Summary
乳幼児は、両親から根本的に別の方法で世界を見る。ヘッド マウント カメラは、乳児の視覚的環境を理解する扱いやすいメカニズムを提供します。このプロトコルは、家庭や乳幼児の自己中心的なビューを取得する実験室の実験のための指針を提供します。
Abstract
乳幼児は、両親から根本的に異なる方法で基本的な感覚レベルでの世界を表示します。これは主に生物学的制約のため、: 乳児の両親よりも異なるプロポーションを持っているし、自分の頭の動きを制御する能力は発展途上。このような制約は、利用可能な視覚入力を制限します。このプロトコルは、ヘッド マウント カメラを使用して発展途上の乳児が経験した変化の視覚入力を理解する研究者のための指針を提供するために目指しています。このプロトコルの使用の成功は、研究者が設計し、発展途上の子供の視覚環境自宅や研究室での研究を実行するになります。このメソッドからの研究者は子供のビューのフィールドで可能なすべてのアイテムの集計を表示をコンパイルできます。このメソッドは直接を見ては子供を正確を測定していません。組み合わせることで機械学習、コンピューター ビジョン アルゴリズムや手作業によるコーディング、研究者のこのアプローチは、発展途上の幼児の変化する視覚的生態を説明するために高密度データセットを生成できます。
Introduction
何十年も、心理学者ウィリアム ・ ジェームズは、有名な「が咲いて、賑やかな混乱1」として記述されている発展途上の幼児の環境を理解し求めています。幼児の日々 の体験通常 3 人の視点から社会的パートナーと自然主義的なプレイを撮影して検討しています。側からまたはの上のこれらのビューは、雑然とした環境とあらゆる新しい単語のための潜在的な指示対象は膨大な数を通常表示乳児を聞く2。外部の観察者にジェームズの説明は、がちであるが、この静止した、3人称視点が乳児が世界を見る方法ではありません。幼児は地面に近いと視覚探索に近いオブジェクトをもたらすの世界を通じて、移動することができます。親の母子相互作用の 3 人の表示を図 1に示します。自分の視点の基本的な違いは、強調表示されます。おそらく、幼児を受け取る入力は両親や研究者によって予想通りほぼ無秩序です。ヘッド マウント カメラを持つメソッドの目的は、開発全体を通して利用できるように視覚的な環境を理解するために最初の人ビューから幼児体験をキャプチャすることです。
ヘッド マウント カメラ、帽子やカチューシャ、着用は、発展途上の幼児の瞬間に映像体験にウィンドウを提供します。このような観点から、構造と幼児の環境の規則性の研究が明らかになります。ヘッド マウント カメラの手によって支配される主に乳児の視覚経験を明らかにした両方彼ら自身と社会のパートナーのとの顔の見える、かつて共同注意を確立するために不可欠と考えられて、多く予想されるscarcer3. ヘッド マウント カメラを持っても、乳児と養育者作成説明瞬間ときオブジェクトは、視覚的に支配的なおよび幼児の視野 (FOV) の中央オブジェクト ラベル マッピング4に固有の不確実性を減らします。
ヘッド マウント カメラは、頭の動きに基づく幼児の最初の人ビューをキャプチャします。このビューはありません完全に同期、または代表者、乳幼児の目の動きは、目トラッカーと組み合わせてのみキャプチャすることができます。例えば、頭を静止しているまま目だけのシフトまたはオブジェクトに固定された目を維持しながら頭のシフトは乳児の実際の視野と頭のカメラで撮影されたものとの間のずれが作成されます。それにもかかわらず、グッズ プレイ中に幼児通常センターに参加しているオブジェクト整列自分の頭、目、そして自分の体の正中線5グッズの場所。ズレはまれであり、通常目シフトとそれに伴うめまい3の間一時的な遅延によって作成されます。そのため、頭部カメラは注目の変化の急速なダイナミクスをキャプチャするため適していません。ヘッド マウント カメラの強みは乳幼児に視覚的なコンテンツを明らかに日常的な視覚環境を取り込む。
次のプロトコルと代表の結果はどのようにヘッド マウント カメラ デモンストレーション乳幼児の視環境を調査する使用することができます。
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Protocol
