Имитационная модель, методы и технические средства исследования стереоскопического зрения человека

• Автор: Ляховецкий, Всеволод Александрович
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 168 с.

1. Проблемы исследования бинокулярного зрения
1.1. Бинокулярное зрение. Основные понятия
1.2. Анатомия и физиология бинокулярного зрения в норме и при патологиях
1.3. Характеристики бинокулярного зрения и принципы их измерения
1.4. Модели бинокулярного зрения
1.5. Технические средства исследования стереоскопического зрения
1.6. Постановка задачи
2. Структурно-функциональная имитационная модель стереоскопического зрения человека
2.1 Требования к структурно-функциональной модели
2.2 Общие характеристики структурно-функциональной модели
2.3. Подсистемы структурно-функциональной модели
2.4 Оценка глубинных характеристик стереограмм с помощью модели
2.5 Выводы
3. Синтез случайно-точечных стереограмм и методики исследования стереоскопического зрения с их помощью
3.1. Алгоритмы синтеза случайно-точечных стереограмм
3.2. Методики исследования стереоскопического зрения человека с помощью случайно-точечных стереограмм
3.2.1. Методики психофизиологических исследований стереоскопического зрения и их модернизация
3.2.2. Методики исследования стереоскопического зрения с помощью структурно-функциональной модели
3.3. Выводы
4. Исследования стереозрения человека с помощью структурно-функциональной модели
4.1. Тестирование модели с помощью случайно-точечных стереограмм
4.2. Построение модельных психометрических кривых
4.3. Выбор оптимальных типов изображений для исследования различных аспектов стереозрения

4.4. Выводы
5. Аппаратно-программный комплекс исследования стереоскопического зрения человека
5.1. Общие характеристики аппаратно-программного комплекса
5.2. Структура аппаратной части комплекса
5.3. Структура программной части комплекса
5.4. Интерфейсная часть аппаратно-программного комплекса
5.5. Выводы
6. Исследование стереоскопического зрения человека с помощью аппаратно-программного комплекса
6.1 Влияние характеристик методики исследования на оценки чувствительности стереозрения
6.2 Использование оптимальных типов стереограмм для расширения методических возможностей исследования стереозрения
6.2.1. Выявление утомления стереоскопического зрения
6.2.2. Стимуляция стереозрения субъектов, страдающих амблиопией
6.3 Рекомендации по использованию аппаратно-программного комплекса
6.4 Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение

Бинокулярное зрение - это зрение с использованием информации, поступающей в мозг от обеих сетчаток глаз. Наибольший интерес представляет высшая функция бинокулярного зрения - стереоскопическое зрение, при котором сигналы от двух сетчаток обрабатываются совместно для получения информации о третьей координате объектов - глубине. Важными задачами являются изучение патологий стереозрения, утомления стереозрения человека-оператора. Ухудшение стереозрения приводит к трудностям в оценке удаленности объектов и их положения в окружающем пространстве. Наличие стереозрения необходимо для операторов сложных систем управления, в ряде профессий, связанных с особо точными и тонкими производственными операциями, при работе с бинокулярными и стереоскопическими приборами.
Основная проблема исследований стереозрения заключается в отсутствии надежной аргументационной базы для обоснования выбора набора тестовых изображений. В известных методиках используются специальные стимулы: стереограммы -изображения, одна часть которых предъявляется левому, а другая - правому глазу. Как правило, применяют случайно-точечные стереограммы [80], стимулирующие только механизмы стереозрения. Однако не существует критериев оценки оптимальности тестового изображения для изучения некоторой характеристики стереозрения. Для разработки таких критериев необходима модель, позволяющая, во-первых, связать измеряемый параметр стереозрения с его физиологическими механизмами и, во-вторых, выявить параметры тестового изображения, значимые для стимуляции этих механизмов. К сожалению, известные модели [99, 120] не достигают требуемого для решения этих задач уровня обобщения.
В современных комплексах применяют разнообразные принципы разделения частей стереограммы при предъявлении наблюдателю: пространственный, цветовой, поляризационный и фазово-временной. Однако, вследствие вышеозначенной проблемы, выбор тестовых изображений и измеряемой характеристики стереозрения, как правило, жестко ограничен. Большинство комплексов исследования стереозрения дают возможность синтеза лишь черно-белых стереограмм для измерения остроты стереозрения и фузионных резервов. В то же время, несомненный интерес представляет измерение контрастной и спектральной чувствительности стереозрения, устойчивости
следующих уровней, m = {«биполяры», «ганглиозные клетки», «НКТ»} - слои модели. к є [1, Nm] - номер «нейрона». Nm - число «нейронов» типа 1 уровня т. (хгр к, Угр.к)-положение левого нижнего угла РП к-го «нейрона». Lk - размер РП к-го «нейрона». Сі, к,т~ коэффициент прореживания - число «нейронов» типа 1 предыдущего, (m-l)-ro, уровня в k-м РП. При ш = «биполяры», I т_! = 1рец и определяется по формуле (9).
Прореживание (замена ответов многих нейронов предыдущего слоя одним ответом нейрона последующего слоя) позволяет значительно сократить количество информации, поступающее в последующие структуры зрительного анализатора, уменьшить время принятия решения о появлении объекта на «сетчатках» [19]. Для fovea Ckk = 1, Lk = 1, вне fovea C| k >1 и Lk > 1. По мере удаления от fovea коэффициент прореживания, С|, ь растет, а вместе с ним увеличиваются и размеры РП «ганглиозных клеток», Lk [65] (рис. 2.4). Для fovea (левый верхний угол рис. 2.4) Lk = 1, для желтого пятна (зона В) Lk = 4, для ближней периферии (зона С) Lk = 8, для средней периферии (зона D) Lk = 16 и, наконец, для дальней периферии (зона Е) Lk = 32.
Щ 4

Рис. 2.4. Размер рецептивных полей «ганглиозных клеток»
Количество «нейронов» для различных областей «сетчатки» представлено в табл.2.2. Цифра перед знаком умножения - количество подсистем (палочки и три типа колбочек), присутствующих в данной области сетчатки. Предполагается, что системы «палочек» и «колбочек» сосуществуют раздельно, не конвергируя на одних и тех же «ганглиозных клетках», и что системы «колбочек» трех типов сосуществуют раздельно, не конвергируя на одних и тех же «ганглиозных клетках».