ИНСТРУМЕНТЫ, ИЗМЕРЕНИЯ И ПРОЦЕДУРЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ АЙТРЕКЕРОВ И ТОЧНОСТЬ РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ

[1] В. А. Барабанщиков, Г. Ю. Окутина, О. Л. Окутин

Современные айтрекеры - системы видеорегистрации движений глаз человека - обладают высокой чувствительностью. Например, айтрекеры последнего поколения отслеживают расположение точки взора и величину диаметра зрачка каждые 0,8-2 мс. Еще большей чувствительностью обладают контактные системы регистрации движений глаз, построенные на принципе электромагнитной индукции: частота съема данных - до 8000 Гц, разрешающая способность - 0,0001°, уровень шума - 0,0028°.

Повышение чувствительности айтрекеров позволяет исследователям работать в новом пространственно-временном континууме. Становится возможным регистрировать положение глаз в промежутках времени, которые раньше были недоступны. Так, количество детектируемых точек за секунду измерений в айтре-керах, выпущенных в последние годы, в 10 и более раз выше, чем на оборудовании, произведенном всего пять лет назад. Это, с одной стороны, позволяет уточнить форму траекторий взора без использования линейных интерполяций айтрекеров предыдущих поколений, с другой стороны, порождает новую феноменологию оку-лографии, природа которой не всегда ясна.

Цель данной работы - апробация точности измерений движений глаз современными айтрекерами на примере iViewX™ HiSpeed-1250/500 немецкой компании SMI (HSSMI) и комплекса CS681 швейцарской фирмы Primelic.

HiSpeed SMI: видеосъемка поверхности глаз

Установка iView X™ HiSpeed-1250/500 немецкой компании SMI (HSSMI) предназначена для высокоскоростной видеорегистрации движения глаз в инфракрасном диапазоне излучения. Для оценки направленности взора используется видеоинформа-

Установка iViewX™ HiSpeed-1250/500

Рис. 1. Установка iViewX™ HiSpeed-1250/500

ция об относительном расположении центров зрачка и роговичного блика - Pupil center/corneal reflex метод. Частота видеосъемки поверхности глаз в монокулярном режиме - 1250 или 500 Гц; разрешающая способность айтрекера - 0,01°; рабочая точность определения направления глаз - 0,25-0,5°; диапазон линейности - ±30° по горизонтали, 30° - по вертикали вверх, 45° - вниз.

Установка состоит из персонального компьютера, пакета программного обеспечения, регистрирующей скоростной видеокамеры, источника инфракрасного света, стойки-колонны с упором головы и подбородником, монитора для предъявления стимулов и монитора для работы с программным обеспечением и отображения данных регистрации (рисунок 1).

Определение направленности взора проводится автоматически по относительному расположению центра зрачка, который регистрируется камерой как самая черная точка, и центра инфракрасного блика от специальной подсветки, встроенной рядом с камерой на стойке-колонне, который регистрируется как самая белая точка. Калибровка движений проводится в автоматическом режиме на основании фиксации испытуемым контрольных точек на экране монитора. В качестве выходных данных в каждый момент регистрации могут быть получены: «сырые» координаты центра зрачка, центра инфракрасного блика, горизонтальный и вертикальный диаметры зрачка, горизонтальные и вертикальные экранные координаты точек взора, а также отметки времени. Эти данные могут использоваться для решения широкого класса задач экспериментальной и практической психологии.

Для получения реальных, очищенных от влияния побочных воздействий данных о движении глаз, необходимо знать шумы, присущие айтрекеру (Окутин, Оку-тина, 2011). Каждый аппаратный комплекс, даже изготовленный одним и тем же производителем по одним и тем же технологиям, но установленный в конкретном помещении, обладает дополнительным набором шумов, связанным с особенностями среды. Как правило, подавление шумов осуществляется разработчиками оборудования с помощью математических фильтров, которые сглаживают «сырые» выходные данные за счет различного рода усреднений, вследствие чего возможны искажения результатов исследования.

Совокупная оценка шумов айтрекера может быть получена с помощью метода оценки и нивелирования шумов, называемого нами «манекен-тестом». Его главное назначение - определение оптимального диапазона представления «сырых» данных о движениях глаз без потерь и искажений.

Оценка и нивелирование шумов айтрекера на основе «манекен-теста»

Метод состоит из двух частей: измерения направленности «взора» неподвижного глаза и процедуры оптимизации диапазонов графического представления выходных данных.

Измерение направленности «взора» неподвижного глаза. Подобная процедура необходима для того, чтобы установить наличие шумов различной природы и определить их величину. Именно эти шумы искажают действительную картину окуломоторной активности испытуемого.

Поскольку глаз живого человека постоянно находится в движении, то измерения целесообразно проводить с использованием искусственного глаза. Для этого в глазные впадины манекена человека устанавливаются протезы глазного яблока, близкие по размеру и внешнему виду к реальному глазу человека. Голова манекена жестко закрепляется в подбороднике, составляя с консолью установки единое целое. Перед началом тестирования проводится стандартная калибровка поворотов глаз реального испытуемого, затем - измерения направленности «взора» манекена.

Измерения параметров «взора» неподвижного глаза выполнялись на оборудовании HSSMI, установленном в Центре экспериментальной психологии Московского городского психолого-педагогического университета. Частота видеосъемки - 500 Гц. Проведено 5 серий по 30 с каждая. Рабочий интервал содержит около 75000 значений координат точки «неподвижного взора», представленных на рисунках 2, 3.

Согласно результатам апробации, в каждой из 5 серий области фиксаций «взора» манекена по размеру и форме практически эквивалентны. Это позволяет принять параметры этих областей как свойственный данной конкретной установке уровень распределения шума, ограничивающего точность регистрации направленности «взора». В нашем случае ширина пятна составляет —12 пикселей, высота <9 пикселей. Размеры экрана - 1280x1024 пикселей (360x298 мм); расстояние до экрана - 580 мм.

Область фиксации неподвижного «взора» манекена

Рис. 2. Область фиксации неподвижного «взора» манекена: а - в масштабе экрана монитора;

б - увеличенный масштаб (х 40)

194

Динамика направленности неподвижного «взора»

Рис. 3. Динамика направленности неподвижного «взора»: а - развертка по горизонтали (х); б - развертка по вертикали (у)

Для перевода пикселей в угловые единицы измерения обозначим а угол разброса «взора» по горизонтали, а |3 - угол разброса «взора» по вертикали. Тогда tg (а/2) равен отношению половины ширины пятна «взора» к расстоянию до экрана, tg ([3/2) будет представлять отношение половины высоты пятна «взора» к расстоянию до экрана. Находя arctg этих соотношений, получаем, что разброс «взора» по горизонтали составляет —20', а по вертикали - —10'. Соответственно, точность регистрации позиции глаз не может быть выше ±10' (по горизонтали) и ±5' (по вертикали).

Полученные данные позволяют разделить окулограммы реальных испытуемых на истинные движения глаз и «шумовую» составляющую, которая не является признаком подвижности глаз.

  • [1] Работа выполнена в рамках гранта Минобрнауки ГК №02.740.11.0420.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >