Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. АНАЛИЗ ОФТАЛЬМОЗРГОНОМИЧЕСІШХ ФАКТОРОВ В ЗАДАЧЕ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ЕЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ АДАПТАЦИИ К СЛАБОВИДЯЩИМ 13
1.1. Специфика проблемы и исследование путей решения поставленных задач 13
1.2. Особенности зрительного восприятия лиц с пониженным зрением. Характеристика рассматриваемого контингента 18
1.3. Процесс чтения и его психофизиологические особенности у слабовидящих 21
1.4. Учет психофизических и психофизиологических особенностей органа зрения человека в модельных построениях зрительного восприятия информации с экрана дисплея 29
1.5. Применение известных результатов анализа зрительных возможностей оператора и психологических особенностей процесса чтения к синтезу динамической ИМ 38
ВЫВОДЫ 44
ГЛАВА 2. ВОПРОСЫ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО СИНТЕЗА ДИНАМИ
ЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ В ТЕЛЕВИЗИОННОМ ДИСПЛЕЕ РАСТРОВОГО ТИПА 46
2.1. Требования к СОИ растрового типа с микропроцессорным управлением 46
2.2. Вопросы выбора и оценки структур СОИ при реализации динамических режимов отображения символьно-графической информации 47
2.3. Методика оценки качества структур динамических СОЙ с микропроцессорным управлением и оптимизации их выбора 69
2.4. Методы организации программного канала передачи при реализации динамических ИМ 82
2.5. Пути повышения гибкости и адаптивности СОИ при реализации сложных алгоритмов динамического вывода текстовой информации 94
ВЫВОДЫ 95
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО
ВИДЕОТЕКСТОМЕТРИЧЕСК0ГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗРИТЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПАЦИЕНТОВ С ПОНИЖЕННЫМ ЗРЕНИЕМ 97
3.1. Основные требования к микропроцессорному видео-текстометрическому комплексу (ВТМК) 98
3.2. Структура технических средств ВТМК 99
3.3. Принципы структурной организации программного обеспечения ВТМК 108
3.4. Организация работы на ВТМК 125
ВЫВОДЫ 126
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ВИДЕОТЕКСТОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РАЗРАБОТКАХ ВИДЕОТЕРМИНАЛОВ ДЛЯ ИНВАЛИДОВ ПО ЗРЕНИЮ 128
4.1. Постановка видеотекстометрических исследований. 128
4.2. Результаты видеотекстометрических исследований
4.3. Примеры применения разработанных систем отображения информации в решении конкретных задач адаптации человеко-машинных систем к возможностям слабовидящих операторов 139
4.4. Перспективы развития СОИС и расширение области их применения 143
ВЫВОДЫ 146
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152
ПРИЛОЖЕНИЕ 165
- Специфика проблемы и исследование путей решения поставленных задач
- Требования к СОИ растрового типа с микропроцессорным управлением
- Основные требования к микропроцессорному видео-текстометрическому комплексу (ВТМК)
- Постановка видеотекстометрических исследований.
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" ставится задача: "на основе использования достижений науки и техники развивать производство и обеспечить широкое применение ... встроенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ..." /I/.
Важнейшей проблемой при создании таких систем является проблема оптимизации звена человек-машина, рациональная опганизация взаимодействия в котором стала в настоящее время одним из главных факторов повышения эффективности человеко-машинных систем управления и обработки информации /2/.
В течение большей части истории развития техники и почти до настоящего времени взаимоотношения человека и машины носили односторонний характер, а именно, представляли собой приспособление человека к машине /4/.
Средства информационного взаимодействия,в том числе и видеотерминалы, разрабатывались с учетом общих психофизиологических закономерностей и рассчитаны были, таким образом, на некоего идеального "среднестатистического" оператора. В этом случае операторы или диспетчеры АСУ, имеющие нарушения зрительных функций, однако, обладающие ценнейшими профессиональными качествами,лишались возможности участия в производственном процессе. Необходим был следующий шаг - индивидуальная адаптация, при которой "...происходит приспособление конструкции и параметров технических средств деятельности к психофизиологическим характеристикам оператора, участвующего з данной деятельности" /3/.
