Введение к работе
Актуальность проблемы.
Интенсификация операторской деятельности, появление зрительно-напряженных профессий. возрастание приобретенных нарушений зрения сегодня требует уделения особого внимания вопросам профотбора и профориентации по зрению, изучения влияния факторов утомления, обеспечения оптимальных условий операторской деятельности для восприятия зрительной информации, периодической оценки характеристик зрения с целью ранней диагностики функциональных изменений. Однако существующие методы и средства оценки состояния зрения предназначены для решения клинических задач диагностики нарушений зрения и не отвечают в полной .мере требованиям профотбора и профориентации по функциональным возможностям, метрологическим характеристикам, _возможностям автоматизации процесса исследования. В итоге все это отражается на точности результатов и продол- ' нительности обследования.
Бинокулярное зрение занимает важное место в пространственной ориентации человека, обеспечивает глубинное и стереоскопическое восприятие объектов наблюдения, способность оценивать их глубинную удаленность и протяженность. Существует целый ряд профессий -водители транспорта, операторы систем дистанционного управления, для которых бинокулярное зрение имеет первостепенное значение. Точность и надежность выполнения оператором заданий в процессе трудовой деятельности зависит в том числе и от характеристик бинокулярного зрения, порогов конвергенции и глубинного зрения, фу-зионных возможностей. Поэтому решение проблем профотбора и профориентации по зрению невозможно без исследования харатеристик бинокулярного зрения.
Широкие возможности для решения проблемы исследования бинокулярного зрения, разработки методов и инструментальных средств исследования обеспечивают методы электронного синтеза тестовых изображений и их визуализации с помощью электронных дисплеев (на основе цветных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), жидкокристаллических" индикаторов,, светоизлучающих полупроводниковых панелей). Эти методы получили применение для оценки цветоразличительной' способности, частотно-контрастной чувствительности, состояния центрального поля зрения, остроты зрения. Как показывают исследования, эти методы могут быть использованы и для оценки характеристик бинокулярного зрения. Для этого необходимо решить вопросы
- г -синтеза с учетом свойств бинокулярного зрения тестовых стимулов, с помощью которых можно оценивать.пороги конвергенции и глубинного зрения, обеспечения условий раздельного восприятия изображения каналами зрительной системы, регистрации субъективных ощущений испытуемого в процессе обследования. Использование современных средств электронного синтеза на основе микропроцессорных устройств и средств вычислительной техники создаёт предпосылки и для автоматизации процесса исследования, этапов синтеза зрительных стимулов, регистрации ответной реакции обследуемого и обработки результатов исследования.
Цель работы - повышение точности оценки характеристик бинокулярного зрения с учетом особенностей пространственного восприятия спектрально разделенных зрительных стимулов на экране цветных электронных дисплеев.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1.' Разработка модели бинокулярного зрения, учитывающей свойства пространственной фильтрации изображения;
-
Синтез зрительных стимулов на основе пространственной модели бинокулярного зрения;
-
Разработка методик оценки характеристик зрения с использованием цветных электронных дисплеев;
-
Разработка автоматизированного комплекса для исследования бинокулярного зрения;
-
Экспериментальная апробация методик исследования зрения.
Методы исследования. Теоретические и прикладные разделы диссертации выполнены на основе теории синтеза биотехнических систем, теории информации, теории вероятности и математической статистики, математического моделирования, теории измерений и метрологии, машинной графики.
Экспериментальные исследования разработанного автоматизированного комплекса проводились на базе государственного электротехнического университета.
Новые научные результаты:
1. Предложена модель бинокулярного зрения, основанная нз пространственной фильтрация изображения и обеспечивающая формирование бинокулярного образа путем сравнения спектров изображений, поступающих по каналам зрительной системы с учетом их пространс-
твенных передаточных характеристик;
2. Получены соотношения для изменений углов конвергенции при глубинных и фронтальных перемещениях объектов наблюдения и предложен метод оценки порогов конвергенции с помощью электронных дисплеев путем оценки минимально-различимых фронтальных перемещений тест-объектов;
3. Получены соотношения и сформулированы требования к спектральному разделению зрительных стимулов для обеспечения раздельного восприятия изображений с учетом спектров излучения люминофоров ЭЛТ и спектральной чувствительности зрения и предложен ряд стандартных светофильтров;
. 4. Предложены инструментальные методы оценки характеристик бинокулярного зрения с использованием пространственно распределенных спектрально разделенных зрительных стимулов. Практическая ценность работы представляют:
-
Алгоритмы, программные средства и автоматизированный комплекс для оценки характеристик бинокулярного зрения, позволяющие исследовать влияние угловых размеров, яркости, пространственного' расположения тест-объектов на порог конвергенции;
-
Усовершенствованный активно-машшуляторный метод оценки характеристик зрения, обеспечивающий инвариантность результатов исследования к способам выполнения тестового задания и регистрации ответной реакции испытуемого;
-
Результаты экспериментальных исследований свойств бинокулярного зрения.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
функциональная модель бинокулярного, зрения, в которой совмещение изображений каналов зрения, конвергенция глаз и формирование бинокулярного' образа обеспечивается за счет пространственной фильтрации изображения с учетом пространственных передаточных характеристик каналов, зрения. В соответствии с предложенной моделью пороги конвергенции зрения зависят от пространственных передаточных характеристик каналов зрения, их разбаланса и спектра изображения;
аналитические соотношения и метод оценки порогов конвергенции, позволяющие оценить характеристики конвергенции путем регистрации минимально-различимых фронтальных перемещений тест-объекта на экране электронных дисплеев;
- 4 -- способ спектрального разделения формируемых на экране ЭЛ1 изображений и рекомендации по выбору цветных светофильтров с учетом спектра излучения люминофоров ЭЛТ и спектральной чувствительности зрения с целью обеспечения раздельного восприятия ПС каналам бинокулярного зрения элементов изображения;
"Практическая реализация результатов.
Полученные в диссертационной работе научные и практические результаты были использованы в учебном процессе.и при выполнении не. .кафедре'Биомедицинской электроники и охраны среды ТЭТУ научно-исследовательских работ.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции "Диагностика, информатика и метрология" (Санкт-Петербург, 1995 г.), ^Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы управления и их элементы" (Уфа, 1995 г.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТЭТУ ( Санкт-Петербург, 1994-1996 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатных труда.
Обьем и структура работы. Диссертация, изложенная на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 51 наименования. Работа Иллюстрирована 28 рисунками, содержит 4 таблицы.'
