Взгляд в действии: руководитель монтируется глаз отслеживания динамического визуального внимания детей во время натуралистический поведение

Summary

Детей младшего возраста не пассивно наблюдать за мир, но довольно активно исследовать и взаимодействовать с окружающей их среды. Этот протокол обеспечивает руководящие принципы и практические рекомендации для использования глаз, головы монтируется трекеры для записи младенцев и малышей динамических визуальных средах и визуального внимания в контексте естественное поведение.

Abstract

Визуальных средах маленьких детей являются динамическими, изменяя момент за моментом, как детей физически и визуально исследовать пространства и объектов и взаимодействовать с людьми вокруг них. Руководитель смонтирован айтрекинга предлагает уникальную возможность захватить динамические эгоцентрической мнения детей и как они выделяют визуального внимания в рамках этих взглядов. Этот протокол обеспечивает руководящие принципы и практические рекомендации для исследователей, используя трекеров руководитель конной глаз как в лабораторных, так и в более натуралистических настройки. Руководитель смонтирован глаз слежения дополняет другие экспериментальные методы, расширение возможностей для сбора данных в более экологически допустимых контекстов через повышение мобильности и свободы движения головы и тела, по сравнению с экранной глаз слежения. Этот протокол также могут быть интегрированы с другими технологиями, например отслеживания движения и ЧСС, мониторинг, для обеспечения высокой плотности смешанных наборов данных для изучения естественного поведения, обучение и развитие, чем раньше. Этот документ демонстрирует типы данных, получаемых от головы монтируется глаз слежения в исследовании предназначен для исследования визуального внимания в одном контексте естественных для малышей: сыпучий игрушки играть с одним из родителей. Успешное использование этого протокола позволит исследователям для сбора данных, который может использоваться для ответа на вопросы не только о визуального внимания, но и о широкий спектр других восприятия, познавательные и социальные навыки и их развития.

Introduction

За последние несколько десятилетий стали свидетелями растущего интереса к изучению развития младенцев и малышей визуального внимания. Этот интерес обусловлены в значительной степени использования перспективных время измерения как основного средства для оценки других когнитивных функций в младенчестве и превратилась в изучении детской визуального внимания в своем собственном праве. Современные исследования младенцев и малышей визуального внимания главным образом измерить движения глаз во время на экране eye отслеживание задач. Младенцев сидеть в стуле или коленях родителя перед экраном во время их движения глаз контролируются во время презентации статических изображений или событий. Такие задачи, однако, не захватить динамичный характер природных визуального внимания и средств, посредством которой генерируется Детская природных визуальных сред - активные исследования.

Младенцы и малыши являются активные существ, перемещение их руки, головы, глаз и тела исследовать объекты, людей и пространства вокруг них. Каждая новостройка в морфологии тела, двигательных навыков и поведения - ползать, ходить, собирание объектов, взаимодействие с социальными партнерами - сопровождается сопутствующие изменения в начале визуальной среде. Потому что сделать младенцев определяет, что они видят, и что они видят за то, что они делают в визуально организованные действия, изучая естественное развитие визуального внимания лучше всего осуществляется в контексте естественного поведения¹.

Руководитель смонтирован глаз трекеры (ETs) были изобрел и используется для взрослых для десятилетий^2,3. Только недавно технический прогресс сделал руководитель конной технологии eye отслеживание подходит для младенцев и детей ясельного возраста. Участники оснащены двумя легкий камеры на голове, сцена камеры наружу, что захватывает первого лица участника и eye лицом внутрь камеры, которая захватывает изображение глаз. Процедура калибровки обеспечивает подготовку данных для алгоритма, который сопоставляет как можно точнее меняющейся позиции зрачка и роговицы отражения (CR) в изображении глаз для соответствующих пикселов в изображении сцены, которые будучи визуально присутствовали. Цель этого метода-захватить природные визуальных средах младенцев и новорожденных активных визуальные исследования этих сред как младенцев свободно. Такие данные могут помочь ответить на вопросы не только о визуального внимания, но и о широкий спектр восприятия, когнитивные и социальные события^4,5,6,,78. Использование этих методов превратил договоренности совместного внимания^7,8,9, постоянного внимания¹⁰, изменении визуального опыта с возрастом и двигательного развития^{4 , 6 , 11}и роль визуального опыта в word, обучения¹². Настоящий документ обеспечивает руководящие принципы и практические рекомендации для проведения руководитель конной eye Отслеживание экспериментов с младенцев и малышей и иллюстрирует типы данных, которые могут быть сгенерированы из головы монтируется глаз слежения в одном природных контекст для малышей: сыпучий игрушки играть с одним из родителей.

Protocol

Этот учебник основывается на процедуры сбора руководитель конной eye отслеживание данных с малышами, утвержденных Советом по рассмотрению институциональных в университете Индианы. Информированного согласия родителей был получен до малышей участие в эксперименте.

1. Подготовка исследования

1. Оборудование для eye-Tracking. Выберите один из нескольких руководитель конной eye отслеживание систем которые являются коммерчески доступных, либо один специально для детей или модифицировать систему для работы с крышкой на заказ детской, например как показано на рисунках 1 и 2. Убедитесь, что система отслеживания глаз имеет необходимые возможности для тестирования младенцев или малышей, выполните следующие действия:
   1. Выберите камеру сцены, регулируемые с точки зрения позиционирования и имеет достаточно широкий угол захватить поле зрения, подходящие для решения вопросов исследования. Чтобы захватить большую часть активности малыша в условиях свободной игры как это описано здесь, выберите камеру, которая захватывает Диагональ по крайней мере 100 градусов поля зрения.
   2. Выберите глаз камеры, которая регулируется с точки зрения позиционирования и имеет инфракрасный светодиод либо встроенный в камеру или прилегающих к камере и расположены таким образом, что роговицы глаза будет отражать этот свет. Обратите внимание, что некоторые eye отслеживание модели имеют фиксированное позиционирование, но рекомендуются модели, которые обеспечивают гибкие настройки.
   3. Выберите систему глаз слежения, как ненавязчивым и легкий как можно обеспечить наибольшую вероятность того, что младенцев/малышей будут терпеть носить оборудования.
      1. Внедрять системы в шапку, присоединив камер сцены и глаз к Velcro ремешок, который прикрепляется к противоположной стороне Velcro, шили на крышку, и позиционирование камеры из центра зрения малыша.
         Примечание: Системы, чтобы быть похожими на очки не являются оптимальными. Морфология лица малыша отличается от взрослого и частей, которые отдыхают на нос или ушей малыша может быть отвлекающим и неудобно для участника.
      2. Если к компьютеру подключено ET, Комплект кабелей и держать их спиной участника для предотвращения отвлечения или отключения. Кроме того используйте автономные системы, которая хранит данные на промежуточное устройство, как мобильный телефон, который может быть размещен на ребенка, который позволяет для большей мобильности.
   4. Выберите Калибровка программный пакет, который позволяет для автономного калибровки.
2. Запись среды.
   1. Рассмотреть вопрос о степени, в которой ребенок будет двигаться во всем пространстве во время сбора данных. Если один позиция является предпочтительным, об этом воспитателя ребенка, так что они могут помочь ребенку остаться в нужном месте. Удалите все потенциальные дистракторов из космоса за исключением тех, которые ребенок должен взаимодействовать с, которые должны быть в пределах досягаемости.
   2. Использовать камеру третьего лица для оказания помощи в более поздних кодирования поведение детей, а также выявить моменты, когда ET может стать перемещенными лицами. Если ребенок будет двигаться во всем пространстве, рассмотрите также дополнительные камеры.

2. сбор данных Eye-Tracking.

1. Персонала и активности. У двух экспериментаторов в настоящее время, один взаимодействовать с и занять ребенка и одно место и положение ET.
   1. Полностью заниматься деятельностью, который занимает руки ребенка, так что ребенок не достигает до перемещения или захватить ET, хотя это делается на их головы ребенка. Рассмотрим игрушки, которые поощряют ручного действия и небольших книг, которые ребенок может держать во время экспериментатора или родитель читает ребенку.
2. Место на ребенка ET. Потому что малышей терпимости ношения руководитель конной ET варьируется, следуйте приведенным ниже рекомендациям для содействия успеху в размещении и поддержании ET на ребенка:
   1. В то время, вплоть до исследования попросите уход, чтобы носить их ребенок крышка или шапочки, похож на то, что используется с ET, дома, чтобы они привыкли к что-то на их головы.
   2. В исследовании имеют различные типы крышек имеющиеся к которым может быть присоединен ET. Настройка шапки, приобретения различных размеров и стилей шапки, как мяч колпачок, который можно носить в обратном направлении или шапочка с ушами животного и добавив Velcro, к которому могут прилагаться глаз слежения системы, с противоположной стороны Velcro. Также рассмотреть вопрос о шляпы, чтобы носить воспитателя и экспериментаторов, чтобы поощрять интерес и готовность также носить шапку ребенка.
      1. Прежде чем поставить крышку на ребенка, имеют экспериментатора Десенсибилизировать малыш прикасается к голове, слегка касаясь волосы несколько раз, когда внимание и интерес малыш направлен на игрушку.
   3. Чтобы поместить ET на ребенка, быть за или в сторону ребенка (см. Рисунок 2). Поместите ET на ребенка, когда их руки заняты, например, когда ребенок держит игрушку в каждой руке.
      1. Если ребенок смотрит экспериментатор, поместив ET, сказать привет и пусть ребенок должен знать, что делается во время производства быстро разместить ET на головы ребенка. Избегайте слишком медленно двигалась при размещении ET, который может вызвать бедствие ребенка и может привести к плохой позиционирования, как ребенок имеет больше возможностей для перемещения их головы или достичь ET.
      2. Чтобы сократить время, затрачиваемое Настройка камеры после размещения, прежде чем поместить ET на участника, установите камеры в их предполагаемой позиции на головы ребенка (см. разделы 2.3.1 и 2.3.2).
3. Позиция ET сцены и глаз камеры. После ET на голову ребенка, внести изменения в позиции камеры сцены и глаз при мониторинге этих камер видео каналы:
   1. Позиция камеры сцены, низко на лоб, чтобы лучше приблизительное ребенка в поле зрения (см. рис. 1Б); Центр зрения камеры сцены на то, что ребенок будет глядя на во время исследования.
      1. Имейте в виду, что руки и провел объекты будут всегда очень рядом с ребенком и низко в представлении камеры сцены, хотя далее объекты будут в фоновом режиме и выше в представлении камеры сцены. Позиция камеры сцены лучше захватить тип представления наиболее релевантные исследования вопроса.
      2. Проверьте положение камеры сцены, привлекая внимание ребенка на конкретные места в их поле зрения с помощью небольшой игрушка или лазерного указателя. Обеспечить эти места в ожидаемых расстояние регионов, которые будут представлять интерес в ходе исследования просмотра (см. рис. 3).
      3. Избегайте наклона, проверяя, что горизонтальной поверхности появляются в представлении камеры сцены. Марк вертикально ориентации камеры сцены для смягчения возможность получать случайно Перевернутый во время перемещения камеры, но обратите внимание, что дополнительные шаги во время пост-обработки может вернуться изображения для достижения правильной ориентации при необходимости.
   2. Для получения высокого качества данных взгляд, положение глаз камеры для обнаружения зрачка и роговицы отражения (CR) (см. Рисунок 2).
      1. Расположить камеру глаза так, что она ориентирована на ребенка ученик, с не окклюзии щеки или ресниц во всем полный диапазон движения глаз (см. рис. 2C-F для примеры хороших и плохих глаз изображений). Чтобы помочь с этим, положение глаз камеры ниже глаз, возле щеку, указывая вверх, держа камеру из центра зрения ребенка. Кроме того положение глаз камеры ниже и на внешней стороне глаза, указывая внутрь.
      2. Убедитесь, что камера находится достаточно близко к глазу, что его движение производит относительно большие перемещения учащегося в изображении камеры глаза.
      3. Избегайте наклона, убедившись, что углы глаз на изображении глаз может сформировать горизонтальную линию (см. рис. 2C).
      4. Убедитесь, что контраст ученика по сравнению с iris является относительно высокой, так что ученик может быть точно отличить от Ирис (см. рис. 2C). Чтобы помочь с этим, отрегулируйте положение светодиодный свет (если рядом с глаз камеры) либо расстояние от глаз камеры от глаз (если индикатор не независимо регулируемый). Для обнаружения расширение зрачка позиция светодиодный свет в угол и не прямо в глаза. Будьте уверены, что любые коррективы к светодиодный свет все еще производят четкие CR (см. рис. 2C).
4. Получите очки в ходе исследования для автономных калибровки.
   1. После того, как сцена и глаз образы, как высокое качество, как они могут быть, собирать калибровки данных, обратив внимание ребенка на различных местах в их поле зрения.
      1. Получения калибровочных точек на различных поверхностях с что-нибыдь которое четко направляет внимание ребенка на небольшой, ясные точки в их поле зрения (см. рис. 3). Например используйте лазерный указатель против сплошной фон, или поверхности с небольшой независимо активирована светодиодов.
      2. Ограничьте присутствие других интересных целей в представлении ребенка обеспечить, что ребенок смотрит на калибровочные.
   2. Поочередно обращая внимание на различные места, которые требуют больших угловых перемещений глаза.
      1. Обложка поле зрения одинаково и не слишком быстро перемещаться между точками, которые поможет в поиске ясно саккад от ребенка во время автономного калибровки чтобы помочь определить, когда они смотрели в следующем месте.
      2. Если ребенок не сразу смотреть новое выделенное место, получите их внимание к месту шевелить лазер, поворачивая выключение светодиодов или прикосновением местоположение с пальцем.
      3. Если это возможно, получите больше калибровочных точек, чем необходимо в случае, если некоторые оказываются непригодными для использования позже.
   3. Убедитесь, что положение тела ребенка во время калибровки соответствует позиции, которая будет использоваться в ходе исследования.
      1. Например не собирать калибровочных точек, когда ребенок сидит, если ожидается, что позднее ребенок будет стоять.
      2. Убедитесь, что расстояние между ребенка и калибровочные похож на расстояние между ребенком и регионов, которые будут представлять интерес в ходе исследования.
      3. Не ставьте калибровочных точек очень близко к телу ребенка, если, во время эксперимента, ребенок будет главным образом глядя на объекты, которые дальше. Если кто-то заинтересован в близких и далёких объектов, рассмотреть возможность получения двух различных наборов калибровочных точек, который впоследствии может использоваться для создания уникальных калибровок для каждой дистанции просмотра (см. раздел 3.1 для получения дополнительной информации).
         Примечание: Бинокль айтрекинга является развивающейся технологии^13,14 , что обещания авансы в отслеживании взгляд в глубине.
   4. Для размещения дрейф или движение ET во время изучения, сбора калибровочных точек в начале и в конце исследования минимум. Если это возможно, сбор дополнительных калибровочных точек на регулярной основе в ходе сессии.
5. Контролировать и третьего лица и видео каналов в ходе исследования.
   1. Если ET получает bumped или неправильно из-за других движений/действия, принять к сведению когда в исследовании, это произошло потому, что это может быть необходимо перенастроить и код части исследования до и после рассогласования удар отдельно (см. раздел 3.1.1).
   2. Если возможно, прервать исследования после каждого рассогласования удар, чтобы изменить сцены и глаз камеры (см. раздел 2.3), а затем получить новые точки для калибровки (см. раздел 2.4).

3. После изучения калибровки ET данные, используя программное обеспечение для калибровки.

Примечание: Коммерчески доступны разнообразные пакеты программного обеспечения калибровки.

1. Рассмотреть вопрос о создании нескольких калибровок. Настройка калибровочных точек для разных сегментов видео чтобы максимизировать точность взгляда трек не подавая алгоритм неправильно несоответствие данных.
   1. Если ET изменил позицию в любое время в ходе исследования, создание отдельных калибровок для части до и после изменения в позиции ET.
   2. Если вы заинтересованы в внимание к объектам на расстояниях просмотра очень разные, создайте отдельный калибровок для части видео, где ребенок смотрит к объектам в каждой дистанции просмотра. Имейте в виду, что различия в расстояние просмотра может быть создан путем смены визуального внимания ребенка между очень близко и далеко объекты различаются, но также изменения в положении тела ребенка относительно объекта, такие как переход от сидя постоянный.
2. Каждой калибровки. Устанавливают сопоставление сцены и глаз, создавая серии калибровочных точек - точек на изображении сцены, какой взгляд ребенка явно была направлена в этот кадр. Обратите внимание, что программное обеспечение для калибровки можно экстраполировать и интерполировать точку взгляд (ПОГ) во всех кадрах из набора калибровочных точек равномерно рассредоточены по изображение сцены.
   1. Помощь программное обеспечение для калибровки в выявлении учащихся и CR в каждом кадре глаз камеры видео для обеспечения надежности выявленных пог. В тех случаях, когда программное обеспечение не может обнаружить CR, надежно и последовательно используйте ученика только (Обратите внимание, однако, что качество данных будет страдать в результате).
      1. Получить хороший глаз образ в кадрах камеры глаза, регулируя пороги калибровки различных параметров обнаружения программного обеспечения, которые могут включать: яркость глаз изображения, размер зрачка программного обеспечения ожидает, и ограничивающий прямоугольник, который задает границы которой программного обеспечения будет выглядеть для ученика. Нарисуйте ограничительную рамку как малые, как возможно, обеспечивая, что ученик остается внутри коробки во всем глаза полный диапазон движения. Имейте в виду, что более ограничивающий прямоугольник, который охватывает пространство, что ученик никогда не занимает увеличивает вероятность обнаружения ложных ученик и может вызвать небольшие движения зрачка для обнаружения менее точно.
      2. Имейте в виду, что даже после корректировки различных порогов обнаружения программного обеспечения, программное обеспечение все еще иногда неправильно может найти ученика или CR; Например если ресницы покрытия ученика.
   2. Найти хороший калибровочных точек, основанный на сцене и глаз камеры кадры. Обратите внимание, что лучший калибровочных точек, для программного обеспечения являются те, в которых ученик и CR точно обнаруживаются, глаз стабильно зациклена на четкой точки изображения сцены в пространстве, и точек равномерно рассредоточены по всему комплексу изображения сцены.
      1. Убедитесь, что ученик обнаружения является точной для каждого кадра, в котором строится точка калибровки, так что как ученик действительный x-y координаты сцены и действительный x-y вводятся в алгоритм.
      2. Во время первого прохода на калибровки определите калибровочных точек в моменты, когда ребенка явно ищет различные точки в изображении сцены. Имейте в виду, что это могут быть очки, умышленно созданный экспериментатора во время сбора данных, например с лазерной указкой (см. рис. 3A-B), или они могут быть точки из исследования, в котором POG является легко идентифицировать (см. Рисунок 3C), до тех пор, как ученик точно обнаружении для этих кадров.
      3. Чтобы найти моменты взгляд в более экстремальных x-y сцены изображение координаты, сканировать через глаз камеры кадры найти моменты с точной ученик обнаружения, когда глаза ребенка в ее самых крайних позицию x-y.
   3. Для каждой калибровки итеративно отточить в о наиболее точной калибровки можно сделайте несколько «проходит». Обратите внимание, что после завершения первого «проход» в калибровке, многие программы позволит удаления точек, ранее использовались без потери текущей дорожки (например , прицел). Выберите новый набор калибровочных точек для обучения алгоритм с нуля, но с дополнительной помощи POG трек, порожденных предыдущей калибровки перевал, позволяя постепенно увеличить точность калибровки, постепенно «очистка» любой шум или неточности, представленный ранее проходит.
3. Оценить качество калибровки, наблюдая, насколько хорошо POG соответствует известным взгляд местах, таких как точки, лазерная указка, производимые во время калибровки и отражает направление и величину ребенка саккад. Избегайте использования точек для оценки качества калибровки, которые были также использованы в качестве точек во время процесса калибровки.
   1. Помните, что поскольку головы и глаза детей обычно выравнивается, визуального внимания детей чаще всего направлено к центру изображения сцены и точный трек будет отражать это. Для оценки центрированности трек, участок по кадрам x-y POG координаты в изображение сцены, генерируемые калибровки (см. Рисунок 4). Убедитесь, что точки наиболее плотной в центре изображения сцены и распределенных симметрично, за исключением, в тех случаях, когда сцена камеры не была сосредоточена в центре поля зрения ребенка когда первоначально позиционируется.
   2. Обратите внимание, что некоторые программное обеспечение для калибровки будет генерировать линейные или гомография форму оценки, которые отражают точность калибровки. Имейте в виду, что эти оценки полезны в некоторой степени, поскольку, если они бедны, трек также скорее всего будет бедным. Не использовать подходят оценки как основная мера точности калибровки, поскольку они отражают степень которой выбранный калибровочных точек согласны с себя, которая не предоставляет сведения о fit этих точек на земле истину расположение POG.
   3. Помните, что существуют моменты в исследовании целевой взгляд легко идентифицировать и поэтому могут использоваться как земли истину. Рассчитать точность в градусах угол, измеряя ошибки между целями известных взглядом и перекрестье POG (ошибка в пикселях от изображения может быть приблизительно преобразован в градусах, основанный на характеристиках объектива камеры сцены)⁴.

4. код регионы интереса (ROI).

Примечание: ROI кодирование является оценка POG данных для определения какой регион, визуально, ребенок идет в конкретный момент времени. ROI могут быть закодированы с высокой точностью и высоким разрешением от данных по кадрам пог. Выходные данные этой кодирования представляет собой поток точек - одно очко за кадр видео - данных, которые указывают региона POG со временем (см. рис. 5A).

1. До начала кодирования ROI, составить список всех трансформирования, которые должны быть закодированы на основе исследования вопросов. Имейте в виду, что кодирования ROI, которые не нужны для ответа исследования вопросов делает кодирования излишне длительным.
2. Принципы кодирования ROI.
   1. Помните, что успешный кодирования требует отказа от кодера предположения о где ребенок должен смотреть и вместо тщательного изучения каждого кадра глаз изображение, изображение сцены и вычисляемые POG. Например даже если объект проходит ребенка и очень большой в изображении для конкретного кадра сцены, не сделать вывод, что ребенок смотрит на этот объект в тот момент, если также указано положение глаз. Обратите внимание, что ROIs указывают, какая область ребенка является foveating, но не захват, Полная визуальная информация ребенок берет в.
   2. Использование глаз изображение, изображение сцены и POG трек для определения рентабельности инвестиций в настоящее время визуально участие в.
      1. Использовать POG трек руководство, а не земли истина. Хотя идеально POG трек будет четко указать точное местоположение, смотрела на ребенка для каждого кадра, имейте в виду, что это не всегда будет в случае ввиду 2 мерных (2D) изображения сцены относительно 3D характер реального мира, осмотрено Чиль d и различия в точности калибровки между участниками.
         1. Помните, что вычисляемые POG трек является приблизительным, основанная на алгоритме калибровки и что надежность POG трек для конкретного кадра поэтому зависит насколько хорошо обнаруживаются ученика и CR; Если один или оба не обнаруживаются или неверны, POG трек не будет надежной.
            Примечание: Иногда, перекрестие будет последовательно-target фиксированное расстояние. Новее программное обеспечение может позволяют вычислительно исправить это несоответствие. В противном случае обученный исследователь может сделать исправление вручную.
      2. Используйте движение зрачка в изображении глаз как основной сигнал, что ROI может быть изменен.
         1. Прокручивать кадры по одному смотреть изображение глаз. Когда происходит видимые движения глаз, проверить ли ребенка меняется их ПОГ новых ROI или не определено ROI.
         2. Обратите внимание, что не все движения глаз указывают изменения в ROI. Если рентабельность инвестиций является большой регион пространства (например, объект крупным планом), иметь в виду, что небольшие глаза движение может отражать взгляд на новое место в пределах же ROI. Аналогичным образом Помните, что движения глаз может произойти как ребенок отслеживает один движущихся ROI, или как ребенок, который движется в их головы также перемещает их глаза для поддержания взгляд на же ROI.
         3. Обратите внимание, что с некоторыми ETs глаз изображение зеркально образ глаза ребенка, в случае если глаз перемещается влево, которая должна соответствовать сдвиг вправо на сцене.
   3. Потому что трек POG служит только в качестве руководства, чтобы использовать имеющиеся контекстуальной информации, а также для руководства кодирования решений.
      1. Интегрируйте информацию из различных источников или кадры, когда кодирования ROI. Даже несмотря на то, что ROI кодируется отдельно для каждого кадра, используйте рамки до и после текущего кадра получить контекстную информацию, которая может помочь в определении правильного ROI. Например если POG трек отсутствует или неверно для данного кадра из-за плохой ученик обнаружения, но глаза не двигаться, основанный на предшествующие и последующие кадры, в которых ученик точно был обнаружен, то игнорировать POG трек для этого кадра и код ROI Ба sed на окружающих кадрах.
      2. Сделать другие решения конкретных вопросов исследования пользователей.
         1. Например, сделать протокол как код ROI, когда два ROIs находятся в непосредственной близости друг к другу, в этом случае это может быть трудно определить, какой из них является «правильной» ROI. В тех случаях, когда ребенок, как представляется, фиксирующий на стыке двух трансформирования путешествует ли код обоих ROIs одновременно или сформулировать набор правил решение о том, как выбрать и назначить только одной из категорий ROI.
         2. Другой пример когда объектом интереса проводится таким образом, что рука поглощения объект, решите ли код POG как ROI для руки или ROI для объекта провел.
3. Код ROI для надежности. Реализуйте надежности кодирования процедура после завершения первоначального ROI кодирования протокола. Есть много различных типов кодирования процедур надежности; Выберите наиболее соответствующую процедуру на основе конкретных исследований вопросов.

