способ определения полосы пропускания пространственно- частотного канала зрительной системы

Формула изобретения

Способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы, характеризующийся тем, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, затем предъявляют поочередно начальную и увеличенную - инкрементную или уменьшенную - декрементную частоты с постоянным периодом предъявления, разность между предъявляемыми частотами изменяют, пока испытуемый не определит порог различения предъявляемых поочередно частот, причем на первом этапе измерений с постоянной скоростью порядка 2 Гц/с увеличивают начальную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и инкрементной частот, на втором этапе с постоянной скоростью порядка 0,5 Гц/с последовательно уменьшают и увеличивают инкрементную частоту световых мельканий, зафиксированную на первом этапе измерений, пока испытуемый не определит действительное значение порога различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий, на третьем этапе с постоянной скоростью порядка 2 Гц/с уменьшают начальную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и декрементной частот, на четвертом этапе с постоянной скоростью порядка 0,5 Гц/с последовательно увеличивают и уменьшают декрементную частоту световых мельканий, зафиксированную на третьем этапе измерений, пока испытуемый не определит действительное значение порога различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий, полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значение порогов частот, зафиксированных на втором и четвертом этапах измерений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы.

Известно, что вначале зрительную систему рассматривали как один пространственный фильтр. Предполагали, что чувствительность зрительной системы к различным пространственным частотам определяется передаточной функцией этого фильтра [1] . Кемпбелл и Робсон впервые высказали предположение, что зрительная система состоит из множества параллельных каналов - фильтров, каждый из которых чувствителен к определенным пространственным частотам, то есть имеет свою полосу пропускания [2].

Известны эксперименты Блэкмора и Кемпбелла, установившие существование пространственно-частотных каналов в зрительной системе. Они показали, что адаптация к синусоидальной решетке определенной частоты вызывает снижение чувствительности только к этой частоте и ее ближайшим окрестностям. Вычитая из передаточной функции зрительной системы ту же функцию, полученную после адаптации к одной частоте, авторы получили пространственно-частотную характеристику канала, настроенного на эту частоту [3].

Пространственно-частотные каналы со своей полосой пропускания занимают некоторый участок в видимом диапазоне. Полосы пропускания пространственно-частотных каналов всей зрительной системы перекрывают весь видимый пространственно-частотный диапазон [4].

Известно определение полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы с помощью тонких светлых и темных полос, а также решеток разной пространственной частоты с синусоидальным распределением освещенности. При этом под пространственной частотой решетки понимается число периодов распределения яркости на один градус поля зрения [4, 5].

Известно определение полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы путем формирования синусоидальных решеток на экране электронно-лучевых трубок [2, 6], а также с использованием персональных компьютеров [7].

Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа к предлагаемому способу определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы.

Недостатками известных способов являются:

- их сложность;

- зависимость чувствительности зрительной системы от ориентации тестирующих решеток [8, 9];

- зависимость полосы пропускания от размеров тестирующих решеток [10, 11];

- зависимость чувствительности зрительной системы от яркости тестовых изображений [12];

- измерения выполняются не в условиях освещенностей, в которых обычно приходится работать человеку;

- сложность выполнения измерений у детей. Необходима разработка простых методов, что позволит выполнить раннюю диагностику зрительной системы детей дошкольного возраста и своевременно начать целенаправленные тренировки, чтобы уменьшить число лиц, страдающих от недостатков зрения.

Предлагаемый способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы характеризуется тем, что испытуемому предъявляют световые мелькания с заданной начальной частотой, затем предъявляют поочередно начальную и увеличенную - инкрементную или уменьшенную - декрементную частоты с заданным постоянным периодом предъявления, разность между предъявляемыми частотами изменяют, пока испытуемый не определит порог различения предъявляемых поочередно частот, причем на первом этапе измерений с заданной постоянной скоростью увеличивают начальную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и инкрементной частот, на втором этапе с заданной постоянной скоростью последовательно уменьшают и увеличивают инкрементную частоту световых мельканий, зафиксированную на первом этапе измерений, пока испытуемый не определит действительное значение порога различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий, на третьем этапе с заданной постоянной скоростью уменьшают начальную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и декрементной частот, на четвертом этапе с заданной постоянной скоростью последовательно увеличивают и уменьшают декрементную частоту световых мельканий, зафиксированную на третьем этапе измерений, пока испытуемый не определит действительное значение порога различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий, полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значении порогов частот, зафиксированных на втором и четвертом этапах измерений.

Предлагаемый способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляют световые мелькания с начальной частотой, равной, например, 10 Гц. Затем предъявляют поочередно начальную и инкрементную или декрементную частоты с постоянным периодом предъявления, равным, например, 1 с. Разность между предъявляемыми частотами изменяют, пока испытуемый не определит порог различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий.

На первом этапе измерений с постоянной скоростью порядка 2 Гц/с увеличивают начальную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и инкрементной частот.

На втором этапе с постоянной скоростью порядка 0,5 Гц/с последовательно уменьшают и увеличивают инкрементную частоту световых мельканий, зафиксированную на первом этапе измерений, пока испытуемый не определит действительное значение порога различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий.

На третьем этапе с постоянной скоростью порядка 2 Гц/с уменьшают начальную частоту световых мельканий, пока испытуемый не определит оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и декрементной частот.

На четвертом этапе с постоянной скоростью порядка 0,5 Гц/с последовательно увеличивают и уменьшают декрементную частоту световых мельканий, зафиксированную на третьем этапе измерений, пока испытуемый не определит действительное значение порога различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий.

