Как и какими средствами можно измерить длительность моргания?

Длительность моргания измеряют как интервал времени от начала опускания верхнего века до его возвращения в исходное открытое положение. Иногда отдельно измеряют фазу закрывания, время полного или почти полного закрытия глаза и фазу открывания. Поэтому перед измерением важно заранее определить, что именно считать длительностью моргания.

Видеозапись

Самый доступный способ — записать лицо на камеру и затем покадрово проанализировать движение века.

Обычная камера со скоростью 30 кадров в секунду позволяет определить длительность с точностью примерно до 33 миллисекунд. Для бытовой оценки этого может быть достаточно, но короткое моргание будет представлено всего несколькими кадрами.

Более точный результат дают:

• смартфон в режиме замедленной съёмки — 120 или 240 кадров в секунду;

• высокоскоростная видеокамера — 500–1000 кадров в секунду и более;

• инфракрасная камера, позволяющая проводить измерения при слабом освещении.

Камеру устанавливают перед человеком так, чтобы хорошо было видно верхнее веко. Желательно использовать штатив, постоянное освещение и не слишком яркий свет, который может изменить частоту и характер моргания.

После записи отмечают:

1. последний кадр перед началом движения века;

2. кадр, на котором веко начинает опускаться;

3. момент максимального закрытия глаза;

4. кадр, на котором глаз снова полностью или почти полностью открыт.

Длительность рассчитывают по формуле:

Длительность моргания = количество кадров моргания / частота съёмки.

Например, если при съёмке 240 кадров в секунду моргание заняло 30 кадров, его длительность составляет:

30 / 240 = 0,125 секунды, то есть 125 миллисекунд.

Для автоматической обработки видеозаписи можно использовать программы, которые отслеживают положение век, площадь видимой части глаза или расстояние между верхним и нижним веком. Один из распространённых показателей — отношение высоты глазной щели к её ширине. При моргании этот показатель резко уменьшается.

Айтрекинг

Айтрекер — прибор для регистрации положения и движения глаз. Многие современные системы одновременно отслеживают зрачок, отражение инфракрасного света от роговицы и степень закрытия века.

Айтрекинг позволяет автоматически определять:

• начало моргания;

• максимальное закрытие глаза;

• окончание моргания;

• частоту моргания;

• неполные моргания;

• длительные закрытия глаз.

Точность зависит от частоты регистрации прибора. Айтрекер с частотой 60 Гц производит измерение каждые 16,7 миллисекунды, а прибор с частотой 500 Гц — каждые 2 миллисекунды. Для научных и медицинских исследований обычно предпочтительна частота не менее 200–250 Гц.

Недостаток метода заключается в том, что некоторые приборы отмечают моргание как временную потерю сигнала зрачка. В этом случае начало и окончание моргания могут определяться не по реальному движению века, а по моментам исчезновения и повторного появления зрачка.

Электроокулография

Электроокулография, или ЭОГ, основана на регистрации электрического потенциала между передней и задней частями глазного яблока. Электроды размещают на коже рядом с глазом. Во время моргания положение века и глазного яблока меняется, что вызывает характерный электрический сигнал.

Для регистрации моргания обычно используют вертикальный канал: один электрод устанавливают над глазом, второй — под глазом. На записи моргание выглядит как выраженный импульс.

Длительность определяют по времени между началом отклонения сигнала от исходного уровня и его возвращением к исходному уровню.

Преимущества ЭОГ:

• высокая временная точность;

• возможность длительной записи;

• возможность измерения моргания с закрытыми глазами или при плохом освещении;

• удобство при исследовании сна, усталости и внимания.

Недостатки:

• сигнал зависит от движения глаз, мышц лица и положения электродов;

• необходимо фильтровать помехи;

• трудно точно определить степень закрытия века;

• электроды могут немного влиять на естественное поведение человека.

Частота регистрации должна быть достаточно высокой. Для оценки длительности моргания обычно используют не менее 200–500 измерений в секунду.

Электромиография

Электромиография регистрирует активность круговой мышцы глаза, которая участвует в закрывании век. Небольшие поверхностные электроды размещают рядом с наружным углом глаза или под глазом.

ЭМГ хорошо показывает момент начала мышечного сокращения и его продолжительность. Метод особенно полезен, когда нужно изучить не только движение века, но и работу мышц.

Однако электрическая активность мышцы и видимое движение века начинаются и заканчиваются не строго одновременно. Поэтому длительность ЭМГ-сигнала не всегда полностью совпадает с визуальной длительностью моргания.

Оптические датчики

Можно использовать небольшой инфракрасный датчик, состоящий из излучателя и фотоприёмника. Он направляется на область века или глаза. При закрывании века количество отражённого света меняется, и прибор регистрирует начало и окончание моргания.

Такие датчики применяются:

• в системах контроля усталости водителей;

• в защитных очках;

• в носимых устройствах;

• в лабораторных установках.

Преимущества — компактность, высокая скорость регистрации и возможность автоматического подсчёта морганий. Недостаток — зависимость сигнала от положения датчика, движений головы, ресниц, очков и внешнего освещения.

Магнитные и контактные методы

В специальных исследованиях на веко может устанавливаться небольшой магнит, а рядом с глазом — магнитный датчик. По изменению магнитного поля определяют положение века и длительность моргания.

Существуют также контактные и механические датчики, фиксирующие движение века, но они применяются редко, поскольку могут раздражать глаз и изменять естественное моргание.

Наблюдение с секундомером

Измерять отдельное моргание обычным секундомером практически бессмысленно. Типичное моргание длится доли секунды, поэтому время реакции человека будет сопоставимо с измеряемым интервалом или даже превысит его.

Секундомер можно использовать только для приблизительной оценки длительного закрытия глаз или для измерения общей продолжительности серии морганий.

Какая точность нужна

Выбор прибора зависит от цели:

• для домашнего наблюдения подходит смартфон со съёмкой 120–240 кадров в секунду;

• для учебного эксперимента можно использовать высокоскоростную видеозапись или недорогой айтрекер;

• для научного исследования предпочтительны айтрекер, высокоскоростная камера, ЭОГ или сочетание нескольких методов;

• для медицинской диагностики метод должен выбирать специалист, поскольку важны не только длительность, но и симметрия, полнота закрытия век и работа мышц.

При частоте регистрации 30 Гц временное разрешение составляет около 33 миллисекунд, при 120 Гц — около 8,3 миллисекунды, при 240 Гц — около 4,2 миллисекунды, при 1000 Гц — 1 миллисекунду.

Как провести простое измерение дома

Наиболее практичный вариант:

1. Установить смартфон на устойчивую опору перед лицом.

2. Включить режим замедленной съёмки 120 или 240 кадров в секунду.

3. Обеспечить равномерное, не слишком яркое освещение.

4. Записать не одно, а 20–30 естественных морганий.

5. Просмотреть видео покадрово.

6. Для каждого моргания отметить начало движения века и момент полного повторного открытия.

7. Рассчитать длительность каждого моргания.

8. Найти среднее значение и разброс результатов.

Измерение нескольких морганий необходимо, потому что их длительность меняется в зависимости от усталости, сухости глаз, освещения, концентрации внимания, использования контактных линз и других факторов.

У взрослого человека обычное спонтанное моргание чаще всего длится приблизительно от 100 до 400 миллисекунд, но конкретное значение зависит от метода определения начала и окончания движения. Более длительное закрытие глаз может быть связано не с обычным морганием, а с усталостью, сонливостью или произвольным зажмуриванием.

Для наиболее объективного результата следует одновременно записывать видео и сигнал ЭОГ или ЭМГ. Видео показывает реальное положение века, а электрический метод обеспечивает высокую точность определения времени начала движения.