автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Методы и средства оценки динамической остроты зрения

На правах рукописи

РОТЦ ЮЛИЯ АНДРЕЕВНА

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОСТРОТЫ

ЗРЕНИЯ

Специальность 05.11.01 — Приборы и методы измерения (механические величины)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г я ноя 2013

Санкт-Петербург - 2013

005540520

005540520

Работа выполнена на кафедре Мехатроннки Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» (НИУ ИТМО).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мусалимов Виктор Михаилович

Ведущая организация: ОАОТехприбор

г. Санкт-Петербург

Защита состоится «17» декабря 2013 г. в 18°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.04 при НИУ ИТМО по адресу: 197101, Санкт-Петербург, пр. Кронверкский, д. 49, аудитория 262.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Отзывы и замечания (в 2 экз.) по автореферату направлять по адресу университета: 197101, Санкт-Петербург, пр. Кронверкский, д. 49, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.227.04

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.04

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Борисов Николай Валентинович,

СПбГУ

кандидат технических наук Перегудов Александр Феликсович,

СПбГУКиТ

кандидат технических наук, доцент

Киселев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Динамическая острота зрения (ДОЗ), это один из важнейших показателей квалификации лиц, связанных с восприятием движущихся предметов (водители, летчики, спортсмены), проблема ее оценки весьма актуальна для современного общества. Результаты работы могут принести практическую пользу медицинским НИИ или в сфере практической медицины.

Как сообщается в источнике [2], зрительной работоспособностью называют результирующий показатель таких характеристик как: острота зрения, временные характеристики окуломоторной активности, цветоразличение, светоощущение, зрительные поля, аккомодация (все это профессионально значимые функции зрительного анализатора).

Как замечено в ряде источников [3, стр. 1], широкое применение методов определения ДОЗ сдерживается отсутствием специального оборудования, стандартизованных методов исследования, нормативных показателей ДОЗ и другими причинами. Недостаточно изучены механизмы мозга, определяющие величину ДОЗ.

Большинство методов оценки ДОЗ базируется на предъявлении визуальной информации на экране монитора, что вносит в измерения ошибку из-за характеристик экрана (отсутствие непрерывности изображения, поскольку экран обладает определенной частотой обновления изображения 60-100 Гц, не позволяющей наблюдать движение непрерывно как в жизни, и инерционность).

Известные механические приборы предназначены для тренировки ДОЗ, и не ориентированы на измерение величины ДОЗ.

Активная научная работа в области оценки ДОЗ началась в конце 1940-ых, и уже к 1990 г. насчитывалось более 250 научных работ, посвященных этому. На данный момент исследования продолжаются (Кубарко А.И., Лукашевич И.В., Bark J., Richard A.R., Johnson E.).

Важна разработка новых способов определения величины динамической остроты зрения, исключающих недостатки других средств.

Таким образом, чтобы решить задачу проведения профессионального

з

отбора, оценить скорость реакции, способности человека к адаптации, оптимизировать зрительную работу, оценить возможность коррекции зрения в условиях активного развития техники необходимо разработать и реализовать новые методы оценки динамической остроты зрения. Этим объясняется актуальность работы.

Цель работы - разработка аппаратно-измерительного комплекса для оценки динамической остроты зрения.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработать методику оценки ДОЗ с помощью устройства, позволяющего исключить из измерений погрешность, вызываемую инерционностью монитора при его применении для предъявления оптотипов.

2. Разработать аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ, по разработанной методике.

3. Разработать методику оценки ДОЗ, основанную на применении видеорегистрации движений глаз испытуемого.

4. Разработать аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ, по разработанной методике.

5. Провести имитационное моделирование процесса измерения величины ДОЗ.