研究室や家庭で、乳児と幼児の視覚の経験のデータを収集する次の手順は、インディアナ大学制度検討委員会によって承認されました。幼児の養育者からインフォームド コンセントを得た。
1. 頭のカメラを選ぶ
注:(図 2) の購入のために容易に利用可能な多数の小型・軽量・ ポータブル カメラがあります。
- 頭部カメラは控えめだし、記録されているシーンに影響しませんを選択します。
- 居心地の良い帽子やカチューシャの仮止め接着剤を使用しての上にカメラをマウントまたは安全にカチューシャに小さなプラスチック板の上にカメラをマウントします。子の眉 (図 2 b、左) にカメラを配置します。
- カメラの形状、カチューシャや帽子 (図 2 b中央、右) に縫製小さな布ループによってカメラをマウントします。
- 帽子やカチューシャが (図 2 a) 子供の頭にぴったりと快適なフィット感を達成するために調整可能なことを確認します。
注:幼児の目の間に直接に位置するカメラは、しかし、これは現在の技術ではかなり不可能です、理論的に理想的です。額の低配置できる小型カメラはますます利用可能になっています。
- 居心地の良い帽子やカチューシャの仮止め接着剤を使用しての上にカメラをマウントまたは安全にカチューシャに小さなプラスチック板の上にカメラをマウントします。子の眉 (図 2 b、左) にカメラを配置します。
- カメラは、両親と一緒に帰宅されている場合、は、両親が技術的な助けすることがなくそれらを使用することができますを確認します。
- 両親が研究室を去る前に、頭部のカメラの操作方法にそれらを訓練します。
- カメラと記録データを有効にする手順を説明する手アウトや帽子、ヘッド バンド使用カメラで家の両親を送信します。
- カメラを着用し忘れる幼児のため十分な光を確認します。
注:推奨体重は 30 g3より小さいです。任意の選択されたカメラ使用時に加熱していない必要があり、大量の使用の下で耐久性があります。 - 実験のセットアップでは、子供たちに自由に移動を必要とする場合は、内部のストレージ カードに録画したビデオを格納します。それ以外の場合、データ コレクションのコンピューターにつながれたカメラを使用します。
- ビジュアル シーンを関心領域に分割する機械学習アルゴリズムの最近の進歩を活用するのに高画質レンズとカメラを使用します。
- ビジュアル シーンは研究者によって手動でコーディングされている場合は、手動の検査の十分な品質で画像をキャプチャすることができますカメラを使用します。
- 任意のバッテリ駆動のカメラが必要な時間数の記録が可能であることを確認します。
- まもなく実験を始めて、両親と一緒に家のカメラを送信する前に適切に取り組んでいるように頭のカメラをテストします。
実験室でデータ コレクション
注:ヘッド マウント カメラは、ほとんどの実験に簡単に追加できます。
- 2-3 実験者場所子供の頭の上にカメラを持っている: 1 つ実験者場所頭のカメラ、1 つは頭のカメラビューを監視し、子をそらす 1 つ必要な場合。
- 子の冷静さを保つため、配置プロセス中に子供をそらすために親を求めます。
- 3 つの手順でカメラの配置をとおり実行します。
- 手を頭の近くでの行為の中に幼児を鈍感します。
- 軽くタッチしたり、幼児の頭と髪を数回ストローク親を求めます。
- 2.2.1.1 と同じように幼児の頭に帽子を置くこと実験者を求めます。
- ヘッド マウント カメラを置く子が気を取られて、実験者があります。
- 忙しい子供の手を維持するのにプッシュ ボタンおもちゃを使用します。
- 気が散る実験者または親子供の手が頭に行かないように、優しく魅力的なグッズへの子供の手を押すことによってこの段階でヘルプがあります。
- 子供の頭の上に帽子を締め、子供がおもちゃで従事しているときに頭のカメラを調整します。
- 頭部カメラの FOV で、オブジェクトの中心は幼児は、彼/彼女の顔の前にオブジェクトを保持しているときにカメラを調整します。
- 子供が座っている場合は、子を軽蔑するとき子供のラップのほとんどをキャプチャできるようにカメラを調整します。
- 手を頭の近くでの行為の中に幼児を鈍感します。
- 子供の頭の上にカメラを配置後、部屋を出るし、録音を開始する実験者を求めます。
- カメラの場所から移動または削除されたことは、カメラを修正する部屋を再入力します。
