Оцінки точності ідентифікації око-рухової системи людини за допомогою ступінчатих тестових сигналів

Анотація

Для математичного моделювання око-рухової системи (ОРС) людини використовуються інтегральні нелінійні моделі, які одночасно враховують нелінійну динаміку та інерційні властивості об'єкта дослідження. На основі даних експериментальних досліджень ОРС "вхід-вихід" визначаються діагональні перетини багатовимірних перехідних характеристик (БПХ) другого та третього порядків. Для отримання експериментальних даних застосовується інноваційна технологія айтрекінгу, що дозволяє реєструвати відгуки ока на тестові візуальні стимули. Мета роботи полягає в дослідженні точності ідентифікації ОРС за даними айтрекінгу шляхом оцінки похибок обчислення БПХ при використанні трьох методів нелінійної динамічної ідентифікації: апроксимаційного, компенсаційного та методу найменших квадратів (МНК) на основі моделей у вигляді інтегро-степеневих рядів (ІСР) та інтегро-степеневих поліномів (ІСП). Об’єктом дослідження є процес непараметричної ідентифікації ОРС на основі моделей Вольтерри у часовій області. Предметом дослідження є обчислювальні та програмні засоби визначення динамічних характеристик ОРС за даними айтрекінгу, аналіз точності отриманих моделей при використанні зазначених методів. Отримано оцінки точності побудованих різних моделей ОРС (лінійної, квадратичної та кубічної) за даними трьох відгуків на тестові сигнали різної амплітуди. Для апроксимаційного методу та МНК при використанні однакових тестових сигналів було отримано однакові моделі, оскільки в області збіжності ІСР ці моделі співпадають. Компенсаційний метод вимагає мінімальних обчислювальних ресурсів порівняно з іншими методами, проте моделі, побудовані при його використанні, мають значні похибки, що робить їх непридатними в діагностичних дослідженнях.При побудові моделей третього порядку проявляється нестабільність отриманих оцінок перехідних характеристик. На основі аналізу похибок оцінки динамічних характеристик ОРС встановлено, що квадратична модель побудована за допомогою МНК на основі трьох відгуків є найкращою серед досліджуваних моделей. Таким чином, у подальших дослідженнях психофізіологічного стану людини на основі нелінійних динамічних моделей ОРС за даними трьох відгуків доцільно використовувати модель у вигляді квадратичного ІСП.