Методы исследования. При исследованиях был применен рассчетно-экспериментальный метод. В качестве аппаратной базы применялись: две созданные автором модели прибора для оценки ДОЗ (Д031 и Д032), управление которыми, осуществлялось с помощью разработанных автором программ; система оптических измерений, предоставленная кафедрой Обеспечения качества (Технический университет Ильменау, Германия). Экспериментальные данные получены по оригинальным методикам. Научная новизна работы:

1. Разработана методика оценки ДОЗ с помощью устройства, позволяющего исключить из измерений погрешность, вызываемую инерционностью монитора при его применении для предъявления оптотипов.

2. Разработан аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ, по разработанной методике.

3. Разработана методика оценки ДОЗ, основанная на применении видеорегистрации движений глаз испытуемого.

4. Разработан аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ по разработанной методике.

5. Проведено имитационное моделирование процесса измерения величины ДОЗ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки ДОЗ с помощью устройства, позволяющего исключить из измерений погрешность, вызываемую инерционностью монитора при его применении для предъявления оптотипов.

2. Аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ, по разработанной методике.

3. Методика оценки ДОЗ основанная на применении видеорегистрации движений глаз испытуемого.

4. Аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ, по разработанной методике.

5. Имитационная модель процесса измерения величины ДОЗ. Достоверность научных результатов.

Подтверждается тем, что теоретические исследования были основаны на корректных математических методах. Расчеты, моделирование, статистическая обработка и проверка результатов проведены с использованием МАТЬАВ. Достоверность подтверждена критериями статистических оценок и регрессионным анализом.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработаны методики и аппаратно-измерительные комплексы для оценки динамической остроты зрения, нроведено моделирование распределений величины ДОЗ.

Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры Мехатроники НИУ ИТМО при подготовке студентов в дисциплине «Проектирование и конструирование мехатронных систем».

Апробация работы.

Результаты работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на конференциях различного уровня, в том числе VIII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (НИУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2011), VII Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2011» (Санкт-Петербург, 2011), XL Международной научно-практической конференции «Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2011), I Всероссийском конгрессе молодых ученых (НИУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2012), X Всероссийском молодежном Самарском конкурсе-конференции научных работ по оптике и лазерной физике (СФ ФИАН, Самара, 2012; 3-е место на секции работ аспирантов), II Всероссийском конгрессе молодых ученых (НИУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2013); Одиннадцатой сессии международной научной школы, посвященной памяти В.П. Булатова ВПБ-13 (НИУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2013), на семинарских занятиях кафедры мехатроники НИУ ИТМО, кафедры мехатроники Таллиннского технического университета (22-24 апреля 2013).

Работа была поддержана грантами: премией Правительства Санкт-Петербурга победителям конкурса грантов для студентов, аспирантов вузов и академических институтов вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга в 2011 и 2013 г.; грантом по программе DAAD на проведение научных стажировок в 2012г. при поддержке федеральной земли Тюрингия (Германия): стипендия Леонарда Эйлера; 2-го Общеуниверситетского конкурса Проектных предложений (НИУ ИТМО, 2012 г.).

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 12 работ, из низ 2 - в журналах из перечня ВАК.

По результатам диссертационной работы поданы материалы на получение патента РФ на изобретение «Способ определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого и устройство для его осуществления», - дата поступления материалов заявки 31 мая 2013 г. входящий № 037481, регистрационный Лге 2013125426 (конструкция и принцип действия устройства).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав,

заключения, 4 приложений, библиографического списка из 105 наименований. Основной текст работы изложен на 125 страницах, включает в себя 11 таблиц и 34 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, показана научная новизна исследований и практическая ценность полученных результатов, представлены основные выносимые на защиту положения, описан объект исследования.

ДОЗ - способность зрительного анализатора воспринимать и различать детали движущихся объектов (измеряется в град/с или мс) [1].

Первая глава посвящена рассмотрению состояния вопроса оценки динамической остроты зрения и постановке задач исследования.

Представлен обзор и результаты анализа существующих способов оценки динамической остроты зрения, описанных в научных работах, количество которых уже к 1990 г. превысило 250, некоторые из них: Bhansali, Stockwell, Herdman, Roberts, Hillman, Bloomberg, Lee, Rupert, Кубарко А.И. [3 - 5].

Описана методика расчетов параметров оптотипов, соответствующая требованиям ISO 8596, 8597.

Отдельно следует отметить, что во всех исследованиях автора соблюдалось постоянство условий эксперимента: ДОЗ измерялась в дневное время, бинокулярно в хорошо освещенном помещении с испытуемыми не подвергавшимися предварительной физической нагрузке.

Вторая глава посвящена определению величины динамической остроты зрения с применением устройства, повышающего точность измерения ДОЗ благодаря предъявлению испытуемому непрерывно движущихся оптотипов.

Эта особенность отличает способ от основных методов оценки остроты зрения, которые имеют существенные недостатки: статичность оптотипов или движение оптотипов на экране монитора.

Было изготовлено две рабочие модели предложенного устройства: Д031 и Д032. ДОЭ2 отличается расширенными возможностями варьирования скорости

вращения цилиндра, а также более компактными габаритами и меньшей массой.

7

Разработанные приборы позволяют оценить ДОЗ испытуемого, исключив из результатов измерений погрешность, связанную с мельканием и инерционностью экрана. Устройства мобильны, просты в использовании сохраняют работоспособность без подключения к компьютеру. Они не имеют медицинских противопоказаний, поскольку не создают дискомфорта для обследуемого человека. Кроме того, устройства можно использовать как средства тренировки ДОЗ.

Структурная схема прибора приведена на рис. 1.

На горизонтальном основании 1 закреплена стойка 5, на которой, в свою очередь, закреплены шаговый электродвигатель 6 и цилиндр 2, на внешнюю поверхность последнего нанесена таблица оптотипов. Цилиндр сопряжен с двигателем 6 посредством элементов передачи вращения 4 и 7. Устройство снабжено датчиком угловой скорости 3. Скорость вращения цилиндра регулируется с помощью компьютера 8. При измерениях применяется непрозрачный экран с горизонтальной щелью 9, расположенный на некотором расстоянии перед цилиндром, благодаря перемещению щели по вертикали он позволяет выделять определенную строку оптотипов для просмотра.

Таблица оптотипов (рис. 2) состояла из 11 параллельных строк оптотипов, соответствующих значениям статической остроты зрения 0,1; 0,2; 0,3; ... 1,0. Каждая из строк оптотипов в таблице состояла из отдельных элементов — квадратов, со стороной размера а, подобранной согласно требованиям ISO. Расс тояние между элементами в строке так же равно а.

Рис. 1. Схема устройства Д031, Д032

у МйвШавы Ш* 1

•г *

••• а: > ."У-е-

ш ше ^ „^

Рис. 2. Таблица оптотипов Рис. 3. Интерфейс программы

управления прибором

Оконный интерфейс прибора (рис. 3) содержит: поля ввода индекса и имени

записи; поле отображения текущей скорости; блок управления скоростью; поле отображения сохраненных отсчетов.

С целью исследования возможного влияния аккомодации на величину ДОЗ, измерения проводились последовательно с трех расстояний между испытуемым и цилиндром /: 1, 0,75 и 0,5 м.

Для каждого испытуемого формировалась «карта измерения», в соответствующих графах которой записывалось: расстояние до цилиндра, минимальный различимый размер оптотипа в статике; для режима движения цилиндра наличие или отсутствие слежения за перемещением оптотипов, и соответствующие этим условиям скорости.

Испытуемый усаживался на определенном расстоянии перед цилиндром с таблицей оптотипов таким образом, чтобы маска горизонтальной щелыо находилась между испытуемым и цилиндром с таблицей оптотипов, закрывая все строки таблицы оптотипов, кроме одной.

Далее определяли статическую остроту зрения (СОЗ) испытуемого, последовательно перемещая щель маски по строкам оптотипов, определяя строку оптотипов с минимальными размерами, различаемыми испытуемым.

Испытуемого просили сосредоточить взгляд на середине цилиндра и не пытаться отслеживать его вращение (не пытаться зрительно удерживать оптотипы на протяжении траектории их движения). Далее с постепенным наращиванием скорости, раскручивали цилиндр с оптотипами. Измеряли угловую скорость вращения цилиндра, соответствующую моменту когда

наблюдаемая строка переставала восприниматься испытуемым как состоящая из отдельных элементов.

Затем разрешали пытаться отслеживать оптотипы на траектории их движения и повторно начинали вращать цилиндр постепенным увеличением скорости. Отмечали угловую скорость вращения цилиндра, соответствующую моменту, когда та же строка переставала восприниматься испытуемым как состоящая из отдельных элементов.

Рассчитывали величину ДОЗ, соответствующую времени перемещения элемента выбранной строки на соседнюю позицию:

' = (1) г ■ (О

где / - время (величина ДОЗ), а — линейный размер оптотипа, г - радиус цилиндра, а> - текущая угловая скорость цилиндра.

Величина ДОЗ была измерена у 42 взрослых испытуемых различного возраста и пола, с различным состоянием СОЗ (нормальная СОЗ, близорукость, возрастная дальнозоркость). В случае нарушений СОЗ измерения проводились с коррекцией зрения с помощью линз, затем повторялись без коррекции зрения.

Расчеты величины ДОЗ проводились в МАТЬ АН. Полученные значения представлены в виде гистограммы с наложением огибающих наиболее популярных законов распределения (рис. 4). 0.06

0.05

0.(14

§ 0.03

0.02

0.01

0

Рис. 4. Распределение величины ДОЗ при измерениях с прибором Д032

Также построено наложение функции распределения экспериментальных

данных на эмпирическую функцию (рис. 5).

ю

Эмпирическая и теоретические /(/)

Экспоненциалы«

ЧЗейбул.

\ Р:

/

Ч/

I \ | | I

....1.....Л.Л "ум оедс не к о е (двойное энепоненщш1ьное)_

Равно черно;

10 20 30 40 50 60 70 80

I ><с

0.9 0.8 0.7 0.6 £0.5 0.4 0.3 0.2 ().]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

I. .ис

Рис. 5. Соответствие распределения ДОЗ закону Вейбулла С помощью специально разработанной автором работы программы проведен статистический анализ, результаты которого приведены в табл. 1:

Таблица 1. Средние значения ДОЗ

Параметр ДОЗ 2 Видеорегистрация

Минимум 3,92 263,392

Максимум 79,57 296,468

Выборочное математическое 19,678 272,483

ожидание Мх

Дисперсия Бх 199,217 57,693

Среднеквадратичное 14,114 7,595

отклонение

Асимметрия Ах 1,540 1,218

Эксцесс Ех 2,686 1,258

Число интервалов к 11 6

Ширина интервала /? 6,877 5,512

Параметры распределений по принципу максимального правдоподобия:

Двойное экспоненциальное //=27,546; (7= 18,772 //=13,201; 0=9,154

Экспоненциальное /(=19,678 //=9,09

Нормальное //=19,678 6=14,053 //=9,09; о=7,500

Равномерное «=3,92; ¿=79,57 о=0,001; ¿=33,075

Рэлея /(=17,1 Л=8,333

Вейбулла А=22,029; 5=1,527 А=9,221; 5=1,044

Согласно критерию Колмогорова-Смирнова оптимально распределение Вейбулла

Критический уровень 0,912 0,847

значимости

Рассчитанные средние значения ДОЗ для выборок с учетом различных

влияющих факторов приведены в табл. 2.

Ра спредсл си не Всйб ул.та

!...... Г ¿^•^"Т Г Г

■ -----Экспериментальная Г 1 Теоретическая

1— 1 I | -----

1 1 1

Г 1 — 1 ...... и _ |

1

/ ; | 1

Таблица 2. Средние значения ДОЗ

Условие Размах выборки, мс Среднее значение ДОЗ, мс

ГШ 11 тах выборочное по Рэлею по Вейбуллу

Общая выборка 3,92 79.57 19,677 17,098 22.028

Без слежения 7,65 79,57 23,756 20,168 26,830

Со слежением 3,92 44.42 15,599 13,340 17,507

Для мужчин 3,92 79,57 18,841 16.445 21,098

Для женщин 4,32 59,68 21,048 18,117 23,566

/ 100 см 4.97 69,57 20,954 17,981 27,105

75 см 5,59 54,71 18,479 15,640 20,854

50 см 3,92 59,68 15,627 14,113 17,380

Погрешность измерений Д/=0,03 мс. В третьей главе представлена методика оценки ДОЗ с применением видеорегистрации движений глаз испытуемого во время выполнения задания по

распознаванию оптотипа.

Видеорегистрация глаз объединяет процедуры: видеосъемку, покадровый анализ видеоряда и наложение траектории перемещения глаза на зрительное поле. Серьезные достижения принадлежат авторам: Шахнович, Доброленский, Пономаренко, Туваев, Береговой, Завалова, Барабанщиков В.А. [1].

К достоинствам способа можно отнести его бесконтактность, а также возможность для испытуемого сохранять естественную позу и допускает небольшие смещения головы. Схема разработанной установки для видеорегистрации движений глаз испытуемого приведена на рис. 6.

Рис. 6. Установка для видеорегистрации движений глаз в процессе оценки ДОЗ

Устройство включает: неподвижную подставку для фиксации головы испытуемого (на рис. не показана), высокоскоростную видеокамеру 1, подключенную к персональному компьютеру 2 через преобразователь сигналов (устройство захвата кадра) 3, т.е. блока, запоминающего и обрабатывающего каждый кадр видеоряда в цифровой форме (по пикселям). В состав устройства входят также блок предъявления оптотипов 4 выполненный в виде двух мониторов, расположенных симметрично относительно оптической оси высокоскоростной видеокамеры, подключенных к персональному компьютеру 2, и шаблон для бесконтактных измерений 5. Управление работой камеры 1 и блока предъявления огпотипов 4, а также обработка измерений осуществляется оператором с помощью персонального компьютера 2.

При измерениях испытуемый располагается на некотором расстоянии перед высокоскоростной видеокамерой У, таким образом, чтобы его зрительная ось совпадала с оптической осью видеокамеры 1, голова испытуемого фиксируется на неподвижной подставке. Рядом с глазом испытуемого размещается шаблон для бесконтактных измерений 5. Производится наводка высокоскоростной видеокамеры 1 на резкое изображение зрачка, которое визуально контролируется на экране персонального компьютера 2.

Испытуемые выполняли задание по распознаванию оптотипа: зафиксировать взгляд на объективе видеокамеры 1, после сигнала перевести взгляд из исходного положения на оптотип, предъявляемый на экране одного из двух мониторов 4 синхронно с сигналом к началу выполнения задания, как можно быстрее распознать его и перевести взгляд в исходное положение.

Были получены серии снимков, характеризующих движения центра зрачка (ЦЗ). После выполнения задания проверялась корректность распознавания оптотипа. При ошибочной идентификации оптотипа, результаты эксперимента отбраковывались, а при правильной, серия полученных снимков характеризующих траекторию движения глаз использовалась для измерений.

На раскадрованном видеоряде, характеризующем траекторию движения ЦЗ, соответствующем правильной идентификации оптотипа, определялось положение центра шаблона на кадре и принималось за начало координат. Для

перехода от абсолютных единиц к единицам длины вычислялся коэффициент масштаба:

Л,.

