СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗРЕНИЯ ПО ЧАСТОТЕ СВЕТОВЫХ МЕЛЬКАНИЙ
METHOD OF DETECTION OF VISUAL RESOLUTION BY FREQUENCY OF LIGHT FLICKING

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий.
Известна расчетная минимальная заметность изменения частоты световых мельканий, которая составляет 0,75 Гц [1].
Известен способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий путем предъявления испытуемому световых мельканий с непрерывно изменяемой частотой, заключающийся в том, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, равной, например, 15 Гц, затем частоту световых мельканий непрерывно со скоростью порядка 0,5 Гц/с изменяют, увеличивая или уменьшая ее, пока испытуемый не определит субъективное изменение частоты световых мельканий и не зафиксирует в этот момент их конечную частоту, за значение разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий принимают абсолютную разность между конечной и начальной частотами [2].
Недостатком способа является низкая точность определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий, обусловленная необходимостью использования мнестических функций, в частности обращения к долговременной логико-смысловой памяти.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий путем предъявления испытуемому световых мельканий с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, после предъявления световых мельканий с начальной частотой испытуемому предъявляют поочередно с заданным в диапазоне 0,5-1,5 с постоянным временем предъявления световые мелькания с увеличенной по сравнению с начальной - инкрементной частотой, и уменьшенной по сравнению с начальной - декрементной частотой, причем на первом этапе измерений предъявляют поочередно световые мелькания с непрерывно увеличивающейся во время предъявления с заданной постоянной скоростью 0,5 Гц/с инкрементной частотой и непрерывно уменьшающейся во время предъявления с той же скоростью декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит субъективно различие между предъявляемыми частотами и не зафиксирует последние предъявленные инкрементную и декрементную частоты, после чего испытуемому предъявляют поочередно световые мелькания с зафиксированными инкрементной и декрементной частотами до начала второго этапа измерений; на втором этапе измерений испытуемому поочередно предъявляют световые мелькания с непрерывно уменьшающейся во время предъявления с заданной постоянной скоростью 0,25 Гц/с инкрементной частотой и непрерывно увеличивающейся во время предъявления с той же скоростью декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит субъективно, что предъявляемые мелькания не различаются, и не зафиксирует последние предъявленные инкрементную и декрементную частоты, после чего испытуемому поочередно предъявляют последние зафиксированные инкрементную и декрементную частоты до начала третьего этапа; на третьем этапе испытуемому предъявляют серии поочередных световых мельканий с дискретно увеличивающейся в начале каждой серии с заданным постоянным шагом 0,1 Гц инкрементной частотой и дискретно уменьшающейся в начале каждой серии с тем же шагом декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит порог различения мельканий с инкрементной и декрементной частотами и не зафиксирует последние предъявленные частоты; разрешающую способность зрения определяют как разность между инкрементной и декрементной частотами, зафиксированными на третьем этапе [3].
Недостатком способа является большая погрешность определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий с использованием приборов, в которых разрешающая способность определяется путем измерения инкрементной и декрементной частот световых мельканий и вычисления ее по их значению.
пред част
Период повторения инкрементной и декрементной частот световых мельканий в приборах, реализующих способ [3], равен от 0,5 до 1,5 с, поэтому время измерения частоты, то есть калиброванный интервал времени, равен также от 0,5 до 1,5 с. В лучшем случае, если для формирования калиброванного интервала времени использовать кварцевый генератор, предел допускаемой абсолютной погрешности измерения частоты Δ равен [4]:
кв
изм
к
к
где δ - общая погрешность кварцевого генератора (средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора); f - максимальное значение измеряемой частоты за время Δt; Δt - калиброванный интервал времени.
кв
k
-6
Средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора δсогласно технической документации равна ±1·10. Диапазон предъявляемых частот световых мельканий для определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий принят от 5 до 15 Гц [5]. Минимальный калиброванный интервал времени Δt, в течение которого происходит подсчет импульсов, равен 0,5 с. Тогда предел допускаемой абсолютной погрешности при измерении частоты:
пред.част.
Предел допускаемой относительной погрешности δ, выраженной в процентах от измеряемого значения, при измерении частоты равен [4]:
кв
где δ - общая погрешность кварцевого генератора (средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора); n - минимальное количество импульсов, сосчитанное в течение калиброванного интервала времени.
Количество импульсов n, сосчитанное в течение калиброванного интервала времени 0,5 с при генерируемой исходной частоте 5 Гц, равно 2,5, тогда предел допускаемой относительной погрешности при измерении частоты:
Предлагаемый способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий позволяет уменьшить погрешность приборов для ее определения.
Технический результат предлагаемого способа определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий заключается в повышении точности оценки.
Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой, например 15 Гц, после чего испытуемому предъявляют поочередно с заданным в диапазоне 0,5-1,5 с постоянным временем предъявления световые мелькания с увеличенной по сравнению с начальной - инкрементной частотой, и уменьшенной по сравнению с начальной - декрементной частотой, причем новым является то, что на первом этапе измерений испытуемому предъявляют серии поочередных световых мельканий с дискретно увеличивающейся в начале каждой серии с заданным постоянным шагом 0,5 Гц инкрементной частотой и дискретно уменьшающейся в начале каждой серии с тем же шагом декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит различие между предъявляемыми частотами и не зафиксирует последние предъявленные частоты, после чего испытуемому предъявляют поочередно световые мелькания с зафиксированными инкрементной и декрементной частотами до начала второго этапа измерений; на втором этапе измерений испытуемому предъявляют серии поочередных световых мельканий с дискретно уменьшающейся в начале каждой серии с заданным постоянным шагом 0,1 Гц инкрементной частотой и дискретно увеличивающейся в начале каждой серии с тем же шагом декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит, что предъявляемые мелькания не различаются, и не зафиксирует последние предъявленные частоты; разрешающую способность зрения AF в Гц вычисляют по формуле:
И
Д
где Т и Т - периоды световых мельканий в мс, соответствующие инкрементной и декрементной частотам, зафиксированным на втором этапе измерений.
На фиг.1 представлены временные диаграммы изменения частот световых мельканий, предъявляемых испытуемому в процессе измерения.
H
1
Предлагаемый способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной в видимом диапазоне частот начальной частотой F, равной 15 Гц (фиг.1, интервал времени 0-T), после чего испытуемому предъявляют поочередно с заданным в диапазоне 0,5-1,5 с постоянным временем предъявления световые мелькания с увеличенной по сравнению с начальной - инкрементной частотой, и уменьшенной по сравнению с начальной - декрементной частотой.
1
2
2
2
3
На первом этапе измерений испытуемому предъявляют серии поочередных световых мельканий с дискретно увеличивающейся в начале каждой серии с постоянным шагом 0,5 Гц инкрементной частотой и дискретно уменьшающейся в начале каждой серии с тем же шагом декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит различие между предъявляемыми частотами (фиг.1, интервал времени Т-Т) и не зафиксирует последние предъявленные частоты (фиг.1, момент времени Т), после чего испытуемому предъявляют поочередно световые мелькания с зафиксированными инкрементной и декрементной частотами до начала второго этапа измерений (фиг.1, интервал времени Т-Т).
3
4
4
На втором этапе измерений испытуемому предъявляют серии поочередных световых мельканий с дискретно уменьшающейся в начале каждой серии с постоянным шагом 0,1 Гц инкрементной частотой и дискретно увеличивающейся в начале каждой серии с тем же шагом декрементной частотой до тех пор, пока испытуемый не определит, что предъявляемые мелькания не различаются (фиг.1, интервал времени Т-Т), и не зафиксирует последние предъявленные частоты (фиг.1, момент времени Т). Разрешающую способность зрения AF в Гц вычисляют по формуле (5).
