Articolo metodologico

Come costruire un sistema di presentazione di dicoptico che include Eye Tracker

DOI:

10.3791/56033

⸱

6 settembre 2017

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

In questo articolo

Sommario

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

Abbiamo recentemente proposto un metodo che consente la presentazione di stimolo visivo dicoptico e binoculare eye-tracking contemporaneamente1. La chiave è la combinazione di infrarossi eye tracker e gli specchi a infrarossi-trasparente corrispondenti. Questo manoscritto fornisce un'approfondita protocollo per la configurazione iniziale e il funzionamento di tutti i giorni.

Abstract

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La presentazione di stimoli diversi per i due occhi, dicoptico presentazione, è essenziale per gli studi che coinvolgono la visione 3D e soppressione interoculare. C'è una crescente letteratura il valore sperimentale unico di misure pupillari e oculomotorie, soprattutto per la ricerca sulla soppressione interoculare. Anche se ottenere provvedimenti di eye tracking beneficerebbe così gli studi che utilizzano dicoptico presentazione, l'hardware essenziale per dicoptico presentazione (es. specchi) spesso interferisce con alta qualità eye-tracking, soprattutto quando si utilizza un occhio basati su video Tracker. Recentemente abbiamo descritto una messa a punto sperimentale che combina un sistema di presentazione standard dicoptico con infrarossi eye tracker utilizzando specchi infrarosso-trasparente1. Il programma di installazione è compatibile con monitor standard ed occhio inseguitori, facile da implementare e a prezzi accessibili (dell'ordine di US$ 1.000). Relativo ai metodi esistenti ha i vantaggi di non richiedere attrezzature speciali e in posa pochi limiti sulla natura e qualità dello stimolo visivo. Qui forniamo una guida visiva per la costruzione e l'utilizzo del nostro programma di installazione.

Introduzione

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In condizioni di normale visualizzazione ciascuno dei nostri occhi riceve un input visivo leggermente diverso. Questo input è poi elaborati per produrre una rappresentazione tridimensionale, coerente del mondo. Dicoptico presentazione, pratica del controllo in modo indipendente l'input ha presentato a ciascuno dei due occhi, quindi permette ai ricercatori di studiare come gli esseri umani ricostruire una rappresentazione tridimensionale da due immagini retiniche bidimensionali2 ,3,4. Inoltre, se immagini i due occhi sono troppo dissimile, questa combinazione interoculare non riesce, e osservatori invece segnalano la percezione di una sola delle immagini alla volta mentre l'altro rimane soppresso, fenomeni come antagonismo binoculare5 e continui flash soppressione6. Ricercatori di tale soppressione interoculare, utilizzano troppo, dicoptico presentazione, in questo caso per esaminare le questioni relazionati ad argomenti come il locus neurale di consapevolezza7, selezione percettiva8,9e inconscio trattamento10.

Lo sguardo e pupilla dinamiche sono registrate ai fini più nella ricerca sul comportamento umano e la percezione. Direzione dello sguardo può informare, per esempio, attenzione allocazione11,10,13 e decisione facendo14, mentre le dimensioni della pupilla possono rivelare aspetti di elaborazione visiva15, 16, compito fidanzamento17o intelligenza fluida18.

Combinazione di eye-tracking con dicoptico presentazione è utile nella ricerca in, per esempio, tre percezione dimensionale (3D)19,20,21,22 o oculare risposte a visual ingresso durante soppressione interoculare23,24,25. Ad esempio, i movimenti oculari sono stati trovati per rivelare l'elaborazione inconscia senza percezione soggettiva durante continui flash soppressione23. Ricercatori clinici visual possono utilizzare la capacità di tenere traccia di entrambi gli occhi durante la presentazione dicoptico per studiare le malattie oculari che colpiscono i due occhi asimmetricamente, ad esempio, per monitorare il monoculare e binoculare distorsioni visive che si verificano in ambliopia26 e maculopathy27.

Recentemente abbiamo descritto un'installazione1 che consente la combinazione di alta qualità basati su video eye tracking e dicoptico stimolazione con piccola limitazione sulla dimensione o colore degli stimoli, e abbiamo valutato le prestazioni. Qui di seguito riassumiamo la costruzione e l'utilizzo di questa configurazione.

