SU891063A1 - Устройство дл регистрации движений глаз - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ

I

Устройство относитс  к регистрации движений глаз и может быть использовано дл  исследовани  зрительной де тельности человека - оператора.

Известно устройство дл  исследовани  движений глаз, содержащее датчики, усилитель , аналого-цифровые преобразователи, дешифратор, элементы И, счетчики импульсов , генератор, одновибратор, регистратор, распределитель, мультиплексор, элемент ИЛИ 1.

Однако это устройство предназначено дл  регистрации времени фиксировани  направлени  взора.

Наиболее-близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, содержащее осветитель глаза дл  формировани  роговичного рефлекса, оптический блок воспри ти  потока, отраженного от роговицы, и электронный преобразователь координат рефлекса, включающий передающую телевизионную трубку с отклон ющей системой, опорный генератор импульсов, координатные счетчики, св занные с отклон ющей системой и блоком пам ти координат, а также узел фиксации видеоимпульса от изображени  роговочиного рефлекса . В известном устройстве телевизионна  развертка обеспечиваетс  с помощью счетчиков горизонтальной и вертикальной координат, которые вырабатывают синхроимпульсы развертки. Одновременно разр ды обоих счетчиков св заны с блоком пам ти , в котором запись кодов координат осуществл етс  по сигналу от «детектора п тна - узла фиксации видеоимпульса от изображени  рефлекса 2.

Недостатками известного устройства  вл ютс  низкое быстродействие ввиду того, что информаци  о координатах рефлекса обновл етс  один раз за кадр прогрессивной телевизионной развертки, в св зи с чем исключена возможность регистрации мгновен15 ных значений углов поворота глаза при всех возможных скорост х его движени , а также недостаточна  точность измерени , так как в известной системе используютс  обычные телевизионные синхронизируемые гене- раторы пилообразных токов развертки на элементах импульсной техники, в которых принципиально недостижима линейность лучше, чем 0,5% (имеетс  всего 5 двоичных

разр дов). При этом полоса частот видеосигнала при стандартной телевизионной развертке составл ет несколько мегагерц. В столь широкой полосе частот собственные шумы телевизионной трубки сильно ограничивают точность фиксации временного положени  видеоимпульса, а следовательно, и точность изменени  координат роговичного рефлекса.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  регистрации движений глаз, содержашее осветитель, оптический блок, телевизионную трубку с отклон ющей системой , генератор импульсов опорной частоты , блок развертки, включающий два счетчика импульсов, соединенных с блоком пам ти и элемент И и узел фиксации видеоимпульсов , имеет два дифференцирующих элемента, блок управлени  сканированием, состо щий из узла формировани  поисковой развертки и узла формировани  след щей развертки, два преобразовател  кодток , а счетчики импульсов выполнены реверсивными и соединены с отклон ющей системой через преобразователи код-ток, при этом первый и второй входы блока управлени  сканированием соединены соответственно с выходами узла фиксации и генератора импульсов опорной частоты, а с первого по седьмой его выходы соединены с соответствующими входами счетчиков импуль сов и элемента И непосредственно, а через диффренцирующие элементы - с входами блока пам ти, второй вход элемента И подключен к третьему выходу первого счетчика импульсов, а выход - к одному из входов второго счетчика импульсов.

Кроме того, блок управлени  сканированием содержит узел формировани  поисковой развертки, выполненный в виде реле времени, и узел формировани  след щей развертки, включающий входной RS-триггер , триггер знака, триггер координат, два элемента ИЛИ и узел синхронизации, выполненный в виде дополнительного счетчика импульсов с двум  дешифраторами, через триггеры знака и координат подключенными соответственно ко второму, третьему, шестому и седьмому выходам блока управлени  сканированием непосредственно и через элементы ИЛИ к его первому и четвертому выходам, выходы дополнительного счетчика импульсов соединены соответственно через входной RS-триггер с первым входом блока управлени  сканированием, входом узла формировани  поисковой развертки , выходом подключенного к п тому выходу блока управлени  сканированием, и с одним из входов триггера знака, и непосредственно - с вторым входом блока управлени  сканированием.

На чертеже представлена структурна  электричческа  схема устройства дл  регистрации движений глаз.

Устройство дл  регистрации движений глаз содержит осветитель 1 дл  освещени  глаза наблюдател . Отражение от роговицы глаза фокусируетс  оптическим блоком

2на входном торце телевизионной трубки

3в виде изображени  роговичного рефлекса . Сигнальный выход трубки 3 через узел

Q 4 фиксации видеоимпульсов временного положени  видеоимпульса св зан с блоком 5 управлени  сканированием, который соединен командными св з ми с блоком 6 развертки (дл  изменени  режима развертки посредством отклон ющей системы 7), а также с блоком 8 пам ти, который служит дл  переписи кодов координат X и У в регистры 9 и 10 из счетчиков 11 и 12 импульсов (координатных ) блока 6 развертки . Числа с реверсивных счетчиков II и 12 преобразуютQ с  в пропорциональный отклон ющий ток посредством преобразователей 13 и 14 код- ток (X и У). Через элемент И 15 последний разр д счетчика 11 (координат X) св зан промежуточным разр дом (например, четвертым) счетчика 12 (координат У) дл 

5 организации поисковой развертки.

Блок 5 управлени  содержит узел 16 формировани  поисковой развертки в виде реле времени, соединенный выходом с элементом И 15, и узел 17 формировани  след щей развертки, который образует цепь обратной управл ющей св зи в системе через входной RS-триггер 18, узел 19 синхронизации (дополнительный счетчик 20 импульсов и два дешифратора 21 и 22), триггер 23 знака, триггер 24 координат и два

5 элемента ИЛИ 25 и 26. Блок 5 управлени  соединен с блоком 8 пам ти через два дифференцирующих элемента 27 и 28. Счетные входы счетчиков 11 и 12 и счетчика 20 соединены с генератором 29 импульсов опорной частоты дл  синхронизации работы

О всей системы.

Осветитель 1 облучает роговицу глаза, отражение от которой фокусируетс  объективом блока 2 на входном торце телевизионной трубки 3 в виде световой точки изображени  роговичного рефлекса. Так как после включени  системы сканирующа  апертура находитс  в некотором случайном положении , видеосигнал от рефлекса отсутствует. Поэтому через некоторый период задержки

0 срабатывает реле времени - узел 16 формировани  поисковой развертки, св зыва  через элемент И 15 оба координатных счетчика 11 и 12 последовательно. При этом оба счетчика осуществл ют последовательное деление частоты генератора 29. Числа, зафиксированные в обоих счетчиках, в каждый момент преобразуютс  в пропорциональный ток через отклон ющую систему 7 преобразовател ми 13 и 14 код-ток. В результате осуществл етс  развертка квадратным поисковым растром всего рабочего пол  трубки 3. Дл  ускорени  поиска импульсы со счетчика 11 подаютс  на вход промежуточного разр да (например четвертого) счетчика 12 так, что рассто ние между строками поискового растра сыбрано предельно большим, при котором исключен пропуск точечного объекта - изображени  рефлекса . После того, как в процессе поисковой развертки обнаружен рефлекс, узел 4 фиксации видеоимпульсов выдает фиксационный импульс, возвращающий в исходное положение узел 16 поисковой развертки и инициирующий работу узла 17 след щей развертки. При этом срабатывает RS-триггер 18 и включает узел 19 синхронизации, т. е. разрешает счетчику 20 счет импульсов генератора 29.

Когда число в счетчике 20 достигает некоторого числа NI, дешифратор 21 выдает импульс, устанавливающий в единичное состо ние триггеры 23 и 24. В результате этого счетчики 11 и 12 перевод тс  в режим вычитани  (по шине N) на их входы р подаютс  сигналы разрещени  счета от элементов .ИЛИ 25 и 26. При этом сканирующа  апертура совершает возвратное движение так, что к концу движени  центр апертуры располагаетс  на вертикали, проход щей через центр светового п тна. Дл  этого в момент , когда число в счетчике 20 достигает значени  N2 2N, дефширатор 22 выдает импульс, который возвращает триггер 23 знака в исходное состо ние, переключа  оба координатных счетчика 11 и 12 в режим суммировани  (по шине N). Одновременно по входу R возвращаетс  в исходное состо ние триггер 18, который устанавливает в нулевое состо ние счетчик 20. Поскольку ранее триггер координат 24 был установлен в единичное состо ние, теперь сканирующа  апертура перемещаетс  по вертикали.

В момент пересечени  апертурой светового п тна узел 4 фиксации вновь выдает фиксационный импульс, который оп ть 8зводит RS-триггер 18 и приводит к нулю реле времени - узел 16 формировани  поисковой развертки. Точно так же, как и в предыдущем полуцикле, начинаетс  счет в счетчике 20. Когда число в нем достигает значени  N , триггер 23 знака переводитс  в единичное состо ние, обеспечива  возвратное движение апертуры. Кроме того, в этот же момент переключаетс  в нулевое состо ние триггер 24 координат, обеспечива  через дифференцирующий элемент 27 запись числа , зафиксированного в этот момент в счетчике 11, в регистр 9 блока 8 пам ти. Записанное число пропорционально координате X центра изображени  роговичного рефлекса .

Возвратное движение сканирующей апертуры происходит здесь до тех пор, пока она

не достигнет горизонтали проход щей через центр светового п тна. Дл  этого аналогично предыдущему полуциклу, когда число в счетчике 20 достигает величины N2 2N, дещифратор 22 выдает импульс, возвращающий триггер 23 знака и RS-триггер 18 в исходное состо ние, после чего апертура перемещаетс  по горизонтали, где происходит запись числа из счетчика 12 в регистр 10 (У) блока 8 пам ти по сигналу с дифференцирующего элемента 28. Па выходах обоих регистров 9 и 10 формируютс  коды обеих координат центра изображени  роговичного рефлекса. Далее цикл микросканировани  непрерывно повтор етс . Если, например , при моргании глаза движуща с  по

траектории микрорастра апертура «не находит рефлекс, то через врем  задержки пор дка 30 мс срабатывает узел 16 формировани  поисковой развертки, организу  вновь режим поиска построчным сканированием всего рабочего пол  трубки 3.

Преимущества предлагаемого устройства заключаютс  в большем быстродействии и точности измерени  углов поворота глаза, так как благодар  использованию микро5 растра частота обновлени  информации значительно выше, чем в известном устройстве (1500 отсчетов в секунду вместо 60), что позвол ет уменьшить дискретность отсчета углов при максимальной скорости движени  глаза с 9° до gf т з Кроме того, система  вл етс  числоимпульсной (в известном устройстве - врем нмпульсна ), т. е. ее точность не зависит от временных параметров (например, от стабильности генератора опорных импульсов), а только от

5 точности исполнени  преобразователей кодток , которые исполн ютс  14-16-разр дными , и от точности узла фиксации видеоимпульса , который может обеспечивать точность фиксации пор дка 0,1%. Кроме того, высокое быстродействие предлагаемого уст0 ройства позвол ет применить автоматическое усреднение результата, тем самым уменьща  случайную составл ющую ошибки измерени  углов поворота глаза до 0,05° - 0,1

45

Claims (2)

1. Устройство дл  регистрации движений глаз, содержащее осветитель, оптический блок, телевизионную трубку с отклон ющей системой, генератор импульсов опорной частоты, блок развертки, включающий два счетчика импульсов, соединенных с блоком пам ти и элемент И и узел фиксации видеоимпульсов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности измерени , оно имеет два дифференцирующих элемента, блок управлени  сканированием , состо щий из узла формировани  поисковой развертки и узла формировани  след щей развертки, два преобразовател  код-ток, а счетчики импульсов выполнены реверсивными и соединены с отклон ющей системой через преобразователи код-ток, при этом первый и второй входы блока управлени  сканированием соединены соответственно с выходами узла фиксации и генератора импульсов опорной частоты , а с первого по седьмой его выходы соединены с соответствующими входами счетчиков импульсов и элемента И непосредственно , а через дифференцирующие элементы - с входами блока пам ти, второй вход элемента И подключен к третьему выходу первого счетчика импульсов, а выход- к одному из входов второго счетчика импульсов .

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок управлени  сканированием содержит узел формировани  поисковой развертки, выполненный в виде реле времени , и узел формировани  след щей развертки , включающий входйой RS-триггер, триггер знака, триггер координат, два элемента ИЛИ и узел синхронизации, выполненный в виде дополнительного счетчика импульсов с двум  дещифраторами, через триггеры знака и координат подключенными соответственно к второму, третьему, щестому и седьмому выходам блока управлени  сканированием непосредственно и через элементы ИЛИ - к его первому и четвертому выходам, выходы дополнительного счетчика импульсов соединены соответственно через входной RS-триггер с первым входом блока

управлени  сканированием, входом узла формировани  поисковой развертки, выходом подключенного к п тому выходу блока управлени  сканированием, и с одним из входов триггера знака, и непосредственно - с вторым входом блока управлени 

сканированием.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 583794, кл. А 61 В 3/00, 1976.

2. Aerzbacher R. С. et al А digital System for the Study of eye movement. «Medical Research Engineering, 1970. v. 9, № 5, p. 23-25.