Name: Una vista dei loro propri: cattura la vista egocentrica di neonati e bambini piccoli con telecamere montate a testa (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-05T14:45:00.000+00:00
Duration: 3 min 56 s
Description: Impara a catturare la vista egocentrica di neonati e bambini piccoli con telecamere montate a testa. Questo metodo consente di studiare l'ambiente visivo infantile e il suo impatto sul comportamento.

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Gli autori ringraziano il Dr. Chen Yu per la sua guida nella creazione di questo manoscritto e per i dati utilizzati nella sezione risultati rappresentante. Ringraziamo le famiglie partecipanti che hanno accettato di essere usati nelle figure e le riprese del protocollo, nonché Lydia Hoffstaetter per la sua attenta lettura di questo manoscritto. Questa ricerca è stata sostenuta dagli istituti nazionali di sovvenzioni di salute T32HD007475-22 (J.I.B., DHA), R01 HD074601 (S.B.), HD028675 R01 (S.B., L.B.S) e F32HD093280 (L.K.S.). National Science Foundation concede BCS-1523982 (S.B., L.B.S) e carriera IIS-1253549 (S.B., DJC), il National Science Foundation Graduate ricerca Fellowship programma #1342962 (s.e.s.) e dalla Indiana University attraverso l'Area di ricerca emergenti Iniziativa - apprendimento: Cervelli, macchine e bambini (J.I.B., S.B., L.B.S).

