Методическая статья

Как построить систему представления Dichoptic, которая включает Eye Tracker

DOI:

10.3791/56033

⸱

6 сентября 2017 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

Мы недавно предложил метод, который позволяет dichoptic визуальный стимул презентации и бинокль айтрекинга одновременно1. Ключ является сочетание инфракрасной глаз трекер и соответствующие ИК прозрачные зеркала. Эта рукопись обеспечивает углубленного протокол для начальной установки и повседневной эксплуатации.

Аннотация

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

Презентация различных раздражителей в два глаза, презентация dichoptic, имеет важное значение для исследований с участием 3D видение и interocular подавления. Существует растущая литература на значении уникальной экспериментальной зрачкового и глазодвигательные мер, особенно для проведения исследований по interocular подавления. Хотя получение eye отслеживание мер выиграют таким образом исследования, которые часто используют dichoptic презентации, оборудования, необходимых для представления dichoptic (например, зеркала) вмешивается высокого качества глаз слежения, особенно при использовании видео на основе глаз трекер. Мы недавно описал экспериментальной установки, которая сочетает в себе системы представления стандартного dichoptic с ИК-порт трекер с помощью ИК прозрачные зеркала1. Установка совместима с стандартных мониторов и глаз трекеров, легко осуществить и доступные (порядка 1000 долларов США). Относительно существующих методов, она имеет преимущества не требует специального оборудования и создает несколько ограничений на природу и качество визуального стимула. Здесь мы обеспечиваем наглядное руководство для строительства и эксплуатации нашей установки.

Введение

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

При нормальных условиях просмотра каждого из наших глаз получает немного отличается визуальный ввод. Это ввод, затем обрабатывается производить один последовательной, трехмерное представление о мире. Dichoptic презентации, практика самостоятельно контролировать входные данные представлены в каждой из двух глаз, таким образом позволяет исследователям изучить, каким образом люди реконструировать трехмерное представление от двух двухмерных изображений сетчатки2 ,3,4. Кроме того, если два глаза изображения слишком отличаются, это interocular не удается и наблюдателей вместо доклад восприятие лишь один из изображений в то время, пока другой остается подавленной, в такие явления, как бинокулярное соперничество5 и 6непрерывная флэш подавления. Исследователи, такие interocular подавления, тоже, презентация dichoptic, в этом случае используйте для изучения вопросов, связанных с темы как нейронные Локус осведомленности7, восприятия выбор8,9и бессознательное обработки10.

Взгляд и ученик динамика записываются для различных целей в исследовании человеческого поведения и восприятия. Направление взгляда может сообщить о, например, внимание распределению11,10,13 и решение сделать14, в то время как размер зрачка может выявить аспекты визуальных обработки15, 16, задача взаимодействия17или жидкости разведки18.

Сочетание глаз слежения с dichoptic презентация является полезным в исследованиях на, к примеру, три трехмерные (3D) восприятие19,20,,2122 или глазной ответы на визуальные Потребляемая мощность во время подавления interocular23,24,25. Например выявить бессознательной обработке без субъективного восприятия во время непрерывного флэш подавления23были найдены движения глаз. Клинические визуальные исследователи могут использовать способность отслеживать оба глаза во время презентации dichoptic расследовать глазных заболеваний, которые влияют на два глаза несимметрично, например, для мониторинга Монокуляр и бинокль визуальных искажений, возникающих в Амблиопия26 и Макулопатия27.

Мы недавно описал установки1 , что позволяет сочетание высокого качества видео на основе глаз слежения и стимуляции dichoptic с маленькой ограничение на размер или цвет раздражители, и мы оценивали его производительность. Ниже мы подведет, строительства и эксплуатации этой установки.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

этот протокол был одобрен институционального обзора доски Мичиганского государственного университета.