к = -

(2)

где к - коэффициент масштаба, <ЛР - реальный диаметр шаблона, с1К - диаметр шаблона на изображении. Расчетное значение коэффициента масштаба к=\,24. Образец измерения координат зрачка представлен на рис. 7.

I-

Шйа

- чь

Рис. 7. Образец снимка глаза при измерении координаты зрачка Определялась координата положения зрачка на каждом кадре относительно начала координат, формировался массив значений координат зрачка на каждом кадре X, вычислялось для каждого кадра отклонение координаты зрачка относительно первого кадра Лх„:

Дх„ =к(х0 +(*„ -л,)), (3)

где Хо — начало координат, X]— координата зрачка на первом кадре, х„ -координата зрачка на каждом последующем кадре, п= 1,2... - номер каждого последующего кадра.

Далее определялась максимальная дистанция перемещения центра зрачка Дх„,„ и обозначалась окрестность возле исходного положения и максимального перемещения центра зрачка е:

5Л*„

100

(4)

Расчетное значение окрестности £=100 мкм.

Измерялось время перемещения центра зрачка на координаты, измеренные на каждом кадре, формировался массив Т значений времени, каждый элемент которого имеет соответствие элементу массива А'. По массиву отклонений

14

положения зрачка АХ определялся номер элемента па массива X., соответствующего первому кадру, на котором координата центра зрачка Ах возвращается в область е от Ахтах: Ддг>|Дгтах-е |. Получено среднее значение пг=20. По сопоставлению элемента массива X элементу массива Т, определяется время, затраченное на перемещение ЦЗ из начальных координат на оптотип и распознавание оптотипа - величина ДОЗ.

Специально разработанная автором работы программа в MATLAB позволяет определять номера значимых для исследования кадров.

Количество кадров от начала видеорегистрации до начала движения центра зрачка - скорость реакции нервной системы: 4-5 кадров (65 мс). Количество кадров движения взгляда - характеристика окуломоторной функции: 3-5 кадров (32-50 мс). Задержка взгляда на оптотипе - скорость обработки визуальной информации: 13 кадров (175 мс). Среднее значение ДОЗ для 9 человек (проведено не менее 10 измерений для каждого) равно сумме скорости реакции нервной системы, времени движения взгляда и времени задержки взгляда на оптотипе: 272 мс.

Результаты обработки экспериментальных данных программой в MATLAB приведены в табл. 1.

Графически обработанные данные представлены на рис. 8, 9.

Рис. 8. Распределение ДОЗ, полученное по методу с основанному на видеорегистрации движений глаз

1 1 1 1 ... Экспериментальная Теоретическая

71 - Г - Г т _ Д...........:_________! .............. /г 1 - .---7----.- 1 \ 1 1 1 1 ----г-------

* 1 1 1 1

Рис. 9. Соответствие распределения ДОЗ закону Вейбулла При измерениях испытуемый располагался на расстоянии 30 см от объектива видеокамеры, и на расстоянии 1,118 м между центрами боковых экранов и глазом, подлежащим видеорегистрации. Скорость видеосъемки 90 кадров/с, разрешение - 1280x1024 пикселов. Видеоряд раскадровывался с указанием времени записи кадров. Оптотип - кольцо Ландольта.

Был обозначен круг зрительных функций, к измерению которых можно

адаптировать разработанную установку (табл. 3).

Таблица 3. Возможности измерительной установки

Характеристика Вид стимула Значимый кадр

Скорость простой зрительно-могроной реакции Статичный простой оптотип Первый кадр; кадр возвращения ЦЗ в исходное положение

Скорость сложной зрительно-мотроной реакции Статичный сложный оптотип Первый кадр; кадр, соответствующий возвращению ЦЗ в исходное положение

Минимальный временной интервал различения Два последовательных простых стимула на разных угловых расстояниях Первый кадр; кадр, соответствующий перемещению ЦЗ на оптотип, появившийся первым

