Una de las aplicaciones más divertidas de los algoritmos de visión artificial es la capacidad de determinar la velocidad de reacción del sistema nervioso de una persona por la reacción de la pupila a la luz.
Esto puede usarse para evaluar la idoneidad de una persona, su preparación para un trabajo complejo, peligroso y responsable (piloto de avión, operador de NPP, despachador de metro, etc.).
Anteriormente, "ping" se hizo una reacción simple de la pupila a la luz de una linterna. Por ejemplo, una ambulancia lo hace. Pero también puede evaluar la velocidad de reacción, que proporciona mucha más información. Encontramos una manera de automatizar esto mediante la detección de alumnos en la cámara con 40 fps. La complejidad computacional no es alta, 3-5 mil comparaciones por cuadro - tiempo real completo:
Datos de pupilometría de una persona sana.Por la velocidad de reacción de la pupila a la luz (estrechamiento y restauración del diámetro de la pupila después del brote), es posible estimar la velocidad de paso de un impulso nervioso, así como la velocidad de su posterior procesamiento en el sistema nervioso.
Es decir, sí, este es un tipo de ping de su sistema nervioso central. Esta cosa parece gafas 3D.
Aquí está nuestro prototipo. Por lo general, lo incrustamos en
terminales de diagnóstico (es decir, estas gafas sobresalen del dispositivo), pero sucede: lo usamos por separado. Puede hacerlo más hermoso, pero no tiene un significado especial, esta es una muestra de preproducción:
Que da
A finales del siglo XVII, los médicos comenzaron a notar que los pacientes en diferentes condiciones reaccionan de manera diferente a la luz. Después de casi 300 años de investigación, el maestro, Eckhard Hess, llegó a la conclusión de que la tasa de reacción del alumno se ve afectada por la fatiga y los tipos de estrés mental antes de la evaluación. En general, la tasa de expansión de la pupila después de un destello de luz (adaptación a la oscuridad) puede servir como una medida del grado de excitación del sistema nervioso. En 1982, Hess demostró que los alumnos se abren más cuando miras un objeto que te interesa. Mostró sujetos masculinos, por supuesto, una foto de las chicas. Luego, gradualmente, pasaron a asuntos más sutiles: comida favorita, un candidato de su partido, etc. Luego pasaron a medir la carga mental. Cuanto más intensa piensa la persona, más lentas se expanden las pupilas. Entonces el cerebro fue "cargado" con aritmética. Hoy diríamos que los procesos son paralelos, y cuando la potencia informática del cerebro está ocupada con algo, la evaluación del entorno mediante la iluminación es más lenta. La suposición de que las pupilas dilatadas sirven como uno de los atractores en la comunicación no verbal permaneció sin probar.
Incluso más tarde, los estudios comenzaron a aparecer numéricamente relacionados con el efecto sobre el reflejo pupilar de varios tipos de tensión mental (examen cuidadoso de objetos, realizar cálculos en la mente) y trastornos nerviosos (depresión, aumento de la irritabilidad, etc.).
Como funciona el dispositivo
Estos son unos anteojos o binoculares tan grandes. Debe mirar dentro por unos segundos, hay LED infrarrojos y cámaras de video.
Para ser más precisos, se utilizan los siguientes: LED de espectro infrarrojo: para iluminar los ojos, son invisibles para la visión humana; LED de espectro visible - con luz blanca, para flash; Una cámara digital para el rango infrarrojo con una lente y una pequeña marca de diodo para enfocar los ojos durante el examen. En los "binoculares" también cabe la placa de control, conectores y otro kit de carrocería.
Primero, te reconoce por el iris para que no traigas los ojos de otras personas. El examen en sí después de la autenticación dura de 6 a 8 segundos, el examinado aplica fuertemente la máscara del dispositivo a sus ojos para excluir la iluminación externa. En los primeros 1-2 segundos, se produce la adaptación a la oscuridad. En este momento, las pupilas se expanden a unos 5-6-7 milímetros, tratando de dar la máxima luz a la retina para que al menos se pueda reconocer algo. Destacamos los ojos con un LED infrarrojo, para una persona este rango no es visible y la pupila no responde. Mira, las pupilas son grandes y hermosas:
Después de alcanzar el diámetro máximo de la pupila durante 200 ms, se encienden diodos de luz blanca (estímulo de luz). El comienzo del estímulo de luz se toma como cero en la escala de tiempo cuando se construye el pupillograma, un gráfico de la dependencia del cambio en el diámetro de la pupila con el tiempo. Estamos interesados en los próximos 5 segundos después del flash. El punto Dmin (compresión máxima del esfínter de las pupilas) se ve así:
Una cámara digital graba imágenes de dos ojos con una frecuencia de al menos 40 cuadros por segundo. El software de control (software) encuentra una pupila en cada cuadro y determina su diámetro.
Además, la pupila se expande gradualmente.
La tarea principal: necesitamos obtener un pupillograma, es decir, un gráfico de la reacción del alumno a la luz. Reconocemos el video, eliminamos el ruido en los datos (tenemos muchos marcos de referencia) y obtenemos un gráfico (este es un ejemplo de mi colega, una persona condicionalmente saludable):
El pupillograma contiene tres áreas importantes: el área latente, el área de estrechamiento de la pupila y el área de recuperación. Los parámetros clave de la región latente son el diámetro inicial de la pupila (DN) y el tiempo de retraso de la reacción de la pupila desde el inicio de la exposición a la luz (TL). La segunda región del gráfico se caracteriza por un diámetro mínimo (Dmin) y un tiempo de estrechamiento (TC), la tercera región - puntos de restauración del diámetro de la pupila en un 50, 66 y 75 por ciento de la amplitud de estrechamiento. Un pupillograma puede considerarse inadecuado para la evaluación si una persona cerró los ojos durante la exposición a la luz, parpadeó con demasiada frecuencia o, especialmente, movió los ojos de un lado a otro. Se pueden obtener resultados incorrectos para el sujeto en lentes de colores.
