Methodenartikel

Wie man ein dichoptische-Präsentationssystem zu bauen, die eine Eye-Tracker enthält

DOI:

10.3791/56033

⸱

6. September 2017

 , 
1Department of Psychology, Michigan State University, 2Neuroscience Program, Michigan State University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Es hat kürzlich vorgeschlagen, eine Methode, die dichoptische visuellen Stimulus Präsentation und binokularen Eyetracking gleichzeitig1ermöglicht. Der Schlüssel ist die Kombination von einer Infrarot-Eye-Tracker und die entsprechenden Infrarot-transparente Spiegel. Diese Handschrift enthält eine eingehende Protokoll für die Ersteinrichtung und den täglichen Betrieb.

Zusammenfassung

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Die Präsentation der verschiedene Reize, die beiden Augen, dichoptische Präsentation ist wichtig für Studien mit 3D-Vision und interokulare Unterdrückung. Es gibt eine wachsende Literatur auf den einzigartigen experimentellen Wert der Pupillen und okulomotorischen Maßnahmen, insbesondere zur Erforschung von interokulare Unterdrückung. Obwohl Eyetracking-Maßnahmen erhalten somit profitieren würden Studien, die dichoptische Präsentation, die Hardware für dichoptische Präsentation (z.B. Spiegel) oft stört mit qualitativ hochwertigen Eye tracking, vor allem, wenn eine videobasierte Auge Tracker. Wir beschrieben vor kurzem eine Versuchsanordnung, die ein standard dichoptische-Präsentationssystem mit einem Infrarot-Auge-Tracker kombiniert mit Infrarot-transparente Spiegel1. Das Setup ist kompatibel mit standard-Monitore und Eye-Tracker, einfach zu implementieren und erschwinglich (in der Größenordnung von US$ 1.000). Relativ zum vorhandenen Methoden hat es die Vorteile der nicht erfordern spezielle Ausrüstung und posiert nur wenige Einschränkungen auf die Art und Qualität des visuellen Reizes. Hier bieten wir Ihnen eine visuelle Anleitung zum Aufbau und zur Nutzung unserer Einrichtung.

Einleitung

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Unter normalen Bedingungen erhält jedes unserer Augen eine etwas andere visuelle Eingaben. Dieser Eingang ist dann verarbeitet, um eine kohärente, dreidimensionale Darstellung der Welt zu produzieren. Dichoptische Präsentation, die Praxis selbstständig kontrollieren den Eingang präsentiert zu jedem der beiden Augen ermöglicht somit Forscher untersuchen, wie Menschen eine dreidimensionale Darstellung von zwei zweidimensionale retinalen Bilder2 rekonstruieren ,3,4. Darüber hinaus Wenn die beiden Augen Bilder zu verschieden sind, diese interokulare Kombination schlägt fehl und Beobachter stattdessen Wahrnehmung nur eines der Bilder zu einem Zeitpunkt während Berichten der andere bleibt unterdrückte in Phänomenen wie binokulare Rivalität5 und ständige Unterdrückung Flash-6. Forscher von solchen interokulare Unterdrückung auch nutzen, dichoptische Präsentation, in diesem Fall um Fragen rund um Themen wie die neuronalen Locus Bewusstsein7, Wahrnehmungs Auswahl8,9und unbewussten untersuchen Verarbeitung von10.

Blick und Schüler Dynamik werden für verschiedene Zwecke in der Forschung über menschliches Verhalten und Wahrnehmung erfasst. Blickrichtung kann informieren, zum Beispiel Aufmerksamkeit Zuweisung11,10,13 und Entscheidung machen14, während Pupillengröße Aspekte der visuellen Verarbeitung15, offenbaren kann 16, Aufgabe Engagement17oder Fluide Intelligenz18.

Kombination von Eye-tracking mit dichoptische Präsentation eignet sich in der Forschung in zum Beispiel drei dreidimensionale (3D) Wahrnehmung19,20,21,22 oder okuläre Reaktionen auf visuelle Geben Sie während interokulare Unterdrückung23,24,25. Zum Beispiel fanden Augenbewegungen, um unbewussten Verarbeitung ohne subjektive Wahrnehmung während der kontinuierlichen Flash-Unterdrückung23zu offenbaren. Klinische visuelle Forscher können die Fähigkeit verwenden, um beide Augen zu verfolgen, während dichoptische Präsentation, augenfällige Krankheiten zu untersuchen, die die beiden Augen asymmetrisch, z. B. zur Überwachung der monokularen und binokularen visuellen Verzerrungen beeinflussen, die in Amblyopie26 und Makulopathie27.