Representative Results

Обсуждаемые здесь был применен к контексту сыпучие играть игрушка между малышей и их родителей. Это исследование был предназначен для исследования естественных визуального внимания в среде суматоху. Диад было поручено играть свободно с набором 24 игрушки для шести минут. Малышей визуального внимания была измерена путем кодирования начала и смещение выглядит в конкретных регионах, представляющих интерес (ROI)--каждый из 24 игрушки и родителей лицо--и, анализируя продолжительность и доля смотреть время для каждого ROI. Результаты визуализируются на рисунке 5.

Рисунок 5 A показывает пример ROI потоков для двух 18-месячных детей. Каждый цветной блок в потоках представляет собой непрерывный кадры, в которых ребенок посмотрел на определенной рентабельности. Полученные данные глаз взгляд продемонстрировать ряд интересных свойств природных визуального внимания.

Во-первых дети показывают индивидуальные различия в их избирательности для разных поднаборов игрушки. Рисунок 5 B показывает долю взаимодействия 6 минут каждый ребенок провел, глядя на каждый из 10 выбранных игрушка ROIs. Хотя общая доля времени Child 1 и Child 2 провел глядя на игрушки (включая все 24 игрушка ROIs) был несколько аналогичных, 0,76 и 0,87, соответственно, доля времени, затраченного на отдельные игрушки различны, как внутри, так и между субъектами.

Как эти пропорции смотреть время были достигнуты также разошлись через детей. Рисунок 5 C показывает, средняя продолжительность каждого ребенка смотрит на каждого из 10 выбранных игрушка ROIs. Средняя продолжительность смотрит на все 24 игрушка трансформирования для ребенка 2 (M = 2,38 s, SD = 2.20 s) был почти в два раза, пока ребенок 1 (M = 1.20 s, SD = 0,78 s). Сравнивая ищет шаблоны в шумовой Красная божья коровка (фиолетовый бары) в рисунке 5B, C показывает, почему вычисления нескольких перспективных мер, таких как пропорции и длительности смотреть, имеет важное значение для полного понимания данных; же доля желающих эта игрушка была достигнута для этих детей через различное число выглядит разной длительностью.

Другое свойство, продемонстрированные этими данными является, что оба детей редко посмотрел на их родителей лицо: пропорции лица, ищет Child 1 и Child 2 были.015 и.003, соответственно. Кроме того, продолжительность этих детей смотрит на их родителей лицо были короткими, на среднем 0,79 s (SD = 0,39 s) и 0,40 s (SD = 0.04 s) для Child 1 и Child 2, соответственно.

Рисунок 1 . Руководитель смонтирован глаз слежения работают в трех различных контекстах: (A) настольная игрушка Игры, игрушка Игры (B) на пол и (C) чтение книжка с картинками. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2 . Настройка системы eye отслеживание смонтированы голову. (A) исследователь позиционирования глаз трекер на младенца. (B) хорошо позиционируется глаз трекер на младенца. (C) хороший глаз изображение с большим центром ученик и ясно роговицы отражения (CR). (D, E, F) Примеры плохих глаз изображений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3 . Три различных способа получения калибровочных точек. Показаны два представления в каждый момент времени; сверху: третьего лица, внизу: первого лица зрения ребенка. Стрелки в представлении третьего лица иллюстрируют направление лазерного луча. Вставка поля в правом верхнем углу ребенка показ изображения хороший глаз на каждый момент, используемые для калибровки и розовый перекрестье указать точку взгляд, основанный на окончании калибровки. (A) точка калибровки порожденных экспериментатора с помощью пальцев и лазерной указкой направить внимание на объект на полу. (B) точка калибровки генерируемых с помощью лазерной указки направить внимание на точки на поверхности экспериментатора. (C) тарировочной точки во время игрушки играть с родителем, в котором ребенка внимание направлено на состоявшемся объект. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4 . Пример участки, используемые для оценки качества калибровки. Отдельные точки представляют покадрового x-y точки взгляда (ПОГ) координат в изображении камеры сцены, как определено алгоритмом калибровки. (A) качество хорошее калибровки для эксперимента игрушка играть ребенок, обозначается примерно круговой плотность POG, который выравнивается по центру и low (ребенок POG обычно направлен немного вниз, держа глядя на игрушки ребенка) и примерно равномерно распределенные ПОГ в оставшихся изображение камеры сцены. (B) бедных калибровки качество, обозначается удлиненные и наклонной плотность POG, off центру, и плохо распределенными ПОГ в оставшихся изображение камеры сцены. (C) бедных калибровки качества и/или плохой первоначальный позиционирование камеры сцены, обозначается вне центру пог. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5 . Два детских глаз взгляд данные и статистика. (A) образец ROI потоков для Child 1 и Child 2 во время 60 s взаимодействия. Каждый цветной блок в потоках представляет собой непрерывный кадры, в которых ребенок посмотрел на ROI для конкретных игрушка или лицо родительского элемента. Пустое пространство представляет собой рамки, в которых ребенок не смотреть на любом из ROIs. (B) доля времени, глядя на родителей лицо и 10 игрушек трансформирования, для обоих детей. Доля была вычисляется путем суммирования длительности всех выглядит каждый ROI и разделив суммируются длительности на общей сессии время 6 минут. (C) означает продолжительность выглядит лицо и десять игрушка трансформирования, родительского элемента для обоих детей. Средняя продолжительность рассчитывалось путем усреднения длительность отдельных выглядит для каждого ROI в течение 6-ти минутах взаимодействия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Discussion