Маршруты движений глаз относительно поверхности объекта Сложный оптотип больших угловых размеров Сопоставление координат ЦЗ на каждом кадре, контуру оптотипа

Число и длительность зрительных фиксаций элементов больших угловых размеров Сложный оптотип больших угловых размеров Группы кадров с неизменной координатой ЦЗ

Скорость реакции нервной системы Сигнал к началу эксперимента Первый кадр; кадр, соответствующий началу движения ЦЗ

Скорость обработки визуальной информации Статичный сложный оптотип Первый и последний кадр задержки взгляда на оптотипе

Погрешность измерений Д/=±9 мс.

В четвертой главе приведены результаты стохастического моделирования распределений величины ДОЗ.

Для прогнозирования изменения величины ДОЗ в зависимости от различных факторов был проведен регрессионный анализ результатов измерений по методу наименьших квадратов (МНК). Для расчетов и моделирования использовались средства в MATLAB.

Для проверки достоверности полученных данных был проведен регрессионный анализ одномерных имитационных систем с параметрами, рассчитанными для выборок экспериментальных данных с использованием модели линейной регрессии. Найдены оценки коэффициентов аппрокеимационного полинома (коэффициенты регрессии):

У = Ро + Р\х\ _ (5)

При использовании прибора, содержащего цилиндр с оптотипами Д032, получена зависимость величины ДОЗ от СОЗ:

Y = 1 1,97 + 1,5а-, + £(// = 22,03; о- = 14).

При использовании способа, основанного на видеорегистрации движений глаз получена зависимость величины ДОЗ от тренировки (отрицательный коэффициент регрессии (3, говорит о соответствующем наклоне агшроксимационной линии):

Y = 281,86 -1,99л, + е(/и = 272; а = 1,5).

На основании смоделированных данных найдены статистические оценки параметров с уровнем значимости а=0,1 (10%). Дан анализ статистической значимости коэффициентов, нижней и верхней доверительных границ и доверительных интервалов коэффициентов. Проверка непротиворечивости оценок коэффициентов регрессии выходным данным осуществлена на основе критерия Стьюдента.

На рис. 10 а приведены результаты апробации экспериментов с прибором, содержащим цилиндр с таблицей оптотипов, б - с использованием видеорегистрации движений глаз.

Ошжи» »ьехванмх ж флашш р*гр»шя

Рис. 10. Оценка коэффициентов регрессии Коэффициенты регрессии Р признаны значимыми на уровне 10%.

В приложениях к диссертационной работе приведены: уведомление о поступлении заявки патента РФ на изобретение в ФИПС и формула изобретения; Акт внедрения материалов работы в учебный процесс; тексты рабочих программ «Обработка экспериментальных данных о величине динамической остроты зрения» в МАТЬАВ; перечень сокращений, приведенных в работе. Основные выводы и результаты работы 1. Впервые разработана методика оценки ДОЗ с помощью устройства, позволяющего исключить из измерений погрешность, вызываемую инерционностью монитора при его применении для предъявления

оптотипов.

2. Впервые разработан аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ по разработанной методике.

3. Впервые разработана методика оценки ДОЗ с применением видеорегистрации движений глаз испытуемого.

4. Впервые разработан аппаратно-измерительный комплекс для оценки ДОЗ по разработанной методике.

5. Проведено имитационное моделирование процесса измерения величины ДОЗ.

Цель диссертационной работы, заключающаяся в разработке аппаратно-измерительного комплекса для оценки динамической остроты зрения, достигнута.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях

В изданиях из перечня ВАК:

1. Ротц Ю.А. Методика и технология оценки динамической остроты зрения // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. № 6. С. 63-66.

2. Ротц Ю.А., Мусалимов В.М. Экспериментальное определение уровня динамической остроты зрения // Науч.-техн. вести, информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 5 (87). С. 49-53.