- 子供が再適用されているカメラを容認しない場合は、実験を終了します。
注:家庭で自然環境を記録するため最初の帽子および個々 の乳児にカメラに合うし、両親にカメラを配置する方法を示します。デザインとカメラのフィットは、両親が技術の助けなしに自分の子供に帽子を置くことができることを確認してください。
- 子供が再適用されているカメラを容認しない場合は、実験を終了します。
3. データ収集親-幼児教育
注: 頭部カメラの次の代表的な方法は、ラボで幼児とその両親 (図 3 a) の自己中心的なビューで行うことができる解析の種類を示すため自然主義的な玩具プレイを使用します。
- 2.1 と 2.2 で説明するよう、ヘッド マウント カメラで親子を服します。
- 頭部カメラを使用して、30 フレーム/秒進みます手順 2.3 と 2.4 で説明されているように 720 x 1280 ピクセルの解像度でビデオをキャプチャします。
- サブサンプリングのビデオ ストリームを 1 つのフレームはすべての 5 s。
- 手動で商業ソフトウェアまたは社内 (サンプル フレームの図 3を参照) が開発したプログラムを使用してビュー内で各グッズ (図 3 b) の周囲の境界ボックスを描画します。
- おもちゃは簡単に識別できると、グッズのすべての目に見える部分だけ、グッズの一部が他のおもちゃまたはフレームの端に切り捨てによる閉塞が原因で表示の場合のみバウンディング ボックスを描画します。
- 例えば、人形の足が表示されている場合にのみその脚周りの境界ボックスを描画します。人形は、目に見える、髪の毛や足を残しての半分が見えなくなりますオブジェクト場合は、髪と足の両方を含むボックスを描画します。
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Representative Results
1 つの単純なまだ有益な分析は時間の各ポイントのビューにはオブジェクトの数をカウントします。頭部カメラは約 30 Hz でデータを生成するので (30 画像/秒)、ダウン サンプリング シーン子供の種類を理解するための適切な解像度を維持しながらより管理しやすいデータセットを生成するすべての 5 s により 1 画像データを参照してください。先行研究では、ビジュアル シーンが幼児3で低速に変化することを実証しています。おもちゃの周囲に外接するボックスをビューで描画に使用したカスタム スクリプト。図 4は、1 親の母子ダイアドの代表的な結果を示しています。この子親に比べてビューでオブジェクトが少ないより多くのシーンを持っていた独立した t 検定の指定した数 (図 4 a) 親と子 (図 4 b) の間のオブジェクトのシーン数を比較することが明らかに (t(78) =p < 0.001 4.58)。
別の有益な分析がどのように視覚的を計算する大規模なオブジェクトは、各ビュー。ビュー内の各オブジェクトによってとら画面の割合を計算し、分析できます。親と子の両方のビュー内のオブジェクトの数と、ビュー内のオブジェクトの視覚的サイズには負の相関がある (図 4、スピアマン相関 r = p < 0.001-0.19 と図 4、スピアマン相関 r=-0.23、< p 0.001)。つまりより多くのオブジェクトを見ることがあります、各オブジェクトはビューで少数のオブジェクトがある場合よりも画面を占有します。このダイアド子キャプチャより多くの場面よりも少ない 10 個のオブジェクト ビューで、親ビューに多数のオブジェクトを展示します。同様の結果は、文献3,4,5,8,9,10、11,12 で以前報告されています。 ,13。
