CN106037625B - 一种动态功能视野测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态功能视野测量装置及其测量方法，属于视觉认知测量技术领域，该装置由配有显示屏幕、鼠标及内部安装有数据处理器的客户端计算机及测量辅助定位工具构成；该方法包括构造两种测试图形作为搜索界面，测试者对第一种图形中的目标识别标签进行判断，并记录判断结果，确定第一图形中每个轴向上的视野边界点；将得到的所有轴向上的视野边界点绘制视野形状图，将测量结果进行储存并显示在显示屏幕上。本发明的测量装置运行成本低，操作便捷，可满足多人联机同时测量；测量方法简单易行；满足不同情形下的测试要求；给出的测量结果既有视野形状图又有形状指标值，可同时满足定性和定量分析的要求。

Description

一种动态功能视野测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于视觉认知测量技术领域，尤其涉及一种动态功能视野(DynamicVisual Lobe)的测量装置及方法。

背景技术

功能视野(Visual Lobe)的定义是人在单次凝视时所能发现视觉搜索目标概率大于或等于50％的位置点构成的区域集合。A.H.S.Chan和D.K.T.So在发表于期刊International Journal of Industrial Ergonomics的2006年第36卷的论文Measurementand quantification of visual lobe shape characteristics中提出了一种基于单次凝视时间内从大量相同的视觉干扰项中寻找目标识别标签的搜索任务重复测量来获取功能视野形状及形状指标的方法，并开发了一套测量程序VLOMS(静态视野测量)系统。

Chan和So提出的测量方法所提供的搜索界面如图1所示。界面包含一系列均匀排布的符号，除了1个不同的符号(图中的○)以外，其他所有符号(图中的×)都是相同符号，作为干扰项，1个不同的符号是目标识别标签。该界面呈现给测试者单次凝视的时间(300ms左右，可自行设置)后消失，原来干扰项和目标识别标签的位置被“+”覆盖。测试者用鼠标点击目标识别标签所在位置的“+”；如果测试者没有看到搜索界面中的目标识别标签，则用鼠标点击任意位置的“+”，之后任务结束，进行下一次搜索任务。下一次任务和已经结束的任务相同，但是目标会随机出现在界面其他位置。测量系统会记录每次任务测试者用鼠标点击的目标位置是否正确，并在每次任务结束后判断视野测量是否完成。当视野测量完成时，已经结束的搜索任务中，目标识别标签在所有可能出现的位置均出现两次，也就是说，对于任意一次搜索任务而言，在该次任务之前或之后一定还有且只有一次搜索任务的目标识别标签出现位置与此次搜索任务的目标出现位置相同。测量过程结束后，该方法根据每次搜索任务是否正确的结果对所有目标已经出现过的位置是否在视野范围内进行判定，判定的依据是，对于任意位置，两次搜索任务有一次以上正确，即认为该位置在视野范围内。所有在视野范围内的位置构成的区域集合即为视野范围，并基于此给出视野形状图、视野形状指标，包括视野面积、周长、圆度、边界光滑度、对称性等。

该方法所用的搜索界面是静态图片，个体在识别目标时搜索界面是静止不动的，因而只能测量静态功能视野。在实际生产生活中，大部分视觉场景都是动态场景，例如驾驶情景、行李X光机安检等。R.F.Yu和A.H.S.Chan在发表于期刊Human Factors andErgonomics in Manufacturing&Service Industries的2015年第25卷第3期的论文Display movement velocity and dynamic visual search performance指出在动态情形下视觉搜索特性和静态情形有所不同，因此有必要对动态功能视野进行测量。

动态功能视野的定义为：当搜索者注视搜索区域内一匀速移动的凝视点、使眼球保持恒定转动时，搜索区域目标识别标签被搜索者识别到的几率大于等于50％的位置点构成的区域集合。目前尚无动态功能视野测量工具及方法。

发明内容

本发明目的是为填补已有技术的空白，提出一种动态功能视野测量装置及其测量方法。本发明提出的测量装置运行成本低，操作便捷，可满足多人联机同时测量；测量方法简单易行；测试者即来即测，无需其他准备；测量参数可以自行设置，满足不同情形下的测试要求；给出的测量结果既有视野形状图又有形状指标值，可同时满足定性和定量分析的要求。

本发明提出的动态视野测量方法是采用本发明的测量装置让测试者多次重复相同的动态视觉识别任务，每次任务结束后系统根据识别结果确定下一次目标出现的位置，当所有任务结束时，根据识别结果给出视野形状图及指标值，包括视野面积、周长、圆度、边界光滑度、对称性、延展性及规则性等。

本发明提出的一种动态功能视野测量装置，其特征在于，该装置由配有显示屏幕、鼠标及内部安装有数据处理器的客户端计算机及测量辅助定位工具构成；该定位工具位于显示屏幕的前方与显示屏幕中心共轴，用于辅助测试者头部定位并在测试过程中保持不变；该数据处理器中预先存储有动态功能视野测量程序，用于获得测试者的动态功能视野结果，该鼠标用于测试者输入观察信息，该显示屏幕用于与测试者交互信息并显示测量结果。

本发明装置还包括多台客户端计算机及相应的测量辅助定位工具，并增加一台主机端计算机，每台客户端计算机安装有网页浏览器，主机端计算机中的数据处理器中预先存储有动态功能视野测量程序；每台客户端计算机分别通过网络与主机端计算机相连，多个测试者使用客户端计算机进行动态功能视野测量。

本发明还提出采用上述测量装置进行动态功能视野测量的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)构造两种测试图形作为搜索界面：每种图形均由一个凝视点和多个触点组成，该触点分布在以该凝视点为起点的多个同心圆周上和多条呈放射状的轴线上，相邻两轴向夹角相等，同一轴向上的触点间距相等；对凝视点及每个触点设置一识别标签，第一种测试图形的有三种不同的识别标签，分别为凝视点的凝视标签、放射状轴线上选定的一个触点的目标标签，及其余触点的干扰标签；第二种测试图形的有两种不同的识别标签，分别为凝视点的凝视标签及所有触点的覆盖标签，采用计算机显示屏显示搜索界面，在该搜索界面上建立以凝视点为原点的平面坐标系；每个触点对应一坐标值；两种测试图形及动态功能视野测量程序预先存储在主机端计算机中；

2)测试者对第一种图形中的目标识别标签进行判断，并记录判断结果：具体包括：

2-1)显示屏幕中显示所述搜索界面图形的凝视点沿x轴从左到右水平移动；当该点接近显示屏幕中央时，显示屏幕显示出以该凝视点为圆心的第一种图形搜索界面，该图形并接着继续向右移动经过屏幕中央到达设定的单次凝视时间后，第一种图形消失；在显示屏中第一种图形消失处，出现第二种图形；

2-2)测试者用鼠标点击记忆中第一种图形的目标识别标签所在位置的第二种图形上的覆盖标签的触点；

2-3)判断鼠标点击触点位置的坐标是否是第一种图形的目标识别标签触点所在位置的坐标，并将识别或未识别的判断结果储存在数据处理器中；

3)根据步骤2)的判断方法确定第一图形中每个轴向上的视野边界点；

4)将得到的所有轴向上的视野边界点绘制成视野形状图储存在主机端计算机中并显示在客户端显示屏幕上；视野形状图显示出视野形状指标值，包括视野面积、周长、圆度、边界光滑度、对称性、延展性及规则性等指标；

5)测试结束。

本发明提出的测量装置的特点及有益效果是：

(1)测量程序安装在主机端，客户端不需安装其他程序，使用网页浏览器即可访问，使用方便。

(2)主机联网后，任何一台可联网的计算机都可以作为客户端，可以多人大规模在线同时测量。

(3)测量者即来即测，不需要其他准备。

(4)使用便捷，容易上手，使用者经过简单说明介绍之后即可使用，无需掌握其他专业知识。

(5)各项测量参数(目标识别标签和干扰项的尺寸、间距、数量、运动速度、显示时长)可以自行设置，满足不同动态视觉任务情形下的测试要求。

(6)给出的测量结果既有视野形状图又有形状指标值，可同时满足定性和定量分析的要求。

本发明提出的测量方法的特点及有益效果是：

(1)测量原理简单，易于操作实施。

(2)只需要能够满足网页浏览器运行要求的计算机及显示器，及必要的辅助设备，不需要其他仪器设备。

(3)该方法使用的测试者双目追踪移动红点的机制可以保证搜索任务出现时测试的视力中心在红点处，保障了测量结果的准确性。

(4)该测量方法不会让测试者有不适反应，也不会对其身心健康造成不良影响。

附图说明

图1为已有的VLOMS系统的搜索任务界面。

图2为本发明方法的方法整体流程框图。

图3为本发明方法的搜索界面第一种图形示意图。

图4为本发明方法的搜索界面第二种图形示意图。

图5为本发明方法中识别过程的屏幕变化示意图。

图6为本发明方法中确定视野边界方法的流程框图。

图7为本发明装置的实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种动态功能视野的测量装置及其测量方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出的一种动态功能视野的测量装置，其特征在于，该装置由配有显示屏幕、鼠标及内部安装有数据处理器的客户端计算机及测量辅助定位工具构成；该定位工具位于显示屏幕的前方与显示屏幕中心共轴，用于辅助测试者头部定位并在测试过程中保持不变；该数据处理器中预先存储有动态功能视野测量程序，用于获得测试者的动态功能视野结果，该鼠标用于测试者输入观察信息，该显示屏幕用于与测试者交互信息并显示测量结果。

本装置还可包括多台客户端计算机及相应的测量辅助定位工具，并增加一台主机端计算机，每台客户端计算机安装有网页浏览器，主机端计算机中的数据处理器中预先安装动态功能视野测量程序(客户端计算机可不再安装该测量程序)；每台客户端计算机分别通过网络与主机端计算机相连，多个测试者使用客户端计算机进行动态功能视野测量。

本发明提出的一种采用上述测量装置的动态功能视野的测量方法，该方法其整体流程框图如图2所示，具体实施步骤如下：

1)构造两种测试图形作为搜索界面，两种图形结构相同，标签不同，只有第一种图形具有目标识别标签；具体包括：每种图形均由一个凝视点和多个触点组成，该触点分布在以该凝视点为起点的I个同心圆周上和J条呈放射状的轴线上，相邻两轴向夹角相等，同一轴向上的触点间距相等，I和J均为正整数，4≤I≤9，10≤J≤20；对凝视点及每个触点设置一识别标签，第一种测试图形的有三种不同的识别标签，分别为凝视点的凝视标签、放射状轴线上选定的一个触点的目标标签，及所有触点的干扰标签；第二种测试图形的有两种不同的识别标签，分别为凝视点的凝视标签及其余触点的覆盖标签，采用计算机显示屏显示搜索界面，在该搜索界面上建立以凝视点为原点的平面坐标系；每个触点对应一坐标值；两种测试图形及动态功能视野测量程序预先存储在主机端计算机中；

本实施例的搜索界面中第一种测试图形如图3所示，该触点共有180个，均匀分布在以凝视点为起点的9个同心圆周和多条呈放射状的轴线交叉点上；在以该凝视点为起点的20条呈放射状的轴线上，相邻两轴向夹角为18°；该凝视点为坐标原点，每个触点对应一坐标值；本实施例中，凝视识别标签为实心红色圆圈、干扰识别标签为白色十字叉“×”，目标识别标签为白色空心圆圈“○”；第二种测试图形如图4所示，有两种不同的识别标签，分别为凝视点为实心圆圈凝视标签及其余触点的加号“+”覆盖标签。

2)测试者对第一种图形中的目标识别标签进行判断，并记录判断结果，包括：

2-1)显示屏幕中显示所述搜索界面图形的凝视点沿x轴从左到右水平匀速移动；当该点接近显示屏幕中央时，显示出以该点为圆心的第一种搜索界面图形，该图形并接着以相同速度继续向右移动一设定时间t(即单次凝视时间)，通常为300ms-500ms(本实施例取350ms)，随后第一种图形消失(在t/2时刻该图形经过屏幕中央，即凝视点凝视标签处于显示屏幕中心)；第一种图形在显示屏幕消失处，出现第二种图形，屏幕上图形变化过程如图5所示；

2-2)测试者用鼠标点击记忆中第一种图形的目标识别标签所在位置的第二种图形上的覆盖标签的触点；

2-3)判断鼠标点击触点位置的坐标是否是第一种图形的目标识别标签触点所在位置的坐标，并将判断结果(即识别或未识别)储存在数据处理器中；本实施例中将击触点位置的坐标与第一种图形的目标识别标签触点所在位置的坐标进行比较，若两者坐标值相等或相差小于相邻两触点坐标值之差的一半则认为正确识别，否则为未识别。

3)根据步骤2)的判断方法确定第一图形中每个轴向上的视野边界点；

设每个轴上的视野边界点的定义是：以凝视点为起点经过该触点的轴向射线上的所有在该点内侧的触点的标签都被正确识别(都在视野范围内)，所有在该触点外侧的触点的标签都未被正确识别(都在视野范围外)，则该触点为该轴向上的视野边界点。

4)将得到的所有轴向上的视野边界点绘制成视野形状图储存在主机端计算机中并显示在客户端显示屏幕上；视野形状图显示出视野形状指标值，包括视野面积、周长、圆度、边界光滑度、对称性、延展性及规则性等指标；

5)测试结束。

上述步骤3)确定第一图形中每个轴向上的一个触点是否为视野边界点的具体流程，如图6所示，包括以下步骤：

3-1)随机选择第一图形搜索界面一个触点作为目标识别标签出现的位置点，测试者开始识别，如果识别正确，则判定该位置点在测试者视野范围内，进入步骤3-2)，如果识别错误，则判定该触点为待定点，进入步骤3-3)；

3-2)设定目标识别标签出现在识别出的触点在同一轴向上的相邻外侧的触点，测试者再对目标识别标签进行识别，如果识别正确，则判定该触点在测试者视野范围内；重复步骤3-2)，目标识别标签沿当前轴向外移动到下一个相邻外侧触点，继续测试，直到设定目标识别标签出现在该轴向的最外一个触点，若识别正确则将该触点作为该轴视野边界点，否则将该触点相邻内侧的触点作为该轴视野边界点，转步骤4)；如果识别错误，则判定该相邻外侧点为待定点，进入步骤3-3)；

3-3)目标识别标签重复出现在待定点位置，测试者进行第二次识别；如果第二次识别正确，则判定该待定点在测试者视野范围内，返回步骤3-2)；如果识别错误，则判定该待定点不在测试者视野范围内，进入步骤3-4)；

3-4)设定目标识别标签沿当前轴向向内移动到该待定点相邻内侧触点，测试者对该触点进行两次识别，如果两次识别中有一次识别正确，则判定该触点为此轴向上的视野边界点；如果两次识别均错误，则设定目标识别标签继续沿当前轴向内移动至下一个相邻内侧触点后进行两次识别，直至被识别的触点的两次识别中有一次识别正确，该触点即为此轴向上的视野边界点。

上述识别过程是对单一轴向的识别过程，实际测量为取得更好的结果，是对所有轴向设定的目标识别标签交叉识别，而不是每个轴向按顺序识别。因为如果按顺序识别测试者就能通过目标点出现规律判断目标点出现位置，这样即使不在视野范围内也能给出正确判断结果。因此，上述识别过程中同轴的相邻触点两次识别过程与若干次其他轴向上的识别过程隔开，以保证随机性使判断结果更准确反映真实情况。

本发明所述的测量方法可由编程人员采用一般编程技术实现，并预先安装在客户端或主机端计算机中。

本发明的应用实施例如下：本发明提出的一种实现本动态功能视野测量方法的测量装置实施例，其结构如图7所示，包括：一台主机端1、N个客户端2、N个测量辅助工具(本实施例采用一个固定测试者下巴的下巴托及与下巴托相连的夹持固定支架)3，N为正整数；所述主机端中的数据处理器中预先安装本发明提出的动态功能功能视野测量方法程序，N个客户端通过网络与主机端连接，主机端允许M个客户端同时在线访问，M为正整数，M≤N；每台客户端独立进行测量；测量时，每个客户端前方安装一个下巴支架，使测试者头部与客户端保持相对静止。

本实施例的主机端要求2G以上内存，2.0GHz以上主频的计算机。所述客户端安装有网页浏览器的计算机，通过网页浏览器(如Chrome浏览器等)访问主机端的测量程序。

所述下巴托底部有一夹持装置可以固定在桌面上，高度可调。

测试前需测试者将下巴托在下巴托上，调整下巴托高度和客户端距离至满足测量要求，之后测试者登录系统，按照测试要求配置相关参数后即可开始测量。测量结束后系统会给出测量结果，测试者可以看到，同时结果会储存在主机端数据库中。

本装置的具体使用步骤如下：

(1)将客户端放置于水平桌面，将下巴托通过夹持装置固定在桌面边缘，请测试者将下巴放置于下巴托上，调节下巴托高度以及其与客户端显示器的相对位置，使测试者双目与显示器屏幕距离为60cm，且测试者双目水平视力中心位于测试屏幕中央。

(2)打开客户端，通过浏览器访问主机端的测量程序，进入程序后，设置移动速度、目标识别标签与干扰标签尺寸、标签间距、目标识别标签出现位置范围等参数并保存。

(3)按照测量方法所述过程开始测量任务直到测量结束。

(4)程序绘出视野形状图并给出视野形状指标值，包括视野面积、周长、圆度、边界光滑度、对称性、延展性及规则性等指标，并将测量结果储存在主机端数据库中，并显示在客户端的屏幕上。

Claims (4)

1.一种采用动态功能视野测量装置的动态功能视野测量方法，该装置由配有显示屏幕、鼠标及内部安装有数据处理器的客户端计算机及测量辅助定位工具构成；该定位工具位于所述显示屏幕的前方与显示屏幕中心共轴，用于辅助测试者头部定位并在测试过程中保持不变；该数据处理器中预先存储有动态功能视野测量程序，用于获得测试者的动态功能视野结果，该鼠标用于测试者输入观察信息，该显示屏幕用于与测试者交互信息并显示测量结果；

该装置还包括多台客户端计算机及相应的测量辅助定位工具，并增加一台主机端计算机，每台客户端计算机安装有网页浏览器，主机端计算机中的数据处理器中预先存储有动态功能视野测量程序；每台客户端计算机分别通过网络与主机端计算机相连，多个测试者使用客户端计算机进行动态功能视野测量；

其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)构造两种测试图形作为搜索界面：每种图形均由一个凝视点和多个触点组成，该触点分布在以该凝视点为起点的多个同心圆周上和多条呈放射状的轴线上，相邻两轴向夹角相等，同一轴向上的触点间距相等；对凝视点及每个触点设置一识别标签，第一种测试图形的有三种不同的识别标签，分别为凝视点的凝视标签、放射状轴线上选定的一个触点的目标标签，及其余触点的干扰标签；第二种测试图形的有两种不同的识别标签，分别为凝视点的凝视标签及所有触点的覆盖标签，采用计算机显示屏显示搜索界面，在该搜索界面上建立以凝视点为原点的平面坐标系；每个触点对应一坐标值；两种测试图形及动态功能视野测量程序预先存储在主机端计算机中；

2)测试者对第一种图形中的目标识别标签进行判断，并记录判断结果：具体包括：

2-1)显示屏幕中显示所述搜索界面图形的凝视点沿x轴从左到右水平移动；当该点接近显示屏幕中央时，显示屏幕显示出以该凝视点为圆心的第一种图形搜索界面，该图形并接着继续向右移动经过屏幕中央到达设定的单次凝视时间后，第一种图形消失；在显示屏中第一种图形消失处，出现第二种图形；

2-2)测试者用鼠标点击记忆中第一种图形的目标识别标签所在位置的第二种图形上的覆盖标签的触点；

2-3)判断鼠标点击触点位置的坐标是否是第一种图形的目标识别标签触点所在位置的坐标，并将识别或未识别的判断结果储存在数据处理器中；

3)根据步骤2)的判断方法确定第一图形中每个轴向上的视野边界点；

4)将得到的所有轴向上的视野边界点绘制成视野形状图储存在主机端计算机中并显示在客户端显示屏幕上；视野形状图显示出视野形状指标值，包括视野面积、周长、圆度、边界光滑度、对称性、延展性及规则性指标；

5)测试结束。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述视野边界点的定义是：以凝视点为起点经过该触点的轴向射线上的所有在该点内侧的触点的标签都被正确识别，所有在该触点外侧的触点的标签都未被正确识别，则该触点为该轴向上的视野边界点。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3)确定第一图形中每个轴向上的一个触点是否为视野边界点，具体包括以下步骤：

3-1)随机选择第一图形搜索界面一个触点作为目标识别标签出现的位置点，测试者开始识别，如果识别正确，则判定该位置点在测试者视野范围内，进入步骤3-2)，如果识别错误，则判定该触点为待定点，进入步骤3-3)；

3-2)设定目标识别标签出现在识别出的触点所在同一轴向上的相邻外侧的触点，测试者再对该目标识别标签进行识别，如果识别正确，则判定该触点在测试者视野范围内；重复步骤3-2)，目标识别标签沿当前轴向外移动到下一个相邻外侧触点，继续测试，直到找到视野边界点或者设定目标识别标签出现在该轴向的最外一个触点，若识别正确则将该触点作为该轴视野边界点，否则将该触点相邻内侧的触点作为该轴视野边界点，转步骤4)；如果识别错误，则判定该相邻外侧点为待定点，完成一次识别过程，进入步骤3-3)；

3-3)目标识别标签重复出现在待定点位置，测试者进行第二次识别过程；如果第二次识别正确，则判定该待定点在测试者视野范围内，返回步骤3-2)；如果识别错误，则判定该待定点不在测试者视野范围内，进入步骤3-4)；

3-4)设定目标识别标签沿当前轴向向内移动到该待定点相邻内侧的触点，测试者对该触点进行两次识别，如果两次识别中有一次识别正确，则判定该触点为此轴向上的视野边界点；如果两次识别均错误，则设定目标识别标签继续沿当前轴向内移动至下一个相邻内侧触点后进行两次识别，直至被识别的触点的两次识别中有一次识别正确，该触点即为此轴向上的视野边界点。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤3)中所述识别过程中同轴的相邻触点两次识别过程与若干次其他轴向上的识别过程隔开，以保证随机性使判断结果更准确反映真实情况。