a simulator | |
DE102013201769A1 (en) | Surveying arrangement and method of surveying | |
JP7018443B2 (en) | A method to assist in target localization and a viable observation device for this method | |
EP4212123A1 (en) | Technique for determining a need for a re-registration of a patient tracker tracked by a camera system | |
RU2693634C1 (en) | Method of orienting movable equipment on board manned spacecraft | |
EP4354394A2 (en) | Camera tracking system for computer assisted surgery navigation |