Summary
Les nourrissons et les tout-petits Découvre le monde d’une manière fondamentalement différente de leurs parents. Visiocasques caméras fournissent un mécanisme souple pour comprendre l’environnement visuel infantile. Ce protocole prévoit des principes directeurs pour des expériences dans la maison ou au laboratoire pour capturer la vue égocentrique des enfants en bas âge et les nourrissons.
Abstract
Les nourrissons et les tout-petits Découvre le monde, à un niveau basique sensoriel, d’une manière fondamentalement différente de leurs parents. C’est en grande partie en raison de contraintes biologiques : les nourrissons possèdent des proportions du corps autre que leurs parents et de la capacité de contrôler leurs propres mouvements de la tête est moins développée. Ces contraintes limitent l’entrée visuelle disponible. Ce protocole vise à fournir des principes directeurs pour les chercheurs qui utilisent des caméras visiocasques pour comprendre l’entrée visuelle changeante vécue par l’enfant en développement. Bonne utilisation de ce protocole permettra aux chercheurs de concevoir et d’exécuter des études de l’environnement visuel de l’enfant en développement situé dans la maison ou au laboratoire. Par cette méthode, les chercheurs peuvent compiler une vue globale de tous les éléments possibles dans le champ visuel de l’enfant. Cette méthode ne mesure pas directement exactement ce que l’enfant est regardant. En combinant cette approche avec apprentissage machine, algorithmes de vision d’ordinateur et codage à la main, les chercheurs peut produire un ensemble de données à haute densité pour illustrer l’écologie évolution visuelle de l’enfant en développement.
Introduction
Pendant des décennies, les psychologues ont cherché à comprendre l’environnement de l’enfant en développement, dont William James célèbre décrit comme une « floraison, bourdonnement confusion1. » Le vécu quotidien de l’enfant est généralement étudié en filmant le jeu naturaliste avec les partenaires sociaux dans une perspective de tierce personne. Ces vues du côté ou au-dessus présentent généralement des environnements encombrés et un redoutable nombre de référents potentiels pour n’importe quel mot nouveau que bébé entend2. Pour un observateur extérieur, description de James est apt, mais cette perspective stationnaire, troisième personne n’est pas la façon dont un enfant voit le monde. Un bébé est plus près du sol et peut se déplacer à travers leur monde, apportant des objets plus près à l’exploration visuelle. Une vue de la troisième personne de l’interaction parent-enfant est illustrée à la Figure 1. Mis en évidence sont les différences fondamentales entre leurs points de vue. Peut-être, l’entrée qui reçoivent des nourrissons n’est pas presque aussi chaotique, comme prévu par les parents et les chercheurs. Le but des méthodes avec des caméras visiocasques est de capturer l’expérience infantile d’un vue première personne afin de comprendre l’environnement visuel mis à leur disposition tout au long du développement.
Les caméras visiocasques, portés sur un chapeau ou bandeau, proposent une fenêtre dans les expériences visuelles à chaque instant de l’enfant en développement. Dans cette perspective, l’étude de la structure et des régularités dans l’environnement de l’enfant devient apparente. Caméras de visiocasques ont révélé des expériences visuelles des nourrissons en grande partie dominée par les mains, tant leurs propres et de leurs partenaires sociaux et qui ressemble de visage, autrefois considérée comme indispensable pour l’établissement de l’attention conjointe, sont beaucoup plus rares que prévu 3. caméras visiocasques ont également montré que les nourrissons et à leurs aidants créent des moments lorsque les objets sont visuellement dominant et centré dans champ de vision de l’enfant (FOV), réduirait l’incertitude inhérente à de mappage objet-étiquette4.
