眼动仪的论文.doc

眼动仪的研究及其应用 摘要：视线跟踪技术指的是通过对人眼运动过程中一些特性的检测，完成对人眼视线变化过程准确追踪的技术。作为视线跟踪技术最成熟的产物之一的眼动仪，就是通过检测并记录眼睛观察外界过程中一些参数的变化，从而实现对人眼视线跟踪的仪器。眼动仪是基础研究的重要仪器用于记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特征，广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究。 一 眼动仪的概述 1.1 眼动仪的研究背景 早在19世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动，通过分析记录到的眼动数据来探讨眼动与人的心理活动的关系。眼动仪的问世为心理学家利用眼动技术(eye movement technique)探索人在各种不同条件下的视觉信息加工机制，观察其与心理活动直接或间接奇妙而有趣的关系，提供了新的有效工具。眼动技术先后经历了观察法，后像法，机械记录法，光学记录法，影像记录法等多种方法的演变。眼动技术就是通过对眼动轨迹的记录从中提取诸如注视点，注视时间和次数，眼跳距离，瞳孔大小等数据，从而研究个体的内在认知过程。20世纪60年代以来，随着摄像技术，红外技术(infrared technique)和微电子技术的飞速发展，特别是计算机技术的运用，推动了高精度眼动仪的研发，极大地促进了眼动研究在国际心理学及相关学科中的应用。眼动心理学的研究已经成为当代心理学研究的一种有用范型。 1.2 眼动仪的实现种类 眼动仪经历了从干扰式到非干扰式的发展过程。 1.2.1干扰式眼动仪 干扰式眼动仪主要分为观察法、机械记录法、电流记录法和一电磁感应法等。 它是在计算机处理能力比较低下的时代产生的。 观察法是通过人眼利用比较简单的记录设备直接观察受试者眼睛运动情况的方法。观察法装置简单，操作方便，但是由于是通过人眼进行观察，所以实验 结果准确性很低。 机械记录法是指通过机械装置将人眼和记录设备连接起来从而完成对眼睛运动的跟踪。机械记录法装置比较复杂，操作很不方便，准确性低，而且对受试者的干扰比较大。 电流记录法的原理是基于眼球运动时角膜和视网膜之间存在的电位差。通过 向在眼睛附近皮肤放置的装置导入电流，记录眼球运动引起的电流变化。眼睛的 运动情况可以通过电流计或者示波器显示、电流记录法在当时的视线跟踪技术中 精度比较高，但是与机械记录法一几样，电流记录法对受试者的影响比较大。 接触镜法是在眼睛上吸附一个专用线圈的隐形镜片，根据眼睛运动产生的感 应电压，测量眼睛的运动。接触镜法精度在干扰式眼动仪中最高，但是需要麻醉 人的眼睛，将实验用的设备吸附在眼球上，所以这种方法对受试者眼睛的影响最 大，有一定的生理伤害。 1.2.2非干扰式眼动仪 非干扰式眼动仪主要采用的追踪方法主要有角膜反射法、巩膜一虹膜边缘法、瞳孔一角膜反射向量法等。 (1)角膜反射法:角膜反射光就是角膜反射照射在其表面上的光线。光线在 经过角膜反射后会形成一个亮点，即角膜反射光斑。在人眼中，角膜凸出于眼球 表面，因此当人眼运动时，光线从各个角度射到角膜，得到不同方向的反射光， 角膜反射光斑的位置也就随之在角膜上改变，利用眼摄像机拍摄眼睛运动的图像，记录角膜发射光斑位置的改变，利用图像处理技术实时的得到虚像位置，完成视线的跟踪。这种方法主要用于眼动力学和注视点标定方面，但是头部误差较大。 （2）巩膜一虹膜边缘法。此方法首先利用红外光照射人眼，在眼睛附近安装的两只红外光敏管用来接收巩膜和虹膜边缘处两部分反射的红外光。接收到的红外光会随着眼睛的运动而变化，当眼球向一侧运动时，虹膜就转向这边，这一侧的光敏管所接受的红外线就会减少;而另一侧的巩膜反射部分增加，导致这边的光敏管所接受的红外线增加。利用这个差分信号就能无接触的测出眼动。这种方法应用于眼动力学、注视点标定方面，它的水平精度较高，垂直精度较低、干扰大、头部误差大。 （3)瞳孔一角膜反射向量法。首先利用眼摄像机拍摄眼睛图像，接着通过图 像处理得到瞳孔中心位置。然后把角膜反射点作为眼摄像机和眼球的相对位置的 基点，根据图像处理得到的瞳孔中心即可以得到视线向量坐标，从而确定人眼注 视点。这种方法基本上应用于注视点标定方面，精度较高，干扰也比较小，头部 误差也较小，这个方法也是现在眼动仪中使用最广泛的方法。 1.3 眼动仪的类型及系统构成 第一种是头盔式眼动仪。头盔上装有红外光源，眼摄像机，场景摄像机。采 集到的眼图通过计算机上安装数的数据处理软件对眼图数据进行分析，随后进行标定计算，将标定点标注在场景摄像机采集的图像中，从而完成人眼关注点的标定。头盔式眼动仪允许受试者身体和头部在一定范围内的自由运动。 第二种是桌面式眼动仪。桌面式眼动仪一般是受试者无需佩带任何测试仪器，摄像头校准后自