Summary
Младенцы и малыши смотреть на мир в принципиально отличается от их родителей. Смонтированы голову камеры предоставляют механизм шансов справиться с возникающими понять младенческой визуальной среды. Этот протокол обеспечивает руководящие принципы для экспериментов в доме или лаборатории для захвата эгоцентрической мнение детей ясельного возраста и младенцев.
Abstract
Младенцы и малыши смотреть на мир, на базовом уровне чувств, в принципиально отличается от их родителей. Это объясняется биологическими ограничениями: младенцы обладают пропорции различных тела, чем их родители и способность контролировать свои движения головы менее развиты. Такие ограничения визуального ввода доступны. Этот протокол направлен на обеспечение руководящих принципов для исследователей, понять изменения визуального ввода, испытываемых развивающимися младенца с помощью смонтированы голову камеры. Успешное использование этого протокола позволит исследователям для проектирования и выполнения исследований визуальной среды развивающихся детей в доме или в лаборатории. Из этого метода исследователи могут компилировать статистического представления всех возможных элементов в поле зрения ребенка. Этот метод напрямую не измерить точно то, что ребенок смотрит на. Объединив этот подход с машинного обучения, компьютерные алгоритмы видение и ручного кодирования, исследователи может производить высокой плотности dataset, чтобы проиллюстрировать изменения визуального экологии развивающихся младенца.
Introduction
На протяжении десятилетий Психологи пытались понять окружающую среду развивающихся младенца, который Уильям Джеймс, лихо описал как «цветение, жужжание путаницы1.» Повседневный опыт ребенка обычно изучаются съемки натуралистический играть с социальными партнерами с точки зрения третьего лица. Эти взгляды от стороны или выше обычно показывают суматоху сред и устрашающее количество потенциальных референтов для любого нового слова, что ребенок слышит2. Для внешнего наблюдателя Джеймс Описание уместна, но это стационарные, третьего лица зрения не является способом ребенок видит мир. Младенец ближе к земле и может перемещаться по их мир, принося объекты ближе для визуального исследования. Третьего лица зрения родитель ребенок взаимодействия показана на рисунке 1. Выделены являются фундаментальные различия между их перспективы. Возможно вход, дети получают почти не хаотичной, как ожидали родители и исследователями. Цель методов с смонтированы голову камеры является захватить младенческой опыт с первого лица зрения для того чтобы понять визуальной среды, доступных для них на протяжении развития.
Руководитель смонтирован камер, носить шляпу или заставку, обеспечить окно в момент визуального опыта развивающихся младенца. С этой точки зрения изучение структуры и закономерности в детской среде становится очевидной. Руководитель конной камеры показали младенцев визуального опыта, чтобы быть в значительной степени доминируют руки, как свои собственные и их социальных партнеров и что лицо выглядит, когда-то считается необходимым для установления совместных внимание, гораздо меньше, чем ожидалось 3. камеры смонтированы голову показали также, что младенцев и их опекунов создавать моменты, когда объекты визуально доминирующим и по центру в его поле зрения (FOV), уменьшение неопределенности, присущие метки объекта сопоставления4.
Руководитель смонтирован камеры захватить новорожденных зрения первого лица на основе движения головы. Эта точка зрения не является совершенно синхронно с, или представителем, младенческая глаз движений, которые только могут быть захвачены в сочетании с глаз трекер. Например сдвиг только глаз при сохранении голову стационарные, или смещение головы при сохранении глаз на объект, создаст рассогласование между фактической ПЗ новорожденных и захвачен голову камеры. Тем не менее во время игры игрушка, младенцев обычно центр объекты, которые они посещают, выравнивание их голова, глаза и расположение игрушку с их тела средней линии5. Некоаксиальности редки и обычно создаются кратковременные задержки между глаз shift и сопровождающих голову очередь3. Таким образом руководитель камеры не хорошо подходят для захвата быстрого динамику смен в внимания. Смонтированы голову камеры сила в захвате повседневной визуальной среды, выявление визуального содержимого доступны для младенцев.
Следующие результаты протокол и представитель продемонстрирует как руководитель конной камеры могут быть использованы для изучения среды visual младенцев и детей ясельного возраста.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Следующая процедура сбора данных о младенческой и малыша визуального опыта в лаборатории и дома был одобрен Индиана Университете институциональных Наблюдательный Совет. Информированное согласие было получено от воспитателя детского.
1. выбрать головы камеры
Примечание: Есть многочисленные небольшие, легкие и портативные камеры, легко доступны для покупки (рис. 2).
- Выберите камеру головы, ненавязчивым и не будет влиять сцены записывается.