Этот протокол обеспечивает руководящие принципы и практические рекомендации по реализации руководитель конной глаз слежения с младенцев и детей младшего возраста. Этот протокол основан на изучении естественных малыш поведения в контексте родительского малыш бесплатно играть с игрушками в лабораторных условиях. Собственных глаз отслеживания оборудования и программного обеспечения были использованы для калибровки и кодирования данных. Тем не менее этот протокол предназначен для быть вообще применимы для исследователей, с использованием различных систем, руководитель конной eye отслеживание изучать различные темы в области развития младенцев и детей. Хотя оптимальное использование этого протокола будет включать исследование конкретных пошив, принятие этих общей практики привели для успешного использования этого протокола в различных контекстах (см. Рисунок 1), включая одновременное руководитель конной глаз слежения родителей и малышей^7,8,9,10и руководитель конной глаз отслеживания клинических групп населения, включая детей с кохлеарными имплантами¹⁵ и детей с диагнозом аутизм спектра болезни^16,17.

Этот протокол обеспечивает многочисленные преимущества для изучения развития разнообразных природных профессиональных качеств и поведения. Свобода передвижения тела и головы, головы-смонтированной ETs дает исследователям возможность захвата участников самостоятельно генерируемые визуальных сред и их активное изучение этих сред. Переносимость смонтированы голову ETs расширяет возможности исследователей для сбора данных в более экологически допустимых контекстов. Благодаря этим преимуществам, этот метод предоставляет альтернативу на экране смотря время и eye отслеживание методов для изучения развития между доменами визуального внимания, внимание общества и интеграции восприятия мотор и дополняет и Иногда проблемы выводы исследователей можно рисовать с помощью более традиционных экспериментальные методы. Например, протокол, описанные здесь увеличивает возможность для участников проявлять индивидуальные различия в перспективных поведение, потому что участники имеют контроль не только над где и как долго они сосредоточены их визуального внимания в сцене, как в на экране глаз слежения, но и над состав этих сцен через их глаза, голова и движения тела и физические манипуляции элементов в среде. Представленные здесь данные двух участников демонстрации индивидуальные различия в том, как долго смотреть малышей и объекты малышей образца, когда они имеют возможность активно создавать и исследовать их визуальной среды. Кроме того данные, представленные здесь, а также другие исследования, используя этот протокол, предположить, что в натуралистический игрушки играть с их родителями, малыши смотреть их родителей лицо намного меньше, чем предложенный предыдущих исследований^{4,5 ,,78,9,10}.

Несмотря на эти преимущества руководитель конной глаз слежения с младенцев и малышей возникает целый ряд методологических проблем. Наиболее критической задачей является получение хорошей калибровке. Потому что изображение сцены только 2D представление 3D мир, который был на самом деле, идеальный сопоставление положения глаз и смотрел сцены местоположение невозможно. Следуя рекомендации, представленные в настоящем Протоколе, сопоставление может стать надежно близко к «земле истины», однако особое внимание следует уделять несколько вопросов. Во-первых, свобода передвижения тела и головы, допускаемых руководитель конной Айтрекинг также означает, что молодые участники часто будет поднять глаз слежения системы. Это проблема, потому что любое изменение в физическое положение глаза относительно глаз или сцены камеры будет изменить сопоставление между ученик/CR и соответствующих пикселей, присутствовали в изображении сцены. Проведение отдельных калибровок для этих частей исследования поэтому является критически важным, как неспособность сделать это приведет к алгоритм, который отслеживает только ребенка взгляд точно для одной части исследования, если только очки в течение одной части используются для калибровки. Во-вторых, точного обнаружения ребенка ученик и CR являются критическими. Если точка калибровки изображения сцены строится в то время как ученик неправильно обнаружено или не обнаружены на всех, то алгоритм либо научится ассоциировать координат x-y этой калибровки изображения сцены с неправильным ученик координат x-y, или в случае, когда ученик не обнаружено на всех алгоритм кормят пустые данные. Таким образом если для сегмента исследования не достигается хорошее обнаружение, качество калибровки для этих рамок будет бедных и не должен быть доверенным для кодирования пог. В-третьих потому что обычно выравниваются головы и глаза детей, визуального внимания чаще всего направлена в центре изображения сцены. Тем не менее extreme x-y калибровочных точек на изображении сцены необходимы также для установления точной взгляд трек через изображение всей сцены. Таким образом хотя обычно калибровочных точек следует выбирать в моменты, когда глаз является стабильным на объект, это не возможно для калибровочных точек в дальнем углах изображения сцены. Наконец имейте в виду, что даже когда получается хороший глаз образ и система калибрует, это не гарантирует, что данные являются достаточно высокого качества для предполагаемой анализов. Различия в индивидуальных факторов, таких как глаза физиологии, а также экологические факторы, такие как освещение и различия в eye отслеживание оборудования и программного обеспечения могут влиять на качество данных и имеют потенциал для создания смещения или неточности в данных. ^{18 , 19} предоставляют дополнительные сведения и возможные решения для таких вопросов (см. также Франчак 2017²⁰).

