本文關鍵詞：基于前庭功能的頭眼運動建模與應用

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【摘要】：近年來,隨著人類科技的不斷發(fā)展,人類對自身奧秘的興趣越來越濃,而大腦又是人體最精密的結構,相關領域的研究也顯得越來越受到人們的重視,而頭眼運動的研究是其中較新較熱門的一個研究領域。頭眼運動系統是人體對自身加速度的自適應調節(jié)系統。前庭系統是頭眼運動系統的核心。前庭系統是所有生物自身運動狀態(tài)的反映器官,也是自身空間狀態(tài)的感受器官。人體自身運動狀態(tài)的信息通過神經傳遞到前庭系統,前庭系統再通過一系列處理,形成各種神經信號或者各種興奮信號傳遞到需要此類信息的各種器官。人體頭眼運動就是前庭系統功能的一種運用。人體的運動信息通過前庭系統傳遞到眼球,產生眼球的運動,震顫,旋轉等。而頭眼運動的研究可以應用到很多領域,比如說眩暈檢測,飛行員狀態(tài)監(jiān)測,錯覺檢測等等。本文主要就頭眼運動系統進行建模,整合前人關于前庭和半規(guī)管的一些研究成果,提出根據人體加速度來模擬人體前庭系統對人體加速度的處理流程。本文詳細的內容如下：第一章,主要介紹了頭眼運動研究的意義,頭眼運動的研究應用領域很廣,眩暈檢測,生理系統檢測,錯覺檢測等等。第二小節(jié)主要簡述了本文中會使用的一些數學工具,包括分數階微積分,M-L函數,旋轉矩陣,其中三維旋轉變換矩陣是本為用的最主要的數學工具。對于三維旋轉,有三種表示方法：四元數,歐拉角和旋轉變換矩陣。分析了三種方法的優(yōu)缺點,以及為什么本文要采用變換矩陣來表示旋轉。第二章,主要介紹了頭眼運動系統的生理學研究背景,頭眼運動系統主要分為2部分：前庭系統和眼動系統,第一小節(jié)主要介紹了前庭,半規(guī)管以及他們周圍的生理結構構成,還介紹了頭眼運動生理響應流程,明確了頭眼運動研究的理論基礎以及可行性。以頭部右轉為例,簡述了眼球對于頭部右轉的響應過程。第二小節(jié)主要介紹了頭眼運動系統中眼動系統部分主要運動模式和本文當中實際測量環(huán)境中眼動的策略。第三章,主要介紹了關于前庭系統的目前的理論研究成果,前庭器官是主要反映人體直接加速度的,半規(guī)管系統主要反映人體旋轉的。對于前庭器官,首先介紹了Grant等人的研究成果,分析了不足,又介紹了蘇海軍等人對Grant等人模型的改進解和高精度解,并根據解分析了一些重要參數的范圍,對模型的影響。半規(guī)管對人體旋轉運動的響應,這方面Buskirk等人做出了不小的貢獻,在第二節(jié)介紹了他們的研究成果,分析了模型的缺點,最后引入了徐明瑜,蘇海軍等人對模型的精確解。第四章,主要介紹了對頭眼運動的整體建模的過程。頭眼運動系統是一個整體的系統,而前人對頭眼運動系統方面的研究主要著重于系統的某一方面進行理論研究,缺乏一些對實際應用方面的實踐,并且沒有將模型整合起來來整體研究頭眼運動系統,應用領域相對來說就要小的多,所以論文主要針對頭眼運動系統整體建模,從整體上考慮頭眼運動,可以運用在很多領域,比如眩暈檢測等等。本章所介紹的模型針對的是眼球的平滑跟蹤運動,然后針對頭眼運動系統進行了系統建模。第五章,首先用對簡單的情況進行了仿真,確定了模型中的一些參數,然后用實際測量眼球數據與模型模擬結果進行了對比,結果符合理論預期,證明了模型的有效性,第六章,總結了全文,根據模擬結果提出了模型的缺點,限制,明確了未來改進的途徑和方向,模型進一步發(fā)展,應用的方向。
【關鍵詞】：頭眼運動 前庭系統 建模
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R318.0
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 頭眼運動研究意義和應用前景9-12
• 1.1.1 眩暈檢測10
• 1.1.2 錯覺10-12
• 1.2 國內外相關研究現狀12-13
• 1.3 本文組織架構13-14
• 1.4 本章小結14-15
• 2 頭眼運動系統簡介15-26
• 2.1 前庭系統簡介15-17
• 2.2 眼球運動模式17-20
• 2.3 相關數學工具20-25
• 2.3.1 分數階微積分20-21
• 2.3.2 Mittag-Leffler函數21
• 2.3.3 旋轉矩陣21-25
• 2.4 本章小結25-26
• 3 前庭系統模型研究現狀26-35
• 3.1 直線變速運動耳石模型26-30
• 3.2 頭部轉動半規(guī)管模型30-34
• 3.3 本章小結34-35
• 4 頭眼運動模型研究35-40
• 4.1 頭眼運動系統數據處理流程35-39
• 4.1.1 確定坐標系35
• 4.1.2 加速度處理35-36
• 4.1.3 整體數據處理流程36-37
• 4.1.4 數據處理數學分析37-39
• 4.2 本章小結39-40
• 5 仿真實驗40-48
• 5.1 實驗參數的確定40-42
• 5.1.1 常規(guī)參數40
• 5.1.2 影響時間選擇40-42
• 5.1.3 實驗數據處理流程42
• 5.2 實際數據對比42-47
• 5.3 本章小結47-48
• 6 結論48-49
• 參考文獻49-51
• 致謝51-53

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