- Установите камеру на уютный шляпу или заставку с помощью временного клея или надежно монтировать камеры на небольшой пластиковый табличку, прикрепленную к заставку. Установите камеру на лбу ребенка (рис. 2B, слева).
- В зависимости от формы камеры Подключите камеру, шитья небольших ткани петли в заставку или шляпа (Рисунок 2Б, центр и справа).
- Обеспечить регулируемое для достижения уютно и комфортно помещаются на головы ребенка (рисунок 2A) шляпа или заставку.
Примечание: Камера расположена прямо между глаз ребенка теоретически идеально, однако это не вполне возможно с учетом современных технологий. Небольшие камеры, которые могут быть помещены в низкой на лбу становятся все более доступными.
- Установите камеру на уютный шляпу или заставку с помощью временного клея или надежно монтировать камеры на небольшой пластиковый табличку, прикрепленную к заставку. Установите камеру на лбу ребенка (рис. 2B, слева).
- Если камеры отправляются домой с родителями, убедитесь, что родители могут использовать их без каких-либо технической помощи.
- Прежде чем родителей оставить лаборатории, обучать их о том, как управлять головы камеры.
- Отправьте домой родители с камерой для использования, руководитель группы или шляпу и раздаточные, описывающий процедуру для включения камеры и записи данных.
- Убедитесь, что камеры достаточно света для младенцев носить и забыть.
Примечание: Рекомендуемый вес меньше, чем 30 g3. Любой выбранный камеры не должны нагреваться во время использования и должен быть прочный при интенсивном использовании. - Если экспериментальной установки требует детей быть свободно перемещающихся, храните записанные видео к внутренней памяти карты. В противном случае используйте камеры, привязанный к компьютеру сбора данных.
- Используйте камеру с объективом высокого качества лучше использовать последние достижения в алгоритмов машинного обучения, которые сегмент визуальных сцен в регионах, представляющих интерес.
- Если визуальных сцен будет вручную закодированные исследователями, используете камеру, которая может захватить изображения с достаточным качеством для ручной проверки.
- Убедитесь, что любой-аккумуляторный камерой способен записывать на нужное количество времени.
- Незадолго до начала эксперимента или отправки камеры дома с родителями, тест головы камеры, чтобы убедиться, что он работает надлежащим образом.
2. сбор данных в лаборатории
Примечание: Руководитель смонтирован камеры могут быть добавлены для большинства экспериментов.
- У 2-3 экспериментаторов Поместите фотокамеру на головы ребенка: одном экспериментатор места голову камеры, один контролирует вид голову камеры, и, при необходимости, один отвлекает ребенка.
- Попросите родителей обеспечить, что ребенок остается спокойной и отвлечь ребенка во время процесса размещения.
- Выполняйте размещение камеры в три этапа.
- Десенсибилизировать младенца в руки действия вблизи их головы.
- Попросите родителей слегка коснуться или инсульта младенца головы и волосы несколько раз.
- Попросите экспериментатор, помещая шапку на голову младенца, сделать то же самое, как 2.2.1.1.
- Имеют место камеры смонтированы голову, когда ребенок отвлекаясь экспериментатора.
- Используйте кнопочные игрушки, чтобы держать ребенка руки заняты.
- Есть отвлекающие экспериментатора или родителей помочь на этом этапе, осторожно нажав руки ребенка к интересным игрушка так, что руки ребенка не идти в голову.
- Затяните шляпу на головы ребенка и отрегулировать головы камеры, когда ребенок занимается с игрушкой.
- Настройте камеры так, что когда ребенок держит объекта перед его лицом, объект центрируется в головы камеры ПЗ.
- Если ребенок сидит, настройте камеру таким образом, чтобы он захватывает большую часть ребенка в коленях, когда ребенок смотрит вниз.
- Десенсибилизировать младенца в руки действия вблизи их головы.
- После размещения камеры на головы ребенка, попросите экспериментатор покинуть комнату и начать запись.
- В том случае, если камера переехала из места или удалить, повторно войти в комнату, чтобы исправить камеру.
- Прекратить эксперимент, если ребенок не мириться с камерой повторно.
Примечание: Для записи природных сред в доме, впервые шляпу и камеры для отдельных младенца и показать родителей как позиционировать камеру. Дизайн и покрой камеры должны обеспечить, что родители будут иметь возможность поставить шляпу на их ребенка без технической помощи.
- Прекратить эксперимент, если ребенок не мириться с камерой повторно.
3. сбор данных для изучения родитель ребенок
Примечание: Следующий представитель метод для головы камеры использует натуралистический игрушек играть в лаборатории для демонстрации тип анализа, которые могут проводиться на эгоцентрической мнения детей и их родителей (Рисунок 3А).
- Снаряжение, родитель и ребенок с головы установлены камеры, как описано в разделе 2.1 и 2.2.
- Используйте головы камеры для захвата видео с разрешением 720 x 1280 пикселей при 30 кадров в секунду продолжайте, как описано в шагах 2.3 и 2.4.
- Подвыборки поток видео в один кадр каждые 5 s.
- Вручную извлечь ограничивающие прямоугольники вокруг каждого игрушка (рис. 3B) в представлении, с использованием коммерческого программного обеспечения или программы разработаны собственными силами (см. рис. 3 c для выборки).
- Если только из-за закупорки Прочие игрушки или усечения на краю кадра видна часть игрушки, прорисовать только ограничивающие прямоугольники игрушка легко идентифицировать и включают все видимые части игрушки.
- Например если только ноги куклы является видимым, нарисуйте ограничительную рамку вокруг его ногу. Если объект загораживает половину куклы, оставляя волосы и ноги видно, затем нарисуйте рамку, которая включает как волос, так и ноги.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Один простой, но информативный, анализ должен подсчитать количество объектов в каждой точке во времени. Так как голову камера производит данные приблизительно 30 Гц (30 изображений/сек), вниз выборки данных 1 изображение каждые 5 s помогает производить более управляемым dataset при сохранении резолюции подходит для понимания типов сцен детей см. Предыдущие исследования показали, что визуальных сцен, медленно меняющиеся в младенцев3. Пользовательский сценарий был использован рисовать ограничивающие прямоугольники вокруг игрушки в представлении. Рисунок 4 показывает представитель результаты 1 родитель ребенок диада. Независимые t тест, сравнивая количество сцен с заданного числа объектов между (рис. 4A) родителя и ребенка (рис. 4B) показал этот ребенок большее количество сцен с меньшим количеством объектов в виду по сравнению с родительского (t(78) = 4.58, p < 0,001).
Еще один информативный анализ является для вычисления как визуально большие объекты находятся в каждом представлении. Пропорции экрана, рассмотрен каждый объект в представлении можно рассчитать и проанализированы. Для родителя и ребенка, существует отрицательная корреляция между количество объектов в представлении и визуального размеры объектов в этом представлении (рис. 4 c, ранговой корреляции r =-0.19, p < 0,001 и Рисунок 4 d, ранговой корреляции r = -0.23, p < 0,001). То есть если в представлении есть больше объектов, каждый объект принимает вверх меньше экрана чем если есть меньше объектов в представлении. Для этого Диада ребенка захватили больше сцен с менее чем 10 объектов в представлении и родитель экспонатов большое количество объектов в представлении. Аналогичные результаты ранее сообщалось в литературе3,4,5,8,9,10,11,12 ,13.
Рисунок 1: иллюстративный схема, демонстрируя различные мнения родителей и их детей во время игры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: примеры смонтированы голову камер и их вложения. (A) младенцев и малышей носить камеры смонтированы голову у себя дома и в лаборатории. (B) примеры способов придают головы камеры повязки (слева, средний) и шляпы (справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: 24 игрушки, используемые в методе представитель. (A, слева) Представитель кадр из головы камеры ребенка, иллюстрирующие меньшее количество объектов в представлении и визуально более крупных размеров. (A, право) Представитель кадр из головы камеры родителя, иллюстрирующие их типичный вид: многие объекты в визуально меньших размеров. (B) игрушки согласуются по размеру, начиная от 2-7 дюймов на измерении длинным и между 2-3 дюймов короче аспектам. (C) коробки рисуются вокруг каждого игрушка, или частью игрушка, которая видна и идентифицировать, с помощью собственного графического интерфейса пользователя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: представитель результаты от одного Диада участвующих в игрушки играть. Гистограммы, группировка количество сцен, основанный на количество объектов в представлении для родителей (A) и (B) по уходу за детьми. Пропорции экрана take up каждый объект в поле зрения против количество объектов в представлении для родителей (C) и (D) ребенка. Черная линия-это линия лучше всего подходят. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В этом документе изложены основы для применения для младенцев для захвата их эгоцентрической визуальной сцены смонтированы голову камеры. Коммерчески доступные головы камеры достаточно для подавляющего большинства исследований. Маленький, легкий и портативный камеры следует включены в мягкие ткани шляпа или заставку и применяется для головы ребенка. После успешно разработанная и внедренная, целый ряд экспериментов можно запустить, как в лабораторных условиях, так и в домашних условиях. Из видео собрались можно скомпилировать и проанализированы статистические данные о визуальных экологии развивающихся младенца.
