飞行员注意力分配的定量测量方法

在实验室内让被试人员在飞行模拟器上完成了三个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了被试者的眼动数据.采用划分兴趣区域的方式,把视觉信息源划分为座舱内仪表和外部视景两个兴趣区域,对三个眼动指标在两个兴趣区域内的分布情况进行了分析和对比.结果显示,三个模拟任务阶段被试者显示出了不同的扫视模式,在外景有更多的注视点比率、更多的注视时间比率和更长的平均注视时间.表明视觉飞行规则下,战斗机驾驶员主要从外景获取视觉信息,他们的大部分注意力都集中在外景.眼动指标可以客观地反映驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化,研究结果对于战斗机座舱显示信息的设计和飞行员的培训有一定的指导意义.     

基于眼动数据的网络搜索行为预测方法

预测用户的网络搜索行为对改进搜索引擎和提升用户体验十分重要.现有大多数方法是基于用户的交互数据,如查询、点击和鼠标移动等.提出一种基于眼动数据的用户网络搜索行为预测方法.通过眼动实验,采集用户在网络搜索任务时的眼睛运动数据,将这些数据转化成两种数据格式:直方图和序列.直方图数据描述用户注意力的分布情况,序列数据呈现用户的扫视路径.使用4种学习算法对用户决策或用户意图进行预测,同时研究两种数据格式的性能.结果显示,两种数据格式均适合于预测用户决策,而序列数据更适合于预测用户意图.该结果表明,利用眼动数据能够有效预测网络搜索行为.      

飞行模拟器环境下飞行员视觉特征

为了研究飞行员在各个阶段的视觉特征,构建了以固定式飞行模拟器为基础、采用先进的非接触式眼动仪FaceLAB4.0采集数据的实验测试平台.根据飞行员获取信息的来源将视觉区域划分为舱内仪表盘、前窗舱外景和其他3个部分,应用马尔科夫链的数学方法分析被试者的视觉注视数据在各视觉区域内的状态转移概率.研究发现,被试在观察舱内仪表盘和前窗舱外景区域时,无法在短时间内获得全部信息,需要长时间注视才能完成信息获取.该方法可用于分析飞行员在操作中的视觉注意力和注意力转移模式.     

基于BP神经网络的飞行绩效评价模型

为实现飞行绩效的客观评价,利用眼动数据,建立了拓扑结构为6-14-3型的BP(Back Propagation)神经网络模型.已有的实验数据和随机插值法得到的数据作为建模的数据来源,数据分为训练集和测试集并归一化.基于Matlab的神经网络工具箱,利用经验公式和实验比较法确定了BP网络模型的隐含层节点数;对BP算法的各种改进算法进行了优化选择;将训练集数据和测试集数据先后输入网络模型进行学习训练和仿真测试;对3个技术水平的飞行员的飞行绩效进行了预测和评价.研究表明,眼动数据的BP神经网络模型可以较为准确地评价飞行绩效,评价方法可以为飞行训练提供参考.     

人机显示界面中的文字和位置编码

飞行员在驾驶飞机的过程中需要用到大量的信息,对信息进行合理的编码可以提高驾驶安全性.根据研究的需要,开发一个用于工效实验的作业任务模型.通过测量被试完成作业任务的正确率和反应时间,结合眼动仪测得的眼动数据,分析文字和位置编码对信息辨识的影响,为显示界面适人性设计提供科学依据.实验结果表明:人对文字信息的辨识受到位置编码影响,位置编码方式与视野范围和注意力分配策略相关;中心位置的辨识效率优于边缘位置,左侧位置优于右侧位置;中文信息的辨识效果优于英文信息,实际应用时应考虑母语的影响.      

脑力负荷对前注意加工的影响与分析

为研究与飞行任务相关的脑力负荷对听觉前注意加工的影响,采用14名被试者在不同脑力负荷下开展飞行模拟实验,并记录失匹配负波(MMN, Mismatch Negativity)作为听觉前注意加工的评价指标.被试者需要在飞行模拟器上完成包括起飞、巡航、降落在内的完整飞行过程,同时对平视显示器所呈现的目标信息状态进行监视,并对异常信息进行响应.实验通过设定目标信息的数量及刷新频率来控制被试者的脑力负荷水平.实验结果表明:脑力负荷对额中央区MMN影响显著,可为复杂飞行任务的脑力负荷评价提供一定的电生理依据.     