1. Построение системы

  1. обоснование
    1. подготовить зеркало установки, вариант классической Уитстона стереоскоп 28 показано в Рисунок 1 , состоящий из двух зеркал, расположены под углом 45° по отношению к участник ' s срединной линии. Зеркала отражают раздражители из двух экранов, которые расположены на противоположных концах стола, лицом друг к другу.
    2. Место участника перед зеркала и их просмотра на другой экран, отражение через другое зеркало, с каждым глазом. Для достижения наилучших результатов, используйте подголовник для стабилизации участник ' руководитель ф.
    3. Позиция ИК чувствительных глаз на основе видео трекер, включая камеру и просветителя, перед участником, но за зеркалом. Глаз отслеживания представлена коробку на рис. 1.
      Примечание: Одна задача, при попытке отслеживать глаза в обычных установок такого типа, является, что глаза блокируются зеркалами.
    4. Использовать две передние поверхности зеркала, часто рекламируются как " холодные зеркала " (инцидент угол: 45°), что есть почти полное отражение видимых длин волн и почти полной передачи ближней ИК-области спектра длин волн (см. таблицу 1 для подробной Информация о зеркалах).
      Примечание: Такие зеркала может быть получен через компаний, поставляющих оптического оборудования для научных и промышленных целей, которые обычно список компонентов, таких как ' холодные зеркала ' или как тип ' дихроичных зеркала ' (см. более подробно материалы / Оборудование таблица). < tr >
      установки 1установки 2
      зеркаларазмеры10.10 × 12.70 см10.10 × 12.70 см
      отражения400 ~ 690 нм425 ~ 650 Нм
      передачи750 ~ 1200 Нм800 ~ 1200 Нм
      eye Trackerбрендисследований конец Eye Trackerтрекер глаз клиента класс
      передачи890 ~ 940 нмоколо 850 нм

      В таблице 1. Подробная информация о двух вариантов установки, с которой мы работали.
      Eye tracker ' диапазон длины волны передачи s покрыта зеркала ' дальность передачи под углом 45° заболеваемости, но пределы их отражения.
  2. Структура установки
    1. построить установки поверх письменный стол. Помимо зеркала и глаз трекер, он состоит только из трех заказных элементов из ДВП (см. Рисунок 2 руководство Ассамблеи) и два ЖК-мониторов на монитор оружия доступны из обычного рабочего снабжения магазинов.
    2. Элементы ДВП
      1. строить рамки установки из трех компонентов древесноволокнистых плит: один центральный компонент и доски две ссылки на каждой стороне (см. Рисунок 1 для общего позиционирования, таблица 2 для подробных измерений и Рисунок 2 Ассамблеи руководство каждого компонента). Краска все эти части в матовый черный для уменьшения рассеивания света в.
        Примечание: Центральный компонент (см. Рисунок 2B и 2D) держит зеркала и глаз tracker. Оба находятся на плато же, таким образом сохраняя глаза трекер на участников ' глаз уровня.
      2. Место верхний элемент этого компонента, таким образом, что он оставляет 8 см в глубину передней стол. Такой механизм позволяет достаточно места для участника ' s лица, когда стабилизировалась на подголовник и избежать конденсации на зеркалах в течение срока, при минимальном расстоянии между участником ' глаза и зеркала, чтобы максимизировать возможное использование участника ' поля зрения ф.
      3. Позиция две доски ссылку прямо ниже (см. Рисунок 1 для позиционирования и Рисунок 2 групп A и C руководство Ассамблеи) мониторы для легкой ручной калибровки экрана. Обратите внимание, что явное смещение на рисунке 1 между экраном и Правление из-за ограниченного глубины Кии в изображении; доски, прямо ниже мониторов на обеих сторонах.
      4. Точно выровнять длинные горизонталей с края стола, в то время как длинные вертикальные оставить 4 см за передней стол для удобства стабилизации доску калибровки (см. ниже) для этих плат. Два небольших вертикалей обеспечит длинной вертикальной пребывания вертикальные как ссылка для мониторов.
      5. При необходимости использовать отдельный кусок ДВП как доска калибровки (см. рис. 3). В этом случае, после получения оптимального положения монитора, установите калибровки Совет против правления ссылку и указывают позиции Совета ссылку и монитор на борту калибровки, пока она находится в месте (на примере < сильный класс = «xfig» > рисунок 3, деревянные рейки эти указания).
      6. Всякий раз, когда это желательно положение монитора теряется (случайно или потому, что другие эксперименты требуют разные позиции), получить эту позицию с помощью маркировки на плате калибровки положить обратно в том же месте относительно калибровки Совет Ссылка Совет, который имеет фиксированное положение на столе. Отодвиньте монитор снова к линии с соответствующей маркировки (см. шаг 2.1.1. для подробной информации).
        компонентразмеры (см)номерЗамечание
        центральный компонент < / ТД > 80 × 25 × 21горизонтальной верхней
        23 × 25 × 21горизонтальной нижней
        21 × 32 × 21Центральный вертикальный
        32 × 25 × 21Вертикальная передняя
        Ссылка доски61 × 11 × 22длинные горизонтальные
        66 × 29 × 22длинной вертикальной
        11 × 15 × 24малые вертикальные

