Summary
最近眠視覚刺激呈示と両眼眼球1を同時に追跡できる方法を提案します。キーは、赤外線の目追跡システムと対応する赤外線透過ミラーの組み合わせです。この原稿は、深さで初期セットアップおよび日常の操作のためのプロトコル。
Abstract
2 つ目、眠プレゼンテーションにさまざまな刺激のプレゼンテーションは、3 D ビジョンと両眼間抑制を含む研究に不可欠です。特に両眼間抑制に関する研究のための瞳孔と眼球運動対策のユニークな実験値に成長する文献があります。しばしば眠プレゼンテーション、眠プレゼンテーション (例えばミラー) に不可欠なハードウェアを利用する研究が高品質視線、特にビデオ ベースの目を使用する場合と干渉するアイトラッ キング対策を得るために有益な情報だろうトラッカー。我々 は最近赤外線透過ミラー1を使用して赤外線の目追跡システムと標準的な眠プレゼンテーション システムを組み合わせた実験のセットアップを説明します。セットアップは、標準的なモニターと、目トラッカーの実装が簡単かつ手頃な価格 (米国 $1,000) の順序と互換性が。既存のメソッドに相対しない特別な装置を必要として自然と視覚刺激の質のいくつかの制限をポーズの利点があります。ここで建設し、我々 のセットアップの使用して視覚的なガイドを提供します。
Introduction
通常の視聴条件の下でそれぞれの私たちの目はわずかに異なる視覚入力を受け取ります。これは、入力は、世界の 1 つの一貫した、立体表現を生成する処理されます。眠のプレゼンテーションの 2 つ目のそれぞれに発表入力を独立に制御する練習ができ人間が 2 つの二次元網膜像2 からの立体表現に再構築を研究に研究、3,4。さらに、2 つ目のイメージがあまりにも異なる、この両眼の組み合わせが失敗すると、オブザーバーは代わりにしながら時に画像の 1 つだけの知覚を報告他両眼5などの現象で、抑制されたままとフラッシュ抑制が連続6。このような両眼の抑制の研究者、あまりにも眠プレゼンテーションこのケースで使用意識7、知覚の選択8,9と無意識の神経の軌跡のようなトピックに関連する質問を確認するには10を処理します。
視線・瞳孔ダイナミクスは、知覚と人間行動に関する研究で複数の目的のために記録されます。視線方向、例えば、注意配分11,10,13と決定について知らせることができます瞳孔が視覚処理15の側面を明らかにしながら14日を作る 16、タスク婚約17、または流動性知能18。
眠プレゼンテーションと視線を組み合わせることは、例えば、3 つの次元 (3 D) 知覚19,20,21,22または視覚的に眼球に研究に便利両眼間抑制23,24,25の中に入力します。たとえば、眼球運動は、フラッシュ抑制が連続23中に主観的な認識せず無意識処理を明らかに発見されています。臨床視覚研究者は眠に影響を与える 2 つの目非対称的、たとえば、単眼と双眼視界のゆがみの発生を監視するのに眼疾患を調査するのにプレゼンテーション中に両方の目を追跡するのに機能を使用できます。弱視26と黄斑症27。
我々 は最近、刺激の色または高品質ビデオ ベースのアイトラッ キングとサイズに少し制限がある眠刺激の組み合わせは、セットアップ1を説明し、その性能を評価しました。以下我々 は建設とこのセットアップの使用をまとめてみました。
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Protocol
制度レビュー ボードのミシガン州立大学によって承認されたこのプロトコル
。1 ですシステムの構築
- 参考
- 準備ミラーのセットアップ、に示されている古典的なホイートストン万国実体写真 28 バリアント 図 1。、参加者に対して 45 ° の角度で配置されている 2 つのミラーから成る ' s 正中線。ミラーは、お互いに直面して、テーブルの両端に配置されている 2 つのスクリーンからの刺激を反映します 。
- 鏡の前で参加者の座席、それらそれぞれの目で、別のミラーによって反映される別の画面を表示します。最高の結果を得るには、参加者を安定させるため頭の残りの部分を使用して、' s 頭 。
- は、カメラと参加者の前で、ミラーの後ろに蛍光灯器具を含む赤外線敏感なビデオベースの目追跡システムを配置します。目の追跡者は 図 1 のボックスで表される
。 注: このタイプの通常設定で目を追跡しようとしたときの課題の 1 つはミラーによって目がふさがれて 。
- 使用多い広告として、2 つの前部表面ミラー " コールド ミラー " (入射角度: 45 °)、可視波長の反射率を完全に近い、近赤外波長 (表 1 を参照詳細の完全に近い伝送機能ミラーについて).
注: そのようなミラーは通常このようなコンポーネントを一覧表示科学および工業用の光学機器を供給する企業を介して取得することができます ' はコールド ミラー ' の型として、または ' ダイクロイック ミラー ' (資料で詳細を参照してください/機器表)。セットアップ 1 セットアップ 2 ミラー 寸法 10.10× 12.70 cm 10.10 × 12.70 cm 反射 400 ~ 690 nm 425 〜 650 nm 伝送 750 〜 1200 nm 800 ~ 1200 nm 目トラッカー ブランド 研究終わり目トラッカー カスタマー グレード目トラッカー 伝送 890 〜 940 nm 約 850 nm
テーブル 1。私たちが働いているセットアップの 2 つのバージョンの詳細
。 目の追跡者 ' s 伝送波長範囲はミラーで覆われて ' 伝送範囲 45 ° 入射角が反射率に範囲 。
- セットアップの構造
- 、机の上にセットアップをビルドします。ミラー、目の追跡者のほか有機質繊維板製特注の 3 つの要素からだけ成って (組み立てガイドの 図 2 を参照) と普通のオフィスからのモニター - 腕使用可能な 2 つのフラット スクリーン モニター供給店 。
- 有機質繊維板要素
- ファイバーボードの 3 つのコンポーネントからセットアップのフレームワークを構築する: 1 つの中心的なコンポーネントとそれぞれの 2 つの参照ボード側 (一般的な位置決め、テーブルの 図 1 を参照してください。各コンポーネントの組み立てガイドの詳細な寸法と 図 2 の 2)。マット黒で光の拡散を減らすためにこれらのすべての部分を描画します
。 注: 中央コンポーネントは、ミラーと目トラッカーを保持 ( 図 2 b と 2 D を参照してください)。両方が同じ高原参加者の目追跡システムをこのように保つ ' 目のレベル 。
- は、机の前の深さ 8 cm の葉それなど、このコンポーネントの最上位の要素を配置します。このような配置により、参加者に十分な余地 ' s 顔ヘッド残りの安定化し、参加者の間の距離を最小限に抑えながら、有効期限中にミラーの結露を回避 ' s 目と最大限にミラー、参加者の使用 ' s 視野 。
- は、下画面の簡単な手動校正用モニター (組み立てガイドの位置決めと 図 2 のパネル A と C の 図 1 を参照) を直進 2 つのリファレンスボードを配置します。画面と基板間 図 1 に明らかなオフセットは限られた深さのため、キューのイメージにボードは両面にモニター下を直進、 。 一方、長い垂直のままこれらのボードにキャリブレーション ・ ボード (下記参照) を安定化の容易さのため机の前面を超えて 4 cm
- はまさに机の端と長いステムを合わせます。2 つの小さい垂直縦に長い滞在になります、モニターの参照として垂直 。
- は、必要に応じて、校正板として有機質繊維板の別の部分を使用 ( 図 3 参照)。この場合、モニターの最適な位置を取得後リファレンス基板に対してキャリブレーション ・ ボードの位置、場所中、リファレンスボードとキャリブレーション ボード上のモニターの位置を示す (の例では、< 強いクラス ="xfig"> 図 3、木製のスラットを提供これらの徴候). これはモニターの位置を必要なときに
- が失われる (誤って他の実験は、別の位置を必要とするため、または)、相対的に同じ場所に戻って、・ キャリブレーション ・ ボードを配置する校正基板のマーキングを使用して、この位置を取得、机の上の固定位置を持つリファレンス ボードです。モニターに移動もう一度ライン適切なマーキング (2.1.1 の手順を参照してください。 詳細については)。
コンポーネント 寸法 (cm) 数 の発言 中央コンポーネント 80 × 25 × 2 1 水平トップ 23 × 25 × 2 1 水平底面 21 × 32 × 2 1 中央の垂直 32 × 25 × 2 1 正面の垂直 リファレンスボード 61 × 11 × 2 2 横長 長い縦 66 × 29 × 2 2 11 × 15 × 2 4 小さな垂直
テーブル 2。有機質繊維板コンポーネントの詳細情報 。
- ファイバーボードの 3 つのコンポーネントからセットアップのフレームワークを構築する: 1 つの中心的なコンポーネントとそれぞれの 2 つの参照ボード側 (一般的な位置決め、テーブルの 図 1 を参照してください。各コンポーネントの組み立てガイドの詳細な寸法と 図 2 の 2)。マット黒で光の拡散を減らすためにこれらのすべての部分を描画します
- モニターとミラー
- 標準的なオフィスの机の上にセットアップを配置します 。
- は、標準的なモニター アーム (リファレンス ボードと机をクランプ) 机の側にクランプで 2 台のフラット スクリーン モニターをマウントします。これらの武器は、3 つの次元の翻訳だけでなく、画面の平面の回転を許可します。従来の CRT モニターは、明らかに、セットアップにも対応、位置決め、再配置の点で同じ柔軟性の余裕がない 。