Visiocasques caméras capturent vue première personne des enfants en bas âge basé sur les mouvements de la tête. Ce point de vue n’est pas parfaitement synchrone avec, ou représentant des mouvements des yeux pour nourrissons, qui peuvent seulement être capturés en conjonction avec un eye-tracker. Par exemple, un déplacement de seulement les yeux tout en gardant la tête fixe, ou un changement de la tête tout en gardant les yeux fixés sur un objet, va créer un défaut d’alignement entre réel FOV les enfants en bas âge et celui capté par la caméra de tête. Néanmoins, pendant la lecture de jouet, nourrissons Centre généralement les objets qu’ils fréquentent, en alignant leur tête, les yeux et l’emplacement du jouet avec ligne médiane5 de leurs corps. Désalignements sont rares et sont généralement créés par des retards momentanés entre un déplacement de le œil et l’accompagnement de tour de tête3. Par conséquent, chef-caméras ne sont pas bien adaptés afin de pouvoir saisir la dynamique rapide des changements dans l’attention. La force de caméras visiocasques réside dans la capture de l’environnement visuel quotidien, révélant le contenu visuel disponible aux nourrissons.
Les résultats suivants du protocole et représentant démontrera comment visiocasques caméras peut être utilisé pour étudier l’environnement visuel des nourrissons et des tout-petits.
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Protocol
La procédure suivante pour recueillir des données sur les expériences visuelles nourrisson et du jeune enfant en laboratoire et à la maison a été approuvée par l’Indiana University Institutional Review Board. Le consentement éclairé a été obtenu de fournisseur de soins de l’enfant.
1. choisir une caméra de tête
Remarque : Il y a de nombreux appareils photo compact, léger et portable facilement disponibles à l’achat (Figure 2).
- Choisir une caméra de tête qui est discrète et n’influencera pas les scènes en cours d’enregistrement.
- Monter la caméra sur un chapeau douillet ou un serre-tête à l’aide d’un adhésif temporaire ou fixer solidement la caméra sur une petite plaque en plastique fixée sur le bandeau. Positionnez la caméra au front de l’enfant (Figure 2 b, à gauche).
- Selon la forme de la caméra, montez la caméra par des boucles de petit chiffon couture dans un bandeau ou un chapeau (Figure 2 b, Centre et droit).
- Veiller à ce que le chapeau ou bandeau sont réglables pour obtenir un ajustement confortable et bien ajusté sur la tête de l’enfant (Figure 2 a).
Remarque : Une caméra située directement entre les yeux du nourrisson est théoriquement idéale, mais ce n’est pas tout à fait possible avec la technologie actuelle. Petites caméras qui peuvent être placés en bas sur le front sont de plus en plus accessibles.
- Monter la caméra sur un chapeau douillet ou un serre-tête à l’aide d’un adhésif temporaire ou fixer solidement la caméra sur une petite plaque en plastique fixée sur le bandeau. Positionnez la caméra au front de l’enfant (Figure 2 b, à gauche).
- Si les caméras sont envoyés la maison avec les parents, veiller à ce que les parents peuvent les utiliser sans aucune aide technique.
- Avant les parents quittent le laboratoire, les former sur le fonctionnement de l’appareil de tête.
- Envoyer les parents maison avec l’appareil photo à l’utilisation, le bandeau ou bonnet et un main-out décrivant la procédure pour mettre en marche les données de la caméra et l’enregistrement.
- Veiller à ce que les caméras sont assez légers pour les nourrissons de porter et d’oublier.
Remarque : Le poids recommandé est inférieure à 30 g3. N’importe quelle caméra choisie doit chauffe pas pendant l’utilisation et doit être résistant sous une utilisation intensive. - Si le montage expérimental exige que les enfants soient se déplaçant librement, stocker des vidéos enregistrées sur une carte de stockage interne. Dans le cas contraire, utiliser des caméras reliés à l’ordinateur de collecte de données.
- Utiliser une caméra avec une lentille de haute qualité pour mieux tirer parti des progrès récents dans les algorithmes d’apprentissage automatique qui segment les scènes visuelles en régions d’intérêt.
- Si les scènes visuelles seront codés manuellement par des chercheurs, utiliser un appareil photo qui peut capturer des images à une qualité suffisante pour l’inspection manuelle.
- Veiller à ce que tout appareil alimenté par batterie est capable d’enregistrer pour la durée désirée.
- Peu de temps avant de commencer l’expérience ou l’envoi de l’appareil photo à la maison avec les parents, tester la caméra tête pour s’assurer qu’il travaille correctement.
2. collecte des données en laboratoire
Remarque : Visiocasques caméras peuvent être facilement ajoutés à la plupart des expériences.
- Avoir 2-3 expérimentateurs placer la caméra sur la tête de l’enfant : un expérimentateur place la tête caméra, on surveille l’affichage tête-caméra et, si nécessaire, on détourne l’enfant.
- Demander au parent pour s’assurer que l’enfant reste calme et pour distraire l’enfant au cours du processus de placement.
- Effectuer le placement de la caméra en trois étapes comme suit.
- Désensibiliser le nourrisson à distribuer près de leur tête.
- Demander au parent de légèrement toucher ou caresser la tête et les cheveux de l’enfant plusieurs fois.
- Demandez à l’expérimentateur de placer le chapeau sur la tête du bébé à faire la même chose que dans 2.2.1.1.
- Demandez à l’expérimentateur de mettre la caméra visiocasques lorsque l’enfant est distrait.
- Utiliser des jouets poussoirs pour occuper les mains de l’enfant.
- Avoir le distrayant expérimentateur ou parent aider à ce stade en poussant doucement les mains de l’enfant vers le jouet engageant pour que les mains de l’enfant ne vont pas à la tête.
- Serrez le chapeau sur la tête de l’enfant et ajuster la caméra tête lorsque l’enfant est engagé avec le jouet.
- Ajuster la caméra de sorte que lorsque l’enfant tient un objet devant son visage, l’objet est centré dans la caméra tête FOV.
- Si l’enfant est assis, régler l’appareil pour qu’il capte la plupart des genoux de l’enfant lorsque l’enfant regarde vers le bas.
- Désensibiliser le nourrisson à distribuer près de leur tête.
- Après avoir placé la caméra sur la tête de l’enfant, demander à l’expérimentateur de quitter la salle et de commencer l’enregistrement.
- Dans le cas où un appareil est déplacé hors de propos ou supprimé, re-entrer dans la salle pour corriger la caméra.
- Mettre fin à l’expérience si l’enfant ne tolère pas la caméra étant la forme de base.
Remarque : Pour l’enregistrement des milieux naturels dans la maison, tout d’abord monter un chapeau et la caméra pour le nourrisson individuel et illustrent les parents sur la position de la caméra. La conception et l’ajustement de la caméra doivent s’assurer que les parents seront en mesure de mettre le chapeau sur leur enfant sans aide technique.
- Mettre fin à l’expérience si l’enfant ne tolère pas la caméra étant la forme de base.
3. collecte des données pour l’étude de Parent-enfant
Remarque : La méthode suivante représentative pour les tête-caméras utilise jeu jouet naturaliste dans le laboratoire de démontrer le type des analyses qui peuvent être menées sur les points de vue égocentriques des bébés et leurs parents (Figure 3 a).
- Équiper le parent et l’enfant avec des caméras visiocasques, tel que décrit aux points 2.1 et 2.2.
- Caméras de tête permet de capturer des vidéos avec une résolution de 720 x 1280 pixels à 30 image/s. procédez comme décrit aux points 2.3 et 2.4.
- Sous-échantillon le flux vidéo dans une image toutes les 5 s.
- Manuellement, dessinez des rectangles englobantes autour de chaque jouet (Figure 3 b) au sein de la vue à l’aide d’un logiciel commercial ou un programme développé en interne (voir la Figure 3 pour un cadre de l’échantillon).
- Si une seule partie d’un jouet est visible en raison de l’occlusion par d’autres jouets ou la troncature sur le bord du cadre, seulement Dessinez des rectangles de sélection quand un jouet est facilement identifiable et inclure toutes les parties visibles du jouet.
