Оборудование для видеорегистрации движений глаз

На сегодняшний день наибольшее распространение получили два основных типа оборудования для видеорегистрации движений глаз. Первый - стационарные установки, в которых предъявление изображений выполняется на экране монитора, причем положение регистрирующей камеры относительно экрана жестко фиксировано, а наблюдатель в ходе исследования должен неподвижно сидеть перед экраном. Второй - мобильные системы, в которых регистрирующая видеокамера зафиксирована на голове наблюдателя с помощью очковой оправы, велошлема и т. п. В последнем случае система включает вторую камеру - т. и. «камеру сцены», ведущую видеосъемку с позиции наблюдателя, к изображению которой привязывается направление взора. Выбор используемого оборудования определяется целями и задачами проводимого исследования.

Стационарные системы

В тех случаях, когда необходима максимальная пространственная и временная разрешающая способность, используются стационарные системы, в которых голова испытуемого фиксируется лобноподбородной опорой (иногда дополнительно используется зажимаемый во рту зубной слепок). Регистрирующая камера может быть либо направлена непосредственно в глаза испытуемого, либо расположена вертикально в верхней части установки. В последнем случае для получения изображения глаз используется так называемое «теплое зеркало», отражающее инфракрасное излучение и пропускающее видимый свет. Зеркало укрепляется наклонно перед глазами; так что наблюдатель видит через него экспонируемое на экране изображение, а на камеру попадает отраженное от зеркала изображение глаз.

Основная область исследований с применением данного оборудования - разнообразные феномены окуломоторной активности в микроинтервалах времени, механизмы регуляции движений глаз, динамика познавательных процессов и функциональных состояний человека. Высокая разрешающая способность позволяет детально изучать саккадические и прослеживающие движения глаз; работать в условиях кратковременной (менее 1 с) экспозицией изображений, в том числе в рамках gaze contingent paradigm; выделять характерные особенности движений глаз, связанные с различными заболеваниями и др.

Требование жесткой фиксации головы наблюдателя существенно ограничивает возможности коммуникации и действия в ходе исследования. Рассмотрим примеры систем данного класса более подробно.

EyeLink 1000 (Tower Mount). Установка (рисунок 34) производится канадской фирмой SR Research; на сегодняшний день обладает наилучшим временным и пространственным разрешением. Заявленные производителем характеристики:

  • • Максимальная точность определения направления взора: до 0,15°;
  • • Типичная точность определения направления взора: 0,25-0,5°;
  • • Частота видеорегистрации: 1000 Гц (с опцией EyeLink 2000 - до 2000 Гц);
  • • Стабильность: 0,0Г при 1000 Гц; 0,02° при 2000 Гц (при тестировании с помощью искусственного глаза);
  • • Диапазон регистрации движений глаз: ±27,5° по горизонтали, ±22,5° по вертикали;
  • • Точность измерения величины зрачка: не хуже 0,2% диаметра.

Видеокамера подсоединена по интерфейсу CameraLink к компьютеру, работающему в однозадачном режиме под управлением операционной системы Romdos 7.1, что обеспечивает высокую стабильность работы. При частоте регистрации 1000 Гц средняя латентность обработки видеокадра М<1,8 мс (SD<0,6 мс); при 2000 Гц М<1,4 мс (SD<0,4 мс).

iViewXtm Hi-Speed 1250. Флагманская модель немецкой фирмы SensoMotoric Instruments (рисунок 35). Заявленные характеристики:

  • • Типичная точность определения направления взора: 0,25-0,5°;
  • • Частота видеорегистрации: 1250 Гц (монокулярная), 500 Гц (монокулярная и бинокулярная);
  • • Стабильность: 0,01°;
  • • Диапазон регистрации движений глаз: 30° (влево, вправо, вверх), 45° (вниз).

Видеокамера подсоединена по интерфейсу CameraLink к компьютеру, работающему под управлением Windows ХР. Производителем регулиро!

положения к;

лобная

регулировка зеркала

инфракрасная камера

инфракрасный осветитель

• Г светозащитный экран

зеркало, отражающее инфракрасный свет

подбородник

Рис. 34. Установка SR Research Eyelink 1000, Tower mount

Слева - адаптированная схема с сайта фирмы-производителя, справа - установка в University of Victoria (Canada), Cognition and Action Laboratory (фото с сайта университета).

Установка SMI iViewX'” Hi-Speed 1250 (Центр экспериментальной психологии МГППУ)

Рис. 35. Установка SMI iViewX'1” Hi-Speed 1250 (Центр экспериментальной психологии МГППУ)

отдельно указываются латентность обработки (Processing latency) < 0,5 мс и латентность системы (System latency) < 2 мс. В имеющемся в нашем распоряжении экземпляре установки используется видеокамера Pulnix TM-6740CL. Разрешение: 224x160 (монокулярный режим, 500 Гц и 1250 Гц), 640x160 (бинокулярный режим, 500 Гц).

Для исследований, не требующих высокого пространственного разрешения, предлагаются стационарные системы без фиксации головы испытуемого. По утверждениям производителей, регистрация движений глаз возможна при смещениях головы порядка 20 см от положения, при котором выполнялась калибровка. На практике, однако, оказывается, что удержание даже относительно стабильного положения головы в ходе исследования требует от его участников значительного напряжения. Оптимальные условия, в которых возможна продолжительная стабильная запись движений глаз (порядка 30 мин и более), достигаются при использовании невращаю-щегося анатомического кресла с подголовником. Регистрирующие видеокамеры таких установок монтируются под экраном монитора или свободно стоят на столе. Системы данного класса получили широкое распространение.

Установка EyeLink 1000 Desktop Mount. Психологический факультет МГУ, Лаборатория психологии труда

Рис. 36. Установка EyeLink 1000 Desktop Mount. Психологический факультет МГУ, Лаборатория психологии труда

Слева общий вид установки, справа - интерфейс ПО (регистрация движений глаз выполняется с использованием головы-манекена).

Оборудование предназначено для изучения и диагностики познавательных процессов, деятельности и общения. Удачным компромиссным решением, сочетающим относительно высокие технические характеристики с возможностью свободного расположения испытуемого, являются системы с частотой регистрации 500 Гц (Eye Link 1000 Desktop Mount, SMI RED 500 - см. далее), позволяющие в принципе выполнять весь возможный спектр исследований. Рассмотрим несколько наиболее известных моделей.

EyeLink 1000 Desktop Mount с опцией Remote Camera Upgrade. Установка фирмы SR Research, предназначенная для записи движений глаз в условиях не стабилизированного положения головы (рисунок 36). Для точного определения положения головы на лоб наблюдателя наклеивается круглая метка-мишень. Заявленные характеристики:

  • • Максимальная точность определения направления взора: до 0,15°;
  • • Типичная точность определения направления взора: 0,5°;
  • • Частота видеорегистрации: 500 Гц (монокулярный режим);
  • • Стабильность: 0,05°;
  • • Диапазон регистрации движений глаз: ±17° по горизонтали; ±22,5° по вертикали;
  • • Диапазон свободного перемещения головы: 22x18x20 см;
  • • Расстояние от глаз наблюдателя до экрана: 40-70 см.

На практике запись движений глаз на данной установке при неста-билизированном положении головы оказывается некомфортной для испытуемых, поскольку в отсутствии опоры сильно напрягаются мышцы спины и шеи.

SMI RED / RED 250 / RED 500. Линейка установок фирмы Sensomotoric Instruments, различающихся максимальной частоРис. 37. Установка SMI RED500. Фото из проспекта фирмы-производителя той видеорегистрации. Видеокамера расположена в специальном закрытом блоке под экраном монитора (рисунок 37). Заявленные характеристики:

  • • Точность определения направления взора: 0,4°;
  • • Частота видеорегистрации: 50/60 Гц (RED); 60/120/250 Гц (RED 250); 60/120/250/500 Гц (RED 500) (монокулярный и бинокулярный режимы);
  • • Стабильность: 0,03°;
  • • Диапазон регистрации движений глаз: 20° (влево, вправо, вверх); 40° (вниз);
  • • Диапазон свободного перемещения головы: 40x20 см на дистанции 70 см;
  • • Расстояние от глаз наблюдателя до экрана: 60-80 см.

