Введение к работе
Актуальность проблемы. Зрительная система - одна из важнейших сенсорных систем организма человека, участвующих в процессе отображения окружающего мира. Исследованиям зрительной системы посвящено большое количество работ в области сенсорной физиологии, нейрофизиологии, офтальмологии и офтальмоэргономики.
В связи с широким внедрением информационных технологий в трудовую и повседневную деятельность человека особую значимость приобретают такие характеристики зрения, как временная и частотная разрешающая способность. При несоответствии информационной нагрузки функциональному состоянию зрительного анализатора (ЗА) возникает зрительное утомление, снижается работоспособность, увеличивается вероятность ошибок.
Исходя из этого, разработка методов и устройств вычислительной техники (ВТ) для исследования функционального состояния ЗА, определения его временных и частотных параметров является важной и актуальной задачей и имеет большое теоретическое и практическое значение.
Результаты диссертационного исследования могут представлять интерес в офтальмологии, офтальмоэргономике, а также в физиологии и медицине труда для определения степени зрительного утомления в процессе трудовой деятельности, в спортивной медицине для определения функционального состояния при занятиях физической культурой и спортом.
Цель работы. Целью диссертационной работы является развитие методов и создание устройств ВТ, обеспечивающих повышение точности измерения частотно-временных параметров зрительной системы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующий ряд взаимосвязанных частных задач:
выполнить анализ существующих методов исследования зрительных функций человека;
разработать модели критической частоты световых мельканий (КЧСМ) и дифференциальной чувствительности к частоте световых мельканий (ЦЧСМ);
разработать метод определения оценки точности измерения КЧСМ и метод определения ДЧСМ;
разработать методику определения оценки точности измерения КЧСМ и методики измерения ДЧСМ;
-разработать устройства ВТ для определения оценки точности измерения КЧСМ, измерения ДЧСМ и аппаратно-программные средства для автоматизации измерений ДЧСМ;
тепьн
вИЬЯНОТЕМ I
- провести экспериментальные исследования по определению оценки
точности измерения К И измерению ДПСМ) М)авиіггцц,ньіі анализ
точности измерения КЧСМ и ДЧСМ, WC. НАЦИвИМЬИАЯ f
Методы исследования. Для решения обозначенных задач в диссертационной работе использовались аналитические методы, аппарат теории электрических цепей, математической статистики, численные методы, методы алгоритмизации, прикладные программы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложены модель КЧСМ в виде фильтра нижних частот и модель ДЧСМ в виде полосового фильтра;
впервые разработан метод оценки точности измерения КЧСМ, защищенный патентом РФ на изобретение;
впервые разработан метод определения ДЧСМ, реализуемый тремя способами: с непрерывным изменением частоты световых мельканий (ЧСМ), с поочередным формированием начальной и инкрементной или декрементной ЧСМ, с поочередным формированием инкрементной и декрементной ЧСМ. Способы защищены патентами РФ на изобретение, первый их них не имеет аналогов и прототипа, второй не имеет прототипа;
разработаны методика определения оценки точности измерения КЧСМ и методики измерения ДЧСМ;
по результатам экспериментальных исследований установлено, что способ определения ДЧСМ с поочередным формированием инкрементной и декрементной ЧСМ имеет большую точность по сравнению с двумя другими способами, точность измерения ДЧСМ выше точности измерения КЧСМ.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработаны и внедрены опытные экземпляры устройств ВТ для определения оценки точности измерения критической частоты световых мельканий ИКЧСМ-Т, измерения дифференциальной чувствительности к частоте световых мельканий - ИДЧСМ-1, ИДЧСМ-2, ИДЧСМ-3, практическая ценность которых подтверждена 3 патентами РФ на изобретение;
разработаны и внедрены аппаратно-программные средства для автоматизации измерения ДЧСМ. На программные средства получено свидетельство РОСПАТЕНТа об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Результаты проведенных исследований использованы:
при выполнении госбюджетной НИР «Методы и средства исследования функционального состояния зрительной системы и организма человека» в Марийском государственном техническом университете (МарГТУ), номер госрегистрации № 01.2.00306970;
при выполнении договоров о научно-техническом содружестве, заключенных между МарГТУ и Московским НИИ глазных болезней им. Гельмгольца (г. Москва), ОАО «Биомашприбор» (г. Йошкар-Ола), Казанским государственным медицинским университетом (г. Казань), Марийским государственным педагогическим институтом (г. Йошкар-Ола);
-результаты проведенных исследований используются в учебном процессе специальности 220500 «Конструирование и технология электронно-вычислительных средств» кафедрой «Проектирование и производство электронно-вычислительных средств» МарГТУ.
Использование результатов диссертационной работы при выполнении договоров и в учебном процессе подтверждается актами об использовании.
На защиту выносятся:
модель КЧСМ в виде фильтра нижних частот и модель ДЧСМ в виде полосового фильтра;
метод определения оценки точности измерения КЧСМ;
метод определения ДЧСМ, реализуемый тремя способами;
методика определения оценки точности измерения КЧСМ и методики измерения ДЧ СМ;
структура устройств ВТ для определения оценки точности измерения КЧСМ и измерения ДЧСМ.
Апробация работы. С целью апробации основные результаты исследований докладывались и обсуждались на:
республиканской научно-практической конференции «Интеллектуальные системы и информационные технологии», г. Казань, 2001 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии дополнительного профессионального образования в сфере физической культуры, спорта и туризма / Инновационные аспекты совершенствования подготовки спортсменов», г. Москва, 2002 г.; научно-технической конференции «Тренажерные технологии и симуляторы -2002», г. Санкт-Петербург, 2002 г.; III международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии в медицине и биологии», г. Новочеркасск, 2002 г.; III международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства», г. Новочеркасск, 2003 г.; международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2004», г. Мурманск, 2004 г.; IV международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», г. Новочеркасск, 2004 г.; международном конгрессе «Здоровье, обучение, воспитание детей и молодежи в XXI веке», г. Москва, 2004 г.; на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МарГТУ (2000 - 2004 г.г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 21 публикации, из них 7 патентов РФ, 3 свидетельства РОСПАТЕНТа об официальной регистрации программ для ЭВМ, 3 статьи и 8 работ в материалах и трудах конференций.
Личный вклад автора состоит в следующем:
выполнен анализ существующих методов исследования зрительных функций человека;
выполнен анализ существующих моделей зрительного анализатора и КЧСМ, предложена модель КЧСМ в виде фильтра нижних частот и модель
ДЧСМ в виде полосового фильтра, вьшолнена корректировка алгоритмов и отладка программ построения моделей;
разработаны метод определения оценки точности измерения КЧСМ и метод определения ДЧСМ, реализуемый тремя способами;
разработаны методика определения оценки точности измерения КЧСМ и методики измерения ДЧСМ;
разработаны структурные схемы устройств ВТ для определения оценки точности измерения КЧСМ и измерения ДЧСМ, аппаратно-программные средства для автоматизации измерений ДЧСМ;
проведены экспериментальные исследования, статистическая обработка и анализ данных, сделаны выводы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 163 машинописных страницах и содержит введение, четыре главы основного текста, заключение, список использованной литературы и приложения. Иллюстративный материал содержит 26 рисунков и 7 таблиц. Библиография включает 197 наименований.