Работа с младенцев и малышей также включает задачу обеспечения терпимости ET руководитель монтируется на протяжении сессии. Используя рекомендации, включенные в этот протокол, предназначенных для использования с младенцев от приблизительно 9-24 месяцев, лаборатории можно получить высокое качество руководитель конной eye отслеживание данных из примерно 70% участников²⁰. Остальные 30% участников либо не могут начинаться исследование из-за нетерпимости глаз трекер или суеты из исследования до достаточных данных (например, > 3-5 минут игры) с хорошим глазом можно получить трек. Для успешного 70% младенцев и малышей участников, эти заседания обычно последний для свыше 10 минут, однако гораздо дольше сессий могут быть практически неосуществимым с современными технологиями, в зависимости от возраста участника и характер задачи, в которой участник занимается. При проектировании задачи научных исследований и окружающей среды, исследователи должны иметь в виду развития статус участников, в как Мотор способности, когнитивные способности и социального развития, включая чувство безопасности вокруг незнакомцев, можно все влияние участников концентрации внимания и способности для выполнения намеченных задач. Используя этот протокол с грудными детьми гораздо моложе, чем 9 месяцев будет также включать дополнительные практические проблемы, например подпирая младенцев, которые не могут пока сидят на своих собственных, а также рассмотрение глаз морфологии и физиологии, например бинокль неравенство, который отличается от старшего возраста детей и взрослых^19,21. Кроме того этот протокол является наиболее успешным, когда осуществляется путем опытных квалифицированных экспериментаторов, которые могут ограничить диапазон сред, в которых данные могут быть собраны. Больше практики экспериментаторы имеют, тем чаще они смогут провести эксперимент гладко и собирать данные отслеживания глаз высокого качества.

Руководитель смонтирован Айтрекинг также может представлять дополнительную проблему относительно более длительным данных кодирования. Это потому, что, с целью нахождения трансформирования, руководитель конной eye отслеживание данных лучше кодируется по кадрам чем «записей» визуального внимания. То есть записей обычно определяются когда скорость изменения координат x-y кадра POG низка, воспринимать как признак, что глаза являются стабильными на точку. Однако потому что вид сцены из трекер смонтированы голову глаз движется с участника головы и движений тела, положение глаз может быть точно сопоставлено только в физическое местоположение, foveated, рассматривая, как глаза движутся по отношению к голове движения тела и. Например если участник перемещает их головы и глаз вместе, а не только их глаза POG координаты x-y в сцене может остаются неизменными, даже в то время, как участник сканирует комнату или отслеживает движущегося объекта. Таким образом «записей» визуального внимания нельзя легко и точно определить только по данным пог. Для получения дополнительной информации по вопросам, связанным с выявлением записей в голову монтируется глаз, отслеживание данных обратитесь к другим работу^15,22. Вручную кодирования данных кадра для ROI может потребовать дополнительное время, по сравнению с кодирования записей. Как ссылку он взял высококвалифицированных программистов между 5 и 10 минут, чтобы вручную создавать код для ROI каждую минуту данные, представленные здесь, которая была собрана на 30 кадров в секунду. Время, необходимое для кодирования сильно варьируется и зависит от качества глаз, отслеживание данных; размер, количество и визуального discriminability ROI целей; опыт верстальщика; и используется аннотация инструмент.

Несмотря на эти проблемы этот протокол может быть гибко адаптированы к ряду контролируемых и натуралистических окружающей среды. Этот протокол также могут быть интегрированы с другими технологиями, например отслеживания движения и ЧСС, мониторинг, для обеспечения высокой плотности смешанных наборов данных для изучения естественного поведения, обучение и развитие, чем раньше. Постоянного прогресса в голову монтируется технологии eye отслеживание, несомненно, облегчить многие текущие проблемы и обеспечить еще большую границ для типов вопросов исследования, которые могут быть решены с помощью этого метода.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Head-mounted eye tracker	Pupil Labs	World Camera and Eye Camera