Огромные трудности в решении этого этапа связаны с необходимостью комплексного учета и взаимной увязки всех сторон проблемы, начиная с медицинских, психологических и кончая техническими и производственными факторами.
Одной из частей этой проблемы посвящена и данная работа, ставящая целью изучение основных закономерностей восприятия текстовой информации слабовидящими и лицами с остаточным зрением и разработку технических средств и способов адаптации зрительной информации в случаях, когда традиционные методы компенсации утраченных зрительных функций оказываются неэффективными.
Важно отразить и другую сторону проблемы. Существующие технические средства, облегчающие процесс чтения слабовидящим и лицам с остаточным зрением - оптические и телевизионные увеличивающие устройства, книги с крупным шрифтом - не могут в полной мере удовлетворить современным требованиям. Оптические приборы малоэффективны для чтения и письма при остроте зрения ниже 0,1. Телевизионные увеличивающие устройства не обеспечивают оптимальных условий чтения с позиций психофизиологии. В отличие от естественного процесса чтения, при котором восприятие текста осуществляется путем кратковременных фиксаций и быстрых саккадических перемещений глаза, в телевизионных увеличивающих устройствах текст перемещают в горизонтальном направлении. Помимо размывания изображения вследствие инерционности передающей трубки и недостаточной контрастности, такой режим не позволяет достичь большой скорости чтения и приводит к быстрому утомлению.
Существенно и то, что при использовании как оптических, так и телевизионных увеличивающих приборов параметры изображения, предъявляемого слабовидящему, хотя и регулируются в некоторой степени, но все же жестко ограничены характеристиками печатного текста, параметры которого не оптимальны для слабовидящих /53/.
Указанные проблемы можно оешить путем использования кодовых методов хранения, передачи и обработки информации, широко применяемых в современных управляющих и информационных системах, в существующих видеоинформационных службах с выводом информации на экран телевизора /28,51,88/. Однако и в этом случае также остро встает проблема создания специализированного дисплея, основной задачей которого является преобразование исходной кодовой информации в динамическое изображение, параметры которого наилучшим образом согласованы с ограниченными функциональными возможностями органа зрения слабовидящего оператора.
Использование существующих систем отображения информации (СОИ) для решения поставленных задач в большинстве случаев не представляется возможным по следующим причинам: существующие серийно-выпускаемые промышленностью алфавитно-цифровые дисплеи не обеспечивают необходимого диапазона изменений параметров отображения, а также программно-изменяемых режимов "вывода" текста на экран, графические дисплеи обладают значительной избыточностью для рассматриваемых задач как по составу оборудования, так и по ряду других важных параметров - весу, габаритам, энергопотреблению, стоимости, они сложны в управлении, не обеспечивают необходимой оперативности в управлении.
Создание специализированного дисплея, удовлетворяющего специфике поставленных задач возможно путем использования высокоин-тегрированной микроэлектронной элементной базы, основу которых составляют большие интегральные схемы, микропроцесоры и микро-
ЭВМ /24/.
Актуальность и практическая значимость работы состоит также в том, что результаты ее позволят поставить на новый качественный уровень решение проблем социальной и профессиональной реабилитации большой группы инвалидов по зрению.
Цель работы заключается в том, чтобы на основе изучения основных закономерностей процессов восприятия и обработки текстовой информации с экрана дисплея слабовидящими и лицами с остаточным зрением, синтезировать программно-алгоритмическое обеспечение и реализовать аппаратную часть микропроцессорной СОИ. Это будет содействовать разработке эффективных способов адаптации оператора при ограниченных возможностях зрительного анализатора в случае, когда традиционные офтальмологические приборы, применяемые для компенсации слабовидения, оказываются неэффективными.