図 1: プレイ中に親と彼らの子供のさまざまなビューを示す説明図。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: ヘッド マウント カメラとその添付ファイルの例です。(A) 乳児と幼児のヘッド マウント カメラを自宅と研究室で身に着けています。(B) ヘッドバンド (左、中央) と (右) の帽子に頭部カメラをアタッチする方法の例を示します。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 3: 代表的なメソッドで使用される、24 おもちゃ。(A, 左)表示し視覚的により大きなサイズでオブジェクトのより小さい数を示す子供の頭部のカメラからの代表的なフレーム。(A, 右)彼らの典型的なビューを示す親の頭のカメラから代表フレーム: 視覚的に小さいサイズで多くのオブジェクト。(B) おもちゃは 2-7 インチ最長寸法および短い寸法に 2-3 インチの間に至るサイズが一貫しています。(C) ボックス各グッズ、またはが表示され、個人を特定できる、グッズの一部を社内のグラフィカル ユーザー インターフェイスを使用して描画されます。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 4: 玩具プレイに参加する単一ダイアドから代表の結果します。ヒストグラムは、親子 (A) と (B) のビュー内のオブジェクトの数に基づいてシーンの数をグループ化します。画面の割合によってとら各オブジェクト ビューで対オブジェクト数ビューの親 (C) と (D) の子供のため。黒い線は、ベスト フィットのラインです。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。
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Discussion
ヘッド マウント カメラを自分の自己中心的なビジュアル シーンをキャプチャする乳幼児に適用するための基礎知識を概説します。市販の頭部カメラは研究の大多数に対して十分です。小型・軽量・ ポータブル カメラを柔らかい布帽子やカチューシャに組み込まれて、子供の頭に適用する必要があります。いったん正常な設計・実装、実験室の設定で家庭環境も、様々 な実験は実行できます。集まったビデオから発展途上の乳児の視覚的生態学についての集計データをコンパイルおよび分析できます。
この方法で最も重要なステップは、子供に頭部カメラのアプリケーションです。頭部カメラが悪い配置正しく行う場合、データの品質は低下または使用不能になります。不適切な配置もカメラを拒否し、実験を停止する子に拍車をかける可能性があります。私達は簡潔に頭部カメラのアプリケーションの成功を保障するために提案を論議します。カメラは、ためらうことがなく 1 つの移動で幼児に配置する必要があります。研究者は子供の頭の上にカメラを配置する心配または複数回の試行が行われた場合は、拒否の可能性が高くなり。実験者を練習する必要があります喜んで幼児やマネキンに帽子、カメラ デバイスをあらかじめ配置します。ときにカメラを配置して、配置十分に低い額に顔の前にシーンのクリアな視界を確保します。下方カメラを少し釣り、アクティブな操作中に乳児の手の表示が保証されます。カメラは、安定かつ安全な乳児の頭の上にもあります。安定したカメラは、安定して鮮明な画像を意味します。帽子がぶれて、幼児はこれを確認でき、カメラをやってのけます。子供時代の 18 ヵ月未満ギアに注目を集めて何か増加拒否します。これには、幼児のハンドル装置を持っていることまたは子供にそれを置く前にそれについて話しているが含まれます。子供の年齢、18 ヶ月以上あらかじめカメラの話、上に言えば子供の許可を求めるより効果的かもしれない。訓練を受けた研究者と実験から幼児の騒ぐことがなく、乳児の頭部カメラを配置することで成功率が約 75% を達することができます。
家族と頭部カメラのホームを送信するときキャップ/ヘッドバンドとカメラの配置を設計する時間がかかります。親が自分の子供の頭にカメラを配置する方法は常に訓練を受けた研究者として精度の同じレベルでされません。キャップは簡単に親によって適用して研究の質問は厳格な仕様を要求しないことを確認を確認します。実験的必要があります頭にカメラの正確な配置を必要とする場合は、自宅の代わりに研究室で研究を実行することを検討してください。
頭部カメラが何をキャプチャすることができますに制限があります。彼らは右に左から頭が広範囲にわたってキャプチャ移動乳児、幼児の水平ビューの頭にカメラの位置を与えられました。幼児が上下に見えるときは、カメラの垂直変位はビジュアル シーンの非常に極端なをキャプチャすることができません。カメラを斜め下向、乳児の頭に幼児の手をキャプチャするために場合、これは特に当てはまります。