- Par exemple, si une seule jambe de la poupée est visible, dessinez un rectangle englobant autour de sa jambe. Si un objet occlusion la moitié de la poupée, pour ne laisser apparaître les cheveux et les jambes, puis dessinez une zone qui comprend les cheveux et les jambes.
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Representative Results
Une analyse simple et informative, est de compter le nombre d’objets en vue à chaque point dans le temps. Comme une tête caméra produit des données à environ 30 Hz (30 images/s), voir sous-échantillonnage des données à 1 image chaque 5 permet de s pour produire un ensemble de données plus facile à gérer tout en conservant une résolution appropriée pour comprendre les types d’enfants de scènes. Recherches antérieures a démontré que les scènes visuelles sont lente évolution dans les bébés3. Un script personnalisé a été utilisé pour dessiner des boîtes englobantes autour les jouets en vue. La figure 4 montre des résultats représentatifs pour 1 dyade parent-enfant. Un t-test indépendant en comparant le nombre de scènes avec un nombre donné d’objets entre les parents (Figure 4 a) et de l’enfant (Figure 4 b) a révélé cet enfant avait un plus grand nombre de scènes avec des objets moins en vue, par rapport au parent (t(78) = 4.58, p < 0,001).
Une autre analyse informative consiste à calculer comment visuellement les objets grands sont dans chaque affichage. La proportion de l’écran repris par chaque objet dans la vue peut être calculée et analysée. Pour la mère et l’enfant, il y a une corrélation négative entre le nombre d’objets dans la vue et la taille visuelle des objets dans l’affichage (Figure 4, Spearman corrélation r = -0,19, p < 0,001 et Figure 4, r de corrélation de Spearman =-0.23, p < 0,001). Autrement dit, s’il y a plus d’objets dans la vue, chaque objet reprend inférieure de l’écran que s’il y a moins d’objets en vue. Pour cette dyade, l’enfant capturé plus de scènes avec moins de 10 objets dans la vue et le parent présente un plus grand nombre d’objets en vue. Des résultats similaires ont été rapportées dans la littérature3,4,5,8,9,10,11,12 ,,13.
Figure 1 : une illustration schématique démontrant les différentes vues d’un parent et son enfant pendant le jeu. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : exemples de visiocasques caméras et leurs accessoires. (A) les nourrissons et les tout-petits portant visiocasques caméras à la maison et dans le laboratoire. (B) des exemples de façons de fixer des caméras tête à bandeaux (gauche, milieu) et chapeaux (à droite). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : les 24 jouets utilisés dans la méthode représentative. (Agauche) Cadre représentatif de la caméra de tête d’un enfant, illustrant un plus petit nombre d’objets dans la vue et à visuellement plus grandes tailles. (Adroite) Une image représentative de la caméra de tête d’un parent qui illustrent leur vue typique : beaucoup d’objets à visuellement plus petites tailles. (B) jouets correspondent en taille, allant de 2 à 7 po sur la plus grande dimension et entre 2-3 pouces aux dimensions plus courte. (C) boîtes sont dessinées autour de chaque jouet, ou une partie du jouet qui est visible et identifiable, à l’aide d’une interface utilisateur graphique interne. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : représentant résulte d’un seul participant dyade en jeu jouet. Histogrammes regroupant le nombre de scènes basée sur le nombre d’objets en vue de l’enfant (B) et parent (A). La proportion de l’écran repris par chaque objet en vue contre le nombre d’objets en vue pour le parent (C) et de l’enfant (D). La ligne noire est la ligne de régression. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Le présent document énonce les bases pour l’application des caméras visiocasques aux nourrissons pour capturer leur scène visuelle égocentrique. Caméras de tête commercialement disponibles ne suffisent pas pour la grande majorité des études. Petits, légers et portables caméras devraient être incorporés dans un chapeau de tissu mou ou un bandeau et appliqués à la tête de l’enfant. Une fois correctement conçu et mis en œuvre, une variété d’expériences peut être exécutée, aussi bien en laboratoire que dans le milieu familial. D’après les vidéos que se sont réunis, réunir des données sur l’écologie visuelle de l’enfant en voie de développement peuvent être compilées et analysées.
L’étape la plus critique avec cette méthode est l’application de la caméra de tête sur l’enfant. Si fait correctement, la caméra de tête sera mal placée et la qualité des données sera diminuée ou inutilisable. Un positionnement incorrect pourrait également stimuler l’enfant à rejeter la caméra et à mettre fin à l’expérience. Nous discuterons brièvement les suggestions visant à assurer le succès à l’application de la caméra de tête. Appareils photo doit être placé sur le nourrisson dans un geste sans hésitation. Si le chercheur est inquiet de placer une caméra sur la tête de l’enfant, ou si plusieurs tentatives sont effectuées, la probabilité de refus devient beaucoup plus élevée. Expérimentateurs devraient pratiquer marchéd chapeaux et appareils photo disposés des tout-petits ou des mannequins au préalable. Lorsque vous placez l’appareil photo, il doit être placé assez bas sur le front pour assurer une vision claire de la scène devant le visage. Pêche à la ligne légèrement la caméra vers le bas vous garantira vue des mains de l’enfant au cours de la manipulation active. La caméra doit être aussi stable et sécurisé sur la tête du bébé. Caméras stables signifient des images claires et stables. Si la coiffure s’agite, tout-petits peuvent remarquer cela et retirer la caméra. Pour les enfants moins de 18 mois d’âge, quoi que ce soit en attirant l’attention sur la vitesse augmente refus. Cela inclut avoir la poignée infantile l’équipement ou en parler avant de le placer sur l’enfant. Pour les enfants plus de 18 mois, parle de la caméra avance et demander la permission de l’enfant pour le mettre sur peuvent être plus efficaces. Avec un chercheur qualifié, les taux de réussite en plaçant la tête caméras sur les enfants, sans l’embêter pour bébé hors de l’expérience, peuvent atteindre environ 75 %.
Lors de l’envoi d’une maison de tête-caméra avec les familles, prendre beaucoup de temps pour concevoir la mise en place de cap/serre-tête et caméra. La façon dont un parent met une caméra sur la tête de leur enfant ne sera pas toujours au même niveau de précision en tant que chercheur qualifié. S’assurer que le bouchon est facile à appliquer par les parents et s’assurer que les questions de recherche ne demandent pas de spécifications précises. Si expérimental besoins requièrent un placement précis de la caméra sur la tête, envisagez d’exécuter l’étude en laboratoire au lieu d’à la maison.
Tête-caméras aura des limites à ce qu’ils peuvent capturer. Étant donné l’emplacement de la caméra sur la tête de l’enfant, les points de vue horizontales du nourrisson lorsqu’ils passent que leur tête de gauche à droite sera abondamment capturée. Les déplacements verticaux de la caméra, lorsque l’enfant semble haut et en bas, sera incapables de capturer les très extrêmes de la scène visuelle. Cela est particulièrement vrai si l’appareil est incliné légèrement vers le bas sur la tête de l’enfant, afin de saisir les mains de l’enfant.
