CC BY
4
СУЩНОСТЬ МЕТОДА ОКУЛОГРАФИИ И ЕГО МЕСТО В ИССЛЕДОВАНИЯХ В
ОБЛАСТИ ЛЁТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
А.Д. Левин, студент
Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-7-2-181-186
Аннотация. В данной статье рассматривается метод, основанный на регистрации глазодвигательной активности, или же метод окулографии. Внимание уделяется способам и оборудованию регистрации движений глаз. Отмечаются преимущества и недостатки применения стационарных и мобильных систем регистрации глазодвигательной активности. Представлена обобщённая схема, описывающая сущность метода окулографии. Сделан вывод о перспективности и преимуществах его применения.
Ключевые слова: метод окулографии, айтрекинг, айтрекер, авиация, человеческий фактор.
На текущий момент в гражданской авиации достигнут высокий уровень безопасности полётов воздушных судов. Однако в последние годы наблюдается тенденция, характеризующаяся тем, что основной причиной авиационных событий является человек, или же человеческий фактор. Место человека при взаимодействии с элементами авиационной транспортной системы описывает модель БИБЬ [1]. Так, одним из таких взаимодействий, требующих внимания, является связь человек-машина, или же Ь-И (Ыуе-ware-Hardware). Негативное проявление человеческого фактора может быть обусловлено несовершенством эргономики оборудования, установленного в кабине воздушного судна, недостаточно логичной и интуитивной маркировкой переключателей и рычагов управления, с которыми взаимодействует экипаж, неудобством их использования [2]. Так, одним из современных методов, позволяющим выявлять особенности взаимодействия пилота с приборным оборудованием воздушного судна, а также анализировать зрительное восприятие приборной информации, является метод окулографии, который и будет рассмотрен в данной статье.
Метод окулографии - это метод, основанный на регистрации глазодвигательной, или же окуломоторной, активности человека. Важно отметить, что окуломоторная
активность является составляющей психических процессов, которые, в свою очередь, связаны с получением, преобразованием и использованием зрительной информации. Стоит также обратить внимание, что глазодвигательная активность является одной из форм взаимодействия человека с окружающим миром и связана с процессом зрительного восприятия.
Прежде чем приступить к рассмотрению аспектов и особенностей метода оку-лографии обратимся к статистике его применения в ряде научных исследований. В обзоре Martinez-Marquez и коллег (2021) отражена статистика применения метода отслеживания движений глаз, описывающего различные когнитивные, эмоциональные и физиологические состояния человека, среди зарубежных стран в таких сферах, как авиация, морское дело и строительная промышленность [3]. Важно отметить, что в распределении по количеству исследовательских статей с применением метода окулографии первое место занимает авиационная отрасль. Так, авторы указывают, что с 2000 по 2020 год было опубликовано 80 исследовательских статей, среди которых к авиации относятся 36 статей, к морскому делу - 25, к строительной промышленности - 19. Говоря о системах регистрации движения глаз, большее предпочтение отдавалось мобильным системам по сравнению со стационарны-
ми. В рамках указанной статьи также был составлен рейтинг направлений исследований в авиации, при проведении которых использовался метод окулографии. К ним относятся исследования зрительного внимания, умственной нагрузки, человеко-машинных интерфейсов, ситуационной осведомлённости, совершенствования обучения, усталости, стресса, тревожности и т.д.
Таким образом, основываясь на данных, приведённых авторами статьи, указанной выше, можно отметить практическую значимость применения метода окулографии в исследованиях в области лётной эксплуатации.
Далее рассмотрим непосредственно процесс регистрации окуломоторной активности. С момента появления окулогра-фии был разработан ряд методов, позволяющих осуществлять регистрацию движений глаз человека. К данным методам относятся электроокулография и электромагнитный метод, видеосъёмка, фотооптический и фотоэлектрический методы [4]. В случае применения таких методов, как фотооптический, электромагнитный метод и электроокулография необходима установка датчиков на испытуемого, что несколько усложняет проведение исследования. Так, описанные выше методы регистрации окуломоторной активности могут быть разделены на контактные и бесконтактные. Контактные методы требуют непосредственно установки датчиков на человека, например, на роговицу глаза или вокруг него. Бесконтактные методы, в свою очередь, реализованы таким образом, что для записи движений глаз отсутствует необходимость в установке дополнительных датчиков на наблюдателя. С этой точки зрения более удобными методами являются фотоэлектрический и видеосъёмка, однако последний является наиболее современным и распространённым в настоящее время, поэтому и будет рассмотрен далее.
В начале своего развития метод окулографии представлял собой кинорегистрацию глаз, включающую в себя три процедуры. Вначале производилась киносъёмка лица наблюдателя в процессе выполнения им поставленных в рамках исследования
задач, затем осуществлялся покадровый анализ плёнки для определения направленности глаз и, наконец, производилось наложение маршрута перемещений глаз на стимульный материал [4]. С развитием технологий запись окуломоторной активности путём видеосъёмки удалось реализовать с применением цифровых систем видеорегистрации движений глаз. Данные системы осуществляют регистрацию движений посредством записи глаз скоростной видеокамерой, которая работает в ближнем инфракрасном диапазоне. Так, исследователь может наблюдать изображение глаза с имеющейся на нём границей между зрачком и радужной оболочкой. Применение данного метода значительно облегчается благодаря использованию автоматической компьютерной обработки полученных записей глазодвигательной активности, в результате которой возможно определение позиции взгляда испытуемого.
Регистрация движений глаз путём видеосъёмки в настоящее время может быть реализована с использованием двух типов оборудования, имеющего соответствующие преимущества и недостатки. Так, к оборудованию, используемому для видеорегистрации окуломоторной активности, относятся стационарные и мобильные системы. Стационарная система состоит из неподвижно расположенного монитора с зафиксированной на нём камерой, регистрирующей движения глаз. Данный монитор также, в свою очередь, используется для демонстрации стимульного материала наблюдателю. Стационарная система обладает высокими временными и пространственными разрешающими способностями, которые позволяют детально изучать траектории движения глаз и время их фиксаций на определенных элементах на предъявляемом материале. Недостатком данной системы при этом является требование фиксации положения головы в ходе проведения исследования, при несоблюдении которого регистрация движений глаз может быть выполнена с низкой точностью или невозможна вовсе. Пример регистрации окуломоторной активности с применением стационарной системы представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Стационарная система регистрации окуломоторной активности [5]
Мобильная система регистрации движения глаз укрепляется на голове наблюдателя. Как правило, данная система включает в себя две камеры. Одна камера непосредственно регистрирует движение глаз, а другая записывает изображение окружающей среды с позиции наблюдателя. Мобильные системы зачастую находят своё применение в исследованиях кон-
кретных практических задач. Однако важно заметить, что использование данной системы затруднено по причине низкой пространственной разрешающей способности, а также высокой трудоёмкости обработки полученных данных. Пример мобильной системы представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Мобильная система регистрации окуломоторной активности, где: 1 - инфракрасная подсветка; 2 - камера регистрации движения глаз; 3 - камера записи изображения окружающей среды; 4 - записывающее устройство [6]
Исследователю следует принимать решение о виде используемого оборудования непосредственно в соответствии с целями и задачами проводимого им исследования.
Для визуализации результатов регистрации движений глаз могут быть использованы тепловые карты и графики движения взгляда.
Тепловые карты (англ. heat map) отражают области, на которых взгляд наблюдателя фиксировался наиболее чаще, или же дольше. Цвет тепловой карты может изменяться от голубого к красному, что соответствует наименее и наиболее просматриваемым зонам. Пример тепловой карты представлен на рисунке 3.
Рис. 3. Тепловая карта (англ. heat map) [7]
График движения взгляда (англ. gaze plot) отражает соответственно последовательность перемещения взгляда наблюдателя при изучении предъявляемого материала. Использование данного графика позволяет исследователю проанализировать записи окуломоторной активности по пространственному или пространственному и временному параметрам. График движения взгляда по пространственному параметру представляет собой совокупность линий и точек, отображаемых на стимульном материале. Данные линии и точки характеризуют визуализированное представление движений глаз, подразде-
ляющиеся на саккады и фиксации. Сакка-ды представляют собой резкие перемещения глаз, в ходе которых практически отсутствует приём информации. Этому виду движений глаз соответствуют линии на графике. Главным образом приём информации происходит во время фиксаций, которым, в свою очередь, соответствуют точки. Временной параметр характеризуется размером точки, который соответствует времени фиксации на данном объекте, т. е. чем больше размер точки, тем дольше наблюдатель его изучал. Пример графика движения взгляда представлен на рисунке 4.
Рис. 4. График движения взгляда (англ. gaze plot) [7]
После получения записей окуломотор-ной активности осуществляется их обработка, которая в настоящее время значительно упрощается благодаря применению высокоавтоматизированных комплексов регистрации глазодвигательной активности и анализа данных [4]. На первом этапе определяется последовательность координат позиций взгляда в конкретные момен-
ты времени. Далее выделяются фиксации и саккады. Наконец, производится анализ данных окуломоторной активности уже с учётом сформулированной в рамках проводимого исследования гипотезы.
Обобщая сказанное, сущность метода окулографии можно представить в виде схемы, изображённой на рисунке 5.
Рис. 5. Сущность метода окулографии
В заключение важно отметить, что ме- эксплуатации. Преимуществом метода тод окулографии является одним из со- окулографии является получение каче-временных научных и прикладных ин- ственной, непрерывной, достоверной и де-струментальных методов, который имеет тализированной информации об исследуе-перспективность и целесообразность при- мом явлении. менения в исследованиях в области лётной
Библиографический список
1. Руководство по обучению в области человеческого фактора. Doc. 9683-AN/950. - Издание первое. - Канада, Монреаль: ИКАО, 1998. - 370 с.
2. Руководство по управлению безопасностью полётов (РУБП). Doc. 9859-AN/474. -Издание второе. - Канада, Монреаль: ИКАО, 2009. - 318 с.
3. Application of Eye Tracking Technology in Aviation, Maritime, and Construction Industries: A Systematic Review / Martinez-Marquez D. [et al.] // Sensors. - 2021. - № 21 (13). -DOI: 10.3390/s21134289.
4. Барабанщиков В.А., Жегалло А.В. Айтрекинг: Методы регистрации движений глаз в психологических исследованиях и практике. - М.: Когито-Центр, 2014. - 128 с.
5. Как люди читают в интернете: исследование с помощью айтрекинга. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://rddmmedia.tilda.ws/day5_baza.
6. Что такое айтрекер? - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://brand-machine.ru/services/ajtreking/chto-takoe-ajtreker/.
7. Yang B., Li H. A Visual Attention Model Based on Eye Tracking in 3D Scene Maps // IS-PRS International Journal of Geo-Information. - 2021. - №10 (10). - DOI: 10.3390/ijgi10100664.
THE ESSENCE OF THE OCULOGRAPHY METHOD AND ITS PLACE IN FLIGHT
OPERATIONS RESEARCH
A.D. Levin, Student
Saint Petersburg State University of Civil Aviation named after Chief Marshal of Aviation
A.A. Novikov
(Russia, Saint-Petersburg)
Abstract. This article discusses a method based on the registration of oculomotor activity, or the oculography method. Attention is paid to techniques and equipment for registering eye movements. The advantages and disadvantages of using stationary and mobile eye tracking systems are noted. A generalized diagram describing the essence of the oculography method is presented. The conclusion is made about the prospects and advantages of its usage. Keywords: oculography method, eye tracking, eye tracker, aviation, human factor.