Основные задачи, решаемые в работе: на основе анализа зрительных возможностей и психофизиологических особенностей процесса чтения слабовидящих разработка требований к специализированной системе визуального отображения информации для слабовидящих операторов, исследование и разработка принципов структурной организации аппаратной и программной частей динамической СОИ с микропроцессорным управлением, разработка методики оценки структур СОИ и выбора оптимальной структуры из заданного набора, разработка и создание автоматизированного видеотекстоме-трического комплекса (ВТМК) для оценки характеристик восприятия текстовой информации с экрана дисплея при нарушенных функциях зрительного анализатора, разработка алгоритмов и программ автоматизированного сбора и экспресс-обработки видеотекстометрической информации в реальном времени для ВТМК и детальной обработки для базовой ЭВМ, - на базе проведенных исследований разработка и создание сис тем отображения информации для различных категорий слабовидящих с целью решения конкретных задач социально-трудовой реабилитации инвалидов по зрению.
Методические приемы, используемые в работе - количественная и качественная оценка работоспособности оператора с нарушенными функциями зрительного анализатора путем использования специальных функциональных тестов. При разработке и исследовании СОИ должен быть использован офтальмоэргономический подход к исследованию зрительных функций, отличающийся выделением тех характеристик зрения, которые с учетом характера нарушения функций зрительного анализатора представляются определяющими для данного вида деятельности /6/. Общие тенденции, отличающие офтальмоэргономи-ческие методы исследования зрительных функций от традиционных офтальмологических, следующие: широкое использование движущихся зрительных стимулов, введение временных параметров, соединение чисто зрительных испытаний с психологическими, максимальное приближение к условиям реальной работы, слияние процедуры исследования с экспресс-обучением, т.е. работа в режиме тренажера.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.
В первой главе приводится обзор имеющихся в литературе результатов исследований, связанных с вопросами построения знаковых информационных моделей, в частности, дисплейно-отображаемого текста с учетом офтальмоэргономических факторов, анализируются возможности зрительного аппарата как приемника текстовой информации, выявляются закономерности работы зрительной системы в процессе чтения с экрана дисплея и ее особенности у слабовидящих. Обсуждаются пути и область применения существующих модельных представлений восприятия дисплейно-отображаемой информации.
Во второй главе рассматриваются требования к динамическим СОИ растрового типа с микропроцессорным управлением, обосновывается методика оптимального выбора структур СОИ, анализируются методы организации программного канала передачи информации при реализации динамической информационной модели, а также пути повышения гибкости и адаптивности СОИ.
В третьей главе формулируются требования и рассматривается структура технических средств и программного обеспечения видео-текстометрического комплекса, предназначенного для проведения индивидуального экспериментального подбора режимов предъявления текста и параметров отображения с учетом характера и степени нарушения зрительного анализатора.
Четвертая глава посвящена использованию результатов исследований и разработок СОИС, а такне видеотекстометрических исследований в решении задач социально-трудовой реабилитации: в организации рабочего места слабовидящего наборщика/корректора наборного участка автоматизированного брайлевского полиграфического производства, создании дисплея для слабовидящего программиста, в телекоммуникационной системе для слепоглухих с остаточным зрением.
В заключении кратко сформулированы основные выводы и результаты работы. Показано, что использование разработанных средств открывает реальную возможность подключения к практической деятельности большой группы лиц с пониженным зрением (в СССР их более миллиона), что особенно ваяно в условиях нехватки квалифицированной рабочей силы.
Большую помощь и содействие в работе автору постоянно оказывал заведующий отделом тифлотехнических средств ВНИИМП к.т.н. В.А.Усик, который своим творческим участием во многом способствовал формулировке цели, постановке задач и определении основных направлений работы.
В разработке различных узлов систем визуального отображения информации для слабовидящих, а также программного обеспечения автору помогали сотрудники ВНИИМП - к.т.н., старший научный сотрудник Б.Я.Розман, инженер В.Г.Щенникова.