Luego, el software analiza estos parámetros, los más importantes son la tasa de estrechamiento y la tasa de expansión de la pupila. Después de esto, se llega a una conclusión sobre la idoneidad de una persona y su disposición para el trabajo complejo y peligroso.
Los horarios de las personas que están muy cansadas, después de una severa falta de sueño o cuando están intoxicados, alcohólicos o narcóticos, diferirán de los horarios de las personas en un estado adecuado. Particularmente bien, la diferencia será notable si primero obtenemos el estándar: examinamos a la persona cuando está en un estado normal y luego en uno anormal.
Pruebas
Probamos el dispositivo en aproximadamente 760 empleados de la compañía en diferentes condiciones (incluidas las fiestas corporativas y los días posteriores). Un total de 3496 mediciones antes de la publicación (se agregan nuevas cada día). Lo más difícil no es tanto el reconocimiento como la evaluación de la tabla resultante. Como parte de la prueba, viajamos a varias clínicas interesantes, donde los pacientes con un diagnóstico conocido (por ejemplo, alcoholismo crónico) fueron invitados a participar voluntariamente en el estudio. Es más difícil encontrar sujetos en intoxicación por drogas para una muestra representativa. Como parte del estudio, colaboramos con varias clínicas de tratamiento de drogas, donde se trata a pacientes con drogadicción y trastornos mentales. Para fines médicos, toman clases de medicamentos como tranquilizantes, antidepresivos, antipsicóticos, anticonvulsivos y sedantes, por lo que la base se ha acumulado bastante.
Era necesario depurar el algoritmo, recopilar más datos sobre el paciente, etc. Cada persona puede tener características individuales de la reacción de la pupila a la luz. Las primeras versiones del algoritmo a veces producían cosas generalmente divertidas debido a las dificultades de reconocimiento. Así que una vez casi hospitalizamos al médico mismo.
En el curso del desarrollo del proyecto y la conexión de nuestros beta testers, creamos un sistema en el que el paciente no puede engañar conscientemente el dispositivo por el lado "mejor". En el peor de los casos, puede hacerlo, con la ayuda de una serie de medidas, pero la aplicación debería eliminar a los especialistas no aptos (por ejemplo, los conductores de autobuses antes del vuelo) de especialistas totalmente preparados para el combate.
Podemos realizar una evaluación comparando con el estándar después de un examen físico o con el estándar universal para este tipo de personas. Por lo tanto, en este momento tomamos los datos necesarios del expediente del personal del paciente, o recopilamos una anamnesis como esta en un dispositivo de campo (esta es la interfaz del médico):
Si el dispositivo está integrado en el terminal de diagnóstico, las tarjetas del paciente y los datos de medición actuales son suficientes para construir una hipótesis muy precisa.
Se supone que el terminal de diagnóstico no excluye un examen médico realizado por un especialista personalmente, pero a veces lo acelera. Y siempre que todos los indicadores clave (pupilómetro, alcoholímetro, manómetro) se midan en el dispositivo, es posible enviar un examen físico personal solo a aquellos con respecto a los cuales el terminal de diagnóstico tiene al menos una mínima duda, y esto puede ser 20 de cada 100 personas.
¿De dónde viene la tarjeta? Recuerde que desde que construimos las cámaras en los "binoculares", y dado que aún reconocemos algo de ellos, es estúpido no usar las bibliotecas comunes para reconocer a las personas por el iris, ya que este es un problema resuelto desde hace mucho tiempo. Entonces obtenemos la identificación del paciente y podemos extraer sus datos anteriores.
Aquí hay beta testers que se sacrificaron desinteresadamente:
Tener problemas con las lentes:
Incluso las lentes transparentes de un día conducen a una disminución en la gravedad del reflejo pupilar, que es muy similar a la fatiga y la intoxicación. Sugerimos que esto se deba a una disminución en la cantidad total de luz que ingresa a los ojos cuando se usan lentes. Este efecto debe tenerse en cuenta al analizar dichos gráficos, por lo que nuestra interfaz contiene una pregunta obligatoria sobre lentes antes de comenzar el examen.
Ahora continuamos refinando los algoritmos y la metodología. Necesita recopilar más estadísticas para mejorar la precisión. El dispositivo ya funciona como un buen probador de drogas, pero queremos más. Ahora las estadísticas no permiten sacar conclusiones de diagnóstico confiables. Además, para un buen diagnóstico de la condición de una persona en particular, primero es necesario llevar a cabo varias mediciones normales de la reacción de su pupila, para que luego, con una alta probabilidad, después de cualquier impacto, pueda detectar desviaciones de la norma; este es un asunto del manual de instrucciones para el personal de NPP. Nos esforzamos por mejorar el algoritmo, reducir los errores del primer y segundo tipo. Los guardias de seguridad y los expertos en cumplimiento de TB asienten agradecidos por este trabajo.
Disparando desde los ojos
Aquí está el video:
También es necesario reconocer los errores (cuando una persona parpadea deliberadamente, intenta acomodar conscientemente y generalmente interfiere con el funcionamiento del dispositivo), mientras que estos casos son visibles en la tabla y se registran con las manos, habrá una marca sobre la falta de fiabilidad del resultado más adelante.
Referencias