La procedura seguente per raccogliere dati sul neonato e di bambino esperienze visive in laboratorio e a casa è stata approvata da Indiana University Institutional Review Board. Consenso informato è stato ottenuto da badante del neonato.
1. scegliere una fotocamera testa
Nota: Ci sono numerose telecamere di piccoli, leggeri e portatile prontamente disponibili per l'acquisto (Figura 2).
<ol><li>Scegliere una fotocamera testa che è discreto e non influenzerà le scene in fase di registrazione.<ol>
<li>Montare la telecamera su un cappello aderente o fascia usando un adesivo temporaneo o montare saldamente la fotocamera su una piccola piastra di plastica attaccata al caschetto. Posizionare la fotocamera a fronte del bambino (Figura 2B, sinistra).<ol>
<li>A seconda della forma della fotocamera, montare la videocamera da cucito piccolo panno loops in una fascia o un cappello (fig. 2B, centro e destra).</li>
			<li>Garantire che il cappello o fascia regolabile per ottenere una vestibilità aderente e confortevole sulla testa del bambino (Figura 2A). Nota: Una fotocamera che si trova tra gli occhi del neonato è teoricamente ideale, tuttavia questo non è abbastanza possibile con le attuali tecnologie. Piccole telecamere che possono essere posizionate in basse sulla fronte stanno diventando sempre più disponibili.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Se telecamere sono stati inviati a casa con i genitori, è necessario garantire che i genitori possono usare senza alcun aiuto tecnico.<ol>
<li>Prima che i genitori lasciano il laboratorio, addestrarli su come far funzionare la fotocamera testa.</li>
		<li>Invia la casa dei genitori con la fotocamera da utilizzare, il capo-banda o cappello e una mano-out che descrive la procedura per attivare la fotocamera e record di dati.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Assicurarsi che le telecamere siano abbastanza luce per infanti da indossare e dimenticare. Nota: Il peso raccomandato dista meno di 30 g3. Qualsiasi fotocamera selezionata non dovrebbe riscaldarsi durante l'uso e dovrà essere durevole in uso eccessivo.</li>
	<li>Se la messa a punto sperimentale richiede ai bambini di essere liberi di muoversi, memorizzare i video registrati su una scheda di memoria interna. In caso contrario, utilizzare Telecamere legati al computer di raccolta dati.</li>
	<li>Utilizzare una fotocamera con un obiettivo di alta qualità per sfruttare al massimo gli avanzamenti recenti in algoritmi di apprendimento automatico che segmentare scene visive in regioni di interesse.<ol>
<li>Se scene visive saranno essere codificate manualmente dai ricercatori, è necessario utilizzare una macchina fotografica che può catturare immagini ad una qualità sufficiente per il controllo manuale.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Assicurarsi che qualsiasi fotocamera batteria sia in grado di registrare per la quantità di tempo desiderata.</li>
	<li>Poco prima di iniziare l'esperimento o inviare la fotocamera a casa con i genitori, testare la fotocamera testa per garantire sta funzionando in modo appropriato.</li>
</ol>2. raccolta dei dati in laboratorio
Nota: Testa-montata telecamere possono essere facilmente aggiunti alla maggior parte degli esperimenti.
<ol><li>Hanno 2-3 sperimentatori posizionare la fotocamera sulla testa del bambino: uno sperimentatore pone la telecamera con testina, uno controlla la testa dalle telecamere e, se necessario, uno distrae il bambino.<ol>
<li>Chiedere al genitore per garantire che il bambino rimanga calmo e per distrarre il bambino durante il processo di collocamento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire il posizionamento della fotocamera in tre passaggi come segue.<ol>
<li>Desensibilizzare il bambino a portata di mano le azioni vicino alla loro testa.<ol>
<li>Chiedere al genitore di leggermente toccare o ictus del neonato testa e capelli più volte.</li>
			<li>Chiedi lo sperimentatore mettendo il cappello sulla testa del bambino per fare lo stesso come 2.2.1.1.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Avere lo sperimentatore posizionare la fotocamera testa-montata quando il bambino è distratto.<ol>
<li>Usare giocattoli pulsante per mantenere le mani del bambino occupato.</li>
			<li>Avere la distrazione sperimentatore o genitore aiutare in questa fase spingendo delicatamente le mani del bambino verso il giocattolo coinvolgente in modo che le mani del bambino non vanno alla testa.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Serrare il cappello sulla testa del bambino e regolare la telecamera con testina quando il bambino è impegnato con il giocattolo.<ol>
<li>Regolare la fotocamera in modo che quando il bambino tiene un oggetto davanti il suo viso, l'oggetto è centrato nella fotocamera testa FOV.</li>
			<li>Se il bambino è seduto, regolare la telecamera in modo che acquisisce maggior parte del giro del bambino quando il bambino guarda verso il basso.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dopo aver posizionato la fotocamera sulla testa del bambino, chiedere lo sperimentatore a lasciare la stanza e iniziare la registrazione.</li>
	<li>Nel caso in cui una fotocamera è spostata fuori luogo o rimosso, immettere nuovamente la camera per correggere la fotocamera.<ol>
<li>Terminare l'esperimento se il bambino non tollera la fotocamera viene riapplicata. Nota: Per la registrazione di ambienti naturali in casa, prima di montare un cappello e la macchina fotografica per l'infante individuo e mostrare ai genitori come posizionare la fotocamera. Il design e la vestibilità della telecamera deve garantire che i genitori saranno in grado di mettere il cappello sul loro bambino senza aiuto tecnico.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. raccolta dei dati per lo studio del genitore-bambino
