Аспирантка МГУ разработала приложение для контроля эмоционального состояния космонавтов

Завершился Всероссийский молодежный конкурс научно-технических работ «Орбита молодежи»-2022. По итогам работы секции «Пилотируемые космические полеты, технические и программные решения в интересах пилотируемой космонавтики. Фундаментальные космические исследования» первый диплом получила совместная работы аспирантки факультета космических исследований Яны Миняйло и научного сотрудника Центра подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина Андрея Спирина.

Их работа посвящена созданию приложения для дистанционной диагностики психоэмоционального состояния человека. Его разработали с целью тестирования состояния космонавтов в космическом полете. Также оно будет полезно для тех, кто хочет провести самотестирование.

В основе работы лежит методика тестирования глаз человека на частотно-контрастную чувствительность «Эрготест-3», разработанная в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина.

В ходе тестирования человек сидит перед экраном компьютера. На нем появляются изображения, заполненные белым шумом, среди которого можно различить пятно черно-белых полос. В каждой новой картинке может измениться положение пятна и частота полос. Человеку нужно указать, с какой стороны экрана – правой или левой – он видит эти полосы. В какой-то момент, при достижении очень большой частоты полос, человек может их вообще не различить на фоне белого шума и ответить неправильно. Запоминая ответы человека и сравнивая их с правильными, компьютер вычисляет порог частотно-контрастной чувствительности глаза, а врач делает вывод о психоэмоциональном состоянии пациента.

Яна рассказала о сути работы и своём участии в проекте:

«Наша задача состояла в том, чтобы создать собственный алгоритм генерирования таких изображений и перенести его в приложение для смартфона. Тогда любой желающий, в том числе космонавт, сможет провести самостоятельно экспресс диагностику своего состояния.

Моя задача заключалась в создании математической модели и алгоритма генерации этих изображений.

За основу я взяла трехмерный элемент Габора, который представляет из себя функцию Гаусса, промодулированную косинусом. Меня интересовала трехмерная поверхность элемента Габора сама по себе.

Если линейно нормировать функцию Габора и привести значения к диапазону от 0 до 250, то мы можем интерпретировать их как яркость точки изображения, где 0 – черный цвет, 250 – белый цвет. Тогда считая x и y координатами писксела на экране, а g(x, y) – значением яркости этого пиксела, мы сможем генерировать изображения как на рисунке 2. Фильтр Габора обеспечивает нам генерацию полос с переменной контрастностью, затухающей от центра к краям. Однако исходная функция Габора имеет постоянный период, который заложен в гармонической функции, а нам нужен переменный период, поэтому я заменила постоянную длину волны в косинусе, на убывающую функцию от координаты x.

На следующем этапе проекта было необходимо добиться случайности некоторых параметров и равномерного заполнения этими полосками правильного многоугольника для тестирования. Количество вершин – случайно, место появления многоугольника и его ориентация – случайны, размер – случаен, ориентация и максимальная длина волны полосок – тоже случайны. Для решения этой задачи я воспользовалась методами аналитической геометрии на плоскости и линейной алгебры.

Зачем все это было необходимо сделать? С целью исключить возможность у пользователя предугадывания положения фигуры или подсказок. Только компьютер наверняка знает, какая фигура появится на следующем изображении, а человеку остаётся положиться только на своё зрение.

Новизна нашей работы состоит еще и в том, что в нашем приложении человеку предстоит выбрать, не с какой стороны он видит фигуру (тут вероятность угадать 50%), а четверти, в которых расположена фигура. Просто угадать уже не получится».