В испытаниях и эксплуатации видеотекстометрического комплекса участвовали м.н.с. Т.С.Егорова и старший техник М.Г.Якунина.
Специфика проблемы и исследование путей решения поставленных задач
Как уже отмечалось, до настоящего времени синтез систем отображения информации осуществляется с учетом эргономических требований, ориентированных на "среднего" оператора, составляющего большинство пользователей /ПО/. Специфика представления информации лицам с пониженным зрением такова, что требуется, как правило, значительное увеличение размеров отображаемых знаков, поскольку применение оптических средств коррекции либо сопряжено с большими неудобствами за счет работы при очень близком расстоянии до экрана, либо, при значительной потере зрения, вовсе невозможно. За счет этого сужается "окно", при помощи которого оператору предъявляются новые порции текстовой информации (ТИ).
Существенной, с точки зрения пропускной способности оператора становится в этой ситуации проблема вывода текста на экран дисплея, или пользуясь терминами инженерной лсихологии-синтеза "информационной модели" ,наилучшим образом использующей сохранившиеся функции зрительного анализатора. При пост Под информационной моделью понимают множество воспроизводимых СОИ сигналов, несущих информацию о свойствах объектов и организованных в соответствии с определенными правилами/7/. роении информационной модели (ИМ) необходимо рассматривать три категории взаимосвязанных отношений:
-отношение ИМ к отображаемым объектам (степень адекватности модели отображаемому объекту),
-отношение ИМ к характеристикам наблюдателя,
-отношение ИМ к тем задачам, которые должен решать наблюдатель и система "дисплей-оператор" в целом /7/.
Трудность построения ИМ заключается в том, что требуется рационально увязать требования к ее характеристикам с требованиями к характеристикам наблюдаемого объекта, поскольку требования эти противоречивы. Вопросы построения ИМ с учетом индивидуальных особенностей наблюдателя и составляют суть проблемы индивидуальной адаптации СОИ.
Особенность знаковых ИМ, в частности, диеплейно-отображаемого печатного текста, заключается в сложности учета индивидуальных офтальмоэргономических факторов как при выборе пространственной организации ИМ, так и ее временной развертки, поскольку в этом случае концептуальная модель формируется на уровне речемыслитель-ных процессов. Здесь, в процессе чтения, глаз осуществляет трансформацию пространственной развертки во временную. Ухудшение параметров пространственной организации ИМ вызывает более жесткие требования к временной развертке, что является характерным для рассматриваемой задачи.
class2 ВОПРОСЫ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО СИНТЕЗА ДИНАМИ
ЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ В ТЕЛЕВИЗИОННОМ ДИСПЛЕЕ РАСТРОВОГО ТИПА class2
Требования к СОИ растрового типа с микропроцессорным управлением
Микропроцессорные СОИ, как уже было отмечено, наилучшим образом отвечают требованиям к динамическим СОИ с широким набором функциональных возможностей /51/. Эти требования, вытекающие из проведенного в первой главе системотехнического анализа, сводятся к следующему:
1. Обеспечение необходимого пространственного разрешения отображаемых символьно-графических объектов,
2. Обеспечение динамических преобразований путем изменения графического содержания объектов, их масштаба, либо пространственного переноса,
3. Достаточная гибкость, адаптивность, возможность наращивания функциональных возможностей, обеспечиваемых как выбором соответствующей структуры, так и организацией программного обеспечения.
4. Простота управления и конструктивного исполнения, высокая надежность.
Трудность задачи синтеза СОИ со столь противоречивыми требованиями усугубляется как недостаточным количеством теоретических разработок вопросов построения СОИ подобного класса, так и отсутствием детально разработанных общих методов проектирования и оптимизации структур СОИ /36/.
