SU967468A1

SU967468A1 - Apparatus for recording human operator activity and state parameters

Info

Publication number: SU967468A1
Application number: SU803221590A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Ахутин; Георгий Соломонович Неймарк; Александр Яковлевич Рац; Иосиф Афроимович Нерославский; Владимир Александрович Молодцов; Валентин Григорьевич Иванов; Николай Андреевич Столяров; Эдуард Леонидович Гольверк
Original assignee: Государственный Научно-Исследовательский Институт Гражданской Авиации Ссср
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1982-10-23

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА(54) DEVICE FOR REGISTRATION OF ACTIVITY AND CONDITION OF HUMAN OPERATOR

Изобретение относитс к технике эргономических исследований де тельности человека-оператора и мэжет быть использовано при конструировании средств представлени информадии и управлени системами, а также оценки и отбора операторов дл выполнени конкретной де тельности.The invention relates to the technique of ergonomic research of the human operator and may be used in the design of means of presenting information and managing systems, as well as evaluating and selecting operators for performing specific activities.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство регистрации де тельности человека-оператора , использующее запись траектории движени .взгл да, кбторое содержит оптическую систему, видеокамеру, телевизионный монитор и видеомагнитофон. На телемониторе воспроизводитс участок пол зрени оператора, а также маркер координат взгл да оператора. Изображение участка пол зрени и маркера суммируютс в оптической системе и при помощи видеокамеры и телевизионного монитора записываютс на видеомагнитофон tl .The closest to the invention by technical essence is a device for recording the activity of a human operator using recording of a motion path. This includes a optical system, a video camera, a television monitor and a video recorder. On the television monitor, a section of the field of view of the operator is reproduced, as well as a marker of the coordinates of the view of the operator. The image of the field of vision and the marker are summed up in the optical system and recorded with a video camera and television monitor on a video recorder tl.

Однако, суммирование изображений маркера и участка пол зрени опти .ческим путем не позвол ет изменить масштаб зависимости перемещени маркера от угла поворота глаз, что вли ет на точность измерений.However, the summation of the images of the marker and the field of view optically does not allow to change the scale of the dependence of the movement of the marker on the angle of rotation of the eyes, which affects the accuracy of measurements.

Кроме того, известное yctfjpoTBoifBOрегистрирует на каждом кадре мгновенное положение маркера взгл да оператора, а поскольку глаз человека совершает непрервиэные скачки установить центр области ксации взгл да по отдельным кадрам сложно, что увеличивает врем обработки д нных и снижает точность отределени In addition, the well-known yctfjpoTBoifBO registers at each frame the instantaneous position of the operator's glance, and since the human eye makes uninterrupted jumps, it is difficult to establish the center of the viewing area of the individual frames, which increases the processing time of the data and reduces the accuracy of

10 координат центра точки фиксации взгл да. Координаты .1маркера указывают только на точку участка пол зрени , на которую смотрит оператор, но не дает никакой информации о ,10 coordinates of the center of fixation point at a glance yes. The coordinates of the marker indicate only the point of the section of the field of view that the operator is looking at, but does not give any information about

15 что воспринимает ли он изображение, т.е. видит ли он его. Регистраци зрительной де тельности в известном установленном устройстве производитс без учета результатов де тельно20 сти оператора и его состо ни .15 whether he perceives the image, i.e. does he see him The recording of visual activity in a known installed device is performed without taking into account the results of the operator’s work and its state.

Кроме того, регистраци зреткльного маршрута производитс без учета стрезк-ов времени, в течение которых этот маршрут имеет схзобую ин25 фориативность, например, в период . возни овени сложных ситуаций, по вление аварийных сигналов или при резких изменени х состо ни оператора , что приводит к увеличению объемаIn addition, registration of a fixed-route route is made without taking into account time constraints, during which this route has a lack of informativeness, for example, in a period. the emergence of difficult situations, the occurrence of alarms or abrupt changes in the operator’s state, leading to an increase in

30 и времени последующей обработки данных за счет малоинфорлативных участ ков записи. Цель изобретени - увеличение то ности измерений . Поставленна цель достигаетс те что/устройство содержащее оптическую систему, регистратор зрительного (fi9pmpyTa, видеокамеру и телемони тор, соединенный с видесмагнитофоном , имеет синтезатор, и последовательно соединенные блок управ лени , блок определени состо ни ма йи ны и блок определени состо ни сиератора, вход которого соединен с. вторым выходом блока определени обсто ни машины, второй выход подключен к второму входу блока управл ни , выходы которого соединены пр мо и через таймер с входами синтезатора , Другие входы которого, подключены через видеокамеру и регистратор зри тельного .маршрута к оптической системе , а выход - к входу телемонитор На чертеже представлена структур на электрическа схема устройства. Устройстйо содержит оптическую систему 1, регистратор 2 зрительног ларшрута, видеокамеру 3, телемонитор 4, видеомагнитофон.5, синтезаг тор 6, тайлер 7, блок 8 управлени , блок 9 определени состо ни машины и блок 10 определени состо ни .оператора. . Выходы оптической системы 1 через регистратор 2 и видеокамеру 3 соединено с входами синтезатора 6, друга группа входов которого пр мо и через таймер 7 по к.лючена к последовательно соединенйым блоку 8 равлени и блокам 9 и 10, а выход синтезатора 6 соединен через телемонитор 4 с видеомагнитофоном 5. Устройство работает следующим образом. Оптическа; система 1 передает на регистратор 2 сигнал, соответствующий координатам маркера взгл да, а н видеокамеру 3 -изображение участка пол зрени . Регистратор 2 выдает сигнал в виде цифрового кода угла поворота глаза ог носительно некоторо нулевой оси на вход синтезатора 6. Изображение участка пол зрени преобразуетс в .шлевизионнвйсигнал при помощи видеокамеры 3 и смешцваетсй в синтезаторе б с отметкой маркером точки, на которую смотрит выданный момент оператор, и отмет времени от таймера 7. Перёд началсм работы оператор фиксирует взгл д на заданной точке, а экспериментатор измен ет Масштаб сигнала углов поворота глаза по вер тикали и горизонтали раздельно так что маркер на телевизионном экране совпадает с точкой взгл да оператор Это позвол ет обеспечить точность совмещени маркера с точкой взгл да более 1,5-0,2. В п одессе работы оператора с датчиков физиологических параметров, укрепленных на операторе, снимаютс сигнёшы, поступающие на входы блока 10 определени состо ни оператора, а сигналы параметров машины v юг на входы блока 9 определени состо ни машины.. в числе параметров, поступающих на блок 10 определени состо ни оператора содержатс эпектрокардиограмма (ЭКГ) , злектроэнцефалогра1ума (ЭЭГ) и пневмограмма (ПГ). При этом данный блок выдел ет, например, по амплитуде зубца Т ЭКГ отклонение соото ни оператора от нормы или то же отклонение по частоте.дыхани . Одновременно этот же 6по|с производит обработку ЭЭГ и выдел ет сигнал, характеризующий степень концентрации зрительного внимани оператора , а следовательно, и- скорость переработки информации в зрительномоторной системеi Выходные сигналы блока. 10 подаютс на входы блока 8 управлени , в котором эти сигналы преобразуютс в сигналы управлени , ркостью или размером маркера точки взгл да в синтезаторе 6. Таймер 7 включаетс при выработке шгнала управлени , соответствующего таког му изменению состойни оператора которое нледо за нормальные пределы . Изменение ркости или размера маркера производитс сигналом блока 8 управлени в зависимости от характеристик ЭЭГ, т.е. ркость или размер маркера мен ютс при изменении концентрации зрительного внимани оператора. Управление таймером 7 осуществл в етс также по сигналам выхода параметров машины за норму, которые вырабатываютс блоками 9 и 8. Одновременно синтезатор 6:суммирует координаты мгновенньк значений точек взгл да, отличающихс : друг от друга менее, чем на заданную величину, а также вычисл ет средние значени координат, т.е.центр области точки фиксации взгл да. Зрительный .маршрут состоит из последовательности точек фиксации взгл да с ма сером, ркость или размер которого характеризуют степень воспри ти оператором участков зрительной картины. При этом наиболее инг формативные участки зрительного маршрута размечены таймером 7 в эависимостй от о пределенногО состо ни оператора, или ситуации. Увеличение точности измерени | устройства заключаетс в том, что увеличиваетс точность регистрации точки фиксации взгл да оператора и. следовательно, существенно расшир етс возможность изучени воспри ти объектов с мелкими детал ми, угловые размеры которых лежат в диапазоне менее 2, например ижал при боров,, ламп индикаторов и т.д. Кроме . .того, устройство суммирует координаты мгновенных значений координат точек взгл да и вычисл ет координаты центра области фиксащи что обеспечивает возможность определени факта обращени внимани оператора к данной области дл сбора информации,в то врем как мгно венные значени координат-могут . быть случайными отклонени ми взгл д -либо могут представл ть одну из точек ш траектории перехода взгл да из одной фиксации в другую, во врем которого оператор не воспринимав ет и йформацию.. Устройство обеспечивает дополнительную информацию о степени зри- тельного внимани оператора, что да ет возможность .существенно повысить инфориативностб регистрируемого зри тельного маршрута, т. е. определить какое действительное количество инфэрмацйи воспринимаетс оператором. Устройство позвол ет учитывать ;е тельнссть оператора и его состо ние в едином масштабе времени со щ)ительным маршрутом, что обеспечивает возможность определени причин изменени как зрительного маршрута, так и де тельности оператора .или его состо ни , которые тесно св заны мё сду собой и завис т друг от друга, а: это в свою очередь существенно .пощшает информативность всех регистри руемых параметров, Кроме того, устройство позвол ет существенно сократить врем последую 1цей обработки сданных экспериментов, так как производитс учет то.йькр координат :,центров областей фиксации взгл да и времени фиксации, а мгнове ное значение координат точек взг да не регистрируетс . При последующей обработке в регистрируемом зрительнс маршруте могут быть отброшены фиксации , на которых зрительное внимание сператора ниже заданного заранее значени и, следовательно, при которых оператор не воспринимает инфоривцию . Предлагаемое устройство позвол ет также учитывать только те данные, которые св заны с особой инфог лативвостью , т.е; определенньми ситуаци м состо нием оператора.. . Средн продолжительность зритель нЕдс фиксаций.- равна 0,3-0,5 с, этот промежуток времени записан на 7-12 кадрах. Число зрительных фиксаций с.высоким уровнем зрительного внимани может составить в процессе целостной де тельности оператора небольшую-часть , так как в то врем , когда он зан т логической переработкой информации или в период малой загрузки (отсутствие ситуаций, аварийных сигналов и т.д.), его зрительна де тельность мало св зана с воспри тием информации и может йлть исключена из обработки. Дол такой де тельности может составить дэ 50% всего времени работы оператора , и ее учет снизит врем обработки в 2 раза. Таким образом, общее врем обработки за счет всех полезных свойств предлага ого устоойства Может быть снижена в 14 - .24 . раза. Использование изобретени в практике эргономических экспериментов дает значительный научный результат, который приводит к повышению эффективности эргономических оценок, сюкращению Числа экспериментов и повышению достоверных данных. Эконом.ический эффект достигаетс за счет сокращени времени обработки данных. ФоЕ иула изобретени Устройство дл регистрации де тельности и состо нии человека-оператора, содержащее оптическую систему, регистратор зрительного маршрута, видеокамеру и тел 4оНитор, соединенный с видесмагнитофоном , отличающеес тем, что, с целью увеличени точности измерени , оно инеет синтезатор , таймер и последовательно соединенные блок управлени , блок определени состо ни машины и блок определени состо ни оператора вход которого соединен с вторым выходсч блока определени состо ни машины, второй выход подключен к второму входу блока управлени , выходы которого соединены пр мо и через таймер с входами синтезатора, другие которого подключены через вйдеокс1меру и регистратор зрительного маршрута к оптической системе,.