EyeLink II高速眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)及操作簡(jiǎn)介(鳳四海博士)

1、 EyeLink II EyeLink II 高速眼動(dòng)追蹤高速眼動(dòng)追蹤 系統(tǒng)及操作簡(jiǎn)介系統(tǒng)及操作簡(jiǎn)介 Outlines： 一、眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)簡(jiǎn)介： 1.產(chǎn)品簡(jiǎn)介 2.實(shí)驗(yàn)室裝配 二、EyeLink II 系統(tǒng)簡(jiǎn)介： 1.系統(tǒng)配置和要求 2.系統(tǒng)特點(diǎn)和概覽 3.眼動(dòng)追蹤原理簡(jiǎn)介 三、EyeLink II 操作簡(jiǎn)介： 1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作 2.系統(tǒng)設(shè)置 3.軟件介紹 4.分析流程 四、眼動(dòng)儀應(yīng)用（眼動(dòng)研究）簡(jiǎn)介： 1.EyeLink的可應(yīng)用領(lǐng)域 2.典型研究簡(jiǎn)介 一、西南師大眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介 1 “行動(dòng)計(jì)劃”資金，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室耗資50萬RMB。其中，EyeLink II型 眼動(dòng)儀價(jià)值4萬美金。我系是內(nèi)地第

2、四家購(gòu)買此設(shè)備的高校（北師 大、首師、浙大，CUHK）；第一家從國(guó)內(nèi)直接向外商購(gòu)買的。 加拿大多倫多大學(xué)的Reingold & Stamp發(fā)明， SR Research Ltd.制造，最初由德國(guó)SCL公 司代理，目前已售出200臺(tái)。第二代比第一 代速度更快。公司網(wǎng)址： 2 眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)室于2001年底建成，耗資十余萬（見照片1）。實(shí)驗(yàn)室采 用隔音隔光設(shè)計(jì)，被試在實(shí)驗(yàn)時(shí)，與外界有三層隔離。最近的是一 層玻璃墻，主試可以透過墻體觀察被試。室內(nèi)配有分體式空調(diào)，環(huán) 境舒適。 還裝配有攝像、錄音、投影、打印等設(shè)備，可以進(jìn)行動(dòng)景眼動(dòng)研究。 二、EyeLink II 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1 系統(tǒng)配置和要求：系統(tǒng)配置和要求

3、： Host PC：900 MHz 以上以上CPU；40-80 GB 硬盤硬盤 ；操作系；操作系 統(tǒng)統(tǒng):Win98SE/Win2000 ；顯卡，；顯卡，1024x768以上分辨率，以上分辨率，256色色； 512MB內(nèi)存內(nèi)存 ；反應(yīng)板；反應(yīng)板 （IBM6792-17C，1。6G） Subject PC：最快的：最快的CPU以保證信息遲滯以保證信息遲滯( 1 GHz ) ；512 MB內(nèi)存，內(nèi)存， 以儲(chǔ)存位圖以儲(chǔ)存位圖 ；操作系統(tǒng)：；操作系統(tǒng)：Win2000/Win XP ；60 GB硬盤硬盤 ；高速；高速 顯卡，至少顯卡，至少32 MB顯存，驅(qū)動(dòng)程序支持高刷新率和顯存，驅(qū)動(dòng)程序支持高刷新率和D

4、irectX 8.；一一 個(gè)個(gè)19顯示器，支持高掃描頻率（垂直顯示器，支持高掃描頻率（垂直150 Hz，水平水平93 KHz）。）。 二、EyeLink II 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2 EyeLink II 的主要特點(diǎn)：的主要特點(diǎn)： 高速記錄雙眼位置，數(shù)據(jù)采集率高達(dá)500Hz。 優(yōu)越的空間解析度（0.005）,低噪音（0.01 RMS）。 準(zhǔn)確度，平均注視位置誤差 0.5。 頭部自由沒有扣合帶、顎托或其他固定裝置。 兩種工作方式瞳孔或瞳孔-角膜記錄。 頭盔裝置案工效學(xué)原理設(shè)計(jì)，輕便耐用。 和大多數(shù)眼睛或隱形眼鏡兼容。 易于設(shè)置、校正和確認(rèn)。 實(shí)時(shí)操作反饋。 在線數(shù)據(jù)分析，可分辨眼跳、注視、回掃等眼動(dòng)模式。

