动态视野及其影响因素研究

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揭示人类视觉机理是智能科学的重要任务之一,动态视野是评价视觉特征,进而研究视觉机理的一项重要指标,也是实现机器视觉的一个基本参数。准确评价动态视野对人脑功能、视觉机理、计算机视觉研究非常重要,在交通安全、飞行驾驶、仿真环境等应用领域也很关键。本研究以动态视野的测量方法及其影响因素为核心,在深入分析研究现状和存在问题的基础上,利用自主改良的动态视野测量装置,通过实验获得数据,并通过对实验数据进行统计分析,给出研究结论。  本研究对传统动态视野测量中用来确定动态视野范围的反应时间组成进行了深入分析,发现该反应时间包含有视觉感知时间和行为反应时间两大组分,从而认为据此定义的传统动态视野中因为混入了行为特征的影响而不能精确评价动态视野这一视觉特征,提出只将视觉感知时间所确定的动态视野范围定义为动态视野的方法。该新定义剔除了行为反应时间对测量结果的影响,更具有科学性,更符合评价动态视野这一视觉特征的指标要求。  但是视觉感知时间不能够直接测量得到,本研究根据简单反应时的定义,提出行为反应时间可以近似地用可测得的简单反应时来表示的解决方法。为使简单反应时实验和动态视野测量实验在相同的环境下进行,将实验室自主制作的简单反应时测量装置组合到动态视野测量装置上。实验结果表明,老年人的简单反应时随年龄增长呈现出一个相当大的延迟,直接影响到对动态视野的测量与评价。因此必须在动态视野测量中,从实验记录的反应时中减除这一影响,达到测量的准确性。  为了对动态视野进行定量化研究,研究提出把动态视野测量中等视线所包围的多边形面积定义为动态视野面积,作为衡量被试动态视野的定量指标,为后续的实验数据分析提供了一种有效的研究手段。  测量仪器方面,改造了视标移动手动控制的Goldman半球形视野计,实现了视标移动自动化,并能利用Goldman视野计背景亮度和视标亮度的比为一常数的优点,提高了动态视野测量准确性和精确度。  在此基础上,本研究进行了动态视野新定义评价实验,通过对减除和未减除行为反应时间的动态视野形状和面积的对比分析证明:新定义的动态视野范围比传统定义的动态视野范围要宽广,不同的行为反应时间对真实动态视野范围造成了随机性负误差。从而从实验的角度证明了本研究提出的动态视野新定义的正确性。  本研究分别使用了不同大小、亮度、颜色和移动速度的7组视标条件,测量了4组不同年龄层被试的动态视野。就新定义的动态视野对视标大小、亮度、颜色、移动速度的相关性,进行了定量化的统计分析。结果表明,减除了行为反应时间之后,视标的尺寸越大、亮度越高,动态视野范围越大,与前人的研究结果相一致,差别在于本研究测量的准确度更高;动态视野对视标移动速度的依赖性较小,不同于以往认为速度对视野影响较大的看法;通过年龄和动态视野的相关性分析表明,年龄对动态视野有显著的影响,老年人的动态视野面积相比青年人有较大缩减,而且不同方向上缩减幅度不同。老年人的动态视野受颜色的影响更大,按照蓝色、白色、红色、绿色的顺序依次减小,这与传统研究认为白色视野最大的结果有所不同。这些研究成果对人脑功能、视觉机理、计算机视觉、老龄化、交通安全、仿真环境等研究和应用有重要参考价值。  总结以上的工作,本文的主要创新点体现在以下四个方面:  1.改良了动态视野测量装置,使之既能自动控制视标移动,又能利用Goldman视野计背景屏幕和视标具有相同光源的优点,保证背景和视标亮度之比为常数,提高了动态视野测量的准确性和精确度。  2.发现传统动态视野定义中对应的反应时有行为时间的叠加,不是真实动态视野的表述,提出仅用视觉感知时间确定的动态视野新定义,利用简单反应时近似等于行为反应时间的原理,设计了可获得视觉感知时间的新实验方法。  3.依据新定义,通过实验重点分析了视标移动速度和颜色对动态视野的影响。新定义剔除了行为反应时的影响,动态视野面积对视标移动速度的依赖性较传统大幅降低;蓝色视标的动态视野范围大于白色视标对应的动态视野范围,与原有认识不同。  4.实验发现随着年龄增加,老年人的动态视野面积减少,视野形状在不同方向上发生非均匀性缩小变形,上方动态视野减小的多,特别是太阳穴侧的视野方向减小最多,而在下部视野方向动态视野减小的少。
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