        В таблице 2. Подробная информация о ДВП компонентов.
    3. Мониторы и зеркала
      1. положение установки поверх стандартного офисный стол.
      2. Подключить два ЖК-мониторов на стандартный монитор оружия зажат в сторону стола (зажима ссылка Совет и бюро). Эти оружия позволяют перевод в трех измерениях, а также вращение в плоскости экрана. Обычные ЭЛТ мониторы являются явно также совместима с программой установки, но не даст такого же уровня гибкости с точки зрения позиционирования и репозиционирования.
      3. Установить зеркала на зеркало монтирует, которые продаются для этого же поставщиками, которые фондовый холодные зеркала. Подключите эти крепления к плате волокна, проведение зеркало на участников ' глаз уровне. Положение зеркала на ощупь на 90°, угол в центре, прямо перед участником ' нос ф.
    4. Остальные элементы
      Примечание: некоторые эксперименты требуют участников, не видя экраны из угла глаза, так что прямой видимости на экраны (пунктирные линии в рисунке 4A) следует избегать.
      1. В этом случае создайте " шоры " из черного картона и пены мягкий отверстие ремни, окрашены в черный и прикрепить их к должности руководителя отдых (см. рис. 4B). Отрегулируйте шоры в высоту и угол для размещения отдельных участников. Если стены перед участник имеет высокий коэффициент отражения, висит кусок черной ткани поможет исправить это.

2. С помощью системы

  1. калибровки оборудования
    Примечание: цель калибровки состоит в обеспечении удовлетворительного выравнивание двух мониторов для удобства слияние двух мониторов ' изображения для каждого участника. Это может быть достигнуто в два этапа: калибровка оборудования (описано здесь) и программное обеспечение калибровки (описано ниже).
    1. При использовании калибровки доски, как описано выше, выровняйте его с одним из советов ссылка, держа его в место с C-зажим, при необходимости, а затем переместите соответствующий монитор выстроить с желаемой опорных линий на доске калибровки. Мониторы должны быть параллельны друг другу, и каждый должен быть прямо над его ведения Совет.
    2. При использовании шоры, переместите их в участник ' s глаз уровня и их слегка поверните к средней линии, то есть более внутрь, по сравнению с ориентацией мониторов. Убедитесь, что каждый глаз может видеть весь зрительный стимул в зеркале не видя его непосредственно. Поворачивая шоры сторону, а не от срединной сведет к минимуму участников ' воздействия на другие визуальные материалы.
  2. Калибровки программного обеспечения
    1. так как участники могут меняться их глаз позиции относительно зеркала, несмотря на использование подголовник, калибровки до делать эксперименты. Эта часть наиболее легко делается в программном обеспечении, т.е. без перемещения установки ' s частей любого дальнейшего. Существует два возможных метода.
      1. Для во-первых, представить точку на каждой из двух экранов в чередовании и поручить участник для устранения предполагаемой позиции изменить, перемещая точку на одном из экранов (или оба в противоположных направлениях).
      2. Для второго метода, поручить участник для выравнивания рамы экспериментальной стимулы вместо двух точек, чтобы оба глаза ' поля зрения, решающее значение для конкретного эксперимента выровняны.
    2. После применения любого метода, центр раздражителей в эксперименте на полученный на экране позиции. Другие аспекты создания дисплеи и стимулы для dichoptic презентации в целом можно найти в других местах 5.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

После калибровки, указанных в протоколе мы выполнили процедуру калибровки проверки без проблем с зеркалами на месте. Эффективность метода четко иллюстрируется на рисунке 5, которая показывает изображение камеры (с помощью исследования конца глаз слежения системы) с зеркалами в месте. Два набора параллельных линий вдоль участников нос и линий выше брови являются кромки зеркал, но, тем не менее, лица ясно внутри рамки, как это вне. Это подчеркивает отсутствие п...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Мы представляем пошаговое руководство для строительства и использования экспериментальной установки, что позволяет одновременное отслеживание обоих глаз и dichoptic презентация зрительных раздражителей. Во многих ситуациях, где используется dichoptic стимуляции критическим вопросом, препятствующим эффективной глаз слежения является, что зеркала для презентации dichoptic блокируют зрение глаз на основе видео трекеры. Здесь это решается с помощью ИК прозрачные зеркала и трекер ИК чувствительных глаз. Эта установка позволяе...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

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

Авторы благодарят Pieter Schiphorst за его роль в проектировании установки и предоставление графических фигур 1 и 3 и Marnix Набер для полезной дискуссии и его вклад в рисунок 6. Авторы также признают исследователи и издателей для повторного использования на рисунке 1 и 6 от опубликованный документ1.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Зеркала в Сетап 1Edmund Optics #64-452размеры 10.10 × 12.70 см; Коэффициент отражения: 400 ~ 690 нм; Трансмиссия: 750 ~ 1200 нм
Зеркала в Setup 2Edmund OpticsItem снят с производстваразмеры 10.10 × 12.70 см; Коэффициент отражения: 425 ~ 650 нм; Пропускание: 800 ~ 1200 нм
Другой вариант зеркалаEdmund Optics#62-634размеры 12,50 &раз; 12,50 см; Коэффициент отражения: 425 ~ 650 нм; Трансмиссия: 800 ~ 1200 нм
Eye Tracker в Setup 1SR Research Ltd., Миссиссога, Онтарио, КанадаEyelink 1000Передача: 890 ~ 940 нм
Eye Tracker в Setup 2The Eye Tribe Aps, Копенгаген, ДанияEye Tribe (товар снят с производства)Передача: около 850 нм

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behav. Res. Methods. , 1-7 (2016).
  2. Barendregt, M., Harvey, B. M., Rokers, B., Dumoulin, S. O. Transformation from a Retinal to a Cyclopean Representation in Human Visual Cortex. Curr. Biol. 25 (15), 1982-1987 (2015).
  3. Held, R. T., Cooper, E. A., Banks, M. S. Blur and Disparity Are Complementary Cues to Depth. Curr. Biol. 22 (5), 426-431 (2012).
  4. Julesz, B. Foundations of cyclopean perception. xiv, U. Chicago Press. Oxford, England. (1971).
  5. Carmel, D., Arcaro, M., Kastner, S., Hasson, U. How to Create and Use Binocular Rivalry. J. Vis. Exp. (45), (2010).
  6. Tsuchiya, N., Koch, C. Continuous flash suppression reduces negative afterimages. Nat. Neurosci. 8 (8), 1096-1101 (2005).
  7. Crick, F., Koch, C. Consciousness and neuroscience. Cereb Cortex. 8 (2), 97-107 (1998).
  8. Jiang, Y., Costello, P., Fang, F., Huang, M., He, S. A gender- and sexual orientation-dependent spatial attentional effect of invisible images. Proc. Natl. Acad. Sci. 103 (45), 17048-17052 (2006).
  9. Jiang, Y., Costello, P., He, S. Processing of Invisible Stimuli: Advantage of Upright Faces and Recognizable Words in Overcoming Interocular Suppression. Psychol. Sci. 18 (4), 349-355 (2007).
  10. Bahrami, B., Carmel, D., Walsh, V., Rees, G., Lavie, N. Spatial attention can modulate unconscious orientation processing. Perception. 37 (10), 1520-1528 (2008).
  11. Smith, D. T., Ball, K., Ellison, A., Schenk, T. Deficits of reflexive attention induced by abduction of the eye. Neuropsychologia. 48 (5), 1269-1276 (2010).
  12. Deubel, H., Schneider, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Res. 36 (12), 1827-1837 (1996).
  13. Pastukhov, A., Braun, J. Rare but precious: Microsaccades are highly informative about attentional allocation. Vision Res. 50 (12), 1173-1184 (2010).
  14. Reddi, B. aJ., Carpenter, R. H. S. The influence of urgency on decision time. Nat. Neurosci. 3 (8), 827-830 (2000).
  15. Barbur, J. L. Learning from the pupil-studies of basic mechanisms and clinical applications. Vis. Neurosci. 1, 641-656 (2004).
  16. Naber, M., Nakayama, K. Pupil responses to high-level image content. J. Vis. 13 (6), 7-7 (2013).
  17. Gilzenrat, M. S., Nieuwenhuis, S., Jepma, M., Cohen, J. D. Pupil diameter tracks changes in control state predicted by the adaptive gain theory of locus coeruleus function. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 10 (2), 252-269 (2010).
  18. Van Der Meer, E., et al. Resource allocation and fluid intelligence: Insights from pupillometry. Psychophysiology. 47 (1), 158-169 (2010).
  19. Erkelens, C. J., Regan, D. Human ocular vergence movements induced by changing size and disparity. J. Physiol. 379, 145-169 (1986).
  20. Wismeijer, D. A., Erkelens, C. J., van Ee, R., M, W. exler Depth cue combination in spontaneous eye movements. J. Vis. 10 (6), 25-25 (2010).
  21. Takagi, M., et al. Adaptive Changes in Dynamic Properties of Human Disparity-Induced Vergence. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 42 (7), 1479-1486 (2001).
  22. Maiello, G., Harrison, W. J., Bex, P. J. Monocular and Binocular Contributions to Oculomotor Plasticity. Sci. Rep. 6, (2016).
  23. Rothkirch, M., Stein, T., Sekutowicz, M., Sterzer, P. A direct oculomotor correlate of unconscious visual processing. Curr. Biol. 22 (13), R514-R515 (2012).
  24. Spering, M., Pomplun, M., Carrasco, M. Tracking Without Perceiving A Dissociation Between Eye Movements and Motion Perception. Psychol. Sci. 22 (2), 216-225 (2011).
  25. Spering, M., Carrasco, M. Acting without seeing: eye movements reveal visual processing without awareness. Trends Neurosci. 38 (4), 247-258 (2015).
  26. Piano, M. E. F., Bex, P. J., Simmers, A. J. Perceptual Visual Distortions in Adult Amblyopia and Their Relationship to Clinical FeaturesPerceptual Visual Distortions in Adult Amblyopia. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56 (9), 5533-5542 (2015).
  27. Wiecek, E., Lashkari, K., Dakin, S. C., Bex, P. Novel Quantitative Assessment of Metamorphopsia in MaculopathyQuantitative Assessment of Metamorphopsia. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56 (1), 494-504 (2015).
  28. Wheatstone, C. Contributions to the Physiology of Vision.--Part the First. On Some Remarkable, and Hitherto Unobserved, Phenomena of Binocular Vision. Philos. Trans. R. Soc. Lond. 128, 371-394 (1838).
  29. Beach, G., Cohen, C. J., Braun, J., Moody, G. Eye tracker system for use with head mounted displays. 1998 IEEE Int. Conf. Syst. Man. 5, 4348-4352 (1998).
  30. Gibaldi, A., Vanegas, M., Bex, P. J., Maiello, G. Evaluation of the Tobii EyeX Eye tracking controller and Matlab toolkit for research. Behav. Res. Methods. , 1-24 (2016).
  31. Fox, R., Todd, S., Bettinger, L. A. Optokinetic nystagmus as an objective indicator of binocular rivalry. Vision Res. 15 (7), 849-853 (1975).
  32. Leopold, D. A., Fitzgibbons, J. C., Logothetis, N. K. The Role of Attention in Binocular Rivalry as Revealed through Optokinetic Nystagmus. , (1995).
  33. Zaretskaya, N., Thielscher, A., Logothetis, N. K., Bartels, A. Disrupting Parietal Function Prolongs Dominance Durations in Binocular Rivalry. Curr. Biol. 20 (23), 2106-2111 (2010).
  34. Robinson, D. A. A Method of Measuring Eye Movemnent Using a Scieral Search Coil in a Magnetic Field. IEEE Trans. Bio-Med. Electron. 10 (4), 137-145 (1963).
  35. Kalisvaart, J. P., Goossens, J. Influence of Retinal Image Shifts and Extra-Retinal Eye Movement Signals on Binocular Rivalry Alternations. PLOS ONE. 8 (4), e61702(2013).
  36. Frässle, S., Sommer, J., Jansen, A., Naber, M., Einhäuser, W. Binocular rivalry: frontal activity relates to introspection and action but not to perception. J. Neurosci. 34 (5), 1738-1747 (2014).
  37. Duchowski, A. T., et al. Binocular Eye Tracking in Virtual Reality for Inspection Training. Proc. 2000 Symp. Eye Track. Res. Appl. , 89-96 (2000).
  38. Hayashi, R., Tanifuji, M. Which image is in awareness during binocular rivalry? Reading perceptual status from eye movements. J. Vis. 12 (3), 5-5 (2012).
  39. van Dam, L. C. J., van Ee, R. Retinal image shifts, but not eye movements per se, cause alternations in awareness during binocular rivalry. J. Vis. 6 (11), 3-3 (2006).
  40. Maiello, G., Chessa, M., Solari, F., Bex, P. J. Simulated disparity and peripheral blur interact during binocular fusionShort Title?? J. Vis. 14 (8), 13-13 (2014).
  41. Vinnikov, M., Allison, R. S., Fernandes, S. Impact of depth of field simulation on visual fatigue: Who are impacted? and how? Int. J. Hum.-Comput. Stud. 91, 37-51 (2016).
  42. Tsuchiya, N., Wilke, M., Frässle, S., Lamme, V. A. F. No-Report Paradigms: Extracting the True Neural Correlates of Consciousness. Trends Cogn. Sci. 19 (12), 757-770 (2015).
  43. Naber, M., Frässle, S., Einhäuser, W. Perceptual Rivalry: Reflexes Reveal the Gradual Nature of Visual Awareness. PLOS ONE. 6 (6), e20910(2011).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи