Ögonspårning på den internationella rymdstationen

"Eye tracking device" omdirigerar hit. För annan användning, se Ögonspårning .
Eye-tracking-enhet (ETD)

Eye -tracking-enheten (ETD) är en huvudmonterad enhet, designad för mätning av 3D-ögon- och huvudrörelser under experimentella och naturliga förhållanden. Trackern tillåter omfattande mätning av ögonrörelser (tre frihetsgrader) och valfritt huvudrörelse (sex frihetsgrader). Det representerar ett verktyg för undersökning av sensorimotoriskt beteende, särskilt av de vestibulära och oculomotoriska systemen i både hälsa och sjukdom.

Eye-tracking-enhet på ISS

Eye-tracking-enhet på ISS

Den utvecklades ursprungligen av den tyska rymdorganisationen (DLR) för användning på den internationella rymdstationen (ISS) och laddades upp till stationen som en del av det gemensamma europeiska/ryska rymdprogrammet i början av 2004. Enheten designades av prof. Dr. Andrew H. Clarke (Vestibular Lab, Charité Berlin) tillsammans med företagen Chronos Vision och Mtronix i Berlin och integrerade för rymdutnyttjande av det München-baserade företaget Kayser-Threde.

I den första uppsättningen experiment, utförda av prof. Clarkes team i samarbete med Moskvainstitutet för biomedicinska problem, användes Eye Tracking Device för mätning av Listings plan – ett koordinatramverk som används för att definiera ögonens rörelse. i huvudet. Det vetenskapliga målet var att fastställa hur Listings plan förändras under olika gravitationsförhållanden. I synnerhet undersöktes inverkan av långvarig mikrogravitation ombord på ISS och av den efterföljande återgången till jordens gravitation. Fynden bidrar till vår förståelse av neural plasticitet i de vestibulära och oculomotoriska systemen.

Dessa experiment påbörjades våren 2004 och fortsatte till slutet av 2008 med en serie kosmonauter och astronauter, som var och en tillbringade sex månader ombord på ISS.

Operationer

Kosmonaut med ETD på ISS Expedition

Undersökning av orienteringen av Listings plan under loppet av ett långvarigt rymduppdrag är av särskilt intresse, eftersom Listings plan på jorden verkar vara beroende av input från det vestibulära systemet, dvs detekterat genom huvudets position i förhållande till gravitationen. Genom att utsätta astronauten för rymdens tyngdlöshet kan detta experiment följa den efterföljande anpassningen av astronautens vestibulära system under flygningen och efter att ha återvänt till jorden. Nyckelfrågan i detta experiment är i vilken utsträckning orienteringen av Listings plan förändras genom anpassningen av det vestibulära systemet till viktlöshet, eller under gravitationsnivåer som är mindre än eller större än jordens. En ytterligare fråga är om kroppen kompenserar för de saknade insignalerna från det vestibulära systemet genom att ersätta andra mekanismer under långvarig rymdfärd.

Uppdrag

ETD användes för denna studie under hela perioden från 2004 till 2008. Under varje sexmånaderssteg utfördes den experimentella proceduren med regelbundna treveckorsintervall så att anpassningen till mikrogravitation kunde utvärderas. Dessutom gjordes motsvarande mätningar under de första veckorna efter varje kosmonauts eller astronauts återkomst till jorden. Under tiden finns ETD-utrustningen kvar på ISS som ett allmänt instrument. Den används för närvarande av en grupp ryska forskare från Institutet för biomedicinska problem, som undersöker ögon- och huvudrörelsekoordination i mikrogravitation.

Översikt över de huvudsakliga systemkomponenterna Den omkonfigurerbara digitala bearbetningskretsen (FPGA) underlättar också inline-optimering av front-end, tidskritiska processer.

Teknologi

ETD grafiskt användargränssnitt

Digitala ögonspårningskameror – designade kring toppmoderna CMOS- bildsensorer – är anslutna till ett dedikerat processorkort i värddatorn via dubbelriktade, höghastighets digitala överföringslänkar (400 Mbit/s). Detta PCI- plug-in-kort bär front-end-behandlingsarkitekturen, bestående av digitala signalprocessorer (DSP) och programmerbara logiska enheter ( FPGA ) för kikare, online-bild och signalinsamling.

För ögonspårningsuppgiften utförs en betydande datareduktion av sensorn och front-end-bearbetningen. Således överförs endast förvald data från bildsensorn till värddatorn där de slutliga algoritmerna och datalagringen implementeras. Detta eliminerar flaskhalsen som orsakas av standardbild-för-bild-bildinsamling och underlättar således avsevärt högre bildsamplingsfrekvenser.

Denna bearbetningsarkitektur är integrerad i en robust, IBM- kompatibel PC, som tillåter visualisering av ögonen och motsvarande signaler. En viktig designfunktion är den digitala lagringen av alla bildsekvenser från kamerorna som digitala filer på utbytbar hårddisk. Efter slutförandet av varje ISS-uppdrag återförs hårddisken som innehåller inspelningarna till jorden. Detta säkerställer en omfattande och tillförlitlig bildbehandlingsanalys i utredarnas labb och minimerar den tid som krävs för experimentet på ISS.

Ögonspårningsenhet på jorden

Parallellt med den rymdkvalificerade versionen av Eye Tracker har en kommersiellt tillgänglig modell tillverkats av företaget Chronos Vision i Berlin och är installerad i många laboratorier i Europa, Nordamerika och Asien, där den utgör ett viktigt verktyg för undersökning av många neurofysiologiska fenomen.

Se även

Anteckningar

  1. ^ Vestibulo-oculomotorisk forskning och mätningsteknologi för rymdstationens era AHCarke; Elsevier Science 1998, 28:173–184
  2. ^ Använda CMOS-sensorer med hög bildhastighet för tredimensionell ögonspårning . AHClarke, J. Ditterich, K. Drün, U. Schönfeld och C. Steineke; Behaviour Research Methods, Instruments & Computers 2002, 34(4), 549–560
  3. ^ Hög bildhastighet ögonrörelsemätning AHClarke, C.Steineke och H.Emanuel; "Arkiverad kopia" (PDF) . Arkiverad från originalet (PDF) 2011-07-18 . Hämtad 2009-03-03 . {{ citera webben }} : CS1 underhåll: arkiverad kopia som titel ( länk )

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Eye_tracking_on_the_International_Space_Station&oldid=972299866 "