5、 強(qiáng)勁的應(yīng)用程序界面（API）。 與EyeLink其他應(yīng)用軟件兼容。 EyeLink II 系統(tǒng)概覽 眼動(dòng)追蹤原理眼動(dòng)追蹤原理 人們一直認(rèn)為基于視頻的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)最容易裝配和操作。但是，這種系統(tǒng)的欠缺之處在 于數(shù)據(jù)采集率太低，空間分辨率不高，噪音高且容易造成數(shù)據(jù)缺失。EyeLink公司使用定制的高 速相機(jī)和高敏度圖像處理技術(shù)研制的系統(tǒng)改變了這種現(xiàn)狀。第二代EyeLink系統(tǒng)擁有優(yōu)異的解析 度（resolution噪音限度0.01和數(shù)據(jù)采集速度（每秒鐘500次取樣），據(jù)稱是同類產(chǎn)品中 性能最優(yōu)異的。這種性能使得該系統(tǒng)的速度噪音非常低，是理想的眼跳分析（saccade analysis） 和眼動(dòng)追

6、蹤工具。此外，實(shí)時(shí)的注視位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t（delay）只有3毫秒，所以很適合注 視跟隨（gaze-contingent）的顯示。 EyeLink II系統(tǒng)包括一個(gè)有皮質(zhì)護(hù)墊的頭盔，頭盔上固定有三個(gè)微型攝像機(jī)。頭盔的重心較 低，穩(wěn)定性好而旋轉(zhuǎn)慣性較小，使得整個(gè)系統(tǒng)輕巧便利，令被試在實(shí)驗(yàn)中感覺舒適，不易疲勞。 系統(tǒng)沒有使用鏡子，操作簡(jiǎn)便。兩個(gè)分開的攝像機(jī)保證既可以進(jìn)行雙眼追蹤，又能夠任意選擇 被試的優(yōu)勢(shì)眼而不用像大多數(shù)頭盔式眼動(dòng)儀那樣進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。每個(gè)攝像機(jī)都有嵌入式照明裝 置，經(jīng)過數(shù)字校正可以滿足全視野的照明需求，同時(shí)，還可以對(duì)周圍環(huán)境的照明條件進(jìn)行數(shù)字 校正。這些保證了系統(tǒng)捕捉瞳孔的優(yōu)越能力

7、。 頭盔上還整合了一個(gè)微型的光學(xué)頭部追蹤攝像機(jī)，這保證了被試在實(shí)驗(yàn)中即使有自然的小 范圍頭部移動(dòng)和說話也仍能保持對(duì)注視點(diǎn)的準(zhǔn)確追蹤。這種光學(xué)鏡頭有極低的噪音水平，使得 計(jì)算出的注視位置數(shù)據(jù)和真正的眼睛位置數(shù)據(jù)間只有微小誤差，從而保證這些數(shù)據(jù)可用來進(jìn)行 眼跳分析。相反，其他采用磁鏡頭頭部追蹤設(shè)備的頭盔式眼動(dòng)儀的角度噪音太大，限制了其注 視位置數(shù)據(jù)的應(yīng)用。 EyeLink追蹤眼動(dòng)的原理是首先利用頭鏡校正，保證面部與屏幕平行，從而視線與屏幕中 央垂直。這時(shí)，屏幕四角的發(fā)射器成為視平面的原點(diǎn)。進(jìn)一步經(jīng)過眼鏡校正，將視線和屏幕坐 標(biāo)一一對(duì)應(yīng)起來即所看的坐標(biāo)點(diǎn)就是記錄的坐標(biāo)點(diǎn)。 三、三、EyeLink I