Wir beschrieben vor kurzem ein Setup1 , die für die Kombination von qualitativ hochwertigen Video-basierte Eye-tracking und dichoptische Stimulation mit wenig Beschränkung der Größe oder Farbe von den reizen können, und wir bewertet seine Leistung. Im folgenden fassen wir den Bau und Betrieb dieser Einrichtung.

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Protokoll

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dieses Protokoll genehmigt wurde, von der institutionellen Review Boards der Michigan State University.

1. Aufbau des Systems

  1. Begründung
    1. bereiten das Spiegel-Setup, eine Variante der klassischen Wheatstone Stereoskop 28 dargestellt Abbildung 1 , bestehend aus zwei Spiegel positioniert in einem 45° Winkel relativ zu der Teilnehmer ' s Mittellinie. Die Spiegel reflektieren Reize aus zwei Bildschirme, die an den entgegengesetzten Enden des Tisches, einander gegenüber positioniert sind.
    2. Sitz ein Teilnehmers vor dem Spiegel und haben sie einen anderen Bildschirm reflektiert über eine andere Spiegel, mit beiden Augen zu sehen. Um beste Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie eine Kopfstütze für die Stabilisierung des Teilnehmers ' Kopf s.
    3. Positionieren Sie eine Infrarot-empfindliche videobasierte Eye-Tracker, darunter eine Kamera und einen Illuminator, vor dem Teilnehmer aber hinter den spiegeln. Der Eye-Tracker wird durch eine Box in Abbildung 1 dargestellt.
      Hinweis: Eine Herausforderung, wenn Sie versuchen, die Augen in normale Installationen dieser Art zu verfolgen ist, dass die Augen durch die Spiegel gesperrt sind.
    4. Verwenden zwei Front-Oberfläche spiegeln, oft beworben als " kalten Spiegel " (Einfallswinkel: 45°), das verfügen über nahezu vollständigen Reflexion der sichtbaren Wellenlängen und nahezu vollständigen Übertragung der Nah-Infrarot-Wellenlängen (siehe Tabelle 1 für detaillierte Informationen über die Spiegel).
      Hinweis: Solche Spiegel erhalten Sie über Unternehmen liefern optische Geräte für wissenschaftliche und industrielle Zwecke, die in der Regel Komponenten wie diese als Liste ' kalten Spiegel ' oder als eine Art ' dichroitischen Spiegel ' (sehen Sie mehr Details in den Materialien / Ausrüstung (siehe Tabelle). < tr >
      setup 1Setup 2
      SpiegelAbmessungen10.10 × 12,70 cm10.10 × 12,70 cm
      Reflexion400 ~ 690 nm425 ~ 650 nm
      Getriebe750 ~ 1200 nm800 ~ 1200 nm
      Eye-TrackerMarkeForschung-End-Eye-TrackerKunden-Grade-Eye-Tracker
      Getriebe890 ~ 940 nmrund 850 nm

      Tabelle 1. Details der zwei Versionen der Einrichtung, mit der wir gearbeitet haben.
      Der Eye-Tracker ' s Getriebe Welle Längenbereich wird abgedeckt durch die Spiegel ' Reichweite in einem Winkel von 45° Inzidenz, aber außerhalb ihrer Reflexion.
  2. Struktur des Setups
    1. das Setup auf dem Schreibtisch zu bauen. Neben dem Spiegel und Eye-Tracker, es besteht nur aus drei speziell angefertigten Elementen aus Faserplatten (siehe Abbildung 2 für eine Bauanleitung) und zwei Flachbildschirme auf Monitor-Arme von normalen Büro-Versorgung-Läden.
    2. Holzfaserplatte Elemente
      1. bauen im Rahmen der Einrichtung von Faserplatten aus drei Komponenten: eine zentrale Komponente und zwei Referenz-Boards auf jeder Seite (siehe Abbildung 1 für die allgemeine Positionierung, Tabelle 2 detaillierte Abmessungen und Abbildung 2 für eine Montageanleitung der einzelnen Komponenten). Malen Sie diese Stücke in mattschwarz, Streulicht zu reduzieren.
        Hinweis: Die zentrale Komponente (siehe Abb. 2 b und 2D) hält den Spiegel und Eye-Tracker. Beide sind auf dem gleichen Plateau, so halten die Eye-Tracker an Teilnehmer ' Augenhöhe.
      2. Legen das oberste Element dieser Komponente, sodass es 8 cm in der Tiefe vor dem Schreibtisch verlässt. Eine solche Anordnung lässt genug Platz für die Teilnehmer ' s Gesicht, wenn auf der Kopfstütze stabilisiert und Kondensation auf den spiegeln bei Ablauf verhindert, bei gleichzeitiger Minimierung den Abstand zwischen dem Teilnehmer ' s Augen und die Spiegel zur Maximierung der mögliche Verwendung des Teilnehmers ' Gesichtsfeld s.
      3. Positionieren Sie die beiden Referenz-Boards direkt unter den Monitoren (siehe Abbildung 1 für Positionierung und Abbildung 2 Platten A und C für eine Montageanleitung) für einfache manuelle Kalibrierung der Bildschirme. Beachten Sie, dass der scheinbare Offset in Abbildung 1 zwischen Bildschirm und Vorstand aufgrund begrenzter Tiefe Queues im Bild; die Platten werden direkt unter den Monitoren auf beiden Seiten.
      4. Richten genau die langen horizontalen mit den Kanten des Schreibtisches, während die langen vertikalen 4 cm jenseits der Front des Schreibtisches für einfache Stabilisierung eine Kalibrierung Board (siehe unten) auf diesen Brettern lassen. Die zwei kleinen vertikalen sorgen die langen vertikalen bleiben als Referenz für die Monitore vertikal.
      5. Optional, verwenden Sie ein separates Stück Hartfaserplatte als Kalibrierung Board (siehe Abbildung 3). In diesem Fall nach Erhalt einer optimalen Position eines Monitors, positionieren Sie die Kalibrierung Board gegen das Referenz-Brett und zeigen die Positionen der Referenz-Board und der Monitor auf dem Brett Kalibrierung, während es ist (im Beispiel < starke Klasse = "Xfig" > Abbildung 3, Holzlatten bieten diese Indikationen).
      6. , Wann immer dies Monitor Position gewünscht geht verloren (versehentlich oder weil andere Experimente eine andere Position erfordern), diese Position abrufen, indem Sie mit den Markierungen auf dem Brett Kalibrierung um Kalibrierung Board wieder an der gleichen Stelle bezogen auf die Referenz-Board, das eine feste Position auf dem Schreibtisch hat. Bewegen Sie den Monitor wieder auf Linie mit den entsprechenden Markierungen (siehe Schritt 2.1.1. für Details).
        KomponenteMaße (cm)AnzahlBemerkung
        zentrale Komponente < / TD > 80 × 25 × 21Horizontal oben
        23 × 25 × 21Horizontal unten
        21 × 32 × 21Zentrale vertikale
        32 × 25 × 21vorn gerichteten vertikalen
        Referenz-Boards61 × 11 × 22langen horizontalen
        66 × 29 × 22langen vertikalen
        11 × 15 × 24kleine vertikale

        Tabelle 2. Details der einzelnen Holzfaserplatte.
    3. Monitoren und Spiegel
      1. positionieren Sie das Setup auf einem standard-Office Schreibtisch.
      2. Mount beiden Flachbildschirme auf Standardmonitor Arme auf die Seite des Schreibtischs (Klemmung der Referenz-Board und die Rezeption) geklemmt. Diese Arme erlauben Übersetzung in drei Dimensionen sowie Rotation in der Ebene des Bildschirms. Herkömmliche CRT-Monitore sind eindeutig auch kompatibel mit dem Setup, aber nicht die gleiche Flexibilität in Bezug auf die Positionierung und Neupositionierung leisten würde.
      3. Montieren Sie den Spiegel an Spiegelhalter, die für den Zweck von den gleichen Lieferanten verkauft werden, die kalte Spiegel auf Lager. Schließen Sie diese Halterungen an die Holzfaserplatte mit dem Spiegel an Teilnehmer ' Augenhöhe. Stellung der Spiegel, tippen Sie auf eine 90 ° in der Mitte, direkt vor der Teilnehmer Winkel ' s Nase.
    4. Verbleibende Elemente
      Hinweis: einige Experimente erfordern Teilnehmer nicht zu sehen, die Bildschirme von der Ecke ihrer Augen, so dass eine direkte Sichtverbindung zu den Bildschirmen (gestrichelte Linien in Abbildung 4a).) sollte vermieden werden.
      1. In diesem Fall erstellen " Scheuklappen " aus schwarzem Karton und Schaumstoff-Inlet Loch Riemen in schwarz lackiert, und bringen Sie sie zu den Stellen des Kopfes ruhen (siehe Abbildung 4 b). Passen Sie die Scheuklappen in Höhe und Neigung, einzelne Teilnehmer unterzubringen. Wenn die Wand vor dem Teilnehmer hohe Reflexion, hing ein Stück schwarzen Stoff hilft hier Abhilfe zu schaffen.