а выход - к входу телемонитора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Проспект фирмы MAC Jnkorporatld (Япони ). Eye Mark Recorder, Model , 4.30 and the time of post-processing of data due to low-informative recording sites. The purpose of the invention is to increase the measurement capacity. The goal is achieved by the fact that a device containing an optical system, a visual recorder (fi9pmpyTa, a video camera and a telemonitor connected to a video recorder, has a synthesizer, and a serially connected control unit, a mineran state determination unit, an input which is connected to the second output of the machine positioning unit, the second output is connected to the second input of the control unit, the outputs of which are connected directly and via a timer to the inputs of the synthesizer, the other inputs of which o, they are connected via a video camera and a registrar of a visual route to the optical system, and the output is connected to the input of a television monitor The drawing shows structures on the electrical circuit of the device.The device contains an optical system 1, a recorder 2 of the visual monitor, a video camera 3, a television monitor 4, a VCR.5 , synthesizer 6, Tyler 7, control unit 8, machine condition determination unit 9 and operator state determination unit 10. The outputs of the optical system 1 are connected via recorder 2 and video camera 3 to the inputs of synthesizer 6, another group The inputs of which are directly and via timer 7 are connected to the serially connected block 8 of the line and blocks 9 and 10, and the output of the synthesizer 6 is connected via the television monitor 4 to the video recorder 5. The device operates as follows. Optical; System 1 transmits to the recorder 2 a signal corresponding to the coordinates of the glance marker, and a video camera 3 to the image of the field of view. Recorder 2 generates a signal in the form of a digital code for the angle of rotation of the eye, of course, of course, the zero axis to the input of the synthesizer 6. The image of the field of view is converted into a spline signal using video camera 3 and mixed in the synthesizer with a marker with a point on which the operator looks and the time mark from timer 7. Forward, the operator fixes the view at a given point, and the experimenter changes the scale of the signal of the angles of rotation of the eye vertically and horizontally separately so that the marker on the body The screen coincides with the point of view of the operator. This allows to ensure the accuracy of combining the marker with the point of view more than 1.5-0.2. In the operator's workplace, the signals received at the inputs of the operator state determination unit 10 are removed, and the machine parameters signals v and south at the inputs of the machine state determination unit .. among the parameters supplied to the unit The 10 operator definitions contain an electrocardiogram (ECG), electroencephalogram (EEG) and a pneumogram (PG). At the same time, this block selects, for example, the amplitude of the T wave of the ECG and the deviation of the operator from the norm or the same deviation in frequency of respiration. At the same time, this same 6po | s processes the EEG and extracts a signal characterizing the degree of concentration of the operator’s visual attention and, consequently, the processing speed of information in the visual motor system. The output signals of the block. 10 are fed to the inputs of control block 8, in which these signals are converted into control signals by the strength or size of the point of view tag in synthesizer 6. Timer 7 is turned on when a control signal is generated that corresponds to such a change in the condition of the operator beyond normal limits. The change in the brightness or size of the marker is made by the signal of the control unit 8 depending on the characteristics of the EEG, i.e. The brightness or size of the marker changes as the concentration of the operator's visual attention changes. Timer 7 is also controlled by the output signals of the machine parameters for the norm, which are generated by blocks 9 and 8. At the same time, synthesizer 6: sums the coordinates of instant glance points that are different: from each other by less than a specified value, and also calculates the mean values of the coordinates, i.e., the center of the point of fixation point of the view. The visual route consists of a sequence of points of fixation with small grayness, the brightness or size of which characterizes the degree of perception by the operator of sections of the visual picture. At the same time, the most ing formative parts of the visual route are labeled with timer 7, depending on the limit of the operator's state or situation. Increase measurement accuracy | The device consists in increasing the accuracy of recording the point of fixation of the viewpoint of the operator and. consequently, the possibility of studying the perception of objects with small parts, the angular dimensions of which lie in the range of less than 2, for example, and used instruments, indicator lamps, etc., is greatly expanded. Besides . That is, the device sums the coordinates of the instantaneous coordinates of the points of view and calculates the coordinates