В прочих изданиях:

3. Ротц ¡O.A. Привод CD/DVD в приборе для оценки динамической остроты зрения // Сб. тез. докл. конф. молодых ученых. Секция «Проблемы механики и точности в приборостроении». СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. Вып. 2. С. 300-301.

4. Мусолимое В.М., Ротц Ю.А. Экспериментальная оценка динамической остроты зрения (ДОЗ) // Тр. VII Междунар. конф. молодых ученых и специалистов «0птика-2011». СПб, 2011. С. 171-174.

5. Ротц Ю.А. Проблема экспериментальной оценки динамической остроты зрения (ДОЗ) // Сб. матер. XL Междунар. науч.-практ. конф. «Неделя науки СПбГПУ». СПб, 2011. С. 15-16.

6. Ротц Ю.А. Стохастические оценки динамической остроты зрения // Сб. тез. докл. I Всеросс. конгресса молодых ученых СПбНИУ ИТМО. Секция «Проблемы механики и точности в приборостроении». 2012. С. 305-306.

7. Ротц Ю.А., Резникова В.О., Ларичкип М.П. Оптическая система оценки динамической остроты зрения // Сб. конкурсных докл. X Всеросс. молодежного Самарского конкурса-конференции научных работ по оптике и лазерной физике. Самара, 2012. С. 178-185.

8. Ротц Ю.А. Оценка распределений временных характеристик окуломоторной активности // Сб. тез. докл. II Всеросс. конгресса молодых ученых СПбНИУ ИТМО. Секция «Проблемы механики и точности в приборостроении». 2013. Вып. 2. С. 399—400.

9. Ротц Ю.А. Экспериментальная оценка динамической остроты зрения // Сборник тезисов победителей конкурса грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга. 2013. С. 262.

\0.Ротц Ю.А. Методика экспериментальной оценки динамической остроты зрения // Одиннадцатая сессия международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов». Сборник трудов. - СПб.: ПМАШ РАН. -2013.-е. 340-347.

11. Астафьев С.А., Ротц Ю.А. Динамика и надежность микромеханических гироскопов // Материалы 9-й сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов»/ Под ред. Л.В.Ефремова, В.М. Мусалимова. СПб, 2009. С. 197-198.

12.Мусолимое В.М., Ротц Ю.А., Астафьев С.А., Амвросьева A.B. Расчет надежности упругих элементов микромеханических гироскопов: Учеб. пособие по дисциплине «Теория надежности». СПб: НИУ ИТМО, 2012. 127с.

Список цитируемой литературы

1. Барабанщиков В.А., Милад М.М. Способы окулографии в исследовании познавательных процессов и деятельности. М.: Инст. Псих. РАН, 1994. 88 с.

2. Коровепков Р.И. Динамическая острота зрения [Электронный ресурс]: Медицинский портал Glazamed.ru, информационно-справочный ресурс -Режим доступа: http://www.glazmed.ru/lib/public03/simpt045.shtml, свободный. Яз. рус. (дата обращения 15.08.2013).

3. Кубарко А.И., Лукашевич И.В. Анализ механизмов динамической остроты зрения, Медицинский журнал, №1, 19, 2007.

4. Bark J. Dynamic visual acuity following high-frequency head vibration // Independent Studies and Capstones. Paper 180. Program in Audiology and Communication Sciences, Washington University School of Medicine. 2008.

5. Dwighl A. Holland Peripheral dynamic visual acuity under randomized tracking task difficulty, target velocities, and direction of target presentation. Diss, for the degree of Doc. of Philosophy in Industrial and Systems Engineering. Blacksburg, VA, 2001.

Корректор Позднякова Л.Г.

Подписано в печать 1.10.2012. Формат 60x90 1/16 Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 210.

Учреждение «Университетские Телекоммуникации», 199034, СПб, В.О., Биржевая линия, д. 14-16, тел. +7 (812) 915-14-54, e-mail: zakaz@TiBir.ru, www.TiBir.ru