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1、1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华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室2 2主要内容主要内容?第一节 眼动记录的历史第一节 眼动记录的历史?第二节 眼动记录的方法第二节 眼动记录的方法?第三节 当代眼动记录方法与眼动仪第三节 当代眼动记录方法与眼动仪2华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室3 3注视追踪注视追踪(eye tracking)的历史的历史? 眼动现象的发现眼动现象的发现 ? 1879, 法国的眼科医师Louis Emile Javal注意到阅读过程中眼睛并不是平 滑的扫描（smooth sweeping）文字，而是有
2、一些小的停止和颤动，他命 名为注视和快速跳动(fixations and quick saccades)， 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。 ? 1930s ? 注视追踪主要关注于应用研究(applied research focus)，尤其是实验心理学。 ? 1950s ? Alfred L. Yarbus 发表了有关注视与感兴趣物体关系的文章，并且出版了 Eye Movements and Vision (1967). 眼动反应了人类的认知加工，眼动的 研究受到重视。 ? 1970s ? 随着眼动记录系统、计算机技术的发展和眼动仪准确性的
3、提高、测查更 加便利，注视追踪和眼动研究快速的发展。 ? 1980s ? M. Just and P. Carpenter提出了具有影响的眼-脑假设(eye-mind Hypothesis), 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:/.ua/eng/history，0119-2010华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室4 4眼动记录的历史回顾眼动记录的历史回顾? 眼动现象的发现眼动现象的发现 ? 1879, 法国的眼科医师Louis Emile Javal发现眼动现象。 ? 1879-1920s? 初期阶段，主要涉及眼动基本现象。 ?
4、 1930s-1970s中期中期? 缓慢发展，主要关注于应用研究，尤其是实验心理学。 ? Buswell, G. T. How people look at pictures. 1935 ? Yarbus, A. L. Eye Movements and Vision. 1967 ? 1970s中期中期-1998? 发展时期，主要关注阅读，少部分基础心理研究和应用研究。 ? 1998-? 繁荣时期，研究主题涉及心理学的大多数方面。（资料参考：Keith Rayner, 1998）3华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室5 5第二节 眼动记录的方法第二节 眼动记录的方法?观
5、察法观察法?机械记录法机械记录法?光学记录法光学记录法?电流记录法电流记录法华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室6 6一 观察法一 观察法? 直接观察直接观察 ? 早期使用镜子作为工具，观察者站在被试身后。 ? 窥视孔法。 ? 显微镜，以被试眼球的血管作为参照。 ? 观察法只能观察幅度较大的眼动(大于1度)，结果不够客观。 ? 后像法后像法 ? 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 ? 评价评价 ? 简单易行，无创伤，适合一些特殊的研究要求（婴幼儿）。 ? 结果不够准确，基本上被淘汰。4华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室7
6、7二 机械记录法二 机械记录法? 原理原理 ? 眼睛与记录装置连接，由机械 传动实现眼动记录。 ? 方法方法 ? 角膜接触运动传递 ? 环状物角膜吸附 ? 评价评价 ? 一般在严格的实验室研究中使 用。 ? 需要对眼睛进行局部麻醉，有 一定的创伤性。 ? 方法复杂，准确性差。华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室8 8二 机械记录法二 机械记录法5华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室9 9二 机械记录法二 机械记录法华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1010三 光学记录法三 光学记录法?1 反光记录法反光记录法?2 普通照
7、相和电视电影摄像法普通照相和电视电影摄像法?3 角膜反光法角膜反光法?4 光电记录法光电记录法6华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1111三 光学记录法三 光学记录法? 1 反光记录法反光记录法? 原理：镜子反光 ? 具体操作 ? 将小镜子附着在眼球表面；实验 时头部固定，眼睛麻醉。 ? 或通过隐形镜片固定镜子。 ? Yarbus曾用吸盘固定镜片。 ? 评价 ? 相对比较精确 ? 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。 ? 记录过程中容易产生误差。华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1212三 光学记录法三 光学记录法
8、?2普通照相和电视电影摄像法普通照相和电视电影摄像法? 原理： ? 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Bite bar。? 使用 ? 对眼睛和面部同时拍摄， 提高精确性。 ? 水银涂于角膜，作为参照。 ? 放大26倍的角膜血管。 ? 电视眼动记录，同时呈现 两个刺激。 ? 评价 ? 相对精确，但是操作不够方便。7华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1313三 光学记录法三 光学记录法?3角膜反光法角膜反光法? 原理： ? 利用角膜反光的特性。 ? 眼球运动过程中，角膜对来自固定
