眼球追踪模式、技术和应用.docx

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1、眼球追踪模式、技术和应用实验室研究与探索第卷第期年月眼球追踪:模式、技术和应用周韩安静陈庆荣，曦，静，南京师范大学心理学院,江苏南京摘要：眼球追踪技术是当代心理学研究的重要技术,广泛运用于实验心理学、应用心理学、工程心理学、认知神经科学等领域。采用文献分析的方法,阐述了种眼球运动的基本模式:注视、眼跳和追随运动;界定了眼球运动的测量指标,如眼动轨迹图、眼动时间注视时间、眼跳时间、回视时间等、眼动方向和距离、瞳孔直径。特别探讨了眼动技术和神经电生理技术的结合,如眼动和单独记录、结合分析、眼动和同步记录，以及不同记录技术的优点和缺陷。在此基础上,阐述了眼动追踪技术在心理学不同领域中的应用，如发展心

2、理学、教育心理学、消费心理学、交通心理学等。关键词：眼球追踪;模式;实验心理学;眼动技术中图分类号：文献标志码：文章编号:？?？:甜，?,重要通道。眼球追踪法是一种重要的心理学研究方茁引目法,可以实时、准确地记录人们观察场景信息时的眼球视觉系统是人类获取自然场景和社会场景信息的运动情况。眼动研究在国外己经有了多年的发展历史。早在世纪,就有研究者通过考查人们的眼球收稿日期:？运动来探讨人的心理活动,推测人们的认知加工机制。基金项目：国家自然科学基金资助项目；江苏省高校哲相比之下,我国的眼动研究起步较晚,始于世纪学社会科学基金;南京师范大学高层次人才科研启动年代初。随着科学技术的不断发展,人们一方

3、面将原基金作者简介:陈庆荣一,男,江苏南京人,博士,讲师,主要从事有的记录技术软件和硬件不断改进,并不断地探索眼球追踪的基础和应用研究。新的更加理想的眼动记录方法;另一方面,眼动仪的用途也朝多用途发展。因此,本文在系统检索、阅读和万方数据第期陈庆荣,等:眼球追踪:模式、技术和应用分析已有文献的基础上,详细阐述了眼球运动的基本晰的像。模式、测量指标、当代眼动技术的特点和运行机制、眼眼动的测量指标动和电生理技术的结合的原理，以及眼动技术在心理学基础和应用领域中的典型研究。这有助于国内相关.眼动轨迹图领域的研究者进一步认识眼动的特点和机制,从而推振动轨迹图是将眼球运动信息叠加在视景图像上动眼动技术在

4、不同领域中的应用。形成注视点及其移动的路线图,它能最具体、直观和全面地反映眼动的时空特征，由此判定各种不同刺眼动的基本模式激情境下、不同任务条件下、不同个体之间、同一个体人类眼球运动有种基本类型:注视、眼跳和追随不同状态下的眼动模式及其差异性见图。运动。注视指将眼睛的中央凹对准目标刺激的活动。在注视静止目标时.，眼睛仍然存在种微小运动眼跳：漂移、震颤和不随意眼跳。视轴的漂移是不规则的、缓慢的视轴变化。当对静止的物体上某一点的注视超过一定时间约、，或者当注视点在视网膜上的成像因漂移而呈现出远离中央凹的趋势时,会诱发不随意的微小眼跳。一般而言,大多数注视都伴有漂移和震颤性的眼球运动。当长时间注视静

5、止物体时,会同时出现漂移、震颤性和微小的不随意眼跳现图问题解决中的注视轨迹图象。眼动时间眼跳是注视点的快速转移,从而将需要注视的对将眼动信息与视景图像叠加后,利用分析软件提象保持在视网膜中央窝区域，以此获得清晰的视觉。取多方面眼动时间数据,包括注视或称注视停留时间、眼跳有个特点:双眼眼跳几乎是一致的;眼跳眼跳时间、回视时间、追随运动时问，以及注视过程中的速度非常快。等发现:水平方向的微动时间,包括自发性高频眼球微颤、慢速漂移和微的眼跳需要;垂直方向工的眼跳需要跳时间。同时,可以提取各种不同眼动的次数,主要是?o常生活中,每秒钟大约会有次眼在不同视景位置或位置间的注视次数、眼跳次数、回视跳运动。

6、但是,我们在主观上很少,甚至不需要认知努次数等等。这些时间和位置信息可用于精细地分析各力就可以做出眼跳运动，因此在相当长的时间内，研究种不同的眼动模式,进而揭示各种不同的信息加工过者认为眼跳不是研究认知的可靠工具。然而,过去程和加工模式。在此基础上,研究者可以根据拟解决年的研究结果表明，眼跳在很大程度上受多种认知因问题的性质设置更加精细的测量指标。譬如,研究者素影响,涉及注意、工作记忆、学习、长时记忆和决策将注视时间分解成单一注视时间、首次注视时间、凝视等。因此,很多研究者认为眼跳运动系统为研究者探时间、总注视时间、第一遍通过时间等;将回视时间和索行为的认知控制机制提供了有力工具,并设计了指次

7、数分解成回视路径时间第一遍回视率、回视人次数向不同认知功能的眼跳范式,如视觉导向眼跳范式、预和回视出次数。测性眼跳范式、记忆导向眼跳范式和反眼跳范式旧。.眼动的方向和距离追随运动是指眼睛追随一个运动的物体移动。它眼动方向和距离可以帮助研究者在二维或三维空在个体的场景知觉和行为控制方面具有重要作用。有间内考察眼动方向角度。这方面的信息与视景迭加可研究表明,物体运动速度在。/以下时.，眼睛以揭示注意的对象及其转移过程,而且可以结合时间以追随运动的方式跟踪目标;当物体的运动速度过快，因素计算眼动速度。人们会以追随运动和追赶性眼跳的方式跟踪物体。通.瞳孔直径常,研究者将慢速的、平稳的追踪眼球运动称为平

8、滑追瞳孔直径在一定程度上反映个体的心理活动情踪眼动,0人类况。研究表明，瞳孔直径和信息加工负荷、动机、兴趣、平滑追随眼动的潜伏期为？、。是日态度、疲劳程度、非言语交往、记忆、思维、语言加工等常生活中对运动目标最常见的行为反应,是为了使视存在密切关系。线保持在运动的物体上,而产生的较慢的眼睛的转动，综上所述,不同类型的眼球运动受到自上而下和从而表现出补偿物体运动，以提高视敏度的作用-O自下而上信息的驱动，因此研究者可以借助于眼动仪上述种眼动模式经常交错在一起，目的均在于选择来记录认知过程中人们的眼动特征,根据眼动数据指信息、将要注意的刺激物成像于中央窝区域，以形成清万方数据实验室研究与探索第卷标

9、推测和判断心理加工过程。较之于传统的行为测量目前,主要使用的是集成了光学技术、摄影技术、计算机硬件技术和计算机软件技术的眼动记录系统。国内方法提供的反应时和正确率指标,眼动记录方法具有方面优点:生态效度高;时间精度和空间分辨也有系列的眼动仪产品，但其商品化进程缓慢。心理学研究中使用的还多为进口眼动仪,如加拿大公司率高,采样率可以达到.，空间精度.，凝、视位置误差；数据丰富,可以提供时问、空间生产的眼动追踪记录系统、和生理维度的数据。、美国应用科学实验室,研发的和型眼动仪、德国当代眼动记录技术及其与技术的结合公司研发的眼动追踪系统.当代眼动记录技术、/、瑞典的眼动眼动技术随着科学技术的发展而发展

10、，先后经历追踪系统等都是集成的眼动追踪系统,如图所示。观察记录法、机械记录法、光学记录法、影视记录法等。图和眼动追踪系统?现代眼动仪的结构一般包括个系统,即:光学系统、瞳孑中心坐标提取系统、视景与瞳孑坐标迭加系冬筋席统、图像与数据的记录与分析系统S。光学系统是在一个特定的支架结构中装载二个微型摄像机,其中：一个指向视景;一个对准左眼眼球或来自左眼眼球的反射光路;另一个对准右眼眼球或来自右眼眼球的黑反射光路有的只装载个摄像机,除一台用于拍摄图观看广告时的注视轨迹图和注视点分布热网视景之外,就只有一台摄像机记录一只眼睛的眼动。.眼动和技术的结合像加拿大公司生产的是在头盔式支架眼动和结合的技术路径主