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Protocollo

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questo protocollo è stato approvato dalla recensione commissioni istituzionali di Michigan State University.

1. costruzione del sistema

  1. logica
    1. preparare l'installazione di specchio, una variante del classico Wheatstone stereoscopio 28 illustrato Figura 1 , composto da due specchi posizionati ad un angolo di 45° rispetto il partecipante ' linea mediana s. Gli specchi riflettono stimoli da due schermi che sono posizionati alle estremità opposte di una tabella, di fronte a altro.
    2. Sedile un partecipante davanti gli specchi e li mostra una schermata diversa, riflessa tramite un mirror diverso, con ciascun occhio. Per risultati ottimali, utilizzare un poggiatesta per stabilizzare il partecipante ' testa di s.
    3. Posizione a infrarossi basati su video eye tracker, tra cui una fotocamera e un illuminatore, davanti il partecipante ma dietro gli specchi. L'inseguitore dell'occhio è rappresentato da una scatola in Figura 1.
      Nota: Una sfida quando si cerca di monitorare gli occhi nelle normali configurazioni di questo tipo, è che gli occhi siano bloccati dagli specchi.
    4. Utilizzare due specchi di anteriore-superficie, spesso pubblicizzati come " freddi specchi " (angolo incidente: 45°), che dispongono di riflettanza vicino-completa di lunghezze d'onda visibili e vicino-completa trasmissione di lunghezze d'onda vicino infrarosso (Vedi tabella 1 per una dettagliata informazioni sugli specchi).
      Nota: Tali specchi possono essere ottenute tramite aziende fornitrici di apparecchiature ottiche per scopi scientifici e industriali, che di solito sono elencati componenti come questi come ' freddi specchi ' o come un tipo di ' specchi dicroici ' (vedere più in dettaglio in materiali / Tabella di attrezzature). < tr >
      impostazione 1installazione 2
      specchidimensioni10.10 × 12.70 cm10.10 × 12,70 cm
      riflettanza400 ~ 690 nm425 ~ 650 nm
      trasmissione750 ~ 1200 nm800 ~ 1200 nm
      eye Trackermarcaricerca-fine Eye Trackercliente-grado Eye Tracker
      trasmissione890 ~ 940 nmcirca 850 nm

      Tabella 1. Dettagli delle due versioni del programma di installazione con cui abbiamo lavorato.
      L'inseguitore dell'occhio ' gamma di lunghezza d'onda di s trasmissione è coperto dagli specchi ' gamma di trasmissione ad un angolo di incidenza di 45°, ma all'esterno la loro gamma di riflettanza.
  2. Struttura dell'installazione
    1. costruire l'installazione su una scrivania. Oltre agli specchi e tracking di occhio, si compone solo di tre elementi su misura fatti di fibra di legno (vedere la Figura 2 per una guida di montaggio) e due monitor a schermo piatto sul monitor-armi disponibili da ufficio normali depositi del rifornimento.
    2. Elementi di fibra di legno
      1. costruire il quadro dell'installazione di tre componenti dei pannelli: una componente centrale e schede di riferimento due su ogni lato (vedere la Figura 1 per il posizionamento generale, tabella 2 per le dimensioni dettagliate e la Figura 2 per una guida di montaggio di ogni componente). Dipingere tutti questi pezzi in nero opaco per ridurre la dispersione di luce.
        Nota: Il componente centrale (Vedi Figura 2B e 2D) contiene gli specchi e il tracking di occhio. Entrambi sono sull'altopiano stesso, mantenendo così il tracker di occhio alle partecipanti ' livello degli occhi.
      2. Posizionare l'elemento in cima di questa componente tale che lascia 8 cm in profondità nella parte anteriore della scrivania. Tale accordo permette uno spazio sufficiente per il partecipante ' s faccia quando stabilizzato sul resto testa ed evita la condensa sugli specchi durante l'espirazione, riducendo al minimo la distanza tra il partecipante ' gli occhi e gli specchi per massimizzare la possibile utilizzo del partecipante ' campo visivo s.
      3. Posizionare i due piani di riferimento direttamente di sotto del monitor (vedere la Figura 1 per il posizionamento e la Figura 2 pannelli A e C per una guida di montaggio) per facile calibrazione manuale degli schermi. Si noti che l'offset apparente nella Figura 1 tra schermo e bordo è a causa della limitata profondità spunti nell'immagine; le tavole sono direttamente sotto il monitor su entrambi i lati.
      4. Allineare esattamente horizontals lungo con i bordi della scrivania, mentre lasciano le verticali lunghi 4 cm oltre la parte anteriore della scrivania per facilitare la stabilizzazione di una tavola di calibrazione (Vedi sotto) per queste schede. I due piccoli centri di lavoro verticali garantirà il soggiorno lungo verticale verticale come il riferimento per i monitor.
      5. Facoltativamente, utilizzare un foglio di fibra di legno come una tavola di calibrazione (Vedi Figura 3). In questo caso, dopo aver ottenuto una posizione ottimale di un monitor, posizionare il bordo di calibrazione contro il bordo di riferimento e indicano le posizioni della scheda di riferimento sia il monitor sulla scheda di calibrazione mentre è a posto (nell'esempio del < forte classe = "xfig" > figura 3, doghe in legno forniscono queste indicazioni).
      6. Ogni volta che questo monitor posizione desiderata viene persa (accidentalmente o perché altri esperimenti richiedono una posizione diversa), recuperare questa posizione utilizzando le marcature sulla scheda di calibrazione per mettere il bordo di calibrazione torna nello stesso posto relativo alla scheda di riferimento che ha una posizione fissa sulla scrivania. Spostare il monitor di nuovo alla linea con le pertinenti marcature (vedere il punto 2.1.1. per i dettagli).
        componentedimensioni (cm)numeroosservazione
        componente centrale < / TD > 80 × 25 × 21top orizzontale
        23 × 25 × 21orizzontale inferiore
        21 × 32 × 21Verticale centrale
        32 × 25 × 21frontale verticale
        Schede di riferimento61 × 11 × 22lungo orizzontale
        66 × 29 × 22verticali lunghi
        11 × 15 × 24piccola verticale

        Tabella 2. Dettagli dei componenti PFL.
    3. Monitor e specchi
      1. posizionare l'installazione su una scrivania ufficio standard.
      2. Montare due monitor a schermo piatto su monitor standard braccia fissate al lato della scrivania (scheda di riferimento sia il banco di bloccaggio). Queste armi consentono la traduzione in tre dimensioni e rotazione nel piano dello schermo. CRT-monitor convenzionali sono chiaramente compatibile anche con il programma di installazione, ma non potrebbe permettersi la stessa flessibilità in termini di posizionamento e riposizionamento.
      3. Montare gli specchi specchio monti che vengono venduti per lo scopo da parte dei fornitori stessi che stock specchi freddi. Collegare questi supporti per il cartone di fibra che tiene lo specchio alle partecipanti ' livello degli occhi. Posizione gli specchi di toccare un 90 ° angolo nel centro, proprio prima del partecipante ' naso s.
    4. Rimanenti elementi
      Nota: alcuni esperimenti richiedono ai partecipanti non vedendo le schermate dall'angolo dei loro occhi, affinché una linea diretta di vista sugli schermi (linee tratteggiate in Figura 4A) dovrebbe essere evitato.
      1. In tal caso, creare " paraocchi " fatto di cartoncino nero e imbottito in schiuma foro cinghie verniciate in nero e collegarli ai posti di testa riposare (Vedi Figura 4B). Regolare i paraocchi in altezza e angolazione per ospitare singoli partecipanti. Se la parete di fronte il partecipante ha alta riflettenza, appeso un pezzo di tessuto nero vi aiuterà a risolvere il problema.