SMI RED-m. Младшая модель айтрекера фирмы Sensomotoric Instruments, отличающаяся максимальной компактностью (рисунок 38). Позволяет выполнять регистрацию движений глаз при рассматривании изображений на экране ноутбука или стационарного монитора (диагональ 10-22"). Заявленные характеристики:

  • • Точность определения направления взора: 0,5°;
  • • Частота видеорегистрации: 60/120 Гц (регистрируются усредненные координаты взора левого и правого глаза);
  • • Стабильность: 0,1°;
Установка SMI RED-m. Фото из рекламного ролика фирмы-производителя

Рис. 38. Установка SMI RED-m. Фото из рекламного ролика фирмы-производителя

  • • Латентность: не более 20 мс при частоте регистрации 60 Гц;
  • • Диапазон свободного перемещения головы: 32x21 см на дистанции 60 см;
  • • Расстояние от глаз наблюдателя до экрана: 50-75 см;
  • • Вес: 130 г;
  • • Размеры: 24x2,5x3,3 см.

Eyegaze Analyzing System. Установка немецкой фирмы Interactive Minds. Под экраном монитора расположены две видеокамеры, работающие на частоте 60 Гц, раздельно регистрирующие изображение с левого/правого глаза (рисунок 39). Светодиоды инфракрасной подсветки расположены по центру объектива каждой из камер, обеспечивая работу в режиме «яркого зрачка». Итоговая запись содержит усредненное направление взора для левого и правого глаз с частотой 120 Гц. Раздельная регистрация направления взора для левого и правого глаза невозможна. Заявленная точность определения направления взора - 0,4°.

Eyefollower™ 2.0. Установка фирмы Interactive Minds, оснащенная системой сервоприводов, управляющих положением и фокусировкой камер, регистрирующих направление взора (рисунок 40). Частота регистрации - 120 Гц, точность определения направления взора - 0,4°. Заявленный производителем диапазон положе-

Установка Eyegaze Analyzing System. Институт психологии РАН, лаборатория познавательных процессов и математической психологии

Рис. 39. Установка Eyegaze Analyzing System. Институт психологии РАН, лаборатория познавательных процессов и математической психологии

Рис. 40. Установка Eyefollwer™ 2.0. Фото из проспекта фирмы-производителя

Установка Smart Eye Pro. Фото из проспекта фирмы-производителя

Рис. 41. Установка Smart Eye Pro. Фото из проспекта фирмы-производителя

ний, в котором стабильно выполняется регистрация движений глаз: 76 см по горизонтали, 40 см по вертикали, расстояние до экрана - от 46 до 97 см.

Smart Eye Pro 5.10. Полипозиционная система регистрации движений глаз шведской фирмы Smart Eye АВ (рисунок 41); поддерживается одновременная работа до 8 видеокамер. Частота регистрации - 120 Гц (до 4 камер) / 60 Гц (до 8 камер). Точность определения направления взора - 0,5°. Точность определения положения головы наблюдателя: поворот - 0,5°, смещение - 1 мм. В максимальной комплектации обеспечивается круговое поле зрения (360°). Система позволяет задавать «модель мира» и привязывать направление взора наблюдателя к объектам и зонам созданной модели. Диапазон положений головы наблюдателя, в котором стабильно выполняется регистрация движений глаз для системы из двух камер -40x40x30 см. Дистанция от камеры до глаз наблюдателя - от 30 до 300 см (со сменной оптикой и системами подсветки).

На базе айтрекера создана специализированная система предотвращения засыпания водителя AntiSleep, выполняющая непрерывную детекцию положения головы, направления взора и раскрытия глаз с частотой 60 Гц. Для работы системы необходим стандартный ноутбук. Диапазон свободного перемещения головы: 20x15x20 см; точность определения направления взора - 1,5°; точность определения положения головы - 3°.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >