WO2012057646A1

WO2012057646A1 - Способ получения информации о психофизиологическом состоянии живого объекта

Info

Publication number: WO2012057646A1
Application number: PCT/RU2010/000652
Authority: WO
Inventors: Виктор Альбертович МИНКИН
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Многопрофильное Предприятие "Элсис"
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR101500888B1; KR20140041382A

Abstract

Изобретение относится к областям биометрии, электроники, медицины и психологии и может быть использовано для получения психофизиологической информации о живых объектах и измерения, контроля и коррекции психофизиологического состояния человека. Данное изобретение решает задачу объективного, надежного и точного количественного определения психофизиологического состояния объекта. Заявляемый способ позволяет использовать точные физические характеристики, определяемые при анализе траектории микродвижений головы, как основу для количественного определения и измерения известных психоэмоциональных параметров человека, таких как стресс, агрессивность или тревожность. Заявляемый способ заключается в том, что измеряют сигнал о микроперемещениях головы живого объекта, производят обработку данного сигнала, включающую в себя преобразование количественных параметров пространственного и временного распределения движения головы живого объекта в информационно-статистические параметры, затем получают информацию о психофизиологическом состоянии живого объекта на основании преобразования указанных информационно-статистических параметров в приведенные количественные характеристики психофизиологического состояния живого объекта.

Description

Способ получения информации о психофизиологическом состоянии живого объекта

Область техники

Изобретение относится к областям биометрии, электроники, медицины и психологии и может быть использовано для получения психофизиологической информации о живых объектах и измерения, контроля и коррекции психофизиологического состояния человека.

Уровень техники

Дискуссии об информативности движения ведутся, начиная от Аристотеля, который декларировал неразрывную связь между движением и жизнью биологических объектов, в том числе связь между двигательной активностью и психофизиологическим состоянием. Тезис Ивана Михайловича Сеченова, сформулированный им в 1 863 году в классической работе «Рефлексы головного мозга», что: «Все внешние проявления мозговой деятельности могут быть сведены на мышечное движение», наиболее наглядно устанавливает связь между процессом мышления и движением. Великий Чарльз Дарвин на основе теории эволюции в книге «О выражении эмоций у человека и животных» (1872 год) утверждал, что «рефлекторные действия характеризуют выражение эмоций». Выдающийся биолог и психолог 20 века, нобелевский лауреат Конрад Лоренц в книге «Агрессия» (1966 год) заявил, что тот, кто сумеет измерить амплитуду и интенсивность рефлекторных движений, тот сможет определить уровень агрессивности.

Несмотря на эти прямые рекомендации по определению эмоционального и функционального состояния через параметры рефлекторных движений, до недавнего времени не удавалось количественно и информативно характеризовать движения человека. Прежде всего потому, что большинство исследователей физиологии движения (Н.А. Бернштейн [1 ], Мира-И-Лопес [2]) пытались анализировать макро перемещения человека, что является чрезвычайно сложной математической задачей.

В работе [3] было установлено, что поддержание вертикального равновесия головы человека, осуществляемое вестибулярной системой, может быть рассмотрено как функция, характеризующая вестибулярный рефлекс и, одновременно, как частный случай двигательной активности, характеризующийся микродвижениями головы. Анализ микро перемещений головы имеет целый ряд преимуществ по сравнению с анализом других рефлексных движений человека. Прежде всего, движения головы являются одним из самых часто повторяющихся движений, которые совершает человек в течение жизни. Ребенок начинает держать голову, начиная со второго месяца жизни, далее вестибулярная система постоянно поддерживает вертикальное состояние головы, перемещая ее в пространстве на сотни микрон несколько раз в секунду, отдыхая, только когда человек спит, или его голова прислонена к какому-то предмету. Данное явление получило название вестибулярно-эмоциональный рефлекс (ВЭР), так как практически связывает параметры движения головы человека и его психоэмоциональное состояние [4].

С физической точки зрения, механические колебания головы представляют собой вибрационный процесс, параметры которого количественно характеризуют взаимосвязь энергии и движения объекта. Для получения интегральной информации о параметрах движения головы используется технология виброизображения [5], которая позволяет количественно определять параметры периодических перемещений каждой точки объекта. Виброизображение представляет собой первичный вид изображения, каждая точка которого отражает параметры движения объекта. Виброизображение аналогично другим биомедицинским видам изображений человека (УЗИ, ЯМР, ИК или рентгеновское изображение), каждое из которых отражает определенные физические свойства. При этом виброизображение позволяет получать также информативные сигналы, аналогичные точечным методам считывания биомедицинской информации - электроэнцефалографии (ЭЭГ), кожно-гальванической реакции (КГР), электрокардиограмме (ЭКГ).