8、I 操作簡(jiǎn)介：操作簡(jiǎn)介： EyeLink II 的圖形用戶界面（的圖形用戶界面（Graphic User Interface，GUI） 該界面友好而直觀，用戶可以通過7個(gè)窗口對(duì)眼動(dòng)儀進(jìn)行獨(dú)立控制： 鏡頭設(shè)置（Camera Setup） 設(shè)置選項(xiàng)（Setup Options） 校正窗口（Calibration Screen） 確認(rèn)窗口（Validation Screen） 漂移修正窗口（Drift Correction Screen） 輸出窗口（Output screen） 數(shù)據(jù)記錄窗口（Data Recording Screen） 1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作（實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作（Pre Ex） EL II 有

9、一系列configuration files，通過對(duì)它們的 設(shè)置可以控制眼動(dòng)儀。以下將逐個(gè)分析。 在開始記錄眼動(dòng)之前，要正確地設(shè)置眼球和頭部鏡頭 并對(duì)被試的視線和頭部位置進(jìn)行校正和確認(rèn)，確保瞳 孔位置和屏幕位置一一對(duì)應(yīng)。 設(shè)置和校正不恰當(dāng)將直接影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 2 系統(tǒng)設(shè)置：安置頭盔（系統(tǒng)設(shè)置：安置頭盔（Headband） 安置頭盔需要不斷練習(xí)才能 又準(zhǔn)又快。頭盔不能太緊， 最好從后往前戴，現(xiàn)緊前螺 栓，后緊頂螺栓，抵住耳朵。 設(shè)置鏡頭時(shí)可以參照屏幕進(jìn) 行，要求前桿與面部平行， 頭鏡位于額中，眼鏡不擋視 線。 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： 設(shè)置頭鏡（設(shè)置頭鏡（Head Camera） EyeLi

10、nk正是利用屏幕四角固定的紅外線發(fā)射器作為坐標(biāo)來保證視線 和屏幕中央垂直。屏幕的刷新率為800600，因此，數(shù)據(jù)也以次坐 標(biāo)系標(biāo)定視線位置。為避免噪音，一般會(huì)盡量避免實(shí)驗(yàn)環(huán)境中特別 是被試后方的光源，眼鏡旁各附有兩個(gè)光源，可以滿足給眼睛供光 的需求。 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： 設(shè)置眼鏡（設(shè)置眼鏡（Eyes Camera） 一看距離，二看高度，三看偏斜，四看中心，五看焦距。 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： 設(shè)置鏡頭感光度（設(shè)置鏡頭感光度（Thresholding the Cameras） 實(shí)際上就是瞳孔的透光度，它可以自動(dòng) 或手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)只需按鍵盤上下箭 頭鍵，非常方便。 過低的閾限會(huì)造成陰影，而

11、過高的閾限 會(huì)增加噪音量。 2 系統(tǒng)設(shè)置：鏡頭設(shè)置窗口系統(tǒng)設(shè)置：鏡頭設(shè)置窗口 選項(xiàng)的設(shè)置可以通過主機(jī)或被試機(jī)鍵盤的功能鍵隨意操作，非常方便。比如，C 表示校正，V表示確認(rèn)，D表示漂移校正，L、R分別選擇兩只眼睛，等等。 2 系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置： GUI 設(shè)置選項(xiàng)？設(shè)置選項(xiàng)？ 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： 設(shè)置鏡頭感光度（設(shè)置鏡頭感光度（Thresholding the Cameras） 實(shí)際上就是瞳孔的透光度，它可以自動(dòng) 或手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)只需按鍵盤上下箭 頭鍵，非常方便。 過低的閾限會(huì)造成陰影，而過高的閾限 會(huì)增加噪音量。 2 系統(tǒng)設(shè)置：鏡頭設(shè)置窗口系統(tǒng)設(shè)置：鏡頭設(shè)置窗口 選項(xiàng)的設(shè)置可以通過主機(jī)或

