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眼动仪(眼动追踪系统)是什么以及它是怎样工作的?

How do eye trackers work

什么是眼动追踪?

眼动追踪是指测量我们的视线的过程,也称为凝视点。这些测量是由眼动追踪设备执行的,该跟踪设备记录了眼睛的位置及其进行的运动。
近红外光指向眼睛(瞳孔)的中心,在瞳孔和角膜(眼睛的最外部光学元件)中均引起可检测到的反射。这些反射-角膜和瞳孔之间的矢量-由红外摄像机跟踪。这是角膜反射的光学跟踪,称为上丘中心角膜反射/ PCCR。

由于凝视方向测量的准确性取决于瞳孔的清晰分界(和检测)以及角膜反射的检测,因此需要红外光源(因此需要检测方法)。普通光源(使用普通相机)无法提供足够的对比度,这意味着没有红外光很难获得适当的精度。

眼睛的中心(瞳孔中心)角膜反射之间的关系被追踪。两个区域之间的相对距离可计算注视方向。

可见光谱的光很可能产生不受控制的镜面反射,而红外光允许瞳孔和虹膜之间的精确区分——当光直接进入瞳孔时,它只是“虹膜会反射”。此外,由于红外光对于人类是不可见的,因此在跟踪眼睛时不会引起任何干扰。

Figure 1 from Iris Center Corneal Reflection Method for Gaze ...

瞳孔中心和角膜反射的位置的相对差异可推定注视方向。

屏幕式眼动仪和眼镜式眼动仪

虽然有许多不同的眼动仪,但主要有两种类型:基于屏幕的和基于眼镜的。它们被用于各个领域和研究领域,但是它们的使用方式和所提供的数据可能会有所不同。

“头戴式”眼镜(也被称为眼镜式)- 图为DG3眼动仪

眼镜式眼动仪根据应用的需要可与VR设备进行整合

图为虚拟现实眼动仪Dikablis HMD

基于屏幕的眼动仪(也称为台式机,固定式或屏幕式)- 图为GazeTech眼动仪

让我们看一下两者的主要功能区别:

基于屏幕的眼动仪

基于屏幕的设备要求受访者坐在显示器前,并与基于屏幕的内容进行交互。
尽管这些设备仅在特定限制中跟踪眼睛,但移动自由度仍然足够大,以使受访者相对不受限制(至少在观看基于屏幕的刺激内容时的正常移动范围内) 。
眼动追踪是一种跟踪用户的视线落在屏幕上的视点的技术。这项技术为用户研究增加了强大的维度,因为它使您可以准确了解用户在网页上看到的内容以及他们看不到的内容。

  • 记录远距离的眼球运动
  • 安装在屏幕下方或附近
  • 允许被访者坐在设备前而无需附件
  • 建议在实验室环境中观察任何基于屏幕的刺激材料(例如图片,视频和网站)以及离线刺激材料(杂志,书籍等)时使用

眼镜式眼动仪

顾名思义,移动设备安装在眼睛附近(通常安装在眼镜架上),并允许受访者自由移动。显然,如果您的研究设计要求在自然环境中执行任务,那么这是一个优势。不利的一面是,如果运动频繁(例如在运动中),则眼镜在录制过程中可能会移位。

  • 记录近距离的眼睛活动
  • 个安装在轻巧的眼镜架上
  • 允许被试自由走动
  • 建议在任何现实或虚拟环境(可用性研究,产品测试等)中观察对象和任务性能时使用

屏幕式眼动仪or眼镜式眼动仪?

眼动追踪设备正在不断生产并投放市场。在所有市面上的产品中,要考察并评估哪种眼动仪最适合您的研究工作可能非常困难。
您应该使用哪种设备?先看下这几个简单的问题:

  • 在实验期间,您的被试人员是否会坐在计算机前?请使用基于屏幕的眼动仪。
  • 您的被试人员是否需要在自然环境或虚拟现实环境中自由移动?选择允许头部和身体移动的头戴式系统。

弄清哪种跟踪系统适合您的研究设计之后,就该阅读详细说明了。
在购买之前,请考虑以下可能影响研究的关键问题:

  • 眼动仪内的摄像机:眼动仪中集成了哪些摄像头?避免使用集成了普通低分辨率网络摄像头且不使用红外光的眼动仪。

尽管它们似乎是一个不错的选择,并且是较小预算的理想解决方案,但是缺少可控光源以及较弱的相机性能将使您的数据质量实际上无用。
我们的建议:关于眼动仪,如果您希望获得高质量的结果,那绝对值得花一些额外的钱。

