第二章_眼睛运动的记录方法 19页

第二章眼睛运动的记录方法王福兴华中师范大学心理学院主要内容I第一节眼动记录的历史I第二节眼动记录的方法I第三节当代眼动记录方法与眼动仪华中师范大学心理学院2眼动实验室1\n注视追踪(eyetracking)的历史I眼动现象的发现A1879,法国的眼科医师LouisEmileJaval注意到阅读过程中眼睛并不是平滑的扫描（smoothsweeping）文字，而是有一些小的停止和颤动，他命名为注视和快速跳动(fixationsandquicksaccades)，我们只能通过注视获得环境中的信息。这一发现导致了20世纪对阅读和眼动的一系列研究。I1930sA注视追踪主要关注于应用研究(appliedresearchfocus)，尤其是实验心理学。I1950sAAlfredL.Yarbus发表了有关注视与感兴趣物体关系的文章，并且出版了EyeMovementsandVision(1967).眼动反应了人类的认知加工，眼动的研究受到重视。I1970sA随着眼动记录系统、计算机技术的发展和眼动仪准确性的提高、测查更加便利，注视追踪和眼动研究快速的发展。I1980sAM.JustandP.Carpenter提出了具有影响的眼-脑假设(eye-mindHypothesis),至今仍未研究者所接纳和采用，称为心理学眼动研究的基础。资料来源：http://www.eyetracking.com.ua/eng/history，0119-2010华中师范大学心理学院3眼动实验室眼动记录的历史回顾I眼动现象的发现A1879,法国的眼科医师LouisEmileJaval发现眼动现象。I1879-1920sA初期阶段，主要涉及眼动基本现象。I1930s-1970s中期A缓慢发展，主要关注于应用研究，尤其是实验心理学。ABuswell,G.T.Howpeoplelookatpictures.1935AYarbus,A.L.EyeMovementsandVision.1967I1970s中期-1998A发展时期，主要关注阅读，少部分基础心理研究和应用研究。I1998-A繁荣时期，研究主题涉及心理学的大多数方面。（资料参考：KeithRayner,1998）华中师范大学心理学院4眼动实验室2\n第二节眼动记录的方法I观察法I机械记录法I光学记录法I电流记录法华中师范大学心理学院5眼动实验室一观察法I直接观察A早期使用镜子作为工具，观察者站在被试身后。A窥视孔法。A显微镜，以被试眼球的血管作为参照。A观察法只能观察幅度较大的眼动(大于1度)，结果不够客观。I后像法A利用视觉后像的原理，以后像作为参照，借助后像自己观察眼动I评价A简单易行，无创伤，适合一些特殊的研究要求（婴幼儿）。A结果不够准确，基本上被淘汰。华中师范大学心理学院6眼动实验室3\n二机械记录法I原理A眼睛与记录装置连接，由机械传动实现眼动记录。I方法A角膜接触运动传递A环状物角膜吸附I评价A一般在严格的实验室研究中使用。A需要对眼睛进行局部麻醉，有一定的创伤性。A方法复杂，准确性差。华中师范大学心理学院7眼动实验室二机械记录法华中师范大学心理学院8眼动实验室4\n二机械记录法华中师范大学心理学院9眼动实验室三光学记录法I1反光记录法I2普通照相和电视电影摄像法I3角膜反光法I4光电记录法华中师范大学心理学院10眼动实验室5\n三光学记录法I1反光记录法A原理：镜子反光A具体操作C将小镜子附着在眼球表面；实验时头部固定，眼睛麻醉。C或通过隐形镜片固定镜子。CYarbus曾用吸盘固定镜片。A评价C相对比较精确C对被试要求严格，要求眼睛要大，眼睑要长，结膜对麻醉药不过敏。C记录过程中容易产生误差。华中师范大学心理学院11眼动实验室三光学记录法I2普通照相和电视电影摄像法A原理：C通过静止参照点（颜色涂在角膜上或眼睛表面的血管），将参照点和眼睛某一特定位置连续运动一起拍摄，然后进行分析。不允许头动，需要Bitebar。A使用C对眼睛和面部同时拍摄，提高精确性。C水银涂于角膜，作为参照。C放大26倍的角膜血管。C电视眼动记录，同时呈现两个刺激。A评价C相对精确，但是操作不够方便。华中师范大学心理学院12眼动实验室6\n三光学记录法I3角膜反光法A原理：C利用角膜反光的特性。C眼球运动过程中，角膜对来自固定光源的光的反射角度会变化。A使用CDodge&Cline(1901),Stratton(1902,1906)最早使用角膜反光记录。华中师范大学心理学院13眼动实验室三光学记录法I3角膜反光法华中师范大学心理学院14眼动实验室7\n三光学记录法I普肯野成像(Purkinjeimage/reflection)A由眼睛的若干光学界面反射形成的图像。C第一普肯野图像：角膜反光。C第二普肯野图像：角膜后反光。C第三普肯野图像：晶状体前反光。C第四普肯野图像：晶状体后反光。A应用C第二、三图像放射量小，不容易观测到。C追踪第一、四图像，根据它们间的变化确定眼睛注视的位置。C70年代，开发出了双普肯野成像眼动仪。C普肯野成像的特点是精确，不过量测Purkinje-images的设备价格相当昂贵，因此无法被普遍的采用华中师范大学心理学院15眼动实验室三光学记录法I虹膜-巩膜反射法(iris-scleralreflectionmethod)A也成为虹膜-角膜边界探测法或者边界追踪技术（LimbusTracking）A虹膜和巩膜间存在明显的界线，它们各自对红外线的反射也存在差异，巩膜比虹膜反射更多的光。A此方法的最大缺点是不容易清楚取出虹膜外围，且上下边界容易为眼睑所遮蔽，因此分辨率会受到限制。华中师范大学心理学院16眼动实验室8\n三光学记录法I边界追踪技术（LimbusTracking）华中师范大学心理学院17眼动实验室三光学记录法I现代眼动仪A使用dark/brightpupil-cornealreflection,一般使用第一普肯野图像。A瞳孔追踪（PupilTracking）C使用红外线光源来照射眼部时，因为瞳孔对红外线的反射性低，而虹膜对红外线的反射性较高，会造成影像中瞳孔与虹膜的亮度差异变大，而虹膜与巩膜（眼白）之间的亮度差异变小。这种与一般白色光源不同的特点，使我们较易析取瞳孔的轮廓外围。这种靠观测瞳孔位置来判断注视方向的追踪技术称为瞳孔追踪。A瞳孔-角膜反射(pupil-cornealreflection)C利用LED红外光源在眼球角膜外围反射出来的反光点（glint，第一普肯野？），与从瞳孔反射的亮眼（bright-eye）之间相对位置的改变来推断眼动。Cbrightordarkpupilhelpsthesystemtorecognizepupilfromvideoimage华中师范大学心理学院18眼动实验室9\n三光学记录法I瞳孔-角膜反射(Twopointvideo-basedmethod)I角膜反光法A评价C眼睛不需要任何装置，更加自然。C被大多数眼动仪所普遍使用。C更加准确。华中师范大学心理学院19眼动实验室三光学记录法I4光电记录法A原理C将红外线照射在被试眼睛上，一半的光线落在巩膜上，一半落在虹膜上，虹膜的吸光能力比巩膜强，巩膜的部份几乎会完全反射。红外线光接收器会将反射出的红外线光转换成电流信号，经差动放大之后，便可藉此信号的大小来判断眼球转动。C此种眼动技术的优点是容易使用且便宜，其缺点是容易受到背景光的影响，且近距离使用红外线对眼睛的伤害难以评估。华中师范大学心理学院20眼动实验室10\nASL4000-series(1996)IMaincomponentsAFloormountedopticsAControlunitA2computers(control&subject)IHeadmovements(partially)compensatedwithtrackingmirrorsandextendedheadmovementoptionsITemporalresolution50HzISpatialresolution0.5OITracksonlyoneeyeIPooranalysingsoftwareandnoAPI华中师范大学心理学院21眼动实验室四电流记录法I1电流记录A原理C眼球运动可以产生生物电，角膜和视网膜间存在电位差。C这种方法又称眼动电图记录法(electrooculography,EOG)，C眼球左右偏转时电极间所产生之正负电位差，当眼球向右偏转时，电极间会有一个正的电位差，向左偏转时电极间便会产生一个负的电位差华中师范大学心理学院22眼动实验室11\n四电流记录法I电流记录的评价A优点C头部运动不受影响；记录不接触眼睛，价格相对低廉。C主要用于神经学诊断(neurologicaldiagnosis)。A缺点C不是眼动的实际运动，需要靠电位差推算。C个体的间的电位差有很大的差异性。CEOG信号比较弱，受到皮肤电位的影响。C准确性相对比较差，准确度为1.5-2.0度。C皮肤的电阻会因为角质的分泌物造成电信号的不稳定。华中师范大学心理学院23眼动实验室四电流记录法I2电磁记录A20世纪60年代首创了电磁感应法。A原理C利用装有探察线圈(searchcoil)的隐形镜片附在眼睛上，通过感应电压检测眼球运动。A应用C技巧是在两片软式镜片中间加入感应线圈，并且事先在眼球四周围加上固定磁场，当眼球运动时会带动镜片，感应线圈会因磁通量变化而产生感应电动势，感应电动势大小即代表眼球偏转之角度，将信号放大后即可记录眼球运动状况。C荷兰Skalar公司以生产电磁眼动记录系统闻名。A评价C价格昂贵；会有不舒服的感觉，影响注视；容易受到被试当时眼球状况的影响，如眼球分泌物等；不能头动；其装置庞大、无法携带。华中师范大学心理学院24眼动实验室12\n第三节当代眼动记录方法与眼动仪I光学记录A美国ASL501，504；加拿大EyeLink1000，2000；法国Metrovision的MonVOG1和MonVOG2；德国SMIHED；美国FourwardTechnology产品。I电流记录A法国Metrovision公司，I电磁感应A荷兰Skalar公司。华中师范大学心理学院25眼动实验室眼动仪的发展历史I第一代A接触式测量(eyeinheadmeasurement)A比如：巩膜接触镜片/探查线圈(scleralcontactlens/searchcoil）,（眼电图记录electro-oculography)I第二代A照相、视频眼动记录(photo-andvideo-oculography)I第三代A基于瞳孔/角膜反射的模拟视频记录(analogvideo-basedcombinedpupil/cornealreflection)I第四代A基于瞳孔/角膜反射的数字视频记录（digitalvideo-basedcombinedpupil/cornealreflection）,同时融合了计算视觉技术(computervisiontechniques)和数字信号处理(DigitalSignalProcessors(DSPs))See:Duchowski,A.T.(2007).Eyetrackingmethodology:Theoryandpractice:Springer-VerlagNewYorkInc.华中师范大学心理学院26眼动实验室13\n眼动仪的发展I新旧仪器的比较See:Duchowski,A.T.(2007).Eyetrackingmethodology:Theoryandpractice:Springer-VerlagNewYorkInc.华中师范大学心理学院27眼动实验室眼动仪的发展I新旧系统的比较See:Duchowski,A.T.(2007).Eyetrackingmethodology:Theoryandpractice:Springer-VerlagNewYorkInc.华中师范大学心理学院28眼动实验室14\n国内常用的眼动仪IEyeLinkIASLISMIITobii华中师范大学心理学院29眼动实验室EyeLink华中师范大学心理学院30眼动实验室15\nASLEyetracker华中师范大学心理学院31眼动实验室SMIiViewXHEDsystem华中师范大学心理学院32眼动实验室16\nTobii华中师范大学心理学院33眼动实验室Tobii华中师范大学心理学院34眼动实验室17\n眼动仪发展的趋势I计算机技术的应用，提高了眼动仪的性能。I眼动记录技术更加趋于自然，生态效度更高。I眼动仪与其他仪器联合使用（ERPs,fMRI），使得研究更加深入。I眼动记录技术朝多样化、多用途发展(眼动控制鼠标)。华中师范大学心理学院35眼动实验室推荐阅读IDuchowski,A.T.(2007).Eyetrackingmethodology:Theoryandpractice:Springer-VerlagNewYorkInc.Chapter5I闫国利,田宏杰.眼动记录技术与方法综述.应用心理学,2004,10(2):55–58.I闫国利.眼动记录方法综述.心理科学,1995,18(3):166–170.华中师范大学心理学院36眼动实验室18\nfxwang@mail.ccnu.edu.cn19