12、被試機(jī)鍵盤的功能鍵隨意操作，非常方便。比如，C 表示校正，V表示確認(rèn)，D表示漂移校正，L、R分別選擇兩只眼睛，等等。 2 系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置： GUI 設(shè)置選項(xiàng)？設(shè)置選項(xiàng)？ 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： Calibration Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： Validation Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： Drift Correction Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： Output Screen 2 系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)設(shè)置： Data Recording Screen 3 軟件介紹：軟件介紹： Windows SPC 軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu) 3 軟件介紹軟件介紹： 程序?qū)虻哪?/p>

13、板層級(jí)結(jié)構(gòu)程序?qū)虻哪０鍖蛹?jí)結(jié)構(gòu) 所有模板都基于所有模板都基于“simple“。 每一模塊完成某個(gè)特殊功能。每一模塊完成某個(gè)特殊功能。 3 軟件介紹：軟件介紹： Programming Oriented Templates Simple: 基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹龑?dǎo)其他所有模板的結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，引?dǎo)其他所有模板的結(jié)構(gòu)。 Text: 引導(dǎo)位圖的使用。它顯示包括源代碼在內(nèi)的四個(gè)版面的文引導(dǎo)位圖的使用。它顯示包括源代碼在內(nèi)的四個(gè)版面的文 本。本。 Picture: 類似于類似于Text，但只顯示兩張圖片，但只顯示兩張圖片(BMP files) ，從硬盤，從硬盤 裝載。裝載。 Eyedata: 引導(dǎo)實(shí)

14、時(shí)聯(lián)線數(shù)據(jù)的使用，顯示眼動(dòng)位置指針的同時(shí)引導(dǎo)實(shí)時(shí)聯(lián)線數(shù)據(jù)的使用，顯示眼動(dòng)位置指針的同時(shí) 進(jìn)行記錄，然后從試驗(yàn)中回放數(shù)據(jù)。進(jìn)行記錄，然后從試驗(yàn)中回放數(shù)據(jù)。 Gcwindow: 運(yùn)行一個(gè)快速注視跟隨窗口（運(yùn)行一個(gè)快速注視跟隨窗口（gaze-contingent window），可以用圖片也可以用文本作為材料。），可以用圖片也可以用文本作為材料。 Control: 使用注視點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)窗口中的特定項(xiàng)目進(jìn)行選擇，可用使用注視點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)窗口中的特定項(xiàng)目進(jìn)行選擇，可用 來開發(fā)眼控計(jì)算機(jī)界面。來開發(fā)眼控計(jì)算機(jī)界面。 3 軟件介紹：模板主程序軟件介紹：模板主程序(win32_demo_main.c) 初始化（Ini

15、tialization） 打開一個(gè)EDF文件 EyeLink 眼動(dòng)儀設(shè)置 運(yùn)行實(shí)驗(yàn) 轉(zhuǎn)化EDF文件成為ASCII文件 結(jié)束 分析 Win32_ simple_ trial.c 執(zhí)行Drift Correction（可省項(xiàng)） 開始記錄 設(shè)計(jì)顯示刺激(將自己的實(shí)驗(yàn)代碼替換插 入到模板中的該節(jié)) 記錄 報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Source Files for ”Simple” w32_demo.h: Declarations to link together the template experiment files. w32_demo_main.c: WinMain() function, setup an

16、d shutdown link and graphics, open EDF file. w32_demo_window.c: Implements the full-screen window used for calibration, validation and presentation. w32_simple_trials.c: Runs a block of trials. Performs system setup at the start of each block, then runs the trials.Handles standard return codes from

17、trials to allow trial skip,repeat, and experiment abort. Can be modified for your experiments, by replacing the trial instance code. w32_simple_trial.c: Implements a trial with simple graphics. You should be able to use this by replacing the drawing code, etc. w32_text_support.c: Implements a simple interface for font creation and printing. This is a support module that you can link into your experiments. 4 分析流程分析流程 瀏覽EDF文件:執(zhí)行EDFVIEW程序,該程序是一 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DOS程序，其記錄數(shù)據(jù)的上限是2分鐘；