- は、ストックはコールド ミラー同じのサプライヤーによって目的のため販売されているミラー マウントのミラーをマウントします。これらのマウントを参加者でミラーを持って繊維ボードに接続 ' 目のレベル。参加者の前にセンターで角度を 90 ° に触れるミラー位置 ' s 鼻 。
- 残りの要素
注: いくつかの実験を必要とする彼らの目のコーナーから画面を見ていない参加者は、画面 ( 図 4 a の破線) に直接視界避けるべきであります。- その場合、作成 " 目隠し " 黒段ボールと発泡パッド穴ストラップ黒で描かれて、頭の記事に取り付けます ( 図 4 b を参照してください) を残り。個々 の参加者に合わせて角度と高さで目隠しを調整します。参加者の前に壁の反射率が高い場合は、黒の生地の部分をぶら下げ役立つこの問題を解決します 。
2。システムを使用して
- ハードウェアキャリブレーション
注: 校正の目的は 2 つのモニターの融合の容易にするため 2 つのモニターの満足な配置を達成するために、' 各参加者の画像。これは 2 つの手順で実現することができます: ハードウェアキャリブレーション (ここを参照) およびソフトウェアのキャリブレーション (後述)。- 上記のようにキャリブレーション ・ ボードを使用するとき参照ボードのいずれかでそれを整列、C クランプを必要な場合とそれを保持し、校正基板上必要な基準線と並ぶ、対応するモニターを移動します。モニターは、互いに平行でなければなりません、そのリファレンス基板上まっすぐする必要があります 。
- 目隠しを使用する場合は、参加者に移動 ' s 目のレベル、すなわち、正中線に向かってそれらを回転少しより内側に、モニターの向きと比較して。それぞれの目が、それのいずれかを直接見ることがなく鏡で全体の視覚的刺激を見ることができるかどうかを確認します。正中線からではなくへ目隠しを回して参加者を最小限に ' 他の視覚入力への暴露です 。
- ソフトウェアのキャリブレーション
- 参加者が頭部の残りの使用にもかかわらずミラーを基準にして自分の目の位置で異なる場合がありますので調整の実験を行う前に更なります。この部分は最も簡単にソフトウェアで行われ、すなわち設定を移動することがなく ' s 部品いずれかさらにします。2 つの方法があります。
- 、最初の交替に 2 つの画面の各ドットを提示、画面 (または反対の方向の両方) のいずれかで、ドットを移動することによって知覚位置の変更を排除するために参加者に指示します 。
- 2 番目のメソッドでは、2 つのドットではなく実験的刺激の枠を配置するように参加者に指示するので、両方の目 ' visual フィールド特定の実験に不可欠な配置されます 。
- どちらの方法は、実験で得られる刺激の画面位置センターを適用した後。眠プレゼンテーション一般に見つけることができます他の場所 5 の表示と刺激の設定の他の側面です 。
- 参加者が頭部の残りの使用にもかかわらずミラーを基準にして自分の目の位置で異なる場合がありますので調整の実験を行う前に更なります。この部分は最も簡単にソフトウェアで行われ、すなわち設定を移動することがなく ' s 部品いずれかさらにします。2 つの方法があります。
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Representative Results
プロトコルに記載されているキャリブレーション後の場所でミラーで問題もなく校正検証プロシージャを実行しました。メソッドの有効性を明確に示して図 5(研究終わり目追跡システムを使用して) カメラのイメージを表わす場所にミラー付き。参加者の鼻に沿って平行な線と、眉の上のラインの 2 つのセットのミラーのエッジが、それにもかかわらず、顔は外だとそのフレーム内にクリア。これはカメラによって記録された波長の信号損失の欠如を強調表示します。サイズ、眼球運動、およびミラーとミラー1に相当する滑らかな追求の結果、正式な評価は以前生徒を見せました。その評価の代表的な部分について述べる。
ミラーと結果を比較する場所にのみ 1 つのミラーと短い実験を行った。参加者は、画面上の異なる位置にサッカードを作った。目の追跡者はどちらの目のすべてのサンプルを逃さなかった。水平視線角度と垂直視線角度の平均の相関が 0.99 (図 6を参照)。
これはいくらでしょうか。
アイト ラッカー、ヘッドレスト モニターなどの標準のアイトラッ キング材料が既に研究室で追加コンポーネントのおおよその価格米国 $1, 000 に近づくでしょう。この価格は文書 (2017 年) の時にゴーグル システム29などいくつかの選択肢を好意的に比較します。ミラー: $ 400。ミラー ホルダー: $150;接着剤等の有機質繊維板: $100。腕を監視: $300。目の追跡者のコストは、精度とサンプリング レート ( 30のより多くのオプションを参照) のような要因によって以上 $ 25,000 $100 から及ぶかもしれない。
