Цифровые системы видеорегистрации движений глаз

Бурное развитие вычислительной техники привело к созданию цифровых систем видеорегистрации движений глаз. Использование компьютера для автоматической обработки видеоизображения и, одновременно, - для экспозиции стимульного материала позволяет автоматически вычислять координаты позиции взора наблюдателя, определять амплитуду, скорость, направление и другие показатели окуломоторной активности. Низкая трудоемкость проведения исследования и последующей обработки данных делают такие установки все более популярными.

Принципы работы

Наибольшее распространение в последнее десятилетие получили системы, основанные на регистрации глаз скоростной видеокамерой, работающей в ближнем инфракрасном (IR) диапазоне (850-950 нм). Такая съемка позволяет получить контрастное изображение глаза с четкой границей между зрачком и радужной оболочкой.

Изображение глаза в ближнем ИК-диапазоне при разном расположении источника света. Фото

Рис. 30. Изображение глаза в ближнем ИК-диапазоне при разном расположении источника света. Фото: Центр экспериментальной психологии МГППУ, оригинальная установка

В зависимости от расположения источника инфракрасной подсветки относительно видеокамеры возможны два случая (рисунок 30). Если источник света расположен в стороне от оптической оси видеокамеры, то отраженный от сетчатки свет не попадает в объектив. В результате на видеоизображении зрачок оказывается темнее, чем радужная оболочка. В англоязычной литературе данный метод получил название Dark Pupil (темный зрачок). Если же источник света расположен на оптической оси камеры, отраженный от сетчатки свет попадает в объектив. В результате на видеоизображении зрачок оказывается ярче, чем радужная оболочка. В англоязычной литературе данный метод получил название Bright Pupil (яркий зрачок). В фотографии в таком случае говорят об «эффекте красных глаз», часто возникающем при использовании дешевых фотоаппаратов, в которых относительно мощная фотовспышка расположена рядом с объективом.

Полученное видеокамерой изображение передается в компьютер, где происходит его обработка. На изображении выделяются зрачок и роговичный блик (отражение источника света от роговицы глаза). В результате для каждого кадра видеоряда вычисляются: координаты центра зрачка; размеры зрачка по горизонтали и вертикали; координаты роговичного блика.

Задача выделения области зрачка на изображении может решаться двумя путями. Непараметрическиемегтс)]ъ используют при обработке изображения только информацию о разности яркостей. В таком случае зрачком может считаться, вообще говоря, область любой формы, яркость которой ниже заданного порога (для случая темного зрачка - рисунок 31) или выше заданного порога (для случая яркого зрачка).

Такой способ обработки отличается высокой производительностью, но дает корректные результаты лишь при стабильных усло-

Обработка изображения с видеокамеры

Рис. 31. Обработка изображения с видеокамеры: выделение области зрачка и роговичного блика. Как зрачок выделяется темная область неправильной формы. Установка SMI iViewX11" Hi-Speed 1250 (Центр экспериментальной психологии МГППУ)

Артефакты, возникающие при обработке изображения

Рис. 32. Артефакты, возникающие при обработке изображения

Слева - нестабильная детекция роговичного блика, справа - нестабильная детекция зрачка. Установка SMI High Speed, Центр экспериментальной психологии МГППУ.

Обработка изображения с видеокамеры, выделение области зрачка круглой формы

Рис. 33. Обработка изображения с видеокамеры, выделение области зрачка круглой формы

Справа: при появлении в поле зрения камеры хирургического инструмента область зрачка по-прежнему выделяется корректно. Айтре-кер Chronos Vision ОпеК+ с аппаратной обработкой видеоизображений. Иллюстрации из информационного буклета фирмы.

виях экспозиции. Характерным примером нестабильности непараметрических методов обработки является ситуация, возникающая при выделении темного зрачка в случае накрашенных ресниц (рисунок 32). В ближнем инфракрасном диапазоне накрашенные ресницы также видны как темные области на изображении, что затрудняет детекцию зрачка.

Использование параметрических методов предполагает, что область зрачка должна не только отличаться по яркости от фона, но и иметь круглую или эллиптическую форму. При таком подходе может обеспечиваться высокая стабильность результатов (рисунок 33); его недостаток - высокая вычислительная сложность.

Для того чтобы соотнести координаты центра зрачка и роговичного блика на видеоизображении регистрирующей камеры с направлением взора наблюдателя, используется процедура калибровки. От наблюдателя требуется последовательно фиксировать взор на точечном объекте, показываемом в разных местах экрана компьютера, на котором далее будут экспонироваться изображения, или на реальной калибровочной плоскости (стена, дверь и т.п.) при регистрации движений глаз в свободном поведении. Типичная процедура калибровки включает фиксацию от 5 (одна в центре и четыре - по углам) до 13 калибровочных точек.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >