Eine der lustigsten Anwendungen von Bildverarbeitungsalgorithmen ist die Fähigkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit des Nervensystems einer Person durch die Reaktion der Pupille auf das Licht zu bestimmen.
Dies kann verwendet werden, um die Angemessenheit einer Person, ihre Bereitschaft für komplexe, gefährliche und verantwortungsvolle Arbeiten (Flugzeugpilot, KKW-Betreiber, U-Bahn-Dispatcher usw.) zu beurteilen.
Zuvor wurde "Ping" eine einfache Reaktion der Pupille auf das Licht einer Taschenlampe gemacht. Zum Beispiel tut dies ein Krankenwagen. Sie können aber auch die Reaktionsgeschwindigkeit bewerten, die viel mehr Informationen liefert. Wir haben einen Weg gefunden, dies zu automatisieren, indem wir Pupillen auf der Kamera mit 40 fps erkennen. Der Rechenaufwand ist nicht hoch, 3-5 Tausend Vergleiche pro Frame - in Echtzeit:
Pupillometriedaten einer gesunden PersonDurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Pupille auf Licht (Verengung und Wiederherstellung des Pupillendurchmessers nach dem Ausbruch) ist es möglich, die Geschwindigkeit des Durchgangs eines Nervenimpulses sowie die Geschwindigkeit seiner nachfolgenden Verarbeitung im Nervensystem abzuschätzen.
Das heißt, ja, dies ist eine Art Ping Ihres Zentralnervensystems. Dieses Ding sieht aus wie eine 3D-Brille.
Hier ist unser Prototyp. Normalerweise binden wir es in
Diagnoseterminals ein (dh diese Brille ragt aus dem Gerät heraus), aber es passiert - wir verwenden es separat. Sie können es schöner machen, aber es gibt keine besondere Bedeutung, dies ist ein Vorproduktionsmuster:
Was gibt es?
Ende des 17. Jahrhunderts bemerkten die Ärzte, dass Patienten unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich auf Licht reagieren. Nach fast 300 Jahren Forschung kam der Meister Eckhard Hess vor der Bewertung zu dem Schluss, dass die Reaktionsgeschwindigkeit des Schülers durch Müdigkeit und Arten von psychischem Stress beeinflusst wird. Im Allgemeinen kann die Geschwindigkeit der Pupillenexpansion nach einem Lichtblitz (Anpassung an die Dunkelheit) als Maß für den Grad der Erregung des Nervensystems dienen. 1982 hat Heß bewiesen, dass sich die Schüler mehr öffnen, wenn Sie ein Objekt betrachten, das Sie interessiert. Er zeigte männlichen Probanden natürlich ein Foto der Mädchen. Dann gingen sie allmählich zu subtileren Themen über - Lieblingsessen, ein Kandidat aus seiner Partei und so weiter. Dann maßen sie die mentale Belastung. Je intensiver die Person denkt, desto langsamer dehnen sich die Schüler aus. Dann wurde das Gehirn mit Arithmetik „beladen“. Heute würden wir sagen, dass die Prozesse parallel sind, und wenn die Rechenleistung des Gehirns mit etwas beschäftigt ist, ist die Beurteilung der Umgebung durch Beleuchtung langsamer. Die Annahme, dass erweiterte Pupillen als einer der Attraktoren der nonverbalen Kommunikation dienen, blieb unbewiesen.
Noch später tauchten Studien auf, die sich numerisch auf die Auswirkung verschiedener Arten von psychischen Spannungen (sorgfältige Untersuchung von Objekten, Durchführung von Berechnungen im Kopf) und nervösen Störungen (Depressionen, erhöhte Reizbarkeit usw.) auf den Pupillenreflex beziehen.
Wie das Gerät funktioniert
Das sind so große Gläser oder Ferngläser. Sie müssen einige Sekunden hineinschauen, es gibt Infrarot-LEDs und Videokameras.
Genauer gesagt werden folgende verwendet: Infrarotspektrum-LEDs - um die Augen zu beleuchten, sind sie für das menschliche Sehen unsichtbar; LEDs mit sichtbarem Spektrum - mit weißem Licht für Blitz; eine Digitalkamera für den Infrarotbereich mit einem Objektiv und einer kleinen Diodenmarkierung zum Fokussieren der Augen während der Untersuchung. In das "Fernglas" passt auch die Steuerplatine, die Anschlüsse und andere Karosserie-Kits.