どれだけ別の目追跡システムの動作しますか。
赤外線目トラッカーの 2 種類は以前目データ1の質の面で評価されました。デスクトップ マウント研究終わりアイ ・ トラッカーと (詳細については表 1 を参照) わずかに異なるミラー ペアとの組み合わせで各消費者グレードの目追跡ツールです。製品の仕様は、両方のトラッカーは、この設定でうまく動作するはずですし、これが裏付けられて公開された評価1をお勧めします。30目トラッカーのためのオプションを見つけることが。
目の追跡者の赤外線照明の干渉を回避する方法?
目の追跡者の赤外線照明される光の波長は、可視範囲に及びます。参加者では、特に校正検証手順と画面は主に黒の中に赤の配列またはミラーを通してドットが時々 見ることができることしたがって。関心の重大度によって異なります特定の実験的なデザイン、例えば回避刺激で赤の色を使用して潜在的な混乱の可能性は減る。さらに、実験者は、赤いドットがほとんど見えないし、いくつか目トラッカー照明電源許可を断られる背景の明るさを増やすことができます。また、この部分にかからないよう、興味の刺激が画面の比較的小さい部分をカバーの場合、照明器具を移動できます。
ビューのフィールドの最大サイズは何ですか。
現在の設定は、垂直方向と水平方向の両方視覚角度 30 度以上をカバーできます。
セットアップを構築し、各参加者のキャリブレーションにどのくらいかかる?
すべての材料および装置が利用可能な場合、システムは約 1 日を構築します。眠プレゼンテーションと目追跡システムの両方で各参加者を調整するよりも少ない 10 分かかります。
図 1.セットアップの模式図.
セットアップはオフィスの机の上、参加者が机に装着され、それぞれの目で異なるミラーに探して。必須ではありませんが、テーブルの側面にマウントされたヘッドレストと参加者の頭を支える最良の結果が得られました。(画像にキュー画面と右側の基板間の明白なオフセットは限られた深さのため注意)。図は1から適応されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2.リファレンスボード (パネル A および C) の中心的なコンポーネント (パネル B および D) 組立ガイド。
パネル A と C のみ表示、セットアップの左側上にあるリファレンス ボード右側のリファレンスボードは、正中線から指す小さな垂直板、すなわち、左の 1 つのミラー イメージです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3.・ キャリブレーション ・ ボードします。
この例では、木製のスラットは、描画された線分によって実行することも役割を果たします。垂直スラットと正しい位置に、モニターの角を回って水平スラット トレース。ボードの下部にある別の垂直スラット参照掲示板 (縦に長いボード) の短辺揃うときが正しい位置。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4.目隠しのデモンストレーション。
目隠しは、スクリーン (破線) に直接視界を防ぐ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5.かすかにミラーのエッジを示すが、それ以外の場合はミラーによる閉塞を示さない眠プレゼンテーション中にカメラの視点のフレームします。
図 6.サッカード課題研究終了目のトラッカーを使用して代表の参加者からデータが収集されます。
縦の破線は、ターゲットの位置の変化を示します。図は1から適応されています。
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Discussion
建設の使用により、両方の目の同時追跡実験のセットアップのステップ バイ ステップ ガイドを提案して視覚刺激の眠プレゼンテーション。眠刺激が使用されている多くの状況で効果的な目追跡を防止する重要な問題は、眠プレゼンテーション用ミラーが目のビデオベースのトラッカーの視力をブロックです。これはここで赤外線透過ミラーと赤外光に高感度アイト ラッカーを使用して解決されます。このセットアップは、任意色の刺激、大規模な使用している間高品質視線データを収集するために 3 D ビジョン、両眼間抑制または臨床研究の研究者をことができます。
このセットアップは、実験のニーズに基づいて変更できます。両方の目からの刺激が 1 つの画面に収まるように十分に小さい5 、1 つの画面に 4 つのミラーでは、眠プレゼンテーションの目追跡を達成するために十分ながあります。その場合は、2 つ以上の前部表面ミラー (赤外線透過不要) に配置される周辺、現在ミラー (参照5内のミラーを配置するための参照画面の視覚刺激を反映して、現在のミラーに並列標準ミラー堅実)。
この実験のセットアップのいくつかの制限があります。代表の結果に記載されている目の追跡者の照明の潜在的な視覚汚染であります。第二に、視覚刺激の色に関係ない場合アナグリフメガネ選択であるかもしれないよりコストの面で 2 つ目の画像の分離が常に不完全であるアナグリフ眼鏡を使用する場合は重要ではない場合は特に。
例えば電気病症31,32,33および強膜コイル技術19,34, 、目から直接非光記録に依存する技術と比較してください。35, 提案手法は低侵襲でき pupillometry。その一方で、いくつかの参加者は、キャプチャ ビデオ式眼は録音を使用しているので、その場合はダイレクト録音メソッドが優先されますしにくい目をしています。本手法は、視覚信号に依存している他の方法と比較する必要があります。たとえば、視線はカメラ眼作品36または37ヘッド マウント ディスプレイに統合を持っているゴーグル システムと可能です。ゴーグルのシステムは、まだ滞在する参加者が不要でが、そのようなシステムの空間的で、一時的な解決は提案法と比較しては低いことができる利点を持っています。また、アナグリフ眼鏡 (赤、緑や赤、青などのゴーグル)20,38,39, で使用できる色の制限の欠点のあるレンズを通して目の映像記録を行うことが可能です。視覚刺激の参加者に表示されます。偏光ステレオ メガネ30またはアクティブ ステレオ シャッター グラス22,40,41を使用しても、目の画像の分離を実現できます。このようなメソッドは提案されたものよりも実装が簡単ですが視覚刺激の質が立体のクロストークに苦しむことがあります。
1 つのグループは、標準 4 ミラー堅実目トラッカー24,25を組み合わせてミラー間の隙間から片目を追跡することによってセットアップを正常に使用。単眼視線だけの追跡を許可すると、脇からは、このメソッドは、このギャップを介して記録が使用されるミラーと、したがって、ビューのフィールドのサイズを制限して目の追跡者の非常に特定の位置決めを必要とすることの欠点をあります。その結果、セットアップ ルーチンは 20 分程度 (ミリアム番アンドレアス、個人的な通信、2017 年 5 月 7 日) を取ることができます。比較では、本法により 40 度以上の視野、目とそれの両方のトラッキングでは、全体のキャリブレーション処理を完了する約 10 分。
瞳孔・眼球運動反応を使用する両眼間抑制研究でまたは従来のボタン押して応答36,42,43の交換で傾向があります。一つ目のダイナ ミックス ボタンを押す通常信号の主観的意識24,25間無意識の処理を明らかにするかもしれない。また、目の応答に依存する可能性を防ぐことができます混同する実験26,33手動応答に関連付けられています。我々 のセットアップは、この両眼間抑制と追跡の目の組み合わせを追求したい方に理想的なソリューションを提供します。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
著者は、Pieter Schiphorst セットアップの設計の彼の役割のため、数字の 1 と 3 のグラフィックを提供するためと役に立つ議論のため Marnix ネーバーと図 6 に彼の貢献をありがとうございます。著者はまた図 1 および公開論文1から 6 を再利用するための研究者や出版社を認めます。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Mirrors in Setup 1 | Edmund Optics | #64-452 | dimensions 10.10 × 12.70 cm; Reflectance: 400 ~ 690 nm; Transmission: 750 ~ 1200nm |
| Mirrors in Setup 2 | Edmund Optics | Item discontinued | dimensions 10.10 × 12.70 cm; Reflectance: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm |
| Other Mirror Option | Edmund Optics | #62-634 | dimensions 12.50 × 12.50 cm; Reflectance: 425 ~ 650 nm; Transmission: 800 ~ 1200nm |
| Eye Tracker in Setup 1 | SR Research Ltd., Mississauga, Ontario, Canada | Eyelink 1000 | Transmission: 890 ~ 940 nm |
| Eye Tracker in Setup 2 | The Eye Tribe Aps, Copenhagen, Denmark | Eye Tribe (item discontinued) | Transmission: around 850 nm |
References
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