Наиболее важным этапом с этим методом является применение головы камеры на ребенка. Если сделано неправильно, плохо помещается голову камеры и качество данных будет уменьшится или непригодным для использования. Неправильное размещение может также стимулировать ребенка отказаться от камеры и прекратить эксперимент. Кратко, мы будем обсуждать предложения для обеспечения успеха с применением головы камеры. Камеры должны быть размещены на младенца в одно движение без колебаний. Если исследователь опасения поставить камеру на голову ребенка, или если несколько попыток, вероятность отказа становится намного выше. Экспериментаторы должны практиковать размещение шляпы и камеры устройства на готовность малышей или манекены заранее. При размещении камеры, он должен располагаться в достаточно низко на лоб, чтобы обеспечить четкое представление о месте перед лицом. Слегка рыбалка камеру вниз будет гарантировать представление младенца руки во время активной манипуляции. Камера также должна быть стабильной и безопасной на голову младенца. Стабильной камеры означает стабильное и четкие изображения. Если головные уборы jiggles, малышей можно заметить это и вытянуть камеры. Для детей до 18 месяцев, ничего, обращая внимание на передачу увеличивает отказов. Это включает в себя имея ручку младенческой оборудования или говорить об этом перед его размещением на ребенка. Для детей старше 18 месяцев, говоря о фотоаппарате заранее и просят разрешения ребенка положить его на может быть более эффективным. С подготовку исследователя показатели успеха в размещении головы камеры на младенцев, без младенческой суетиться из эксперимента, может достигать около 75%.
При отправке головы камеры дома с семьями, занять значительное время для разработки размещения колпачок/оголовье и камеры. Не как родитель ставит камеру на голове их ребенка всегда будет на том же уровне точности как обученный исследователь. Убедитесь, что крышка легко применить родителями и убедитесь, что исследования вопросы не требуют требовательный спецификаций. Если экспериментальные потребностей требуют точного размещения камеры на голове, рекомендуется выполнять исследования в лабораторных условиях вместо дома.
Руководитель камеры будет иметь ограничения в то, что они могут захватить. Учитывая расположение камеры на голову младенца, горизонтальный вид младенца, как они двигаются, что будет подробно захвачен головой слева направо. Вертикальные перемещения камеры, когда младенец смотрит вверх и вниз, будет не в состоянии захватить очень крайности визуальной сцены. Это особенно верно, если камеры под углом немного вниз на голову младенца, чтобы захватить руками младенца.
Смонтированы голову камеры показали, что дети имеют представление о своих собственных. На фундаментальном уровне малышей и детей смотреть на мир иначе, чем их родители. Малышей формируют их визуальный опыт своими руками: проведение и управление объектами недалеко от их лица4,5,8. Учитывая очень короткие руки малышей, объект проходит близко и появляется в поле зрения. Такие сцены с объектом четкого фокуса часто длинный длительный, около четырех секунд и совпадают с уменьшением движения головы младенческой4. Важно отметить, однако, что смонтированы голову камеры не предоставляют никакой информации о том, где участник смотрит. Вместо этого этот протокол можно количественно описать спектр визуальных сцен для детей. Через весь игровой сессии существует высокая вероятность того, что глаза ребенка обычно сосредоточены в центре визуальной сцены перед ребёнка5. Головы камеры позволяют нам расследовать совокупность сцен для ребенка. Например как часто доступны для них, чтобы взглянуть на лицо? Как постоянный являются эти сцены с лица? Как часто являются дети просмотра суматоху (ворс игрушки на полу) против незагроможденный (потолок или стену) сцены? Эта методология эгоцентрической представление лучше всего подходит для данных в макро масштабе, 100 миллионов изображений, собранных в течение дней. Если исследования вопрос требует более детальных резолюции чем эти вопросы агрегированного уровня, руководитель конной eye отслеживание может быть лучше захватить точное динамика младенческой видения.