of the center of the fixation area, which makes it possible to determine whether the operator's attention to this area is to collect information, while the instantaneous values of the coordinates can. to be random deviations, they may represent one of the points of the transition trajectory from one fixation to another, during which the operator does not perceive the information. The device provides additional information about the degree of visual attention of the operator that It is not possible to significantly increase the information capacity of the recorded visual path, i.e., to determine what actual amount of information is perceived by the operator. The device makes it possible to take into account the operator’s condition and its state on a single time scale with a blunt route, which makes it possible to determine the reasons for the change in both the visual path and the operator’s activity or his condition, which are closely related to me and depend on each other, a: this in turn significantly. facilitates the informativeness of all the recorded parameters. In addition, the device allows to significantly reduce the time after 1 percent of the processing of the passed experiments, since the coordinates of the coordinates of the centers of the areas of fixation and the time of fixation, and the instantaneous values of the coordinates of the points of view are not recorded. During the subsequent processing in the recorded visual route, fixations may be rejected, on which the visual attention of the operator is lower than the predetermined value and, consequently, in which the operator does not perceive the information. The proposed device also allows to take into account only those data that are associated with special information, ie; determined situations of the operator ... The average duration of the viewer NEDS fixings.- equal to 0.3-0.5 s, this time interval is recorded on 7-12 frames. The number of visual fixations with a high level of visual attention may be small in the process of the operator’s integral work, since at the time he is engaged in logical processing of information or in a low load period (no situations, alarms, etc.). ), its visibility is little related to the perception of information and can be excluded from processing. The proportion of such activities may amount to 50% of the total operating time of the operator, and its accounting will reduce the processing time by 2 times. Thus, the total processing time due to all the useful properties of the proposed device can be reduced to 14 - .24. times. The use of the invention in the practice of ergonomic experiments yields a significant scientific result, which leads to an increase in the efficiency of ergonomic estimates, shrinking the number of experiments and increasing reliable data. The economic effect is achieved by reducing the processing time. The foil of the invention of the Device for recording the activity and state of a human operator, comprising an optical system, a visual route recorder, a video camera, and a 4-Display phone connected to a video recorder, characterized in that it inee a synthesizer, a timer, and sequentially the connected control unit, the machine state determination unit and the operator state determination unit whose input is connected to the second output of the machine state determination unit, the second output is connected to the second To the input of the control unit, the outputs of which are connected directly and through a timer to the inputs of the synthesizer, the others of which are connected to the optical system through the video recorder and the recorder of the visual route, and the output to the input of the television monitor. Sources of information taken into account in the examination 1. Prospect of the company MAC Jnkorporatld (Japan). Eye Mark Recorder, Model, 4.

Claims

Claim

A device for recording activity and the state of a human operator, ¹ comprising an optical system, a visual route recorder, a video camera and a television monitor connected to a VCR, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, it illuminates a synthesizer, a timer and a control unit connected in series, unit for determining the state of the machine and unit for determining the state of the operator, the input of which is connected to the second output of the unit for determining the state of the machine, the second output is connected to the second input of the control unit eniya which outputs are connected directly and 50 through the timer with the synthesizer inputs, • the other inputs of which are connected via a video camera and recorder optic route to the optical system, and the output - to the input of the TV monitor -