2. Mit dem System

  1. Hardware-Kalibrierung
    Hinweis: der Zweck der Kalibrierung ist die Erreichung zufrieden stellende Ausrichtung der beiden Monitore für Mühelosigkeit der Fusion der beiden Monitore ' Bilder für jeden Teilnehmer. Dies kann in zwei Schritten: Hardware-Kalibrierung (hier beschrieben) und Software-Kalibrierung (siehe unten).
    1. Wenn Sie eine Kalibrierung Board verwenden, wie oben beschrieben, richten Sie ihn mit der Referenz-Boards, hielt sie in mit einer C-Klammer bei Bedarf, und bewegen Sie dann den entsprechenden Monitor Line-up mit den gewünschten Referenzlinien auf dem Brett Kalibrierung. Die Monitore sollten parallel zueinander sein, und jeder sollte direkt über seine Referenz Bord.
    2. Bei der Verwendung von Scheuklappen, verschieben Sie sie an den Teilnehmer ' s Augenhöhe und drehen Sie sie leicht in Richtung der Mittellinie, d.h. mehr nach innen, verglichen mit der Ausrichtung der Monitore. Stellen Sie sicher, dass jedes Auge die ganze visuelle Reize in den Spiegel sehen kann, ohne es direkt zu sehen. Drehen die Scheuklappen gegenüber und nicht weg von der Mittellinie verringert die Teilnehmer ' Exposition gegenüber anderen visuellen Input.
  2. Software Kalibrierung
    1. kalibrieren, da die Teilnehmer in ihre Augenposition relativ zu der Spiegel trotz der Verwendung einer Kopfstütze variieren können, weitere vor Experimenten. Dieser Teil ist am leichtesten gemacht in der Software, d.h. ohne das Setup ' s Teile jeder weiter. Es gibt zwei mögliche Methoden.
      1. Für das erste, einen Punkt auf jedem der zwei Bildschirme im Wechsel zu präsentieren, und weisen Sie die Teilnehmer, die wahrgenommene Positionswechsel zu beseitigen durch Verschieben des Punkts auf einem der Bildschirme (oder beides in entgegengesetzte Richtungen).
      2. Für die zweite Methode anweisen, die Teilnehmer müssen die Rahmen der experimentellen Stimuli statt zwei Punkte ausrichten damit beide Augen ' Gesichtsfeldes entscheidend für das besondere Experiment ausgerichtet sind.
    2. Nach der Anwendung entweder-Methode, Zentrum der Reize in das Experiment auf die daraus resultierenden auf dem Bildschirm positioniert. Andere Aspekte der Einrichtung Displays und Reize für dichoptische Präsentation im allgemeinen anderswo 5 finden.

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Ergebnisse

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Nach der Kalibrierung im Protokoll beschrieben haben wir eine Kalibrierung Validierungsverfahren ohne Probleme mit den spiegeln im Ort durchgeführt. Die Wirksamkeit der Methode wird deutlich durch Abbildung 5, die das Bild der Kamera (mit einer Forschung Ende Eye-tracking System) zeigt mit den spiegeln im Ort. Die beiden parallelen Linien entlang Teilnehmer Nase und die Linien über den Augenbrauen sind die Kanten der Spiegel aber dennoch, das Gesicht ist inne...

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Diskussion

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Wir präsentieren Ihnen eine schrittweise Anleitung für den Bau und die Nutzung des Versuchsaufbaus, die ermöglicht die gleichzeitige Verfolgung beider Augen und dichoptische Darstellung von visuellen Reizen. In vielen Situationen, in denen dichoptische Stimulation verwendet wird, ist der kritische Punkt wirksame Eyetracking zu verhindern, dass die Spiegel für die dichoptische Präsentation den Anblick von videobasierten Eye Tracker blockieren. Dies ist hier mit Infrarot-transparente Spiegel und eine Infrarot-Sensitive Eye...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

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Die Autoren danken Pieter Schiphorst für seine Rolle bei der Gestaltung der Einrichtung und die Grafik der Figuren 1 und 3, und Marnix Naber für hilfreiche Diskussion und seinen Beitrag zur Abbildung 6. Die Autoren erkennen auch Forscher und Herausgeber für die Wiederverwendung von Abbildung 1 und 6 aus einem veröffentlichten Papier1.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Spiegel in Setup 1Edmund Optics #64-452Abmessungen 10,10 > 12,70 cm; Reflexionsvermögen: 400 ~ 690 nm; Transmission: 750 ~ 1200nm
Spiegel im Setup 2Edmund OpticsAuslaufartikelAbmessungen 10,10 > 12,70 cm; Reflexionsgrad: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm
Andere SpiegeloptionEdmund Optics# 62-634Abmessungen 12,50 & mal 12,50 cm; Reflexionsgrad: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm
Eye Tracker in Setup 1SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, KanadaEyelink 1000Transmission: 890 ~ 940 nm
Eye Tracker in Setup 2The Eye Tribe Aps, Kopenhagen, DänemarkEye Tribe (Artikel eingestellt)Transmission: ca. 850 nm

Referenzen

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