Установка регистрации глазодвигательной активности стенда прототипирования

Полезная модель относится к средствам регистрации глазодвигательной активности человека, использующихся в составе имитационной техники для профессиональной подготовки летного состава, и предназначена для регистрации глазодвигательных параметров пилотов и проведения объективных и субъективных оценок эргономических свойств кабины самолета.
Известен авиационный тренажер, предназначенный для обучения и тренировок летчиков, содержащий рабочие места обучаемого и инструктора, оборудованные органами управления, приборными досками, устройствами индикации, системой управления, системой визуализации внешней обстановки, вычислительный комплекс тренажера, систему подвижности (патенты RU 2247430, RU 2279141).
Недостатком известных технических решений заключается в том, что на известных тренажерах не проводится анализ взаимодействия пилотов и рисков человеческого фактора при управлении пассивными и активными блоками и пультами управления.
Из уровня техники известна полезная модель «Устройство для диагностики пилотов» (патент РФ 156550). Устройство для диагностики пилотов, содержащее блок анализа, блок первая фактографическая база данных, блок вторая фактографическая база данных, блок вывода данных, вход запроса, отличающееся тем, что в него введены блок частного решения, блок голосования, блок диагноза, блок индикации, вход числа состояний, вход реакций пилота, вход частного порога, вход нижнего порога, вход диагностического признака, вход первого режима, вход второго режима, вход номера диагностической задачи, вход названий, вход диагностических моделей, выход устройства, при этом вход запроса соединен первым входом блока анализа, с четвертым входом блока первая фактографическая база данных и с четвертым входом блока вторая фактографическая база данных, вход номера диагностической задачи соединен со вторым входом блока первая фактографическая база данных и со вторым входом блока вторая фактографическая база данных, вход числа состояний является четвертым входом блока анализа, вход реакций пилота является третьим входом блока анализа, вход частного порога является вторым входом блока частного решения, вход нижнего порога является третьим входом блока диагноза, вход диагностического признака является пятым входом блока вывода данных, вход диагностических моделей является первым входом блока первая фактографическая база данных, вход названий является первым входом блока вторая фактографическая база данных, вход первого режима является третьим входом блока первая фактографическая база данных, вход второго режима является третьим входом блока вторая фактографическая база данных, выход блока анализа соединен со вторым входом блока вывода данных и с первым входом блока частного решения, выход которого соединен с входом блока голосования и со вторым входом блока диагноза, выход которого соединен первым входом блока вывода данных, второй выход которого соединен с входом блока индикации, выход блока голосования соединен первым входом блока диагноза, выход блока первая фактографическая база данных соединен со вторым входом блока анализа, первый выход блока вторая фактографическая база данных соединен с третьим входом блока вывода данных, второй выход блока вторая фактографическая база данных соединен с четвертым входом блока вывода данных, первый выход которого является выходом устройства.
Однако, наиболее перспективными и валидными способами оценки функциональных состояний пилотов являются неинвазивные технологии, основанные на анализе характеристик распределения визуального внимания (видеоокулография и оценка параметров глазодвигательной активности), и, в меньшей степени, инфракрасная термометрия и анализ речевых характеристик.
В настоящее время широкое распространение получили эксперименты и исследования, связанные с оценкой глазодвигательной активности (ГДА) пилотов, на основании первичных показателей которой можно судить о их психофизическом состоянии, функциональном состоянии, профессиональной подготовке, а также на основании информации о ГДА можно сделать выводы о эргономических свойствах интерфейсов приборной индикации кабины самолета. Причем эксперименты с участием пилотов осуществляются на комплексных тренажерах и наземных стендах прототипирования с использованием устройств регистрации параметров движения глаз и фиксации взгляда на разных областях приборной панели (https://usabilityin.ru/metody-issledovanija-raspredelenija-vizualnogo-vnimanija-i-sostojanija-pilotov-sredstvami-okulografii/).
В отличие от других характеристик, доступных наблюдению и измерению, перемещения глаз имеют существенные преимущества: небольшое число степеней свободы, доступность прямому наблюдению и возможность непрерывной бесконтактной регистрации.
Среди методов регистрации движения глаз, известных из уровня техники, можно выделить:
контактные, то есть связанные с установкой регистрирующих датчиков непосредственно на роговицу глаза или вокруг него, (электроокулография, фотооптический и электромагнитный методы);
бесконтактные (фотоэлектрический, кино- и видеорегистрация).
В настоящее время распространенным устройством для регистрации движения глаз является система отслеживания взора - айтрекер (https://usabilityin.ru/eyetrackers/).
Из уровня техники известна авиационно-психологическая имитационная система (патент CN 108133639), представляющая собой авиатренажер, выполненный в виде кабины самолета, а для регистрации психофизических параметров пилотов вводятся айтрекер и электроэнцефалограф, которые подключаются к физиологическому регистратору.
Информация о психофизическом состоянии пилота с физиологического регистратора передается через модуль авиационного психологического моделирования на пункт инструктора. При этом модуль моделирования полета, установленный в кабине, соединен с модулем авиационного психологического моделирования.
Недостатком указанного прототипа является то, что реализация данной системы не предусматривает изменения положения айтрекера в реальном времени, что ограничивает диапазон функциональных возможностей ее применения.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание установки для регистрации параметров глазодвигательной активности (ГДА) с изменением пространственного положения айтрекера по многим степеням свободы с возможностью его фиксации в требуемом положении, с широким диапазоном вариантов его размещения, в составе универсального стенда прототипирования, при достижении высокой точности регистрации параметров движения глаз и фиксации взгляда на разных областях приборной панели.
Технический результат, на который направлена предлагаемая полезная модель, заключается в возможности изменения пространственного положения айтрекера в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что позволяет покрыть заданную область интереса в рамках исследования информационно-управляющего поля (ИУП) кабины, при его надежной фиксации и расположении, не препятствующем нормальной работе пилота и не перекрывающем обзор приборов на стенде при проведении испытаний на УСП.
Достижение указанного технического результата осуществляется за счет установки для регистрации глазодвигательной активности стенда прототипирования, представляющей собой устройство отслеживания взгляда - айтрекер, и содержащее подвижное многостепенное крепление, механизм которого содержит четыре цилиндрических шарнира и два карданных шарнира, при этом один из карданных шарниров расположен между двумя цилиндрическими шарнирами, а другой соединен с корпусом айтрекера, причем указанные шарниры подвижного многостепенного крепления содержат фиксаторы положения в виде фиксирующих винтов.
При этом крепление айтрекера к указанному подвижному многостепенному креплению может осуществляться с помощью винтов.
В другом предпочтительном варианте исполнения установки, подвижное многостепенное крепление айтрекера крепится на опорную поверхность с помощью винтов.
Предложенная установка для регистрации глазодвигательной активности позволяет менять положение в пространстве видеоокулографа благодаря тому, что конструкция крепления (кронштейн) состоит из шарниров, позволяющих задавать нужное положение для проведения эксперимента, а также крепление содержит фиксирующие элементы, за счет использования которых кронштейн можно зафиксировать в пространстве, обеспечив высокую точность положения относительно взгляда пилотов, что приводит к повышению точности регистрации глазодвигательной активности пилотов.
Среди средств регистрации ГДА широкое применение получило устройство отслеживания взора - айтрекер, к преимуществам которого относятся портативность, высокая точность регистрации координат взгляда и детальное исследование движения глаз, сниженная трудоемкость крепежа, возможность интеграции с различными устройствами, что обеспечивает широкий спектр вариантов регистрации параметров ГДА в составе универсального стенда прототипирования.
Установка айтрекера на указанное подвижное многостепенное крепление, выполненное с возможностью крепежа к опорной поверхности посредством винтов и возможностью перемещения по многим степеням свободы, позволяет расширить диапазон возможных вариантов пространственного положения и размещения айтрекера в процессе регистрации параметров ГДА пилотов при проведении экспериментов на универсальном стенде прототипирования, что позволяет покрывать заданную область интереса в рамках исследования информационно-управляющего поля (ИУП) кабины, не мешать нормальной работе пилота и не доставлять дискомфорт при проведении испытаний на УСП, проводить испытания для пилотов с широким спектром антропометрических параметров.
Наличие фиксаторов положения, выполненных в виде фиксирующих винтов, в шарнирных механизмах многостепенного крепления позволяет жестко и надежно фиксировать айтрекер в требуемом положении в течение продолжительного времени работы, в процессе проведения эксперимента на УСП в условиях вибраций.
На фиг. 1 представлен вид подвижного многостепенного крепления айтрекера, где 1 - айтрекер, 2 - карданный шарнир, связанный с узлом крепления айтрекера, 3 - цилиндрический шарнир, 4 - карданный шарнир.
Айтрекер (1) имеет подвижное многостепенное крепление, представленное на фиг. 1, механизм которого содержит четыре цилиндрических шарнира (3) и два карданных шарнира (2, 4), при этом карданный шарнир (4) расположен между двумя цилиндрическими шарнирами, а другой карданный шарнир (2) связан с корпусом айтрекера (1).
Для специалиста очевидно, что соединение карданного шарнира (2) с корпусом айтрекера (1) может осуществляться любыми известными сборочными операциями. При этом айтрекер (1) и конструкция крепления (кронштейн) находятся в функционально-конструктивном единстве, т.к. расположение айтрекера в пространстве достигается благодаря конструкции кронштейна и его фиксации.
Указанные шарниры (2, 3, 4) позволяют изменять пространственное положение айтрекера (1) по многим степеням свободы с фиксацией в требуемом положении с помощью фиксаторов положения в течение продолжительного времени работы.
В предпочтительном варианте, подвижное многостепенное крепление с айтрекером размещается в требуемом месте универсального стенда прототипирования в соответствии с условиями проведения эксперимента и эксплуатационными характеристиками айтрекера и крепится к опорной поверхности с помощью винтов.
Предлагаемая установка, применяемая в составе универсального стенда прототипирования (УСП), функционирует следующим образом.
В предлагаемой установке может быть использован айтрекер GazePoint3HD (Shop - Affordable Eye-Tracking Technology For All | Gazepoint (gazept.com)).
Перед проведением эксперимента на УСП необходимо установить айтрекер в требуемую зону, например на опорную поверхность подставки монитора с интерфейсом индикации приборной панели, и откалибровать айтрекер через специализированную программу в соответствии с антропометрическими параметрами пользователя и расстоянием от монитора, при этом айтрекер должен располагаться в определенной зоне от глаз пользователя в соответствии с эксплуатационными характеристиками айтрекера, а также положение айтрекера должно обеспечивать полный обзор на монитор с интерфейсом индикации приборной панели и комфортную работу пользователя с органами управления.
В процессе проведения эксперимента на УСП при выполнении пилотом летного упражнения айтрекер регистрирует траектории движения его взоров по приборной индикации, на основании которых оцениваются первичные показатели ГДА, среди которых выделяются общая продолжительность фиксаций взора, частота саккад, энтропия распределения пребывания взора в области индикации.
Общая продолжительность фиксаций взора выступает маркером наличия опыта в решении поставленной задачи, наличия затруднений в переработке получаемой информации, является предиктором скорости протекания когнитивных процессов.
Частота саккад интегрально характеризует пространственно-временную динамику переключения внимания между зонами внимания.
Энтропия распределения пребывания взора в области индикации характеризует среднее время распознавание ситуации по зрительному стимулу и представляет собой более содержательную и детализированную форму критерия «общая продолжительность фиксаций взора».
Таким образом, по результатам проведенных испытаний на универсальном стенде прототипирования с интеграцией предлагаемой установки регистрации ГДА, можно получить достоверную комплексную информацию о психофизическом состоянии пилотов и их профессиональных навыках, а также, на основе первичных показателях ГДА оценить эргономичные свойства вариантов интерфейсов индикации приборной панели.