Анализ траектории движения головы своей физиологической основой существенно отличается от анализа эмоций человека на основе мимики лица, различные модели которого были предложены Экманом [6] и Фридлан ем [7]. Мимика лица хорошо отражает яркие и локальные проявления эмоций, однако малоэффективна при проведении автоматизированного анализа эмоций, так как не является постоянным психофизиологическим процессом, таким как измерение артериального давления (АД), КГР, ЭКГ, т.е. физиологических процессов, традиционно применяющихся при детекции лжи [6].

Известен способ получения информации о психофизиологическом состоянии живого объекта путем преобразования изображения объекта [8]. Данный способ включает измерение сигнала о перемещении объекта путем проецирования изображения на фотоприемное устройство и преобразование изображения объекта в электрический сигнал, последующую обработку указанного сигнала с помощью виброизображения, построенного на основе частотной составляющей вибрации точек живого объекта и получение информации о психофизиологическом состоянии живого объекта на основании результатов обработки сигнала о его перемещении. 10 000652

Данный способ [8] взят нами за прототип. Прототип позволяет бесконтактно в режиме реального времени и незаметно для объекта исследования (человека) получать информацию о психофизиологическом состоянии человека, однако получаемая информация в виде виброизображения носит качественный характер и требует индивидуальной интерпретации. При наличии определенного опыта, оператор на основе получаемого виброизображения может анализировать психоэмоциональное состояние объекта, однако автоматизированная обработка требует введения количественных параметров, характеризующих объект, что должно повысить объективность оценки состояния человека.

Сущность изобретения

Данное изобретение решает задачу объективного, надежного и точного количественного определения психофизиологического состояния объекта.

Заявляемый способ позволяет использовать точные физические характеристики, определяемые при анализе траектории микродвижений головы, как основу для количественного определения и измерения известных психоэмоциональных параметров человека, таких как стресс, агрессивность или тревожность.

Задача решается тем, что в известном способе получения информации о психофизиологическом состоянии живого объекта, включающем измерение сигнала о перемещении живого объекта, последующую обработку указанного сигнала и получение информации о психофизиологическом состоянии живого объекта на основании результатов обработки сигнала о перемещении, измеряют сигнал о микроперемещениях головы живого объекта, производят обработку данного сигнала, включающую в себя преобразование количественных параметров пространственного и временного распределения движения головы живого объекта в информационно-статистические параметры, затем получают информацию о психофизиологическом состоянии живого объекта на основании преобразования указанных информационно-статистических параметров в приведенные количественные характеристики психофизиологического состояния живого объекта.

В другом варианте изобретения для измерения сигнала микроперемещения головы живого объекта получают амплитудное и/или частотное виброизображение объекта.

В следующем варианте изобретения для получения информации об уровне агрессивности живого объекта строят гистограмму частотного распределения и по ней измеряют следующие параметры виброизображения головы живого объекта:

F_m - частота максимума в гистограмме плотности распределения частот; 000652

4

Fi - количество отсчетов с i -той частотой в гистограмме плотности распределения частоты, полученное за время N кадров;

Fin - частота обработки виброизображения

п - число отсчетов с межкадровой разностью выше пороговой в N кадрах.

Расчет уровня агрессивности (Ag) осуществляют по формуле:

В следующем варианте изобретения для получения информации об уровне стресса живого объекта измеряют следующие параметры виброизображения головы живого объекта:

А^¹ - суммарная амплитуда виброизображения i-той строки левой части объекта; А^¹ - суммарная амплитуда виброизображения i-той строки правой части объекта; ^max ^~~ максимальное значение между А^¹ и А^¹ ;

Fj'^ - максимальная частота виброизображения i-той строки левой части объекта;

Fjf - максимальная частота виброизображения i-той строки правой части объекта;

^max ~ максимальное значение между F^ и F^¹ ;

п - число строк, занимаемое объектом.

Расчет уровня стресса (St) осуществляется по формуле:

В следующем варианте изобретения для получения информации об уровне тревожности живого объекта измеряют следующие параметры виброизображения головы живого объекта:

Pi (f) - спектральная мощность распределения частоты виброизображения;

fmax - максимальная частота в спектре распределения частоты виброизображения.

Расчет уровня тревожности Тп осуществляется по формуле: max

Σ ( )

f max

В следующем варианте изобретения для получения информации об уровне совместимости живого объекта с другим объектом, определяют гистограммы распределения частоты вибраций каждого живого объекта в отдельности, производят сложение отдельно взятых гистограмм и получают совместное частотное распределение, уравнивают площадь получаемого совместного распределения с нормальным законом распределения, находят разность между приведенной частотной гистограммой и нормальным законом распределения.

Расчет овня совместимости С осуществляется по формуле:

где К- коэффициент нормирования получаемой частотной гистограммы

у' - плотность нормального распределения

В следующем варианте изобретения для получения информации об уровне интегрального изменения психофизиологического состояния при определении вербальной или невербальной лжи, измеряют следующие параметры виброизображения головы живого объекта:

Ризм - параметр, изменившийся более установленных пределов;

Р_с - параметр виброизображения, измеряемый при определении уровня лжи;

К - коэффициент значимости измеряемого Р„_зм

п - число измеряемых параметров;

m - число изменившихся параметров. T RU2010/000652

6

Расчет уровня интегрального изменения психофизиологического

используемого при определение лжи L осуществляется по формуле:

Известно, что кибернетика и теория информации рассматривает возможности применения технических методов и средств управления применительно к биологическим объектам и физиологическим системам. Современное понимание сенсорной физиологии [9] во многом перекликается с понятиями и определениями теории информации и коммуникации сигналов [10], допуская возможность психофизиологической информативности математических параметров разработанных в теории информации. Многолетние наблюдения и исследования автора микродвижений головы человека с помощью статистических параметров, используемых в теории информации показали, что существует статистически достоверные зависимости между психофизиологическим состоянием человека и информационно-статистическими параметрами микродвижений головы.

Автор предлагает свое объяснение данному явлению и вестибулярно- эмоциональному рефлексу. Для начала определим взаимосвязь между психофизиологической энергорегуляцией (метаболизмом) [ 1 1 ] и эмоциональным состоянием. Каждое типичное эмоциональное состояние характеризуется определенными затратами энергии и собственным соотношением между физиологической энергией необходимой для реализации физиологических процессов и эмоциональной энергией, выделяемой в результате сознательных или бессознательных процессов. Например, состояние агрессии, если оно действительно идентично, для различных лиц, то и его проявления для этих лиц должны быть квазиидентичны, но с учетом естественных поправок на возраст, пол, воспитание и т.д. Однако, с точки зрения физиологии, эти различия не должны иметь принципиального значения относительного количества и места выделения энергии в организме. Все это приводит к проявлению видимых признаков эмоций, например, покраснение лица, учащение дыхания и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в состоянии ярости, проявление определенной мимики [6]. При этом, основной причиной внешнего проявления эмоционального состояния является дополнительное выделение энергии в организме человека, изменяющее соотношение между физиологической и эмоциональной энергией. Следует отметить, что автор учитывает физико-химическую энергию естественных физиологических процессов известных на современном уровне развития техники [1 1 ]. Скорость протекания физиологических процессов, процессы торможения и возбуждения взаимосвязаны для процессов мышления и движения человека [ 1 , 4, 12].

Основной задачей вестибулярной системы человека является поддержание равновесия или баланса, прежде всего механического. Однако в работе [13] доказано, что равновесное состояние квазизамкнутых систем возможно только в случае множественного равновесия, т.е. механического, химического, энергетического и другого для всех систем, образующих данный объект. Любой разбаланс в одной из этих систем приводит к нарушению равновесия в смежной системе, т.е. нарушение энергетического равновесия вызывает нарушение механического равновесия.

