Айтрекинг в психологической науке и практике
Шрифт:
Программа управления камерой определяет координаты взора в системе координат сенсора, переход от измеренных координат к координатам предъявляемого изображения производится в программе VisualStimulator. Детальный обзор методов, позволяющих связать координаты «сенсор-стимул», представлен в работе Шила (Sheela, 2011). В нашей программе переход от измеренных координат (х, у) к предъявляемым (X, У) осуществляется с помощью отображающей функции вида:
где
Калибровка состоит в последовательной демонстрации на экране монитора точек с известными координатами (X, Y) с синхронной регистрацией направленного на них взора испытуемого с координатами (х, у) (рисунок 2). Точки расположены в узлах калибровочной сетки монитора, число узлов по вертикали и по горизонтали задается в настройках программы. При демонстрации изображений на мониторе с соотношением сторон 16:9 использовалось 18 точек, соответствующих шести узлам сетки по горизонтали и трем – по вертикали. Предъявление точек проводится с заданной длительностью по одной, друг за другом.
Рис. 2. Пример удачной калибровки с наложенными на калибровочные точки восстановленными позициями взора. Фиксация в центре – начальная позиция взора испытуемого
Первоначально координаты трека анализируются независимо друг от друга. Каждый временной ряд аппроксимируется кусочной ступенчатой функцией (Lemire, 2007), разбивающей последовательность на интервалы, в пределах которых координата не изменяется или изменяется незначительно. Пересечения полученных интервалов во времени определяют положения фиксаций на треке (рисунок 3). Восстановление положения фиксаций на экране монитора проводится с помощью отображающей функции по координатам, полученным из усреднения измерений на выделенных временных интервалах. Угловое изменение направления взора между двумя последовательными фиксациями определяет амплитуду саккады. В случае, когда амплитуда не превышает 1,4°, две последовательные фиксации объединяются в одну. Выбор данного критерия многократно обсуждался в литературе (Velichkovsky et al., 2005) и может быть обусловлен целями эксперимента, а также анатомо-физиологическими свойствами сетчатки. Так, известно, что угловой размер фовеа глаза человека составляет около 2°. Примером причины выбора иного амплитудного критерия, обусловленного целями эксперимента, может быть, например, необходимость оценки стабильности фиксации взора на одной точке длительное время. В этом случае критичными могут быть также микросаккады и дрейф. Отметим также, что в программе предусмотрена возможность опциональной настройки данного критерия.
Рис. 3. Зарегистрированные X и Y координаты взора в зависимости от времени. Найденные интервалы фиксаций показаны горизонтальными линиями с подписями, соответствующими их длительности в миллисекундах
В случае, когда изучается зрительное внимание в стандартных глазодвигательных парадигмах, интерес представляют саккадические движения глаз. При объединении фиксаций, которые отстоят друг от друга на угол, меньший, чем заданный параметр, происходит пересчет лежащих рядом амплитуд саккад, а также общей длительности полученной новой фиксации, которая является суммой двух объединяемых.
Камера устанавливается сбоку под прямым углом к направлению взора испытуемого и регистрирует изображение глаза, отраженное от «теплого зеркала» – специального эмиссионного фильтра, пропускающего свет видимого спектра и отражающего волны инфракрасного диапазона (более 800 нм). Эмиссионный фильтр располагается в плоскости, расположенной под углом 45° к плоскости зрачка. Это позволяет убрать видеокамеру из поля зрения испытуемого, а также расположить ее в плоскости, параллельной плоскости зрачка. Такое расположение видеокамеры позволяет избежать погрешностей, обусловленных угловыми искажениями при вычислении координат центра зрачка.
Изображение предъявляют на экране монитора Samsung с диагональю 23' (с разрешением 1920x1080 пикселей) на расстоянии 60 см от глаз испытуемых, занимая 47° по горизонтали и 26° по вертикали их зрительного поля. В экспериментах голову испытуемых фиксируют с помощью лобно-подбородной подставки.
С точки зрения построения эксперимента необходима возможность составления набора предъявляемых стимулов, как статических, так и динамических. Эта возможность предусмотрена в разработанном программном обеспечении. Интерфейс позволяет добавлять графические файлы разных форматов, задавать время предъявления стимулов.
Также в программе предусмотрена возможность проведения повторной калибровки в течение эксперимента, в том числе в «горячем» режиме, и добавления фонового изображение между предъявляемыми стимулами.
В экспериментах на экране монитора предъявляют различные зрительные стимулы и регистрируют изображение глаза. Координаты взора отражают траекторию движения глаза и периоды фиксаций. Такие траектории можно «наложить» на изображения, предъявляемые на мониторе, что позволяет качественно оценить процесс сканирования испытуемым зрительной сцены во время эксперимента (рисунок 4).
Рис. 4. Стимульное изображение с наложенными на него треками и выделенными фиксациями. Испытуемый сканирует взором детали интерьера и фигуру человека
У многих современных трекеров, предлагаемых на рынке, существует ряд ограничений, связанных с закрытыми алгоритмами анализа и удобством работы с конкретным программным обеспечением. Программа VisualStimulator дает исследователю максимально необходимый доступ к разным уровням обработки, начиная с потока исходных данных, на основе которых строятся треки, и заканчивая выделенными из них событиям (фиксации, саккады и моргания). В программе предусмотрены возможности изменения цветов накладываемых треков; существует возможность изменения цвета трека, саккад и фиксаций отдельно. Для большей наглядности линия, соответствующая саккаде, передается с разной толщиной: тонкая в том месте, где саккада начинается, и утолщающаяся в сторону конца саккады.
Возможность синхронного вывода видеозаписи и прорисовки треков взора, наложенных на изображение (рисунок 4) позволяет верифицировать моменты генерации событий (саккад и фиксаций) при проведении эксперимента. Этот метод дополняет преимущества использования открытых алгоритмов работы программно-аппаратного комплекса, которые, в свою очередь, также позволяют получать как массивы исходных координат центра зрачка в системе координат матрицы видеокамеры, так и в системе координат монитора, на котором предъявляются стимульные изображения. Большое внимание при разработке описанного программного обеспечения уделялось именно возможностям визуализации, что является очень важным аспектом при анализе полученных записей. Специальной опцией является то, что координаты треков или соответствующие им события могут «выгружаться» непосредственно за тот промежуток времени, который отражается на картинке в данный момент. Также возможно делать временные отступы от начала или конца записи, чтобы точно определить интересующий исследователя фрагмент записи.
Известно, что у ряда трекеров, даже современных, отсутствует возможность загрузки динамических стимулов, что сильно ограничивает возможности исследователя. В нашем ПО специально была предусмотрена такая возможность и представлены все необходимые для анализа записанных данных инструменты. Для вывода стимульного видеоряда с наложенными на него треками движений глаз в программу VisualStimulator был интегрирован видеоплейер (рисунок 5), автоматически вызываемый при просмотре сделанной в эксперименте записи.