利用CFD技术计算飞行器动导数

利用非定常流场数值计算方法模拟飞行器强迫俯仰振荡仅能得到俯仰力矩系数对迎角变化率和俯仰角速度的动导数之和,而动稳定性分析需要单独的动导数数值.为解决这个问题,利用滑移网格模拟强迫振荡运动,得到俯仰力矩系数对迎角变化率和俯仰角速度的动导数之和.利用旋转参考坐标系模拟定常拉升,得到俯仰力矩系数对俯仰角速度的动导数.利用旋转参考坐标系模拟匀速滚转,得到滚转力矩系数对滚转角速度的动导数.对有翼导弹和水上飞机进行了纵向和横向动导数的计算.计算结果与试验数据、文献数据以及其他方法得到的结果具有较好的一致性,表明提出的方法可用于复杂外形飞行器动导数计算.     

基于多任务辅助推理的近眼视线估计方法

眼动交互是头戴式虚拟现实(VR)/增强现实(AR)设备的关键操控方式, 如何进行高精度、高鲁棒性的非标定视线估计是当前VR/AR眼动交互的核心问题之一, 高效、鲁棒的非标定视线估计需要大量的眼图训练数据和高效的算法结构做支撑。在现有基于深度学习的近眼视线估计方法的基础上, 通过添加多任务辅助推理模块, 增加网络结构的多阶段输出, 进行多任务联合训练, 在不增加视线估计测试耗时的前提下, 有效提升视线估计精度。在模型训练时, 从视线估计网络结构的多个中间阶段引出多个眼部特征的辅助推理并行网络头, 包括眼动图像的语义分割、虹膜边界框及眼部轮廓信息, 为原始视线估计网络提供多阶段中继监控, 在不增加训练数据的基础上, 有效提升视线估计网络的测试精度。在国际公开数据集Acomo-14与OpenEDS2020上的验证实验表明, 与无辅助推理的网络相比, 所提方法精度分别得到了21.74%与18.91%的效果提升, 平均角度误差分别减少到1.38°与2.01°。      

人体对三级起飞加速度的反应

航天员在飞船起飞时,常会遇到二级或三级加速度作用.为了解这种类型加速度对人体的影响,在人体离心机上,在背角为15°情况下,十名健康的青年被试者承受了峰值分别为+4Gx、+6Gx和+5Gx、每级作用时间为150秒的三级加速度作用.实验中记录了被试者的心电、血压、心振动图、脑阻抗图和呼吸情况,分析和讨论了某些重要的生理指标的变化.结果表明,被试者的主观感觉是良好的,生理指标变化处于正常代偿范围之内,较好地耐受了上述三级起飞加速度的作用.      

一种机载SAR距离徙动修正的快速算法

距离-多普勒算法是机载合成孔径雷达成像信号处理中的常用算法,针对其采用逐点插值进行距离徙动修正而导致运算量过大的问题,提出了一种无需插值的快速距离徙动修正方法.该算法通过二次快速傅里叶变换和一次复乘操作完成合成孔径雷达成像所需的距离徙动修正处理.在分析回波信号模型的基础上,推导了利用该技术能够精确完成距离徙动修正的最大测绘带宽度,给出了该宽度与成像分辨率之间的关系,并用计算机仿真验证了上述关系的正确性.理论分析、仿真和实测数据处理结果表明,该方法具有运算量小、精度高的优点,非常适合于机上实时处理.      

Relationship between head orientation and torsional eye movements in goldfish during linear acceleration.

We analyzed torsional eye movements of normal goldfish during sinusoidal linear acceleration, altering the orientation of the fish on the linear accelerator in the yaw plane over a range of 90 degrees and in the pitch plane up to 30 degrees. We video-recorded changes of torsional eye movements associated with a body rotation in the yaw and pitch plane and analyzed them frame by frame. In normal fish, we observed clear torsional eye movements for stimuli of 0.1 G linear accelerations along the body axis in the horizontal position. Torsion occurred in the opposite direction of resultant force produced by linear acceleration and gravity. Though the amplitude of these compensatory responses increased with increasing magnitude of acceleration up to 0.5 G, the torsion angle did not fully compensate the angle calculated from gravity and linear acceleration. Furthermore, the torsion angle decreased as the longitudinal body axis deviated from the direction of linear acceleration. For the body axis perpendicular to the direction of acceleration, torsional eye movement was still observed. When we tilted the fish in the pitch plane, compensatory eye torsion occurred. The response amplitude to acceleration decreased for both head-up and head-down up to 30 degrees. These results suggested the existence of specific connections between the otolith organ and ocular muscles.     

