眼动仪的开发现状及其在运动心理领域的应用 4页

2007年3月首都体育学院学报March.2007第19卷第2期JournalofCapitalInstituteofPhysicalEducationVol.19No.2眼动仪的开发现状及其在运动心理领域的应用OntheStatusoftheDevelopmentofEye-movementMeasuringDeviceandItsApplicationinSportPsychology张
森,李京诚,徐守森,高晓东,江
智ZHANGSen,LIJing-cheng,XUShou-sen,GAOXiao-dong,JIANGZhi摘
要:目前眼动仪的开发主要采用电流记录法、电磁感应法和光学记录法(包括角膜反射法和虹膜
巩膜反射法)三种技术;高速、高精确度,与高新技术相结合,开发与应用更趋于自然,多样化是眼动仪的发展特点;在运动心理领域应用眼动仪呈现了研究生态学效度的提高,视觉信息的有效获得与反馈的特点;本领域先进仪器的应用比其他领域少,自然环境条件下仪器的使用受限,记录视觉纵深变化的功能不能较好地实现,现有头盔式眼动仪在数据采集和处理上还未达到记录阅读眼动状况仪器系统的水平,眼动仪与反应时测试仪等反映心理认知特点的仪器的结合还未能实现是当前运动心理领域应用眼动仪存在的主要局限。关键词:眼动仪;电流记录法;电磁感应记录法;光学记录法;角膜反射法;虹膜
巩膜反射法中图分类号:G804.8
文章编号:1009-783X(2007)02-0043-03
文献标识码:AAbstract:Currently,thedevelopmentofeye-movementmeasuringdevicemainlyfocusesonelectriccurrent-recordingmethod,magnetic-inductionmethodandoptica-lrecordingmethodwhichincludescornealreflectionandiris-scleralreflectionmethods.Thedevelo-pingfeaturesofthedevicearehigh-speed,high-accuracy,integrationwithnewandad-vancedtechniquesandmorenaturalandvariedinitsdevelopmentandapplication.Appl-icationofitinthefieldofsportpsychologyhasthefollowingtwocharacteristics:thein-creaseofecologicaleffectsinresearchandtheeffectiveacquisitionandfeedbackofvisualinformation.Limitsofitinthisfieldarethatapplicationofadvanceddevicesinthisfieldislessthaninotherfield;therearelimitationsusingthedeviceundernaturalconditions;thefunctionofrecordingeye-movementin-depthhasnotbeenrealized;thecurrenthe-lmet-typeofeye-movementmeasuringdevicehasnotreachedthelevelofrecordingtheeye-movementstatusinthedevicesystemindatacollectingandprocessing;thecombina-tionofeye-movementmeasuringdeviceanddevicesreflectingcognitivefeaturessuchasreaction-timemeasurementdevicehasnotbeenfulfilled.Keywords:Eye-movementmeasuringdevice;Electriccurrent-recordingmethod;Magnet-ic-inductionmethod;Optica-lrecordingmethod;Cornealreflectionmethod;Iris-scleralre-flectionmethod

眼睛是外界信息进入人脑的主要通道,对其活动情况的据英国Derby大学行为科学研究所DavidWoodling教授建研究有助于理解人类的信息加工过程。对眼动的关注,引起立的眼动仪数据库网站公布的结果,目前世界上约有44家[1]了人们对眼动记录法的开发兴趣。眼动记录法是指利用眼生产眼动仪的厂家。动记录仪记录和分析人们在注视过程中的各项眼动指标,并1.1