Полосу пропускания пространственно-частотного канала определяют как среднее арифметическое значений порогов частот, зафиксированных на втором и четвертом этапах измерений.

Заявляемый способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы позволяет:

- упростить процедуру измерений;

- уменьшить влияние ориентации, размеров и яркости зрительных стимулов на результаты измерений;

- выполнять измерения в естественных условиях, в том числе освещенности, присущих трудовой деятельности человека;

- выполнять измерения у детей с использованием игровых методов.

Таким образом, заявляемый способ определения полосы пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример. Испытуемой Л. , 45 лет, с помощью персонального компьютера, совместимого с IBM PC, выдающего через порт LPT на индикатор пульта испытуемого световые мелькания, предъявили начальную частоту 10 Гц. В процессе измерений через порт LPT на персональный компьютер с пульта испытуемого подавались сигналы с кнопок "Увеличение быстрое", "Увеличение медленное", "Уменьшение быстрое", "Уменьшение медленное" и "Измерение". При наличии сигналов с кнопок "Увеличение быстрое" или "Уменьшение быстрое" компьютер увеличивал или уменьшал частоту предъявляемых световых мельканий со скорость порядка 2 Гц/с, по сигналу с кнопок "Увеличение медленное" или "Уменьшение медленное" - со скоростью порядка 0,5 Гц/с, по сигналу с кнопки "Измерение" - фиксировал разность частот предъявляемых световых мельканий и переходил к следующему этапу измерений. Компьютер выдавал на индикатор пульта поочередно начальную и увеличенную или уменьшенную частоты с постоянным периодом предъявления, равным 1 с.

На первом этапе испытуемая, подавая сигнал с кнопки "Увеличение быстрое", определила оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и инкрементной частот.

На втором этапе испытуемая, последовательно подавая сигнал с кнопок "Уменьшение медленное" и "Увеличение медленное", определила действительное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и инкрементной частот и подала сигнал с кнопки "Измерение". Компьютер зафиксировал порог различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий и перешел к следующему этапу измерений.

На третьем этапе испытуемая, подавая сигнал с кнопки "Уменьшение быстрое", определила оценочное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и декрементной частот.

На четвертом этапе испытуемая, последовательно подавая сигнал с кнопок "Увеличение медленное" и "Уменьшение медленное", определила действительное значение порога различения предъявляемых поочередно начальной и декрементной частот и подала сигнал с кнопки "Измерение". Компьютер зафиксировал порог различения предъявляемых поочередно частот световых мельканий и вычислил полосу пропускания пространственно-частотного канала как среднее арифметическое значений порогов частот, зафиксированных на втором и четвертом этапах измерений.

В соответствии с рекомендациями физиологов испытуемая выполнила серию из 10 измерений. В результате измерений получены следующие значения полосы пропускания в Гц: 1,4; 1,3; 1,4; 1,2; 1,0; 0,9; 1,0; 0,9; 1,1; 1,2. Среднее арифметическое измеренных значений полосы пропускания равно 1,140 Гц, среднее квадратическое отклонение - 0,190 Гц, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерений при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента - 0,430 Гц.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить полосу пропускания пространственно-частотного канала зрительной системы.

Источники информации

1. Kelly D. H. Spatial frequency, bandwidth, resolution // Appl. Optics. - 1965. - V. 4. - 2. - Р. 435-437.

2. Campbell F.W., Robson J. Application of Fourier analysis to the visibility of gratings//J. Physiol. - 1968. - V. 197. - 3. - Р. 551-561.

3. Blakemore С. В., Campbell F.W. On the existence in the human visual system of neurons selectively sensitive to the orientation and size of retinal images // J. Physiol. - 1969. - V. 203. - 1. - Р. 237-260.

4. Шелепин Ю. Е., Колесникова Л.H., Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия: Измерение пространственных передаточных функций зрительной системы. - Л.: Наука, 1985. - 103 с.

5. Глезер В.Д. Зрение и мышление. Изд. 2-е, испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.

6. Green D.G., Campbell F. W. Effect of focus on the visual response to a sinusoidally modulated spatial stimulus // J. Opt. Soc. Amer. - 1965. - V. 55. - 9. - Р. 1154-1157.

7. Болсунов К.Н. Метод и средства визоконтрастометрии для задач ранней диагностики нарушений зрения: Автореф. дис. .. канд. техн. наук. - СПб., 1997. - 15 с.

8. Campbell F.W., Kulikowski J.J. Orientational selectivity of the human visual system // J. Physiol. - 1966. - V. 187. - 2. - Р. 437-445.

9. Campbell F.W., Cleland B.G., Cooper G.F., Enroth-Cugell Ch. The angular selectivity of visual cortical cells to moving gratings // J. Physiol. - 1968. - V. 198. - 1. - P. 237-250.

10. Savoy R. L., McCann J. Visibility of low-spatial-frequency sine-wave targets: Dependence of number of cycles // J. Opt. Soc. Amer. - 1975. - V. 65. - 3. - Р. 343-350.

11. Cohen R.W. Applying psychophysics to display design // Photogr. Sci. and Engineering. - 1978. - V. 22. - 2. - Р. 56-59.

12. Savoy R.L. Low spatial frequencies and low number of cycles at low luminances // Photogr. Sci. and Engineering. - 1978. - V. 22. - 2. - Р. 76-79.