ヘッド マウント カメラは、子供が彼らの自身の参照であることを明らかにしました。基本的なレベルでは、乳幼児は、世界を両親とは異なる表示します。幼児形手の見え方: 押しの顔4,5,8に近いオブジェクトを操作します。幼児の非常に短い腕を指定すると、オブジェクトは近く開催され、大きいビューのフィールドが表示されます。明確な焦点のオブジェクトにそのようなシーンは、しばしば長期的な期間で約 4 秒している幼児の4頭の動きの軽減と一致します。しかし、ヘッド マウント カメラは、参加者が見ている場所に任意の情報を提供しないことに注意することが重要です。代わりに、このプロトコルは、子供たちに利用可能なビジュアル シーンの範囲を定量的記述できます。全体のプレイ セッション間で子供の目が5子目の前に情景を中心通常こと高い確率があります。頭部カメラ子供に利用できるシーンの集合体を調べることができます。たとえば、どのくらいの頻度顔は見てできる?どのように永続的な顔を持つこれらのシーンは雑然との子供を表示する (床におもちゃの山) は、どのくらいの頻度とすっきりした (天井または空白の壁) のシーン?この自己中心的な表示方法は、データ マクロ スケールで 1 億画像日間収集に最適です。研究の質問は、これらの集計レベルの質問よりもきめの細かい解像度以上を必要とする場合ヘッド マウント アイトラッ キングを幼児ビジョンの正確なダイナミクスをキャプチャに適していますより良いかもしれません。
同様の幼児と大人は、異なる視覚的経験を持つ、乳幼児の視覚的な経験は発達静的ありません。子供の成長、利用可能なビジュアル シーンが劇的に変化、視覚的にさまざまな年齢の幼児が人や物の発達構造があります。例えば、幼児が非常に若いときの視環境は人10の非常に小さい数の顔が濃い。いくつか顔のこの非一様サンプリングから幼児は推定し、認識し、彼らが発生する面の間で区別することを学ぶできます。年齢の約 8-10 月、幼児は着実に座って、クロール、およびオブジェクトと再生を始めているが、年長の幼児と比較して、マニュアルのスキルはかなり限られているが。その結果、これらの幼児体験いくつかオブジェクトを含む visual シーンのより高い周波数表示、年長の幼児と比較しています。それにもかかわらず、これらの同じ 8 歳 10 ヶ月児の食事シーンも、多数の異なるオブジェクトを含む各食事シーンとクラッタ13回数を明らかにします。この混乱にもかかわらずあるオブジェクトに予測可能な構造のビュー: オブジェクトの非常に小さいセットは繰り返し表示されます。これらは幼児13で学んだ最初の言葉を包括的なカテゴリに属しているオブジェクトを繰り返し。したがって、簡単に子どもの環境を振り返るし、彼らの世界は、「咲、混乱、賑やかな」と主張するかもしれませんが頭カメラ データ幼児の自己中心的なビュー表示明らかに湿らせる彼ら視野に予測可能な統計的規則性が存在する喧騒と混乱。
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Disclosures
著者は利益相反を宣言しません。
Acknowledgments
この著者は、この原稿の作成に彼の指導の代表 [結果] セクションで使用されるデータは博士陳 Yu をありがちましょう。数字で使用され、この原稿の彼女の注意深い読書のプロトコルとしてリディアの Hoffstaetter の撮影をすることに合意の参加家族に感謝いたします。この研究は健康補助金 T32HD007475 22 (J.I.B.、D.H.A.)、R01 HD074601 (s ちゃん)、R01 HD028675 研究機構によって支えられた (住ベ、L.B.S.) と F32HD093280 (L.K.S.)。BCS 1523982 (住ベ、L.B.S) とキャリア IIS 1253549 (住ベ、D.J.C.)、国立科学財団大学院研究奨学金プログラム #1342962 (S.E.S.)、全米科学財団が助成金と新興地域研究を通じてインディアナ大学によってイニシアチブ - 学習: 脳、マシン、および子供 (J.I.B.、s ちゃん、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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