Erstens erkennt er Sie an der Iris, damit Sie nicht die Augen anderer Menschen bringen. Die Untersuchung selbst nach der Authentifizierung dauert 6 bis 8 Sekunden. Der Prüfling legt die Gerätemaske fest auf seine Augen, um eine externe Beleuchtung auszuschließen. In den ersten 1-2 Sekunden erfolgt eine Anpassung an die Dunkelheit. Zu diesem Zeitpunkt dehnen sich die Pupillen auf etwa 5-6-7 Millimeter aus und versuchen, der Netzhaut maximales Licht zu geben, damit zumindest etwas erkannt werden kann. Wir markieren die Augen mit einer Infrarot-LED - für eine Person ist dieser Bereich nicht sichtbar und die Pupille reagiert nicht darauf. Schauen Sie, die Pupillen sind groß und schön:
Nach Erreichen des maximalen Pupillendurchmessers für 200 ms leuchten Weißlichtdioden (Lichtreiz) auf. Der Beginn des Lichtreizes wird bei der Erstellung des Pupillogramms auf der Zeitskala als Null genommen - ein Diagramm der Abhängigkeit der Änderung des Pupillendurchmessers von der Zeit. Wir sind an den nächsten 5 Sekunden nach dem Blitz interessiert. Der Dmin-Punkt (maximale Kompression des Schließmuskels der Pupillen) sieht folgendermaßen aus:
Eine Digitalkamera zeichnet Bilder von zwei Augen mit einer Frequenz von mindestens 40 Bildern pro Sekunde auf. Die Steuerungssoftware (Software) findet auf jedem Rahmen eine Pupille und bestimmt deren Durchmesser.
Ferner dehnt sich die Pupille allmählich aus.
Die Hauptaufgabe: Wir brauchen ein Pupillogramm, dh ein Diagramm der Reaktion der Pupille auf das Licht. Wir erkennen das Video, entfernen das Rauschen in den Daten (wir haben viele Referenzrahmen) und erhalten eine Grafik (dies ist ein Beispiel für meinen Kollegen, eine bedingt gesunde Person):
Das Pupillogramm enthält drei wichtige Bereiche: den latenten Bereich, den Bereich der Verengung der Pupille und den Bereich der Erholung. Die Schlüsselparameter des latenten Bereichs sind der anfängliche Pupillendurchmesser (DN) und die Verzögerungszeit der Pupillenreaktion ab dem Beginn der Belichtung (TL). Der zweite Bereich des Graphen ist durch einen minimalen Durchmesser (Dmin) und eine Verengungszeit (TC) gekennzeichnet, der dritte Bereich - Punkte der Wiederherstellung des Pupillendurchmessers um 50, 66 und 75 Prozent der Verengungsamplitude. Ein Pupillogramm kann für die Auswertung als ungeeignet angesehen werden, wenn eine Person bei Lichteinwirkung die Augen geschlossen, zu oft geblinzelt oder insbesondere die Augen hin und her bewegt hat. Bei farbigen Linsen können für das Motiv falsche Ergebnisse erzielt werden.
Anschließend analysiert die Software diese Parameter, von denen die wichtigsten die Verengungsrate und die Expansionsrate der Pupille sind. Danach wird eine Schlussfolgerung über die Angemessenheit einer Person und ihre Bereitschaft für komplexe und gefährliche Arbeiten gezogen.
Die Zeitpläne von Menschen, die sehr müde sind, nach starkem Schlafmangel oder wenn sie betrunken, alkoholisch oder narkotisch sind, unterscheiden sich von den Zeitplänen von Menschen in einem angemessenen Zustand. Besonders gut, der Unterschied wird sich bemerkbar machen, wenn wir zuerst den Standard erhalten - wir untersuchen die Person, wenn sie sich in einem normalen Zustand befindet und später in einem abnormalen.
Tests
Wir haben das Gerät an ungefähr 760 Mitarbeitern des Unternehmens unter verschiedenen Bedingungen (einschließlich Firmenfeiern und den Tagen danach) getestet. Insgesamt 3496 Messungen vor der Veröffentlichung (täglich neue hinzugefügt). Das Schwierigste ist weniger die Anerkennung als vielmehr die Bewertung des resultierenden Diagramms. Im Rahmen des Tests reisten wir zu verschiedenen interessanten Kliniken, in denen Patienten mit einer bekannten Diagnose (z. B. chronischer Alkoholismus) zur freiwilligen Teilnahme an der Studie eingeladen wurden. Es ist schwieriger, Personen mit Drogenvergiftung für eine repräsentative Stichprobe zu finden. Im Rahmen der Studie haben wir mit mehreren Kliniken für Arzneimittelbehandlung zusammengearbeitet, in denen Patienten mit Drogenabhängigkeit und psychischen Störungen behandelt werden. Für medizinische Zwecke nehmen sie solche Klassen von Medikamenten wie Beruhigungsmittel, Antidepressiva, Antipsychotika, Antikonvulsiva und Beruhigungsmittel, so dass sich die Basis ziemlich groß angesammelt hat.