国外眼动仪的开发现状[2]以此揭示人们的心理加工过程和规律的一种研究方法。一韩玉昌(2000)认为,有代表性的眼动记录方法有:1)百多年来,科学家们一直致力于改进眼动记录技术的工作,直接观察法,即用肉眼直接观察被试的眼动情况。2)后像并取得了一定的成就。法,即利用闪光灯的高亮度闪光产生的视觉后像来研究人的随着运动心理学的迅速发展,越来越多的体育运动实践眼动。3)机械记录法,包括头部支点杠杆法、气动方法、角膜吸附环状物法。4)电流记录法,包括电流记录法和电磁感应者和科研人员更加清晰地认识到运动心理学的重要性,对运法。5)光学记录法,包括反光记录法、影视法、角膜反光法、动心理学的研究提出了更高的要求,越来越多先进的研究方法和工具被应用到此领域的研究中去。眼动仪正是其中一收稿日期:2006-05-23种重要的研究工具。作者简介:张森(1982-),男,硕士研究生,研究方向为运动心理学;1
眼动仪的开发现状李京城(1960-),男,湖南人,博士,教授,研究方向为青少年学生体育参与的心理动力。

眼动仪是测试人眼活动情况和研究有关心理过程的专作者单位:首都体育学院,北京100088用仪器。它的研制很早就已经开始了,到现在,眼动记录技CapitalInstituteofPhysicalEducation,Beijing100088,术已发展得比较完善,很多公司已将眼动仪开发成产品。根China.43\n综述报告首都体育学院学报
第19卷
光电记录法。隋雪(2003)[3]认为,随着眼动研究方法的不断致被试的视敏度下降以及在实验中存在不适感;实验中被试更新,新型仪器也将不断出现。的头部也不能够移动。由于直接观察法、后像法和机械记录法的技术落后、准1.1.3
应用光学记录法的眼动仪确性和精确性差,现代研究已不采用。从当前眼动研究的文利用光学原理直接记录眼动,是眼动实验中历史最长,献可以看出,电流记录法、电磁感应记录法和光学记录法及研究成果最多的方法,也是现代眼动仪中最主要的类型。其其相应的仪器设备应用得最多。中包括根据瞳孔/角膜的反射法原理生产的眼动仪和根据虹1.1.1
应用电流记录法的眼动仪膜-巩膜反射法原理生产的眼动仪。下面介绍其中一些仪利用电流记录法生产的眼动仪有法国Metrovision公司器的性能和特点(见表1)。生产的ModelMonEOG眼动仪。这种仪器不能够记录和分根据角膜反射法原理生产的眼动仪有美国应用科学实析眼动轨迹和瞳孔直径,但可以记录水平和垂直方向的眼动验室(ASL)生产的EVM3200型眼动仪、R6型和H6型单目情况及幼儿的眼动轨迹[1]。眼动系统、4000型和6000型系列眼动仪;加拿大SR公司生应用电流记录法的眼动仪有两点好处:1)头部的运动不产的EyelinkⅡ型头盔式眼动仪;法国Metrovision公司生产会影响记录结果;2)记录时不用直接接触眼睛。其不足是:的MonVOG1型和MonVOG2型眼动仪;美国FourwardOp-用它记录的不是眼球的实际运动情况,而是电位差的相对数ticalTechnology公司生产的第六代双普金野眼动仪;德国值,需要进一步推算才能把眼动的确切运动情况计算出SMI公司生产的iViewX眼动仪、3DVOG三维眼动仪、[1]来。同时每个人的电位差不同,差异很大,甚至同一被试MeyeTrack型眼动仪;澳大利亚SEEINGMACHINE公司的在不同时间接受同一实验也存在差别,这就使测试数据可能faceLAB4型眼动仪等。根据虹膜-巩膜反射法原理生产的存在较大误差。眼动仪有ASL-310型眼动仪,荷兰的IRIS型眼动仪等。1.1.2
应用电磁感应法的眼动仪1.2
国内眼动仪的开发利用电磁感应法生产的眼动仪有荷兰SKALAR公司生国内在眼动仪的研制与开发方面起步较晚。20世纪80产的电磁感应眼动记录系统(ScleraSearchCoilsSystems)。年代末,中国科学院上海生理研究所的张名魁和孙复川研制它使用硅胶隐性眼镜片,其中装有探测线圈。线圈中存在感了红外光电反射眼动测量系统。它通过红外发光管、光敏管应电压,通过对感应电压的检测,可以精确地测量垂直和水发射和接收眼球左右运动时角膜与巩膜反射红外光线大小[1,5]平方向的眼动。使用它时,由于眼部佩戴了隐形镜片,会导的变化来测量眼动。表1
五种眼动仪的性能和特点iViewX(包括①iViewXHED,②名称EVM3200型R6型单目眼动系统EyelinkⅡ型ASL-310型iViewXRED,③iViewXH-iSpeed)系统构造包括:控制单元(包括包括:6000系列控制包括:测试主计算机、①头盔式视觉追踪眼动仪,包括:iView包括一个小型控电子单元、主处理机和单元,远置光学系统,图像显示计算机和头PC测试计算机、StimulusPC图像显示制单元和一个传视频监视器)、光学探远置彩色摄像头,2个盔。计算机和1个头盔。②遥控视线追踪感器组件。头(包括瞳孔摄像机、(9英寸)黑白监视器,眼动仪,包括:iViewPC测试计算机、定位摄像机和照灯)和EYEPOS操作软件,StimulusPC图像显示计算机和RED-场景摄像机。EYENAL数据分析软Ⅲ摄像头。③高速视线追踪眼动仪,包件,软件开发工具包。括:iViewPC测试计算机、StimulusPC图像显示计算机和测试托架。技术参数采样率:50Hz,即以50采样率:50Hz或采样率:500Hz;头部①采样率:50/60Hz,注视点精确度:采样率:1000Hz,次/秒的速度纪录被试60Hz、120Hz和旋转校正范围:
15
;0.5
~1.0
,视觉范围:水平
30
、垂直系统精确度:水平的注视时间、次数等眼240Hz,系统精确度:准确度、平均注视位置
25
。②采样率:50/60Hz,注视点精1
、垂直2
,系统动数据;实际眼位与测0.5
视角范围,头部移误差<0.5
,视角约为确度:0.5
~1.0
,物象
捕捉摄像机精密度:水平0.量计算的误差
1
;视动范围:1平方英尺,28
22
。实时操作反操作距离:0.4~1m,头部注视区域为25
、垂直1
,视觉觉范围:水平40
,垂光学系统距眼睛最大馈,最小时滞<3毫妙在80cm远处形成40
40cm范围。范围:水平30
、直30
[4]。距离:40英寸,视觉范(ms)。③采样率:1250Hz/350Hz,注视点精确垂直30
。围:水平50
,垂直度<0.5
,视觉范围:水平
30
,垂直40
。30
/-45
。特点采用了计算机、远红外被试不用带头盔,但所准确度高、误差小,头操作简单易学、使用灵活、性能稳定、记输出的是电信号,线定位和摄像等高新提供的刺激物仅限于盔轻便,和大多数眼镜录准确、头盔轻便、可与其他仪器或软易于与计算机连技术,数据系统记录容单一平面;采用亮瞳孔或隐形眼镜兼容,易于件结合使用等。接;具有高频特量大、速度快、精度高。技术,捕获能力高、对设置、定标和校正。性。比效果好。

20世纪90年代,西安电子科技大学研制了头盔式眼动一些粗糙的眼动记录方法逐渐被淘汰,眼动仪的记录速度和[1,6]精度等将不断提高。一些高新技术,如红外线定位技术、电仪
西电.3B型头盔式眼动测量仪。该系统主要由头箍及光学系统、瞳孔中心提取系统、视景和瞳孔坐标叠加系统、子计算机技术等与眼动仪有机结合。第二,开发与应用将更图像和数据记录系统以及数据后处理软件组成。它是一种加趋于自然。眼动仪逐渐由固定、体积大且不便携向着可移中精度的双眼眼动仪,利用红外摄像法原理获取双眼的图动、小型化和便携式的方向发展。小型化和便携式眼动仪使像,用高速信号处理的方法实时提取瞳孔中心的坐标,再与得眼动研究可以更加深入到人们的工作、学习和生活情境[7]中[8]。第三,应用将朝着多样化方向发展。眼动仪与其他仪外景图像迭合。这款仪器的优点:1)价格低,不到进口产品的十分之一;2)具有全部的自主知识产权,便于自行扩展器联合使用,使得人们对心理现象的生理机制研究更深入了[9]和改进。其缺点:1)采样频率较低,只有50Hz;2)头盔系手一步。同时一些研究者还将尽可能拓宽眼动仪的功能,使之既可用于视觉的科学研究也可用于临床医疗诊断[2]。工制造,重量偏大。1.3
眼动仪的发展特点2
眼动仪在运动心理领域的应用通过分析眼动记录法的发展历程及目前一些常用眼动2.1
运动心理领域应用眼动仪的一般特点仪的性能,可以对眼动仪的发展特点进行初步的总结:第一,运动心理领域已有的眼动研究大多都是采用上述公司44\n第2期张
森,等:眼动仪的开发现状及其在运动心理领域的应用综述报告生产的眼动仪。如张运亮等(2004),张忠秋等(2001),蔡赓适合在现实情境中使用的新型仪器也逐渐被应用到体育运等(2001),Petrakis(1993),Helsen和Pauwels(1993),Ripoll动中,这样获得的实验结果更具有实际意义。第二,有利于等(1993),Mockel和Heemsoth(1984),Bard和Fleury了解运动员在运动实践过程中每一时刻的视觉信息。这种[10-17](1981)等研究(见表2)。信息一方面,有利于运动员和裁判员赛后获得准确的信息反分析已有研究可以看出,应用眼动仪开展运动心理学研馈,提高运动水平和裁判水平;另一方面,有利于教练员有的[18]究有以下特点:第一,提高了研究的生态学效度。这些实验放矢地对运动员进行指导。都尽力使实验情境与真实情境二者更加接近;此外一些更加表2
运动心理领域应用眼动仪的研究EMR-600角膜NACEyeMarkNACIVeye-NACEyeMovement作者及年代ASL-504型ASL-4200型Nac-V型反射眼动仪Recorder,Model4型mark-recorder型Recorder型①张运亮,李宗浩,孙延林等.2004
②张忠秋,阎国利,吉承恕.2001
③蔡赓,猪俣公宏,季浏.2001
④PetrakisE.1993
⑤HelsenW,PauwelsJ.1993
⑥RipollH,KerlirzinY,SternJ.F
等.1993⑦MockelM,HeemsothC.1984
⑧BardC,FleuryM.1981
文章名称:①专家与新手篮球后卫运动员的眼动研究;②自行车运动员专项认知水平眼动特征的实验研究;③女子跳马运动评分过程中裁判员的眼动研究;④AnalysisofVisualSearchPatternsofTennisTeachers;⑤ACognitiveApproachtoSkilledPerformanceandPerceptioninSport;⑥DecisionMakingandVisualStrategiesofBoxersinaSimulatedProblemSolvingSituation;⑦MaximizingInformationasaStrategyinVisualSearch:TheRoleofknowledgeAboutthestim-ulusStructure;⑧ConsideringEyeMovementasaPredictorofAttainment.2.2
运动心理领域应用眼动仪存在的局限及其趋势以反映运动员决策时等心理认知特点。若能将眼动仪与反目前,关于眼动的研究文献和硬件设备很多,由于每个应时测试仪等反映心理认知特点的仪器有机结合,探讨运动作者和设备生产商使用的概念和参数指标不同,造成了各种员眼动注视观察过程中的内部心理活动内容与过程,研究的方法、模型和设备性能无法比较,给眼动的研究带来许多困指标将更加全面,研究也将更加深入,这也将是眼动仪发展难[19]。运动心理领域同样也存在这个问题。的一个重要趋势。但在结合中要解决好眼动与认知决策过本文所涉及的仪器有许多已被应用到交通、广告心理学程的同步测量问题。眼动仪与反应时测量仪的同步操作,将等领域中,但还未被应用到运动心理领域。多数运动心理领是实现指标综合的重要环节[20]。域的眼动研究采用的是固定式眼动仪,如张运亮等人的研究目前运动心理领域对眼动仪的应用都是用它来研究专应用固定的U型托将被试的头固定,然后用眼动仪测试其家与新手的眼动特征,这只是从探索与揭示规律的角度应用眼动。而在现实情境中运动员的头部不可能保持静止,这或仪器。但随着仪器用途的拓宽,从更加实用的角度应用眼动多或少会影响研究的生态学效度。仪也将成为可能,即应用仪器对新手运动员进行一些视觉信头盔式视觉追踪眼动仪及分析系统的发展,使得被试在息处理及认知决策等方面的眼动训练。实验时可以移动头部和身体,进而使眼动记录的仪器更加适参考文献:用于运动实践情境,研究的生态学效度有所提高。但由于头[1]阎国利.眼动分析法在心理学中的应用[M].天津教育出版社,盔上的场景和眼部摄像头以及各种连线而导致被试不能快1998:40-43.速运动、在自然环境条件下仪器精密度的下降等因素的限[2]韩玉昌.眼动仪和眼动实验法的发展历程[J].心理科学,2000制,研究的应用场所受到局限;运动员头戴
测试帽
进行运(4):454-457.动会干扰他们的技能操作,分散他们的注意。此外,目前的[3]隋雪,李立洁.眼球运动研究概况[J].辽宁师范大学学报(社科眼动仪只能记录眼睛在某个纵深距离平面维度上的移动,记版),2003(1):43-45.录视觉纵深变化的功能还不能较好地实现。如何开发出更[4]李立洁.一种新型的心理学仪器


EVM3200型眼运动轨迹记加适合在自然环境下进行现场研究的仪器以及拥有记录视录系统及其应用[J].现代仪器使用与维修,1999,(2):29-31.[5]张名魁,孙复川.高抗干扰性的红外光电反射眼动测量仪[J].生觉纵深变化功能的仪器将是仪器开发商的一个努力方向。物医学工程学杂志,1989,(4):282-286.现有的头盔式眼动仪在数据采集和处理上还未达到记[6]柳忠起,袁修干,刘伟,王睿.在模拟飞机降落过程中的眼动分析录阅读眼动状况仪器系统的水平。因此,对能够适用于体育[J].北京航空航天大学学报,2002,(6):703-706.运动领域眼动研究需要的仪器软件进行研制、开发,将会给[7]阎国利,田宏杰.眼动记录技术与方法综述[J].应用心理学,体育运动心理领域的眼动研究带来更加实用的手段和应用2004,(2):55-58.推广的动力,这也将是它的一个重要趋势。[8]邓铸.眼动心理学的理论、技术及应用研究[J].南京师大学报从运动员的专项认知水平角度探讨专项运动心理能力(社科版),2005,(1):90-95.的发展特征,揭示有关专项心理能力的培养机制,是当今运[9]同[1],1998:47.动心理学的重要研究课题。但目前本领域的众多研究中,研[10]张运亮,李宗浩,孙延林,等.专家与新手篮球后卫运动员的眼究者主要通过记录和分析瞳孔直径、注视位置及次数等指标动研究[J].心理与行为研究,2004,(3):534-538.来探讨注视与视觉搜索特征。这些都是眼动的外部特征,难(下转第48页)45\n综述报告首都体育学院学报
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结论与展望究[J].首都体育学院学报,2002,14(4):21-23.[3]俞继英,金宗强,郭永波.奥林匹克自行车[M].北京:人民体育

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马特维也夫;姚颂平.竞技体育理论[M].上海:华比赛实践证明,该训练方法学指导原则是正确的,具有科学东理工大学出版社,1997,9:384-385.性和可操作性。[7]延烽.实用运动训练问答[M].北京:人民体育出版社,1993,6:与此同时,我们也应清醒地认识到,我国自行车短距离66.项目(特别是男子项目)与世界先进水平仍有较大差距。在[8]延烽,赵志英,郑晓鸿.青少年运动训练100问[M].南京:河海大学出版社,2000,9:86-87.自力更生自我发展的基础上,还必须吸收借鉴世界自行车强[9]陈彦龙.自行车运动[M].太原:山西人民出版社,1984,12:9-国先进的训练理念、方法和手段,对我们的训练原理进行有10.益的补充和完善,使得我国自行车短距离项目能够迅速赶超[10]李良标,吕秋平.运动生物力学[M].北京:北京体育学院出版世界先进水平,为我国自行车项目在2008年奥运会上实现社,1991,6:461.历史性突破提供强有力的理论武器。[11]第十届全国运动会官方网站.自行车成绩公告[EB/OL].ht-参考文献:tp://result.10thgames.org.cn/Sports-pub.aspSP=CY&spn[1]孙伊,李志勇,吕峰.对十运会自行车比赛结果的统计及对各项=自行车,2005-10-21.目国内竞争格局的分析[J].首都体育学院学报,2006,18(1):[12]中国自行车协会网站.夺金牌破纪录河南小将冯永扬威自行88.车世界杯[EB/OL].http://cycling.sport.org.cn/home/jdxx/[2]李昕.对我国场地自行车女子500米计时赛现状及发展对策研2006-03-06/84201.html.(上接第45页)[11]张忠秋,阎国利,吉承恕.自行车运动员专项认知水平眼动特征search.North-Holland:ElsevierSciencePublishers,B.V,的实验研究[J].中国体育科技,2001,(8):6-8.1993:114-147.[12]蔡赓,猪俣公宏,季浏.女子跳马运动评分过程中裁判员的眼动[16]MockelM,HeemsothC.MaximizingInformationasaStrategy研究[J].山东体育学院学报,2001,(4):45-46.inVisualSearch:TheRoleofknowledgeAboutthestimulus[13]PetrakisE.AnalysisofVisualSearchPatternsofTennisStructure.In:GaleAG,Johnson(Editor).TheoreticalandAp-Teachers.In:Gd'Ydewalle,JvanRensbergen(Eds).Percep-pliedAspectsofEyeMovementResearch.North-Holland:tionandCognition:AdvancesinEyeMovementResearch.ElsevierSciencePublishersB.V.1984:335-342.North-Holland:ElsevierSciencePublishers,B.V,1993:159-[17]Bard,C.,&Fleury,M.ConsideringEyeMovementasaPredic-168.torofAttainment.InCockerrillI.M.&McGillivaryW.W.[14]Helsen,W.,&Pauwels,J.ACognitiveApproachtoSkilled(Eds.),VisionandSport.StanleyThornesPublishers,Ltd,PerformanceandPerceptioninSport.InG.d
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