Caméras de visiocasques ont révélé que les enfants ont une vision qui leur est propre. Sur un plan fondamental, les tout-petits et les enfants Découvre le monde différemment de leurs parents. Les tout-petits façonnent leur expérience visuelle avec leurs mains : tenir et manipuler les objets à proximité de leur visage4,5,8. Étant donné les bras très courts des enfants en bas âge, l’objet se tient proche et s’affiche en grand dans le champ de vision. Ces scènes avec un objet clair focal sont souvent de longue durée, environ quatre secondes en durée et coïncident avec la diminution des mouvements de tête par le nourrisson4. Il est important de noter, toutefois, que les caméras visiocasques ne fournissent pas aucune information quant à où le participant est à la recherche. Au lieu de cela, ce protocole peut décrire quantitativement l’éventail des scènes visuelles disponibles pour les enfants. À travers une session de jeu ensemble, il y a une forte probabilité que les yeux de l’enfant sont généralement centrés au milieu de la scène visuelle devant l' enfant5. Tête caméras nous permettent d’étudier l’ensemble des scènes disponibles à un enfant. Par exemple, combien de fois un visage est disponible pour eux à regarder ? Comment persistants sont ces scènes avec des visages ? Combien de fois est enfants Regarde un encombré (un tas de jouets sur le sol) versus non encombrée (le plafond ou un mur blanc) scènes ? Cette méthodologie de vue égocentrique est plus adaptée pour les données à l’échelle macro, 100 millions des images recueillies au fil des jours. Si la question de la recherche a besoin d’une résolution plus fine que ces questions de niveau d’agrégation, visiocasques oculométrie peut-être être mieux adaptée à la dynamique exacte de vision infantile de capture.
Tout comme le jeune enfant et adulte ont différentes expériences visuelles, l’expérience visuelle des nourrissons et enfants en bas âge n’est pas statique développemental. Comme les enfants grandissent, les scènes visuelles disponibles changent de façon spectaculaire, et il y a des structure de perfectionnement dans les gens et les objets visuellement disponibles pour les enfants d’âges différents. Par exemple, lorsque les enfants sont très jeunes, leur environnement visuel est dense avec les visages d’un très petit nombre de personnes10. De cet échantillonnage non uniforme de quelques visages, les nourrissons peuvent extrapoler et apprendre à reconnaître et distinguer les visages qu’ils rencontrent. À environ 8-10 mois d’âge, les bébés commencent à s’asseoir régulièrement, pour analyser et jouer avec des objets, mais leurs habiletés manuelles sont encore assez limitées par rapport aux nourrissons plus âgés. En conséquence, ces enfants expérience une fréquence plus élevée des scènes visuelles avec peu d’objets en vue, par rapport à des enfants plus âgés. Néanmoins, des scènes de repas de ces mêmes jeunes de 8 à 10 mois révèlent aussi fois de fouillis13, avec chaque scène de repas contenant beaucoup d’objets différents. Malgré cet encombrement, il existe une structure prévisible aux objets en vue : un très petit ensemble d’objets apparaissent à plusieurs reprises. Ces répétées des objets appartenant aux catégories englobant les premiers mots appris par les enfants13. Ainsi, bien qu’il peut être facile de regarder sur l’environnement des enfants et font valoir que leur monde est un « blooming, bourdonnement confusion, » tête-caméra données montrant des vues égocentriques bébés révèlent que les régularités statistiques prévisibles existent dans leur champ de vision pour amortir les le din et la confusion.
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Disclosures
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêt.
Acknowledgments
Les auteurs remercient Dr Chen Yu, pour ses conseils dans la création de ce manuscrit et pour les données utilisées dans la section résultats de représentant. Nous remercions les familles participantes qui ont consenti à être utilisés dans les figures et tournage du protocole ainsi que Lydia Hoffstaetter pour sa lecture attentive de ce manuscrit. Cette recherche a été financée par les instituts nationaux de santé subventions T32HD007475-22 (J.I.B., D.H.A.), R01 HD074601 (S.B.), R01 HD028675 (S.B., L.B.S.) et F32HD093280 (L.K.S.). National Science Foundation accorde BCS-1523982 (S.B., L.B.S) et carrière IIS-1253549 (S.B., D.J.C.), la National Science Foundation Graduate Research Fellowship programme #1342962 (S.E.S.) et par l’Université de l’Indiana à travers les nouvelles de la zone de recherche Initiative - apprentissage : Cerveau, Machines et les enfants (J.I.B., S.B., 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
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