Введение

В современном мире актуальны задачи разработки систем безорасности. Современные технологии в сфере оптоэлектроники и цифровых технологий способствует разработке новых систем и проектов в различных сферах, в том числе и в сфере прогнозирования. Работа по выделению, обработке и анализу эмоциональных состояний человека ведется не первый десяток лет и за это время сформировались свои методы-лидеры в данном направлении. Основываются они на разных физических показателях человека. В данной статье речь пойдет о критерии, позволяющим судить об эмоциональном состоянии человека - реакции глаз на посторонние раздражители, или другими словами, тест-объекты. Одним из наиболее продуктивных и современных методов исследования изменения площади зрачков, получившим большое распространение в клинической практике, является пупиллометрия. Выделение эмоционального фактора в пупиллограммах осложнено рядом причин. Культурные этническе различия в эмоциональной сфере, световая и цветовая чувствительность глаза к длине волны света не позволяют по величине зрачка однозначно судить, какое чувство — симпатию или антипатию — испытывает человек. Ученые работают над созданием цельной модели, позволяющей аппроксимировать сразу несколько показателей. Математические модели хороши при отслеживании закономерностей, решения сложных и трудоемких задач, а также позволяют объяснить те или иные внешние поведения и реакцию на них.

Не смотря на работу в данной области, доступная информация весьма скудна. В связи с чем, перед нами встала цель поиска закономерностей в пупиллограммах, позволяющих выделять эмоциональную компоненту и способствовать в дальнейшем построению математической модели, чувствительной к эмоциональным реакциям человека. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: разработка экспериментального стенда, построение пупилограмм, подбор аппроксимирующей функции для построения математической модели.

Обзор

Не существует идеальных методов обработки результатов, значит все имеют свои недостатки. Исследование кусочно-линейной модели не отличается точностью ее аппроксимации. При этом она может допускать расхождения при описании колебаний на заднем фронте пупиллограммы, задержки перед началом расширения, оборонительного рефлекса и т. д. [2]. Использование однакоданной системы зачастую неэффективно из-за неточного описания зрачковой реакции, так как он далеко не сразу восстанавливается до первоначального диаметра, занимая больше времени, чем длится его съемка. С помощью кривых Безье был смоделирован только небольшой участок пупиллограммы от самого начала до минимума. При этом кривая аппроксимации состояла из двух частей. Ее плюс в малой невязке в большем количестве пупиллограмм и в хорошем описании первой части пупиллограммы. Но она имела низкую устойчивость по большей части параметров и описывала лишь части пупиллограммы. [2]. Более обоснованным является использование нелинейных моделей. Площадь зрачка регулируется двумя мышцами – сфинктером и дилататором, тем самым создавая двухпорядковое моделирование. Но обе эти модели довольно плохо аппроксимируют пупиллограммы (со среднеквадратичным отклонением порядка 0,3–0,6 мм). [7].   Matthew C.Canver  и его команда в 2014 году разработали математический алгоритм для автоматизации и ускорения анализа необработанных, не рассчитанных пупиллометрических данных, полученных из записей светового рефлекса зрачка мыши, основанных на записях динамического диаметра зрачка после воздействия различной интенсивности света. Метод хорош тем, что ускоряет получение данных о конечных точках и устраняет человеческие ошибки в ручном расчете, однако он рассчитывался только на световую реакцию, поэтому для анализа эмоциональных состояний не подходит. [4]. Работы Ana Franco (2014 г.), Tilmant C. (2005 г.) и их команд демонстрируют действительно существующую взаимосвязь изменения площади зрачка и работы нервной системы, а также влияния работы симпатического и парасимпатического отделов. [4-5]. В связи с чем, можно утверждать, что использование такой физической характеристики, как изменения состояния зрачка, может стать полноценной характеристикой эмоционального состояния человека. Тоническое исследование пупиллометрии Eldad Yechiam и Ariel Telpaz в 2011 года свидетельствует об активной взаимосвязи риска потери, его влиянии на создающееся возбуждение, связанное с чувствительностью к риску. Ссылаясь на полученные данные, они отметили отрицательную корреляцию между диаметром зрачка и стимулом потери и риска во время проведения экспериментов, что говорит о прямой взаимосвязи реакции зрачка и испытываемой эмоцией. [6].

Вышеизложенные исследования говорят об одном. Данное направление имеет большую ценность для современного общества, медицины, систем безопасности и многих других сфер, требующих полного видения картины. Предполагается, что имея большую базу данных, по проведенным экспериментам, получится создать цельную математическую модель, учитывающую сразу несколько факторов.

Экспериментальная установка

Исследование является частью разработки метода выявления потенциально неуравновешенных и неустойчивых личностей, не находящихся под химическим воздействием. Экспериментальная установка по исследованию реакции зрачка представляет она из себя шлем, создающий жесткую координатную связь между видеокамерой и головой (рис.1а).