一體化頭眼運動檢測平臺關鍵技術研究.pdf

1、前庭功能對人體在空間運動中維持身體平衡具有很重要的作用,與運動病和空間定向障礙有密切關系。招飛中針對空間定向障礙、暈機病和眩暈等問題進行前庭功能檢查,若前庭功能異常,會直接影響到到飛行員的工作效率、身體健康和飛行安全,因此前庭功能檢查成為飛行員體檢的重要環(huán)節(jié)。本文圍繞各種運動環(huán)境下前庭功能的檢測與評價問題,展開了深入研究,主要工作與創(chuàng)新點如下:
　　1.針對頭眼運動功能特性分析的需求,建立了基于頭眼運動的前庭功能物理模型和邏輯模型

2、。該模型以人體前庭功能機理為基礎,采用UML語言描述前庭系統(tǒng)中影響頭眼運動各組成器官的靜態(tài)模型與動態(tài)模型。
　　2.通過對前庭系統(tǒng)生理學響應過程的分析,應用三維變換矩陣建立了頭眼運動數(shù)學模型。據(jù)此模型對前庭系統(tǒng)頭眼運動關系進行模擬仿真,結果表明與實驗數(shù)據(jù)吻合度較高,證明了該模型的有效性。頭眼運動模型的建立,對利用頭眼運動關系揭示前庭系統(tǒng)障礙等提供了又一有力的數(shù)學理論支撐。
　　3.針對頭眼運動關系,提出了利用刺激響應相關度的

3、快相數(shù)據(jù)自動剔除方法,建立了眼震信號的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型,降低了眼震信號的噪聲。由于眼震信號的噪聲明顯抑制及快相數(shù)據(jù)的剔除,使得利用頭眼運動關系評價前庭功能的結果更加準確.
　　4.提出了基于近紅外視頻的頭部姿態(tài)位置估計方法和基于四元數(shù)插值的系統(tǒng)標定方法。分別設計滿足不同需求的無標記的人臉特征點、近紅外有標記鏡架近標記、標記圖識別方法獲得受試者的姿態(tài)及位置,應用攝影測量技術獲得受試者的姿態(tài)及位置,并把此結果應用于飛行場景隨動過程中。

4、
　　5.眼動數(shù)據(jù)檢測利用基于Hough變換的圓檢測方法確定瞳孔中心,并結合虹膜定位和相關度匹配、光流法跟蹤算法檢測眼球旋轉情況。提出了基于徑向梯度的虹膜定位方法和基于 LK光流法角點跟蹤的眼球旋轉檢測算法,對 Hough變換進行改進,對預處理過的二值圖像進行邊緣提取,同時選取邊緣上的三點通過點 Hough變換得到一個參數(shù)組,再用數(shù)學期望替代傳統(tǒng) Hough變換投票方式,對所有參數(shù)組求數(shù)學期望,得到最終瞳孔中心。
　　6.為

5、了解決在多個運動平臺(作業(yè)環(huán)境)進行前庭功能相關測試的數(shù)據(jù)采集問題,即需要分析人體所受到的運動刺激及其響應與頭眼運動之間關系。設計了頭部運動數(shù)據(jù)和眼動數(shù)據(jù)同步檢測的硬件裝置,該裝置具有通信方式多樣、高采樣率及調節(jié)多自由度,從而提高了檢測的準確性,并降低了對刺激設備的要求,使之適用的運動環(huán)境平臺范圍廣,拓展后可具備其它用途。
　　7.依頭眼運動的前庭功能分析模型為基礎,構建一體化頭眼運動檢測平臺的體系結構。人體前庭系統(tǒng)是復雜多變的運