2. Utilizzando il sistema

  1. calibrazione Hardware
    Nota: lo scopo della calibrazione è quello di ottenere un allineamento soddisfacente dei due monitor per facilitare la fusione dei due monitor ' immagini per ogni partecipante. Ciò può essere ottenuto in due passaggi: taratura hardware (descritto qui) e software (descritta sotto).
    1. Quando si utilizza una scheda di taratura, come descritto in precedenza, allinearlo con una delle schede di riferimento, tenendolo in luogo con un C-clamp, se necessario, e quindi spostare il monitor corrispondente di allinearsi con le linee di riferimento desiderato sulla scheda di calibrazione. I monitor devono essere paralleli tra loro, e ognuno dovrebbe essere dritto sopra la sua scheda di riferimento.
    2. Quando si utilizzano i paraocchi, spostarli al partecipante ' s livello degli occhi e ruotare leggermente verso la linea mediana, cioè più verso l'interno, rispetto all'orientamento del monitor. Assicurarsi che ogni occhio può vedere l'intero visual stimolo allo specchio senza vedere qualsiasi di esso direttamente. Girando i paraocchi verso piuttosto che partire dal midline riduce al minimo i partecipanti ' esposizione ad altri input visivo.
  2. Calibrazione software
    1. dato che i partecipanti possono variare nella loro posizione di occhio rispetto gli specchi nonostante l'uso di un poggiatesta, calibrare ulteriormente prima di fare esperimenti. Questa parte è fatto più facilmente nel software, cioè senza spostare l'installazione ' s parti qualsiasi ulteriormente. Ci sono due possibili metodi.
      1. Per la prima, presentare un puntino su ciascuno dei due schermi in alternanza e istruire il partecipante per eliminare il cambiamento di posizione percepita spostando il punto su uno degli schermi (o entrambi in direzioni opposte).
      2. Per il secondo metodo, indicare al partecipante di allineare i fotogrammi di stimoli sperimentali invece due punti così che entrambi gli occhi ' campi visivi fondamentali per l'esperimento particolare sono allineati.
    2. Dopo l'applicazione di entrambi i metodi, gli stimoli nell'esperimento su risultante sullo schermo posizioni di centro. Altri aspetti della configurazione di schermi e stimoli per presentazione dicoptico in generale può essere trovato altrove 5.

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Risultati

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Dopo la calibrazione descritta nel protocollo, abbiamo effettuato una procedura di calibrazione-convalida senza problemi con gli specchi in luogo. L'efficacia del metodo è chiaramente illustrato dalla Figura 5, che mostra l'immagine della telecamera (con un occhio di fine ricerca sistema di tracciamento) con gli specchi in luogo. Le due serie di linee parallele lungo naso dei partecipanti e le linee sopra le sopracciglia sono i bordi degli specchi ma, tuttavi...

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Discussione

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Vi presentiamo una guida passo passo per la costruzione e l'uso di un apparato sperimentale che permette di tenere traccia simultaneo di entrambi gli occhi e dicoptico presentazione di stimoli visivi. In molte situazioni dove lo stimolo dicoptico è usato, la questione critica impedire rilevamento efficace occhio è che gli specchi per presentazione dicoptico bloccano la vista di inseguitori occhio basate su video. Questo viene risolto qui utilizzando specchi trasparenti all'infrarosso e infrarosso sensibili eye tracker. Q...

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

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Gli autori ringraziano Pieter Schiphorst per il suo ruolo nel progettare l'installazione e per fornire la grafica delle figure 1 e 3 e Marnix Naber per utili discussioni e il suo contributo alla figura 6. Gli autori riconoscono anche i ricercatori e gli editori per il riutilizzo di figura 1 e 6 da una carta pubblicata1.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Specchi in Allestimento 1Edmund Optics #64-452dimensioni 10.10 &volte; 12.70 cm; Riflettanza: 400 ~ 690 nm; Trasmissione: 750 ~ 1200nm
Specchi in configurazione 2Edmund OpticsArticolo fuori produzionedimensioni 10,10 &volte; 12,70 cm; Riflettanza: 425 ~ 650 nm; Trasmissione: 800 ~ 1200nm
Altra opzione specchioEdmund Optics#62-634dimensioni 12,50 & volte; 12,50 cm; Riflettanza: 425 ~ 650 nm; Trasmissione: 800 ~ 1200nm
Eye Tracker in configurazione 1SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, CanadaEyelink 1000Trasmissione: 890 ~ 940 nm
Eye Tracker in configurazione 2The Eye Tribe Aps, Copenhagen, DanimarcaEye Tribe (articolo fuori produzione)Trasmissione: circa 850 nm

Riferimenti

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