Голова человека, находящаяся в вертикальном квазиравновесном состоянии, является чрезвычайно чувствительным механическим индикатором любых энергетических процессов, происходящих в организме человека. С точки зрения биомеханики, вертикальное равновесное поддержание и баланс многокилограммовой головы, находящейся значительно выше центра тяжести объекта, требует значительных и постоянных усилий и сокращений от мышц скелетной части шея-голова, причем эти движения осуществляются рефлекторно под управлением вестибулярной системы. Любое новое значимое явление (эмоция) в организме человека вносит изменение в данный постоянный физиологический процесс, аналогично изменениям и других физиологических процессов, традиционно используемых для анализа психофизиологии, таких как КГР, АД и ЧСС. Причем в зависимости от количества выделяемой энергии и места выделения энергии изменяются параметры движения головы. Пространственная трехмерная траектория движения головы достаточно сложна, так как форма головы только условно похожа на сферу, и траектории движения каждой точки могут существенно различаться под управлением нескольких сотен шейных мышц. Информационно статистический анализ параметров движения позволяет достоверно различать количественные параметры движения головы, а значит, измерять и идентифицировать каждое эмоциональное состояние через изменение энергии и реакцию вестибулярной системы. Законы механики однозначны, для поддержания равновесия действие всегда равно противодействию, следовательно, энергетические изменения в организме различных людей будут вызывать соответствующие одинаковые изменения в параметрах движения головы за счет работы вестибулярной системы. Предлагаемая общая классификация эмоций в зависимости от информационно- статистических параметров движения головы позволяет идентифицировать любое эмоциональное состояние, используя при этом для первоначальной калибровки, в качестве метода сравнения независимую экспертную оценку или другие психофизиологические методы, так как в настоящее время отсутствует единый общепринятый подход для измерения эмоциональных состояний. Современная психология использует, в основном, качественные критерии для оценки эмоциональных состояний, что в принципе, не допускает возможность проведения количественных измерений и затрудняет объективную оценку состояния человека. Предлагаемый способ позволяет измерять любое эмоциональное состояние, так как если изменение параметров движения головы функционально связано с изменением энергообмена, то, следовательно, параметры движения головы являются универсальной характеристикой психофизиологического состояния человека. Точность соответствия предлагаемых формул для расчета эмоциональных состояний существующим критериям оценок является менее значимой по отношению к самому методу оценки эмоционального состояния через микродвижения головы, так как существующий уровень техники не имеет общепринятых норм для оценки эмоциональных состояний. Уникальность предлагаемого способа заключается в едином подходе для измерения любой эмоции, в то время, как все предыдущие методы использовали различные подходы для оценки различных эмоциональных состояний. Принятие предлагаемой концепции для измерения эмоциональных состояний позволяет перевести психологию в разряд точных наук и сделать измерение эмоций таким же однозначным, как измерение любой другой физической величины, например, тока, напряжения или расстояния.

Перечень фигур чертежей

На фиг. 1 приведена схема установки лазерных указок на голове человека и перемещения меток при движении головы относительно экрана.

На фиг. 2 приведена гистограмма частотного распределения виброизображения спасателя после выполнения своей работы.

На фиг. 3 приведена часть программного окна детекции лжи при проведении опроса, показывающая изменение параметров движения головы во времени и уровень лжи при проведении опроса.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Рассмотрим пример предлагаемого изобретения, в котором получение сигнала о перемещении головы объекта (1 ) определяют с помощью оптических лазеров (2), T RU2010/000652

9 закрепленных на шлеме (3), надетом на голову объекта (1 ). Использование шлема (3) с датчиками (2) для анализа перемещения головы является проверенным решением, наиболее часто используемом в шлеме пилота [14] и компьютерных играх. Для реализации предлагаемого варианта изобретения достаточно применить относительно простое решение с тремя лазерными указками (оптическими датчиками) (2), закрепленными по краям головы (1 ) и в верхней части. Свет от этих лазерных указок (2) падает на экран (4), расположенный за или перед объектом, и считывается с помощью стандартной веб камеры (5) Genius Look 1320 с частотой 30 к/с и разрешающей способностью 1290x960 элементов. Движение лазерных меток (6) отражает движение головы (1 ) и усиленно пропорционально углу поворота и расстоянию до экрана (4), составляющему в данном случае 3 метра. Параллельное движение головы (1 ) относительно экрана (4) не дает увеличения движения лазерной метки (6) на экране (4), однако, движения головы (1 ) имеют сложную пространственную траекторию и незначительный поворот головы (1) всего на 1 градус, приводит к перемещению лазерной метки (6) на экране (4) на 52,3 мм, что устойчиво регистрируется при обработке сигнала с веб камеры (5). Таким образом, веб камера (5), подключенная к компьютеру, передает информацию о микродвижениях головы ( 1 ), преобразованных в макроперемещение, программный анализ которого позволяет судить о частоте перемещения головы (1 ) и степени возбуждения человека, на голове которого закреплен шлем (3) со световой индикацией. Схема перемещения лазерных меток (6) при движении головы ( 1 ) условно изображена на фиг.1.

В качестве информационно-статистического параметра пространственного и временного распределения скорости движения головы живого объекта измеряют среднюю частоту перемещения меток, определенную за 10 секунд, приведенную к максимальной частоте работы используемой телевизионной камеры. Данная характеристика хорошо отражает эмоциональное возбуждение человека и может характеризовать степень возбужденности человека.

Данный пример не ограничивает, а только описывает возможные контактные методы определения перемещения головы, которые могут включать размещение на шлеме различных датчиков, например, емкостных или магнитных.

Другой пример выполнения изобретения заключается в непосредственном и бесконтактном (без установки датчиков на человеке) наблюдении за микроперемещением головы человека с помощью телевизионной или веб камеры, преобразование телевизионного сигнала в амплитудное и частотное виброизображение и определение эмоционального состояния с помощью системы Vibraimage 7.3 [15] путем измерения средней частоты амплитудного и частотного виброизображения, накопленного за различные периоды времени в (0,1 -1 ,0-10,0) секунд, приведенные к частоте ввода телевизионной камеры. Каждый из этих параметров отражает степень возбуждения человека за определенный период времени и может применяться для анализа реакции человека на вопрос, например, при детекции лжи.

На фиг. 2 приведена гистограмма частотного распределения виброизображения спасателя после выполнения своей работы. Данная гистограмма характеризуется относительно высоким средним значением частотного распределения (примерно 3 Гц) и повышенной дисперсией распределения частот относительно среднестатистического спокойного состояния человека.

Таблица измерений эмоционального состояния спасателя, определенная системой Vibraimage 7.3 [15], включающая 10 эмоций приведена ниже.

Таблица

Где: М - среднее медианное значение параметра за период измерений;

S - дисперсия параметра за период измерений;

NMin - нижняя статистическая граница параметра;

N Мах - верхняя статистическая граница параметра;

cMin и сМах - минимальное и максимальное значение параметра за период измерений.

Результаты измерений показывают, что у спасателя понижен уровень стресса и и

тревожности (по сравнению со статистическими нормами, полученными для обычных людей) и повышен уровень агрессивности или активности. Естественно, что такое изменение эмоционального состояния просто необходимо спасателям для выполнения своей работы.

Следует отметить, что в предлагаемой автором приведенной системе измерения эмоциональных состояний [16], все эмоциональные состояния изменяются в диапазоне между 0 и 1 , или 0 и 100%. Данный подход позволяет сравнивать эмоциональные состояния различных людей, полученные в различных условиях, с учетом ограничений, подробно изложенных в монографии о виброизображении [3].

Следующий пример изобретения заключается в получении виброизображения и последующем нахождении следующих статистически значимых информационных параметров виброизображения, определяющих агрессивность человека, в том числе построение гистограммы плотности частоты виброизображения за время 10 секунд или 50 кадров обработки. Если виброизображение одновременно представляет собой пространственное и временное распределение энергии движения объекта, то для получения частотной гистограммы суммируют количество элементов, имеющих одинаковую частоту вибрации за определенный период времени, следовательно, гистограмма не несет информации о пространственном распределении частот вибрации. Эта кажущаяся потеря информативности в пространстве, на самом деле, увеличивает информативность движения, так как с точки зрения физиологической энергетики и в отличии от лицевой мимики, не столь важно, какая часть головы человека совершает движение. Далее, по построенной частотной гистограмме определяют следующие значения:

F_m - частота максимума в гистограмме плотности распределения частот;

F, - количество отсчетов с i -той частотой в гистограмме плотности распределения частоты, полученное за время 50 кадров;

Fin - частота обработки виброизображения;

п - число отсчетов с межкадровой разностью выше пороговой в 50 кадрах.

В отличии от известных и противоречивых существующих подходов к определению уровня агрессии была предложена новая формула, учитывающая два основных фактора: среднюю частоту вибраций или микродвижений человека F_m и параметр, наиболее полно характеризующий разброс вибраций, среднеквадратическое отклонение (СКО). Таким образом, агрессивный человек характеризуется как повышенной частотой микродвижений головы, так и большим разбросом в движении различных точек головы. Остальные коэффициенты предлагаемой формулы приводят коэффициент агрессии к значениям от 0 до 1.

Данное уравнение позволяет определять уровень агрессивности любого человека, причем, естественно менее агрессивному состоянию соответствует уровень близкий к 0, а уровень человека в состоянии высокой агрессии приближается к 1 . В системах безопасности при использовании системы Виброизображения для выявления потенциально опасных людей в качестве порогового уровня используется значение 0,75 для выявления агрессивных людей. Частотная гистограмма постоянно выводится для визуального контроля оператора в левом нижнем углу (средняя гистограмма) программы Vibraimage 7.3 [15] и значение уровня агрессии, рассчитанное по указанной формуле, также контролируется оператором или пользователем системы. Частотная гистограмма, сохраненная программой в виде отдельного файла, приведена на фиг. 2.

Следующий пример изобретения заключается в получении виброизображения и последующем нахождении статистически значимых информационных параметров виброизображения, определяющих уровень стресса человека, прежде всего, определение параметров симметрии вибраций по амплитудному и частотному виброизображению:

А¹ - суммарная амплитуда виброизображения i-той строки левой части объекта;

Α¹ - суммарная амплитуда виброизображения i-той строки правой части объекта;

Лпах ^_ максимальное значение между А^¹ и А^¹ ;

7* - максимальная частота виброизображения i-той строки левой части объекта;

- максимальная частота виброизображения i-той строки правой части объекта;

/^■щах - максимальное значение между F^¹ и F^ ;

п - число строк, занимаемое объектом.

В отличии от известных и противоречивых существующих подходов к определению уровня стресса была предложена новая формула, учитывающая прежде всего асимметрию амплитуды и частоты движений для каждой строки сканирования головы человека. Таким образом, человек с максимальным уровнем стресса характеризуется максимальной асимметрией вибраций и микродвижений для амплитудного и частотного внешнего виброизображения за 20с обработки, в то время как спасатель по роду своей работы должен обладать пониженными уровнями стресса и тревожности (фиг. 3).

Аналогично предыдущему приведенному информационно-статистическому параметру предлагаемая формула позволяет измерять уровень стресса St от 0 до 1 , причем минимальному уровню стресса соответствует минимальное измеряемое значение, а человек с повышенным уровнем стресса имеет значение стресса близкое к 1.

Следующий пример изобретения заключается в получении виброизображения и последующем нахождении статистически значимых информационных параметров виброизображения, определяющих уровень тревожности человека, прежде всего построение частотного спектра быстродействующих сигналов амплитудного и частотного виброизображения.

В отличии от известных и противоречивых существующих подходов к определению уровня тревожности была предложена новая формула, учитывающая что состояние повышенной тревожности характеризуется увеличением плотности высокочастотного спект а движения по сравнению к плотности низкочастотного спектра.

/max

0 ,1

где Tn - уровень тревожности;

f_max - максимальная частота в спектре распределения частоты виброизображения. Аналогично предыдущему приведенному информационно-статистическому параметру предлагаемая формула позволяет измерять уровень тревожности от 0 до 1 , причем минимальному уровню тревожности соответствует минимальное измеряемое значение, а человек с повышенным уровнем тревожности имеет значение стресса близкое к 1. Спектр распределения частоты быстрых сигналов виброизображения приводится для контроля оператором или пользователем системы в нижнем левом углу интерфейсного окна на нижней спектрограмме.

Следующий пример изобретения заключается в получении виброизображения и последующем нахождении статистически значимых информационных параметров виброизображения, определяющих уровень совместимости между людьми, прежде всего построение гистограмм частотного виброизображения для каждого человека.

В отличие от известных и противоречивых существующих подходов к определению уровня совместимости была предложена новая формула, учитывающая, что повышенная совместимость характеризуется близостью соответствия суммарной частотной гистог аммы вибраций обоих людей нормальному закону распределения.

где К - коэффициент нормирования исходной гистограммы

Аналогично предыдущему приведенному параметру предлагаемая формула позволяет измерять уровень совместимости от 0 до 1 , причем минимальному уровню совместимости соответствует минимальное измеряемое значение, а пара с повышенным уровнем совместимости имеет измеренное значение близкое к 1.

Следующий пример изобретения заключается в получении виброизображения и последующем нахождении статистически значимых информационных параметров виброизображения, определяющих уровень лжи человека, прежде всего получение временных зависимостей максимального количества параметров виброизображения с минимальной степенью корреляции между собой. На фиг. 3 приведены временные зависимости нескольких локальных параметров виброизображения А1 , F3, F6, S2, Р2 [15], и интегральный параметр Р5, отражающий суммарное изменение психофизиологического состояния человека, за различное время (0, 1 -1 -10 секунд [1 5]) накопления информации о движениях головы человека. В ходе примерно трехминутного опроса определялась вербальная ложь. Вертикальная серая линия на графиках показывает начало задаваемого вопроса, а вертикальная черная показывает конец ответа. Нижний график на фиг. 3 (параметр Р5) показывает степень изменения всех психофизиологических параметров испытуемого при ответе на вопросы. Из этого графика следует, что наибольшая реакция испытуемого наблюдалась при ответе на два вопроса. Определение лжи в ответах происходит по стандартной методике [17] при сравнительном анализе реакции изменения психофизиологических параметров при ответах испытуемого на сравнительные и релевантные вопросы.

В отличии от известных существующих подходов к психофизиологической детекции лжи была предложена новая формула, учитывающая, что ложь определяется существенным изменением в измеряемых значениях параметров виброизображения по сравнению с отчетным периодом времени. При этом предлагаемая формула позволяет определять как вербальную, так и невербальную ложь. При определении вербальной лжи в качестве базового периода используется период времени до начала ответа исследуемого человека, а в случае анализа невербальной лжи параметры в течение одного временного периода (отчетного) сравниваются с параметрами в течение другого временного периода (исследуемого) [15].

Расчет уровня интегрального изменения психофизиологического состояния используемого при определение лжи L осуществляется по формуле:

1

где Р_мзм - параметр, изменившийся более установленных пределов;

Р_с - параметр виброизображения, измеряемый при определении уровня лжи; К - коэффициент значимости измеряемого Р_изм.

п - число измеряемых параметров (может отличаться от числа визуализируемых параметров);

m - число изменившихся параметров.

Аналогично предыдущему приведенному параметру предлагаемая формула позволяет измерять уровень лжи от 0 до 1, причем минимальному уровню лжи соответствует минимальное измеряемое значение, а максимальный уровень лжи может иметь измеренное значение близкое к 1.

Предлагаемое изобретение не ограничивается приведенными примерами измерения эмоциональных и психофизиологических состояний людей, общее количество которых по различным системам классификации превышает 200 характеристик состояния человека. Более того, предлагаемое изобретение позволяет описывать любое состояние человека через параметры микродвижения его головы и/или параметры виброизображения головы. Неочевидным принципом, позволяющим использовать виброизображение для измерения эмоций, является перенос классических представлений о движениях в психологии на рефлексные микродвижения головы человека с помощью статистических достоверных параметров теории информации. На основе предлагаемого подхода можно определять состояния человека аналогично состоянию технических информационных систем и использовать информационные параметры для характеристики состояния человека, например, определять уровень информационной (Н) и термодинамической (S) энтропии человека по формулам [15].

В качестве основы для расчета информационной энтропии строят гистограмму частотного распределения микродвижений головы, а расчет информационной энтропии (Н) [ 10] определяют по формуле:

В качестве основы для расчета термодинамической энтропии также строят гистограмму частотного распределения микродвижений головы, а расчет термодинамической энтропии (S) определяют по формуле:

Каждый из этих информационно-статистических параметров может применяться для лучшего выявления того или иного эмоционального состояния человека, например, проведение экспериментов выявило большую корреляцию информационной энтропии к уровню лжи, а для термодинамической энтропии большую корреляцию с возбужденными состояниями человека.

На основе физических и термодинамических параметров можно более полно характеризовать поведение и энергетику человека, определять параметры энергичности человека, его харизматичности и другие. Например, система виброизображения версия 7.1 [15] определяет энергичность человека (Е) на основе разности частотного максимума (М) и СКО на частотной гистограмме, приведенной к максимальной частоте ввода виброизображения (Fps).

М - σ

Е =

Fps Количественный анализ рефлексных микродвижений головы сделает измерение психофизиологических состояний человека более объективным и научным, поможет решить многие проблемы медицины, психологии, психиатрии и личной жизни граждан. Проведенные независимые практические испытания разработанной системы и количественной оценки психоэмоционального состояния пассажиров в аэропортах по уровню агрессии, стресса, тревожности и потенциальной опасности показали хорошее совпадение (не менее 90%) с экспертной оценкой специалистов, что подтверждает практическую реализуемость предлагаемого изобретения.

Литература:

1. Н.А.Бернштейн. Физиология движений и активность. М: Наука, 1990.

2. Е. Мира-и-Лопес. Графическая методика исследования личности. СПб.: Речь, 2002.

3. В. А. Минкин. Виброизображение. СПб.: Реноме, 2007.

4. V. A. Minkin, N. N. Nikolaenko. Application of Vibraimage Technology and System for Analysis of Motor Activity and Study of Functional State of the Human Body, Biomedical Engineering, Vol. 42, No. 4, 2008, pp. 196-200. 2008 Springer Science+Business Media, Inc.

5. В. А. Минкин, А.И.Штам. RU 2187904 Способ преобразования изображения.

6. Пол Экман. Психология лжи. Изд. Питер, 2003.

7. A. J. Fridlund, Human facial expression. An evolutionary view. San Diego, CA, Academic Press.

8. Прототип. В. А. Минкин, А.И.Штам. RU 2289310 Способ получения информации о психофизиологическом состоянии живого объекта.