9、光源的光的反射角度会 变化。 ? 使用 ? Dodge & 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华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1414三 光学记录法三 光学记录法?3角膜反光法角膜反光法8华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1515三 光学记录法三 光学记录法?普肯野成像普肯野成像(Purkinje image/reflection)? 由眼睛的若干光学界面反射形成的图像。 ? 第一普肯野图像：角膜反光。 ? 第二普肯野图像：角膜后反光。 ? 第三普肯野图像：晶状体前反光。 ? 第四普
10、肯野图像：晶状体后反光。 ? 应用 ? 第二、三图像放射量小，不容易观测到。 ? 追踪第一、四图像，根据它们间的变化确定眼睛注视的位 置。 ? 70年代，开发出了双普肯野成像眼动仪。 ? 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华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1616三 光学记录法三 光学记录法? 虹膜虹膜-巩膜反射法巩膜反射法(iris-scleral reflection method)? 也成为虹膜-角膜边界探测法 或者边界追踪技术（Limbus Tracking）? 虹膜和巩膜间存在明显的界 线
11、，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。 ? 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。9华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1717三 光学记录法三 光学记录法?边界追踪技术（边界追踪技术（Limbus Tracking）华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1818三 光学记录法三 光学记录法? 现代眼动仪现代眼动仪 ? 使用dark/bright pupil-corneal reflection, 一般使用第一普肯野图像。 ? 瞳孔追踪（Pupil Trackin
12、g）? 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。 ? 瞳孔-角膜反射(pupil-corneal reflection) ? 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。 ? bright or dark pupil helps the sys
13、tem to recognize pupil from video image10华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室1919三 光学记录法三 光学记录法?瞳孔瞳孔-角膜反射角膜反射(Two point video-based method)?角膜反光法角膜反光法? 评价 ? 眼睛不需要任何装 置，更加自然。 ? 被大多数眼动仪所普 遍使用。 ? 更加准确。华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室2020三 光学记录法三 光学记录法?4光电记录法光电记录法? 原理 ? 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
14、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。 ? 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。11华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室2121ASL 4000-series (1996)ASL 4000-series (1996)? Main components ? Floor mounted optics ? Control unit ? 2 computers (control & subject) ?
15、Head movements (partially) compensated with tracking mirrors and extended head movement options ? Temporal resolution 50 Hz ? Spatial resolution 0.5O ? Tracks only one eye ? Poor analysing software and no API华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室2222四 电流记录法四 电流记录法?1电流记录电流记录? 原理 ? 眼球运动可以产生生物电，角膜和视网膜间存在电位差。 ?
16、 这种方法又称眼动电图记录法(electrooculography, EOG)， ? 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12华中师范大学心理学院华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室2323四 电流记录法四 电流记录法? 电流记录的评价电流记录的评价 ? 优点 ? 头部运动不受影响；记录不接触 眼睛，价格相对低廉。 ? 主要用于神经学诊断 (neurological diagnosis)。 ? 缺点 ? 不是眼动的实际运动，需要靠电 位差推算。 ? 个体的间的电位差有很大的差异 性。 ? EOG信号比较弱，受到皮肤电位 的影响。 ? 准确性相对比较差，准确度为 1.5-2.0度。 ? 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华中师范大学心理学院眼动实验室眼动实验室2424四 电流记录法四 电流记录法?2电磁记录电磁记录 ? 20世纪60年代首创了电磁感应法。 ? 原理 ? 利用装有探察线圈(search co