Имеющиеся по рассматриваемым вопросам публикации /37/ касаются, в1 основном, методов оптимизации выбора типа СОИ из числа имеющихся в наличии. Поэтому, в следующих разделах главы будут освещены вопросы обоснования выбора наилучшей структуры СОИ, разработки методов организации програмного обеспечения, выбору схемотехнических решений, обеспечивающих реализацию СОИ оптимальной структуры.
class3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО
ВИДЕОТЕКСТОМЕТРИЧЕСК0ГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗРИТЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПАЦИЕНТОВ С ПОНИЖЕННЫМ ЗРЕНИЕМ class3
Основные требования к микропроцессорному видео-текстометрическому комплексу (ВТМК)
Наряду с требованиями, предъявляемыми к СОИ для слабовидящих (они подробно изложены з первой главе), ВТЫК должен удовлетворять требованиям, связанными со спецификой его применения. В их число входят следующие:
1. Обеспечение управляемого эксперимента, означающего, что задачи первичной статистической обработки материала, формирования и контроля режимов экспериментальной ситуации, осуществляется в реальном времени в ходе эксперимента/38/.
2. Обеспечение измерений текущих значений параметров предъявляемых визуальных стимулов в динамике с целью более полной оценки зрительной работоспособности, выявления "узких мест" в деятельности пациента, а также влияния на работоспособность различных факторов, в том числе тренированности.
3. Обеспечение адекватности содержания зрительных стимулов реально решаемым при помощи телевизионных средств коррекции зрительным задачам 4. Обеспечение работы в режиме тренинга, т.е. реализация процесса экспресс-обучения пациентов с пониженным зрением чтению при помощи ТВ средств. 5. Обеспечение регистрации и документирования исследуемых параметров с целью их дальнейшей обработки и систематизации.
Постановка видеотекстометрических исследований
Исследование зрительной работоспособности (ЗР) и зрительного утомления (ЗУ), как уже отмечалось, является ведущим направлением офтальмоэргономики. Однако, до настоящего времени не существует общепринятого определения ЗР и ЗУ и, следовательно, методики их измерения. Часто под ЗР понимают максимальные зрительные возможности человека для выполнения конкретной работы /45/. Утомление при этом- обратная величина работоспособности. Практическая необходимость выяснения характера и степени ЗУ конкретного лица (в том числе при врачебно-трудовой экспертизе) способствовала разработке методик на основе нагрузочных корректурных проб при кратковременных нагрузке, причем в качестве нагрузки применяется буквенный текст с надпороговым размером знаков /46/. ЗУ определяется путем двукратного обследования пациента до и после нагрузки с применением различных методик. При этом установлено, что к числу наиболее информативных показателей ЗУ относится зрительная продуктивность. Эргономический подход к исследованию ЗР не отбрасывает, а скорее дополняет, видоизменяет, конкретизирует установившиеся методики, поскольку рассматриваются не только метрологические аспекты, но и задачи индивидуальной (взаимной) адаптации ( индивидуальный подбор ) к конкретному виду трудовой деятельности. С учетом этого, постановка исследований на ВТМК включает наряду с регистрацией и анализом зрительной продуктивности (интегральной оценки ЗР и ее динамических параметров) анализ использования режимов и параметров отображения текста на экране.
Применяемый в работе метод определения ЗР основан на определении пропускной способности зрительного анализатора в процессе чтения с телеэкрана пациентами с пониженными зрением, а также их утомляемости в различных режимах работы системы при варьируемых параметрах отображения.
Работа на ВТМК по оценке динамики ЗР предусматривает использование пакета "EXPR", краткая характеристика которого приведена в 3-й главе. Дальнейшее изложение организации постановки исследований на ВТМК требует более подробного рассмотрения этой программы. Инициализация "EXPR" сопровождается выводом на экран таблицы вводимых исходных данных (для экспериментатора), включающей: номер эксперимента (пациента), дату, клиническую группу, к которой относится пациент, его 03 и поле зрения, группу пациента по цветоощущению и чувствительности к свету, расстояние от глаз до экрана, тип используемого алфавита и интервал дискретизации (рис.3.II).