9. Тамар Г., Основы сенсорной физиологии. М., 1976. 520 с.

10. Claude Е. Shannon: A Mathematical Theory of Communication, Bell System Technical Journal, Vol. 27, pp. 379^123, 623-656, 1948.

1 1. Физиология человека, под ред. В.М. Покровского и Г.Ф. Коротько, Москва, Медицина, 1997.

12. В. А. Минкин, Н.Н.Николаенко. Исследование зависимости психофизиологических характеристик человека от величины торможения вестибулярной системы методом виброизображения. Краснодар: Кубанский Научный Медицинский Вестник, N4, 2007.

13. Гладышев Г. П. «Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов», М.: Наука, 1988, 288 с. 14. Казамаров A.A., Луканцев В. Н., RU2321813. Нашлемная система целеуказания, прицеливания и индикации.

15. Система контроля психоэмоционального состояния человека. Техническое описание. Версия Vibraimage 7.3. Публикации Элсис, 06.2010 www.elsys.ru

16. В.А.Минкин, Н.Н. Анисимова, Видео информация, как основа общей теории эмоций. Труды 17-ой Международной научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, 2009.

17. Молчанов А.Ю., Оглоблин СИ., Инструментальная "детекция лжи"; Нюанс, 2004 г.; 464 стр.

Claims

Формула изобретения

1. Способ получения информации о психофизиологическом состоянии живого объекта, включающий измерение сигнала о перемещении живого объекта, последующую обработку указанного сигнала и получение информации о психофизиологическом состоянии живого объекта на основании результатов обработки сигнала о перемещении, отличающийся тем, что измеряют сигнал о микроперемещениях головы живого объекта, производят обработку данного сигнала, включающую в себя преобразование количественных параметров пространственного и временного распределения движения головы живого объекта в информационно- статистические параметры, затем получают информацию о психофизиологическом состоянии живого объекта на основании преобразования указанных информационно- статистических параметров в приведенные количественные характеристики психофизиологического состояния живого объекта.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что для измерения сигнала микроперемещения головы живого объекта получают амплитудное и/или частотное виброизображение головы живого объекта.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для получения информации об уровне агрессивности объекта строят гистограмму частотного распределения и по ней измеряют следующие информационно-статистические параметры виброизображения головы живого объекта:

Fj - количество отсчетов с i -той частотой в гистограмме плотности распределения частоты, полученное за время N кадров;

Fin - частота обработки виброизображения;

п - число отсчетов с межкадровой разностью выше пороговой в N кадрах,

и определяют уровень агрессивности (Ag) по формуле:

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для получения информации об уровне стресса объекта измеряют следующие информационно-статистические параметры виброизображения головы живого объекта: A^¹ - суммарная амплитуда виброизображения i-той строки левой части объекта; Α¹ - суммарная амплитуда виброизображения i-той строки правой части объекта; ^max ^_ максимальное значение между А^¹ и А^¹ ;

- максимальная частота виброизображения i-той строки левой части объекта;

- максимальная частота виброизображения i-той строки правой части объекта; ^max - максимальное значение между F^¹ и ;

п - число строк, занимаемое объектом и определяют уровень стресса (St) по формуле:

5. Способ по п.2 отличающийся тем, что для получения информации об уровне тревожности объекта измеряют следующие информационно-статистические параметры виброизображения головы живого объекта:

fmax - максимальная частота в спектре распределения частоты виброизображения, и определяют уровень тревожности по формуле: fmax

где Tn - уровень тревожности;

6. Способ по п.2 отличающийся тем, что для получения информации об уровне совместимости живого объекта с другим объектом, определяют гистограммы распределения частоты вибраций каждого живого объекта в отдельности, производят наложение отдельно взятых гистограмм, уравнивают площадь получаемого совместного распределения с нормальным законом распределения, находят разность между приведенной частотной гистограммой и нормальным законом распределения и определяют овень совместимости С по формуле:

>ффициент нормирования получаемого совместного частотного распределения

у' - плотность нормального распределения.

7. Способ по п.2 отличающийся тем, что для получения информации об уровне вербальной или невербальной лжи измеряют следующие информационно- статистические параметры виброизображения головы живого объекта:

Р_изм - параметр, изменившийся более установленных пределов;

К - коэффициент значимости измеряемого Р_{изм .};

п - число измеряемых параметров;

m - число изменившихся параметров,

причем уровень интегрального изменения психофизиологического состояния при определение лжи L осуществляют по формуле:

L =