пред.пер.
Предел допускаемой абсолютной погрешности при измерении интервала времени, то есть периода, Δ [4]:
кв
сч
где δ - общая погрешность кварцевого генератора (средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора); Δt - максимальное значение измеряемого интервала времени;  - погрешность преобразования (среднеквадратическая относительная погрешность запуска); h - отношение сигнал/помеха; Т- период следования счетных импульсов.
кв
-6
Средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора δ согласно технической документации равна ±1·10. Диапазон измеряемых интервалов времени Δt, равных одному периоду, при измерении периода в диапазоне частот от 5 до 15 Гц, составляет соответственно от 200 до 70 мс.
сч
Примем частоту кварцевого генератора равной 10 КГц, тогда период следования счетных импульсов Т равен 0,1 мс. Примем отношение сигнал/помеха 40 дБ, так как незаметность помехи на визуальном изображении обеспечивается при соотношении сигнал/помеха порядка 41,5 дБ [6], тогда h=100, среднеквадратическая относительная погрешность запуска:
предел допускаемой абсолютной погрешности при измерении периода:
пред.пер.
Предел допускаемой относительной погрешности при измерении интервала времени, то есть периода δ выраженной в процентах от измеряемого интервала времени Δt, равен [4]:
кв
где δ - общая погрешность кварцевого генератора (средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора);  - погрешность преобразования (среднеквадратическая относительная погрешность запуска); h - отношение сигнал/помеха; m - минимальное число счетных импульсов, заполняющих измеряемый интервал времени Δt.
сч
Так как диапазон измеряемых интервалов времени Δt при оценке периода составляет от 200 до 70 мс, период следования счетных импульсов Т равен 0,1 мс, то число счетных импульсов m, заполняющих измеряемый интервал времени Δt, равно от 2000 до 700. Тогда предел допускаемой относительной погрешности при измерении периода:
При определении разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий принято измерять частоты с точностью до 0,1 Гц [7]. Предел допускаемой абсолютной погрешности приборов, в которых измеряется частота, равен ±2 Гц, что в 20 раз больше 0,1 Гц.
При измерении периода частот световых мельканий исходя из экспериментальных данных по измерению временных интервалов [8] принята точность измерения 0,1 мс. Предел допускаемой абсолютной погрешности приборов для измерения периода равен ±0,7 мс, что в 7 раз больше 0,1 мс, то есть в 2,9 раза меньше по сравнению с измерением частоты.
Предел допускаемой относительной погрешности приборов для измерения периода световых мельканий в 100 раз меньше по сравнению с приборами для измерения их частоты.
Предлагаемый способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий позволяет уменьшить погрешность приборов для ее определения.
Таким образом, предлагаемый способ отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.
H
1
Пример. Испытуемому Д., 22 лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, предъявляли через порт LPT на светодиод пульта испытуемого световые мелькания с заданной начальной частотой F, равной 15 Гц (фиг.1, интервал времени 0-T).
В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок «Изменение с шагом 0,5 Гц» и «Изменение с шагом 0,1 Гц».
И
Д
При поступлении сигнала с кнопки «Изменение с шагом 0,5 Гц» компьютер поочередно дискретно увеличивал инкрементную частоту световых мельканий F и дискретно уменьшал декрементную частоту световых мельканий F с шагом 0,5 Гц. При снятии сигнала с кнопки фиксировал последние предъявленные частоты и предъявлял их поочередно испытуемому.
И
Д
H
При поступлении сигнала с кнопки «Изменение с шагом 0,1 Гц» компьютер поочередно дискретно уменьшал инкрементную частоту световых мельканий F и дискретно увеличивал декрементную частоту световых мельканий F с шагом 0,1 Гц. При снятии сигнала с кнопки компьютер фиксировал последние предъявленные частоты, измерял их периоды, вычислял значение разрешающей способности зрения ΔF в Гц по формуле (5), заносил его в архив, выводил значение разрешающей способности на экран монитора и предъявлял испытуемому световые мелькания с начальной частотой F, равной 15 Гц.
И
Д
1
2
2
И1
Д1
2
3
На первом этапе измерений испытуемый, замыкая кнопку «Изменение с шагом 0,5 Гц», определил различие между поочередно предъявляемыми инкрементной F и декрементной F частотами световых мельканий (фиг.1, интервал времени T-Т) и разомкнул кнопку (фиг.1, момент времени Т). При этом компьютер зафиксировал первые инкрементную F и декрементную F частоты световых мельканий и предъявил их поочередно испытуемому (фиг.1, интервал времени Т-Т).
3
4
4
H
На втором этапе измерений испытуемый, замыкая кнопку «Изменение с шагом 0,1 Гц», определил, когда предъявляемые поочередно световые мелькания не различаются (фиг.1, интервал времени Т-Т) и разомкнул кнопку (фиг.1, момент времени Т). При этом компьютер зафиксировал последние предъявленные частоты, измерил их периоды, вычислил значение разрешающей способности зрения ΔF в Гц по формуле (5), занес его в архив, вывел значение разрешающей способности на экран монитора и предъявлял испытуемому световые мелькания с начальной частотой F, равной 15 Гц.
В соответствии с рекомендациями физиологов испытуемый выполнил серию из 10 измерений, в результате которой получены следующие значения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий в Гц: 1,0; 0,9; 1,3; 1,1; 0,8; 1,2; 0,8; 1,1; 0,7; 0,6. Среднеарифметическое измеренных значений разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий составило 1,0 Гц, среднеквадратическое отклонение - 0,073 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результатов измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,165 Гц.
В результате измерений, выполненных испытуемым Д. по известному способу [3], получены следующие значения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий в Гц: 1,4; 1,0; 0,6; 1,0; 1,3; 0,8; 0,6; 0,7; 1,1; 1,4. Среднеарифметическое измеренных значений разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий составило 1,0 Гц, среднеквадратическое отклонение - 0,098 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результатов измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,222 Гц.
Уменьшение случайной составляющей погрешности измерений (среднеквадратическое отклонение) при выполнении измерений по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу [3], составило 25,5%.
Для оценки достоверности уменьшения случайной составляющей погрешности измерений проведены измерения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий по предложенному и известному способам у группы из 10 испытуемых, каждый из которых выполнил серию из 10 измерений по каждому способу. Уменьшение случайной составляющей погрешности измерений при выполнении измерений по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило от 17 до 39%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить точность определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий.
Источники информации
1. А.с. 665895 СССР, А61В 5/16. Способ измерения критической частоты слияния мельканий / Г.Н.Яговкин, А.П.Овчинников (СССР). - 2 с.
2. Патент 2195153 РФ, А61В 3/00, 5/16. Способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий / В.В.Роженцов, Т.А.Лежнина (РФ). - 4 с.
3. Патент 2209029 РФ, А61В 5/00. Способ определения разрешающей способности зрения по частоте световых мельканий / В.В.Роженцов, Т.А.Лежнина (РФ). - 7 с.
4. Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2 т. Т.2. / Под ред. Д.П.Линде. - М.: Энергия, 1978. - 328 с.
5. Лежнина Т.А. Методы и устройства для измерения частотно-временных параметров зрительной системы человека: Автореф. дис.… канд. техн. наук. - Казань, 2004. - 18 с.
6. Красильников Н.Н. Обобщенная функциональная модель зрения и ее применение в системах обработки и передачи изображений // Автометрия. - 1990. - №6. - С.7-14.
7. Роженцов В.В. Дифференциальная чувствительность зрения к частоте световых мельканий // Медицинская техника. - 2005. - №2. - С.33-35.
8. Роженцов В.В. Измерение времени восстановления зрительного анализатора // Проектирование и технология электронных средств. - 2004. - №4. - С.73-75.