Nota: Il seguente metodo rappresentativo per testa-telecamere utilizza naturalistici giocattolo gioco in laboratorio per illustrare il tipo di analisi che possono essere condotti sulle viste egocentriche dei neonati e dei genitori (Figura 3A).
<ol><li>Outfit il padre e il figlio con telecamere montate a testa, come descritto in 2.1 e 2.2.</li>
	<li>Utilizzare testa telecamere per catturare video con una risoluzione di 1280 x 720 pixel a 30 fotogrammi/s. procedere come descritto ai punti 2.3 e 2.4.<ol>
<li>Frazionare il flusso video in un fotogramma ogni 5 s.</li>
		<li>Disegnare manualmente i riquadri di delimitazione intorno ogni giocattolo (Figura 3B) all'interno della visualizzazione utilizzando software commerciale o un programma sviluppato internamente (per un frame di esempio, vedere Figura 3 ).<ol>
<li>Se solo parte di un giocattolo è visibile a causa di occlusione da altri giocattoli o troncamento sul bordo del telaio, solo disegnare rettangoli quando un giocattolo è facilmente identificabile e includere tutte le parti visibili del giocattolo.</li>
			<li>Ad esempio, se solo la gamba della bambola è visibile, disegnare un rettangolo attorno alla sua gamba. Se un oggetto occlude la metà della bambola, lasciando i capelli e le gambe visibili, quindi disegnare una casella che include sia i capelli e le gambe.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>James, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJames%2C+W+%22The+Principles+of+Psychology%22">The Principles of Psychology</a>. , Henry Holt and Co. New York. (1890).</li>
<li>Quine, W., Van, O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aQuine%2C+W+%22Word+and+object%3A+An+inquiry+into+the+linguistic+mechanisms+of+objective+reference%22">Word and object: An inquiry into the linguistic mechanisms of objective reference</a>. , The MIT Press. Cambridge, MA. (1960).</li>
<li>Yoshida, H., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What%27s+in+view+for+toddlers%3F+Using+a+head+camera+to+study+visual+experience%5BTitle%5D)+AND+%22Infancy%22%5BJournal%5D)">What's in view for toddlers? Using a head camera to study visual experience.</a> Infancy. 13 (3), 229-248 (2008).</li>
<li>Yu, C., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Embodied+attention+and+word+learning+by+toddlers%5BTitle%5D)+AND+%22Cognition%22%5BJournal%5D)">Embodied attention and word learning by toddlers.</a> Cognition. 125 (2), 244-262 (2012).</li>
<li>Bambach, S., Smith, L. B., Crandall, D. J., Yu, C. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7846804/">Objects in the center: How the infant's body constrains infant scenes.</a> Joint IEEE International Conference on Development and Learning and Epigenetic Robotics 2016. , 132-137 (2016).</li>
<li>Adolph, K. E., Gilmore, R. O., Freeman, C., Sanderson, P., Millman, D. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/1047840X.2012.705133">Toward open behavioral science.</a> Psychological Inquiry. 23 (3), 244-247 (2012).</li>
<li>Sanderson, P. M., Scott, J. J. P., Johnston, T., Mainzer, J., Wantanbe, L. M., James, J. M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1071581984710779">MacSHAPA and the enterprise of exploratory sequential data analysis (ESDA).</a> International Journal of Human-Computer Studies. 41 (5), 633-681 (1994).</li>
<li>Pereira, A. F., Smith, L. B., Yu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bottom-up+view+of+toddler+word+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Psychonomic+Bulletin+%26+Review%22%5BJournal%5D)">A bottom-up view of toddler word learning.</a> Psychonomic Bulletin & Review. 21 (1), 178-185 (2014).</li>
<li>Yu, C., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Joint+Attention+without+Gaze+Following%3A+Human+Infants+and+Their+Parents+Coordinate+Visual+Attention+to+Objects+through+Eye-Hand+Coordination%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Joint Attention without Gaze Following: Human Infants and Their Parents Coordinate Visual Attention to Objects through Eye-Hand Coordination.</a> PLOS ONE. 8 (11), e79659(2013).</li>
<li>Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+faces+in+infant-perspective+scenes+change+over+the+first+year+of+life%5BTitle%5D)+AND+%22PlOS+ONE%22%5BJournal%5D)">The faces in infant-perspective scenes change over the first year of life.</a> PlOS ONE. 10 (5), e0123780(2015).</li>
<li>Fausey, C. M., Jayaraman, S., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+faces+to+hands%3A+Changing+visual+input+in+the+first+two+years%5BTitle%5D)+AND+%22Cognition%22%5BJournal%5D)">From faces to hands: Changing visual input in the first two years.</a> Cognition. 152, 101-107 (2016).</li>
<li>Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Why+are+faces+denser+in+the+visual+experiences+of+younger+than+older+infants%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Psychology%22%5BJournal%5D)">Why are faces denser in the visual experiences of younger than older infants?</a> Developmental Psychology. 53 (1), 38(2017).</li>
<li>Clerkin, E. M., Hart, E., Rehg, J. M., Yu, C., Smith, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-world+visual+statistics+and+infants%27+first-learned+object+names%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+B%2C+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Real-world visual statistics and infants' first-learned object names.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B, Biological Sciences. 372, 20160055(2017).</li>
</ol>

Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

Questo documento illustra le nozioni di base per l'applicazione di telecamere montate testa agli infanti per catturare la loro scena visiva egocentrico. Telecamere testa commercialmente disponibili sono sufficienti per la maggior parte degli studi. Macchine fotografiche di piccoli, leggeri e portatile dovrebbero essere incorporati in un cappello di tessuto morbido o un archetto e applicati alla testa del bambino. Una volta correttamente progettato e implementato, una varietà di esperimenti può essere eseguita, sia nelle ...

Per decenni, gli psicologi hanno cercato di comprendere l'ambiente del bambino in via di sviluppo, che William James notoriamente descritto come un "fiore, ronzio confusione1." Le esperienze quotidiane del bambino in genere sono studiate le riprese naturalistica gioca con le parti sociali da una prospettiva in terza persona. Queste viste dal lato o sopra mostrano in genere ambienti ingombri e una quantità scoraggiante di potenziali referenti per ogni nuova parola che un infante sente2. Per un osservatore esterno, descrizione di James è apt, ma questa prospettiva stazionaria, di terza persona non è il modo che un bambino vede il mondo. Un infante è più vicino al suolo e può muoversi attraverso il loro mondo, portando gli oggetti più vicini per l'esplorazione visiva. Una visuale in terza persona di un'interazione genitore-bambino è illustrata nella Figura 1. Evidenziate sono le differenze fondamentali tra le loro prospettive. Forse, l'input che ricevono gli infanti è non quasi come caotica come anticipato dai genitori e ricercatori. L'obiettivo dei metodi con telecamere montate testa è per catturare l'esperienza infantile da una visuale in prima persona al fine di comprendere l'ambiente visivo a loro disposizione durante lo sviluppo.
Testa-montata telecamere, indossate su un cappello o un archetto, forniscono una finestra nelle esperienze visual ad ogni istante del bambino in via di sviluppo. Da questa prospettiva, lo studio della struttura e della regolarità nell'ambiente del bambino diventa apparente. Telecamere montate testa hanno rivelato il esperienze visive degli infanti ad essere in gran parte dominato dalle mani, sia loro proprio e del loro partner sociali e che faccia-sembra, una volta considerato indispensabile per l'istituzione di attenzione congiunta, sono molto più scarsi rispetto a attesi 3. Head-mounted fotocamere hanno anche dimostrato che i neonati e dei loro caregivers creare momenti in cui gli oggetti sono visivamente dominante e centrato nel campo visivo del neonato (FOV), riducendo l'incertezza inerente all'oggetto-etichetta mappatura4.
Testa-montata telecamere catturano visuale in prima persona infants' basato su movimenti della testa. Questa vista non è perfettamente sincrono con, o rappresentante di, movimenti di occhio infantile, che possono essere catturati solo in combinazione con eye-tracker. Per esempio, uno spostamento di solo gli occhi, mantenendo la testa stazionario, o uno spostamento della testa, mantenendo gli occhi fissati su un oggetto, verrà creato un disallineamento tra infants' effettivo FOV e quella acquisita dalla fotocamera testa. Tuttavia, durante la riproduzione del giocattolo, neonati in genere centro gli oggetti che sono presenti, allineando la loro testa, occhi e la posizione del giocattolo con del midline5 del loro corpo. Disallineamenti sono rari e in genere vengono creati da momentanei ritardi tra un turno di occhio e l'accompagnamento di testa girare3. Pertanto, testa-telecamere non sono adatti a catturare la rapida dinamica degli spostamenti in attenzione. La forza di telecamere montate testa sta nel catturare l'ambiente visual quotidiano, rivelando il contenuto visivo disponibile agli infanti.
I seguenti risultati di protocollo e rappresentante dimostrerà come testa-montata telecamere può essere usato per studiare l'ambiente visivo di neonati e bambini piccoli.

<table><tbody><tr><td>Telecamera frontale</td><td>Looxcie</td><td>Looxcie 3</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>Watec</td><td>WAT-230A</td><td></td></tr><tr><td>Supercircuiti</td> telecamera<td>frontale</td><td>PC207XP</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>KT& C</td><td>VSN500N</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>SereneLife</td><td>HD Clip-On</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>Conbrov</td><td>Pen TD88</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>Mvowizon</td><td>Smiley Face Spy Button</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>Clip narrativa</td><td>2</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera frontale</td><td>MeCam</td><td>DM06</td><td></td></tr></tbody></table>

una vista dei loro propri: cattura la vista egocentrica di neonati e bambini piccoli con telecamere montate a testa

A View of Their Own: Capturing the Egocentric View of Infants and Toddlers with Head-Mounted Cameras

Infanti e bambini Mostra il mondo, ad un livello base sensoriale, in un modo fondamentalmente diverso dai loro genitori. Questo è in gran parte a causa di vincoli biologici: i neonati possiedono le proporzioni del corpo diverso rispetto ai loro genitori e la capacità di controllare i propri movimenti della testa è meno sviluppata. Tali vincoli limitano l'input visivo disponibile. Questo protocollo mira a fornire i principi guida per i ricercatori utilizzando telecamere montate testa per comprendere l'evoluzione input visivo vissuto da bambino in via di sviluppo. Riuscito uso di questo protocollo permetterà ai ricercatori di progettare ed eseguire studi di ambiente visivo del bambino in via di sviluppo, impostata in casa o in laboratorio. Da questo metodo, i ricercatori possono compilare una visualizzazione aggregata di tutti gli elementi possibili nel campo di vista di un bambino. Questo metodo non direttamente misurare esattamente ciò che il bambino sta esaminando. Combinando questo approccio con apprendimento automatico, algoritmi di computer vision e codifica manuale, i ricercatori possa produrre un set di dati ad alta densità per illustrare l'evoluzione ecologia visual del bambino in via di sviluppo.

Uno analisi semplice e informativo, è quello di contare il numero di oggetti in vista in ogni punto nel tempo. Poiché una fotocamera testa produce dati a circa 30 Hz (30 immagini/s), vedere giù-campionamento dati a 1 immagine ogni 5 s aiuta a produrre un set di dati più gestibile pur mantenendo una risoluzione del caso per informazioni sui tipi di bambini di scene. Ricerca precedente ha dimostrato che scene visive sono lenta evoluzione in infanti3. Uno script perso...

Infanti e bambini Mostra il mondo in un modo fondamentalmente diverso dai loro genitori. Testa-montata telecamere forniscono un meccanismo trattabile per comprendere l'ambiente visivo infantile. Questo protocollo fornisce principi guida per esperimenti in casa o in laboratorio per catturare la vista egocentrica dei bimbi e dei lattanti.

Una vista dei loro propri: cattura la vista egocentrica di neonati e bambini piccoli con telecamere montate a testa

Infants and toddlers view the world, at a basic sensory level, in a fundamentally different way from their parents. This is largely due to biological ...

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nella psicologia dello sviluppo nelle scienze cognitive come qual è l'ambiente visivo dei neonati e in che modo ciò che vedono influenza il loro comportamento? Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente ai ricercatori di catturare la vista di un bambino dal proprio punto di vista. Questa visione è molto diversa da quella di un adulto.Questo metodo può essere applicato anche agli adulti e ad altri organismi modello non umani. I ricercatori hanno collegato telecamere alle teste o ai retro di uccelli, pipistrelli e altre specie in natura. Una sfida con questo protocollo è posizionare con successo la telecamera della testa.I bambini possono essere pignoli e sensibili a qualsiasi cosa tocchi la testa, quindi la fiducia degli sperimentatori è fondamentale. A dimostrare questa procedura saranno le studentesse Sarah Shroer e Catalina Suarez-Rivera. Per iniziare chiedi a un genitore e al secondo sperimentatore di assicurarsi che il bambino rimanga calmo durante il processo di posizionamento e di distrarre il bambino in base alle esigenze.Quindi chiedi al genitore di desensibilizzare il bambino alle azioni delle mani vicino alla sua testa toccando leggermente i capelli del bambino più volte. Dopo questo, toccare leggermente i capelli e la testa del bambino. Fornire al genitore giocattoli che distraggono e istruire il genitore e il secondo sperimentatore a spingere delicatamente la mano dei bambini verso il giocattolo.Mentre il bambino è distratto posizionare la telecamera montata sulla testa del bambino. Quindi, regolare la fotocamera in modo che quando il bambino tiene un oggetto davanti al viso l'oggetto sia centrato nel campo visivo della fotocamera. Dopo questo lasciare la stanza e iniziare la registrazione.Nel caso in cui la fotocamera venga spostata fuori luogo o rimossa, rientrare nella stanza per correggere la fotocamera. Prima equipaggia il bambino con la telecamera della testa come descritto in precedenza. Fornire al genitore e al bambino diversi giocattoli prima di lasciare la stanza.Sottocampionare un fotogramma del flusso video ogni cinque secondi. Quindi l'utilizzo del software disegna manualmente i riquadri di delimitazione attorno a ciascun giocattolo osservato nel fotogramma sottocampionato. Se solo una parte di un giocattolo facilmente identificabile è visibile nel fotogramma, disegnare un riquadro di delimitazione solo intorno alla parte visibile del giocattolo.In questo protocollo le telecamere montate sulla testa sono state utilizzate per contare il numero di oggetti nella vista di un diade genitore-infantile. In questi risultati rappresentativi il bambino aveva un numero maggiore di fotogrammi con meno oggetti in vista rispetto all'elemento padre. È stata analizzata anche la proporzione dello schermo ripreso da ogni oggetto in vista.Sia per l'elemento padre che per il figlio è stata riscontrata una correlazione negativa tra il numero di oggetti in vista e le dimensioni visive di tali oggetti. Seguendo questa procedura ulteriori algoritmi di codifica a mano o di visione artificiale possono essere utilizzati per rispondere a domande più dettagliate sulle proprietà degli oggetti secondo il bambino. Questa tecnica è stata utilizzata con successo dal nostro laboratorio e da altri per affrontare molte domande di ricerca.Il nostro laboratorio ha avuto un grande successo utilizzando telecamere montate sulla testa per esplorare l'ambiente domestico naturale e le esperienze visive dei neonati in tutto il mondo.

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