基于眼动、位姿及场景视频的人体运动方向预测方法

外骨骼机器人作为新提出的改善、提高人类生活能力的智能设备,同样需要高效智能的人机交互系统,而人机交互的第一步,则是精准预测人的行为意图。从外骨骼机器人的顶层控制角度出发,介绍了人体运动意图识别和外骨骼机器人智能交互能力的研究现状,并对人体运动方向识别进行了研究。提出了一种结合眼动信息、位姿信息及场景视频信息的多信息融合的人体运动意图识别网络架构,并进行了采集设备的穿戴实验。利用实验数据,对提出的网络方法进行了实验验证。结果表明:所提出的人体运动方向的识别系统,可以预测出人体运动过程中的运动方向。      

基于注意资源分配的情境意识模型

为预测飞行员情境意识的变化情况,在前期建立的注意资源分配模型及情境意识模型基础上,考虑任务环境中信息成分重要度对情境意识水平的影响,并结合人的认知特性及贝叶斯条件概率理论,提出了一种新的情境意识量化模型和求解方法.为验证模型的效度,采用20名被试在不同任务条件下开展仪表监视实验,并采用情境意识全面测量技术（SAGAT,Situation Awareness Global Assessment Technique）、三维度情境意识评定技术（3-D SART,3-Dimensional Situational Awareness Rating Technique）、操作绩效和眼动测量4种方法,对不同任务条件下的情境意识水平进行测评.综合测评结果表明,根据预测模型计算所得的情境意识水平变化趋势与被试实际操作所获得的实验结果高度相关.提出的情境意识量化模型对指导驾驶舱人机显示界面设计和减少人为失误有一定的参考价值.     

Adaptation of the macular vestibuloocular reflex to altered gravitational conditions in a fish (Oreochromis mossambicus).

Young fish (Oreochromis mossambicus) were exposed to microgravity (micro g) for 9 to 10 days, or to hypergravity (hg) for 9 days. For several weeks after termination of micro g and hg, the roll-induced static vestibuloocular reflex (rVOR) was recorded. In stage 11/12-fish, the rVOR amplitude (angle between the maximal up and down movement of an eye during a complete 360 degree lateral roll) of micro g-animals increased significantly by 25% compared to 1 g-controls during the first post-flight week but decreased to the control level during the second post-flight week. Microgravity had no effect in stage 14/16 fish on the rVOR amplitude. After 3 g-exposure, the rVOR amplitude was significantly reduced for both groups compared to their 1 g-controls. Readaptation to 1 g-condition was completed during the second post-3 g week. We postulate a critical period during which the development of the macular vestibuloocular reflex depends on gravitational input, and which is limited by the first appearance of the rVOR. At this period of early development, exposure to microgravity sensitizes the vestibular system while hypergravity desensitizes it.     

幅度调制稳态听觉刺激脑电信号响应及选择性注意力分析

闭锁症患者不能自主控制眼球运动,无法使用视觉刺激脑-机接口（BCI）技术实现意识交流,听觉刺激脑-机接口技术不受视觉限制,可实现这类患者的意识交流,具有重要意义。首先,对不同受试者在幅度调制频率变化的听觉诱发刺激下的响应特征进行研究,获得人体大脑听觉通频带的幅频特性。然后,基于受试者的听觉通频带频率特征,设计了全新的听觉选择注意力实验范式,选择响应幅值较强的刺激频率作为受试者的刺激频率,并提出了改进的空间相干脑电（EEG）信号解算方法,提高了算法的鲁棒性,获得了相对更高的准确率,受试者通过注意力选择实现脑-机接口的二分类控制。实验获得了不同受试者的大脑听觉通频带频率特征,得到了人体大脑在35~94 Hz调制频率范围内的听觉幅频特性曲线,发现了响应幅值在35~44 Hz调制频率范围最强。利用改进的空间相干算法,将提出的基于通频带特征的实验范式和固定频率组合的实验范式进行比较,由3名受试者的对比实验表明,所提实验范式和改进的空间相干算法获得了更高的准确率。      

一种复杂场景下的人眼检测算法

针对复杂场景下的人眼检测问题,间接方法和直接方法具有一定的局限性。提出了一种不依赖人脸检测的直接型人眼检测算法,以解决复杂场景下多尺度尤其是小尺度人眼检测问题。算法通过减少下采样因子并加入扩张残差单元以提升小尺度人眼检测能力,且对多尺度特征相互拼接以保证多尺度人眼检测的精度。同时,算法借助于压缩特征输出通道降低了模型复杂度,使人眼检测效率得以提升。实验结果表明:所提模型可以在小尺度下有效地进行左右眼区分,并在红外数据上表现良好。经在DIF数据集上进行训练与测试,所提模型在较小尺度下人眼检测精度达到82.59%,检测效率达到30.5 fps。