  • 集成式与独立式眼动仪:眼动追踪硬件是否已集成到显示器框架中?独立的眼动仪更灵活,而且通常更便宜,但是集成的硬件可能具有特别高的规格。
  • 采样率:眼动仪每秒测量几次眼睛的位置?尽管典型值的范围在30到60 Hz之间,但是研究级设备通常在120-1000 Hz的范围内采样(这当然取决于所提出的研究问题)。高采样率眼动仪EYELINK
  • 重新捕获率:眼动仪暂时看不到眼睛后(例如眨眼时),眼动仪能以多快的速度检测到眼睛的位置?
  • 测量精度:眼动仪测量视线方向的精度(以度为单位)?较便宜的硬件开始于1.0度左右,而高端跟踪器的测量范围可低至0.1度(或更低)。

眼动追踪可用于什么?

眼动追踪用于不同的研究领域,也用于商业领域的各种不同应用。
获取有关个人或人群注视位置的详细数据从心理学研究到医学诊断,神经营销应用以及更多领域的各种情况下均有重要参考价值。

眼动追踪在心理学中的应用

心理学中的眼动追踪了解人们何时以及如何看待对于理解注意力的分布至关重要。眼动追踪广泛用于lAT(内隐联想测验),Stroop测试和Lowa Gambling Task等心理测验,以及注视权变范式。

眼动追踪在医疗保健中的应用

在医疗环境中,追踪个人凝视也很重要。研究表明,眼动追踪在鼻息肉自闭症以及其他神经系统疾病中具有潜在的预测能力。将来的使用可能会看到眼动追踪数据在医疗保健环境中提供优质患者护理方面的应用。

眼动追踪在神经营销学中的应用

多年以来,在人们购物时遵循注视模式一直是神经营销中越来越多的话题。能够看到人们关注或忽略的内容对于实现优良的包装设计,商店布局和销售点展示至关重要。
眼动追踪数据还可以为您的网站访问者的注视模式提供有价值的见解-他们需要花多长时间才能在您的网站上找到特定的产品,他们会忽略(但应该响应)哪种视觉信息?您的网站访问者看起来如何?他们看什么,花多少时间看?

总之,眼动追踪设备可以揭示:

  • 人们在屏幕上或现实世界中看了哪些视觉元素
  • 何时查看某学视觉元素
  • 每个凝视持续多长时间
  • 查看视觉元素固定的顺序
  • 个人的视点反复查看看过的视觉元素

但是,眼动追踪设备不能单独揭示:

  • 为什么一个人看着某个视觉元素
  • 看视觉场景时的感受

随着计算机技术的发展,眼动追踪已成为一种非侵入性,负担得起且易于操作的在人类行为研究中使用的工具,它可以测量视觉注意力,因为它可以客观地监视人们在哪里,何时何地观看。
鉴于应用和测量的简便性,毫无疑问,眼动追踪技术在迅速增长的各种学术和商业学科中越来越受欢迎,远远超出了上述主题。

眼动指标

眼动追踪可以客观地监视人们在什么地方,什么时间和在什么地方观看,从而可以量化视觉注意力。眼动追踪研究中使用了多种不同的指标,但下面概述了一些较常见的指标。

  • 注视点:绝对是眼动追踪文献中最突出的指标。注视点构成测量的基本单位,注视点等于眼动仪捕获的一个原始样本。
  • 注视:如果凝视点保持一定的时间,它将成为注视,在这段时间内我们的眼睛被锁定在特定的物体上。
  • 感兴趣区域(AOI):为了将分析集中在刺激的特定区域上,可以定义一个AOI-如果需要,可以将其与其他AOI进行比较。
  • 热图:热图是固定位置随时间变化的可视化,作为特定刺激的叠加。可以汇总这些内容以在各个组之间进行比较,或者在参与者之间进行比较。
  • 固定顺序:通过详细说明固定发生的顺序和方向,可以看到首先引起参与者注意的是什么,以及查看刺激物的方式。
  • 首次固定时间(TTFF):与上述时间类似,在刺激发作到看到定义的区域之间的时间提供了有关首次看到特定AOI的信息。这对于评估视觉场景中所关注的内容(而不是未关注的内容)可能是有益的。

虽然这些眼睛跟踪指标通常用于跟踪视觉注意力,但也可以使用瞳孔测量(瞳孔大小尺寸)作为生理唤醒的指标,而不仅仅是关注。可以潜在地提供有关参与者的更多信息的其他度量标准包括到屏幕的距离,眼睛的视野和眨眼。

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