11、要有眼动和上装载个摄像机,其中有个摄像机直接对准左右单独记录、结合分析、眼动和同步记眼眼球;德国公司生产的?型眼录动仪是在固定式支架上装载个摄像机,其中有一个眼动和单独记录。眼动和单独记是对准来自左眼或右眼眼球的反射光路。瞳孔中录时,采用相同或者相似的实验材料和实验设计,不同心坐标提取系统主要是利用图像扫描及其信号转换，被试者分别进行眼动和实验,然后对眼动数据和将眼动录像中瞳孔中心方位的信息转换成表征二维坐数据进行比较。这种眼动和分别记录的方标的数字信号,然后传送给计算机处理并贮存。法可以从行为和电生理层面对研究结果进行相互佐视景与瞳孔坐标迭加系统是一个计算机的软件系统，证,有助于揭示问题本质

12、旧。它能将表征瞳孑中心及其移动的数字信号进行适当变结合分析。研究者在记录同换,与来自视景摄像机传送的数字信号匹配,将瞳孔时用标记眼球运动,对数据处理不是从刺中心坐标迭加在视景图像上,从而直观地标记出某一激呈现后开始,而是从对刺激的注视开始,表现为时刻瞳孑中心对准场景的哪一个位置,即注视点，以和注视水平眼球运动的锁时关系,从而获得注及随着时间的推移注视点的移动路线。图像与数视相关电位，如据的记录与分析系统也是一个计算机软件系统,它能图所示？分析数据时，需要特别设置双将迭加后的图像呈现在显示器上,并将其数字化以表眼的时间常数，有的研究将双眼征注视点的时空特征。由此,可以得到注视点随时间O的设置为,

13、有的将左眼的设变化的轨迹图、注视点分布的三维和二维密度图、各种置为.,右眼的设置为OO不同形式眼动的位置、速度和时间等等,如图所示。万方数据第期陈庆荣,等:眼球追踪:模式、技术和应用图结合分析获得的较之于前一种技术,结合分析技术有综上所述,种眼动和结合的技术路径有各方面优势。用记录眼球运动对眼睛质量要求自特点,使用较多的是第一种方法。恒定实验材料和较低。有的被试者戴着高度近视眼镜,有的被试者眼实验设计,研究者通过比较眼动和数据,从行为和电生理层面为研究提供可靠结论。0O眼动和睫毛较长,这些比较特殊的被试者在很多眼动研究中不受欢迎,因为上述特质会影响眼动数据采集,可能产同步记录可以采集相同被试者

14、接受同,实验处理的眼动和电生理数据,有助于更加直接和有效地考生数据丢失,但这些因素不会影响记录。应用范围更广,研究者甚至可以考察睡眠时的眼球运动。察认知过程,但只有少数研究者做尝试性研究。允许的眼动范围较大。一般的眼动仪采用摄像头眼动追踪技术在心理学研究中的应用捕捉眼睛的瞳孔反射和角膜反射,因此其允许的眼动范围受到一定程度限制土,而直接采集眼眼动研究在心理学的许多分支中都具有明显价值,如图所示。动生物电,其范围可以达到土。但用记录眼球运动的精度不是很高,误差大约在。一。，数据和实际注视角度的误差大约在土“”，远远他低于眼动仪的注视位置精度。眼动和同步记录。眼动和同步记毒一录时，眼动仪和设备的采

15、样率相同或者相近,如.OIl;图所示。电脑连接两台显示器,一台用来呈现刺激;另一台用来完成眼动实验,如定标,实时检测眼动轨迹,实时储存按键反应的数据和眼动数据。电脑霉用来收集信号。两台电脑通过并口连接,实现同步信号脉冲传递,刺激一旦呈现，同步信号使得眼动和同时记录各自信号。与单一的研稻究方法不同,在脑电信号分段时,把刺激的首次注视时胃嘲一间作为参考标记,然后根据需要将脑电信号切分成不同的时间窗口记录CO?驻皂卫图眼动技术在心理学领域中的应用视觉信息的加工机制。眼动的空间和时间信息可以反映信息提取和选择的过程与规律。如等在眼动研究中发现,光刺激如果持续作用于视网膜的同一个区域,该区域会在几内发生适应,观察者图眼动和同步记录就看不到这个刺