Es war notwendig, den Algorithmus zu debuggen, mehr Daten über den Patienten zu sammeln und so weiter. Jede Person kann individuelle Merkmale der Reaktion der Pupille auf das Licht haben. Die allerersten Versionen des Algorithmus erzeugten aufgrund der Erkennungsschwierigkeiten manchmal allgemein lustige Dinge. Also haben wir den Arzt fast selbst ins Krankenhaus gebracht.
Im Verlauf der Projektentwicklung und der Verbindung unserer Betatester haben wir ein System aufgebaut, in dem der Patient das Gerät nicht bewusst für die „bessere“ Seite täuschen kann. Im schlimmsten Fall kann dies mit Hilfe einer Reihe von Maßnahmen geschehen, aber die Anwendung sollte nur ungeeignete (z. B. Busfahrer vor dem Flug) von vollständig kampfbereiten Spezialisten aussortieren.
Wir können eine Bewertung durchführen, indem wir sie nach einer körperlichen Untersuchung mit dem Standard oder mit dem universellen Standard für diese Art von Personen vergleichen. Daher nehmen wir jetzt die erforderlichen Daten aus dem Personaldossier des Patienten oder sammeln eine solche Anamnese auf einem Feldgerät (dies ist die Schnittstelle des Arztes):
Wenn das Gerät in das Diagnoseterminal eingebaut ist, reichen die Patientenkarten und die aktuellen Messdaten aus, um eine sehr genaue Hypothese zu erstellen.
Es wird davon ausgegangen, dass das Diagnoseterminal eine ärztliche Untersuchung durch einen Spezialisten nicht persönlich ausschließt, sondern zeitweise beschleunigt. Und sofern alle Schlüsselindikatoren (Pupillometer, Alkoholtester, Manometer) am Gerät gemessen werden, können nur diejenigen zur persönlichen körperlichen Untersuchung geschickt werden, bei denen das Diagnoseterminal zumindest minimale Zweifel hat, und dies können bereits 20 von 100 Personen sein.
Woher kommt die Karte? Denken Sie daran, dass es dumm ist, die gemeinsamen Bibliotheken nicht zum Erkennen von Personen an der Iris zu verwenden, da wir die Kameras in das „Fernglas“ eingebaut haben und immer noch etwas von ihnen erkennen, da dies ein sehr lange gelöstes Problem ist. So erhalten wir die Patienten-ID und können seine vorherigen Daten abrufen.
Hier sind Betatester, die sich selbstlos geopfert haben:
Probleme mit den Objektiven:
Selbst transparente Eintageslinsen führen zu einer Abnahme der Schwere des Pupillenreflexes, was Müdigkeit und Vergiftung sehr ähnlich ist. Wir schlagen vor, dass dies auf eine Verringerung der Gesamtlichtmenge zurückzuführen ist, die bei Verwendung von Linsen in die Augen gelangt. Dieser Effekt muss bei der Analyse solcher Grafiken berücksichtigt werden, sodass unsere Benutzeroberfläche vor Beginn der Untersuchung eine obligatorische Frage zu Objektiven enthält.
Jetzt verfeinern wir die Algorithmen und Methoden weiter. Sie müssen mehr Statistiken sammeln, um die Genauigkeit zu verbessern. Das Gerät funktioniert bereits wie ein guter Drogentester, aber wir wollen mehr. Jetzt erlauben Statistiken keine verlässlichen diagnostischen Schlussfolgerungen. Darüber hinaus ist es für eine gute Diagnose des Zustands einer bestimmten Person zunächst erforderlich, mehrere normale Messungen ihrer Pupillenreaktion durchzuführen, damit sie später mit hoher Wahrscheinlichkeit nach einem Aufprall Abweichungen von der Norm feststellen kann - dies ist eine Frage der Bedienungsanleitung für das KKW-Personal. Wir bemühen uns, den Algorithmus zu verbessern und Fehler der ersten und zweiten Art zu reduzieren. Sicherheitspersonal und TB-Compliance-Experten nicken dankbar bei dieser Arbeit.
Schießen aus den Augen
Hier ist das Video:
Es ist auch notwendig, Fehler zu erkennen (wenn eine Person absichtlich blinkt, versucht, sich bewusst anzupassen und den Betrieb des Geräts im Allgemeinen zu stören) - während solche Fälle auf der Karte sichtbar sind und von Hand aufgezeichnet werden, wird später ein Hinweis auf die Unzuverlässigkeit des Ergebnisses angezeigt.
Referenzen