Так же, как детский и взрослый имеют разный визуальный опыт, визуальный опыт младенцев и малышей не развивающих статический. Как дети растут, доступных визуальных сцен резко измениться, и есть развития структуры в люди и объекты визуально доступна для детей разных возрастов. Например когда дети очень молоды, их визуальной среды плотная с лица очень небольшое количество людей10. От этой неоднородной выборки несколько граней, младенцев можно экстраполировать и учиться распознавать и различать лица, с которыми они сталкиваются. В возрасте около 8-10 месяцев младенцы начинают постоянно сидеть, ползать и играть с объектами, но их ручного навыки по-прежнему весьма ограничены по сравнению с старше младенцев. В результате эти младенцы опыт более высокой частоте визуальных сцен с несколько объектов, по сравнению с старше младенцев. Тем не менее еды сцены из этих же 8 - до 10-месячного возраста также выявить раз13беспорядок с каждой еды сцены, содержащие множество различных объектов. Несмотря на этот беспорядок, есть предсказуемой структуры для объектов в представлении: очень небольшой набор объектов появляются постоянно. Эти повторяющиеся объекты принадлежат к категориям, охватывающий первые слова узнал младенцев13. Таким образом хотя это может быть легко смотреть на детей окружающей среды и утверждают, что их мир «Цветущая, жужжание путаницы,» голову камеры данные показаны новорожденных эгоцентрической просмотров показывают, что предсказуемой статистические закономерности существуют в их поле зрения ослабить Дин и путаницы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы заявляют отсутствие конфликта интересов.
Acknowledgments
Авторы благодарят доктор Чэнь Юй, за его руководство в создании этой рукописи и для данных, используемых в разделе представитель результаты. Мы благодарим участников семей, которые согласились быть использованы в цифрах и съемок протокол, а также Лидия Hoffstaetter для ее внимательного прочтения этой рукописи. Это исследование было поддержано национальными институтами здравоохранения грантов T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.), R01 HD074601 (S.B.), R01 HD028675 (с.б., L.B.S.) и F32HD093280 (L.K.S.). Национальный научный фонд предоставляет БКС-1523982 (с.б., L.B.S) и карьеры IIS-1253549 (с.б., D.J.C.), национальной науки фонд выпускников исследовательских стипендий программы #1342962 (S.E.S.) и Университетом Индианы через новые области исследований Инициатива - обучения: Мозги, машины и детей (J.I.B., с.б., L.B.S.).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Head-camera | Looxcie | Looxcie 3 | |
| Head-camera | Watec | WAT-230A | |
| Head-camera | Supercircuits | PC207XP | |
| Head-camera | KT&C | VSN500N | |
| Head-camera | SereneLife | HD Clip-On | |
| Head-camera | Conbrov | Pen TD88 | |
| Head-camera | Mvowizon | Smiley Face Spy Button | |
| Head-camera | Narrative | Clip 2 | |
| Head-camera | MeCam | DM06 |
References
- James, W. The Principles of Psychology. , Henry Holt and Co. New York. (1890).
- Quine, W., Van, O. Word and object: An inquiry into the linguistic mechanisms of objective reference. , The MIT Press. Cambridge, MA. (1960).
- Yoshida, H., Smith, L. B. What's in view for toddlers? Using a head camera to study visual experience. Infancy. 13 (3), 229-248 (2008).
- Yu, C., Smith, L. B. Embodied attention and word learning by toddlers. Cognition. 125 (2), 244-262 (2012).
- Bambach, S., Smith, L. B., Crandall, D. J., Yu, C. Objects in the center: How the infant's body constrains infant scenes. Joint IEEE International Conference on Development and Learning and Epigenetic Robotics 2016. , 132-137 (2016).
- Adolph, K. E., Gilmore, R. O., Freeman, C., Sanderson, P., Millman, D. Toward open behavioral science. Psychological Inquiry. 23 (3), 244-247 (2012).
- Sanderson, P. M., Scott, J. J. P., Johnston, T., Mainzer, J., Wantanbe, L. M., James, J. M. MacSHAPA and the enterprise of exploratory sequential data analysis (ESDA). International Journal of Human-Computer Studies. 41 (5), 633-681 (1994).
- Pereira, A. F., Smith, L. B., Yu, C. A bottom-up view of toddler word learning. Psychonomic Bulletin & Review. 21 (1), 178-185 (2014).
- Yu, C., Smith, L. B. Joint Attention without Gaze Following: Human Infants and Their Parents Coordinate Visual Attention to Objects through Eye-Hand Coordination. PLOS ONE. 8 (11), e79659 (2013).
- Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. The faces in infant-perspective scenes change over the first year of life. PlOS ONE. 10 (5), e0123780 (2015).
- Fausey, C. M., Jayaraman, S., Smith, L. B. From faces to hands: Changing visual input in the first two years. Cognition. 152, 101-107 (2016).
- Jayaraman, S., Fausey, C. M., Smith, L. B. Why are faces denser in the visual experiences of younger than older infants? Developmental Psychology. 53 (1), 38 (2017).
- Clerkin, E. M., Hart, E., Rehg, J. M., Yu, C., Smith, L. B. Real-world visual statistics and infants' first-learned object names. Philosophical Transactions of the Royal Society B, Biological Sciences. 372, 20160055 (2017).
