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1、眼球追踪模式、技术和应用实验室研究与探索第卷第期年月眼球追踪:模式、技术和应用周韩安静陈庆荣，曦，静，南京师范大学心理学院,江苏南京摘要：眼球追踪技术是当代心理学研究的重要技术,广泛运用于实验心理学、应用心理学、工程心理学、认知神经科学等领域。采用文献分析的方法,阐述了种眼球运动的基本模式:注视、眼跳和追随运动;界定了眼球运动的测量指标,如眼动轨迹图、眼动时间注视时间、眼跳时间、回视时间等、眼动方向和距离、瞳孔直径。特别探讨了眼动技术和神经电生理技术的结合,如眼动和单独记录、结合分析、眼动和同步记录，以及不同记录技术的优点和缺陷。在此基础上,阐述了眼动追踪技术在心理学不同领域中的应用，如发展心
2、理学、教育心理学、消费心理学、交通心理学等。关键词：眼球追踪;模式;实验心理学;眼动技术中图分类号：文献标志码：文章编号:？?？:甜，?,重要通道。眼球追踪法是一种重要的心理学研究方茁引目法,可以实时、准确地记录人们观察场景信息时的眼球视觉系统是人类获取自然场景和社会场景信息的运动情况。眼动研究在国外己经有了多年的发展历史。早在世纪,就有研究者通过考查人们的眼球收稿日期:？运动来探讨人的心理活动,推测人们的认知加工机制。基金项目：国家自然科学基金资助项目；江苏省高校哲相比之下,我国的眼动研究起步较晚,始于世纪学社会科学基金;南京师范大学高层次人才科研启动年代初。随着科学技术的不断发展,人们一方
3、面将原基金作者简介:陈庆荣一,男,江苏南京人,博士,讲师,主要从事有的记录技术软件和硬件不断改进,并不断地探索眼球追踪的基础和应用研究。新的更加理想的眼动记录方法;另一方面,眼动仪的用途也朝多用途发展。因此,本文在系统检索、阅读和万方数据第期陈庆荣,等:眼球追踪:模式、技术和应用分析已有文献的基础上,详细阐述了眼球运动的基本晰的像。模式、测量指标、当代眼动技术的特点和运行机制、眼眼动的测量指标动和电生理技术的结合的原理，以及眼动技术在心理学基础和应用领域中的典型研究。这有助于国内相关.眼动轨迹图领域的研究者进一步认识眼动的特点和机制,从而推振动轨迹图是将眼球运动信息叠加在视景图像上动眼动技术在
4、不同领域中的应用。形成注视点及其移动的路线图,它能最具体、直观和全面地反映眼动的时空特征，由此判定各种不同刺眼动的基本模式激情境下、不同任务条件下、不同个体之间、同一个体人类眼球运动有种基本类型:注视、眼跳和追随不同状态下的眼动模式及其差异性见图。运动。注视指将眼睛的中央凹对准目标刺激的活动。在注视静止目标时.，眼睛仍然存在种微小运动眼跳：漂移、震颤和不随意眼跳。视轴的漂移是不规则的、缓慢的视轴变化。当对静止的物体上某一点的注视超过一定时间约、，或者当注视点在视网膜上的成像因漂移而呈现出远离中央凹的趋势时,会诱发不随意的微小眼跳。一般而言,大多数注视都伴有漂移和震颤性的眼球运动。当长时间注视静
5、止物体时,会同时出现漂移、震颤性和微小的不随意眼跳现图问题解决中的注视轨迹图象。眼动时间眼跳是注视点的快速转移,从而将需要注视的对将眼动信息与视景图像叠加后,利用分析软件提象保持在视网膜中央窝区域，以此获得清晰的视觉。取多方面眼动时间数据,包括注视或称注视停留时间、眼跳有个特点:双眼眼跳几乎是一致的;眼跳眼跳时间、回视时间、追随运动时问，以及注视过程中的速度非常快。等发现:水平方向的微动时间,包括自发性高频眼球微颤、慢速漂移和微的眼跳需要;垂直方向工的眼跳需要跳时间。同时,可以提取各种不同眼动的次数,主要是?o常生活中,每秒钟大约会有次眼在不同视景位置或位置间的注视次数、眼跳次数、回视跳运动。
6、但是,我们在主观上很少,甚至不需要认知努次数等等。这些时间和位置信息可用于精细地分析各力就可以做出眼跳运动，因此在相当长的时间内，研究种不同的眼动模式,进而揭示各种不同的信息加工过者认为眼跳不是研究认知的可靠工具。然而,过去程和加工模式。在此基础上,研究者可以根据拟解决年的研究结果表明，眼跳在很大程度上受多种认知因问题的性质设置更加精细的测量指标。譬如,研究者素影响,涉及注意、工作记忆、学习、长时记忆和决策将注视时间分解成单一注视时间、首次注视时间、凝视等。因此,很多研究者认为眼跳运动系统为研究者探时间、总注视时间、第一遍通过时间等;将回视时间和索行为的认知控制机制提供了有力工具,并设计了指次
7、数分解成回视路径时间第一遍回视率、回视人次数向不同认知功能的眼跳范式,如视觉导向眼跳范式、预和回视出次数。测性眼跳范式、记忆导向眼跳范式和反眼跳范式旧。.眼动的方向和距离追随运动是指眼睛追随一个运动的物体移动。它眼动方向和距离可以帮助研究者在二维或三维空在个体的场景知觉和行为控制方面具有重要作用。有间内考察眼动方向角度。这方面的信息与视景迭加可研究表明,物体运动速度在。/以下时.，眼睛以揭示注意的对象及其转移过程,而且可以结合时间以追随运动的方式跟踪目标;当物体的运动速度过快，因素计算眼动速度。人们会以追随运动和追赶性眼跳的方式跟踪物体。通.瞳孔直径常,研究者将慢速的、平稳的追踪眼球运动称为平
8、滑追瞳孔直径在一定程度上反映个体的心理活动情踪眼动,0人类况。研究表明，瞳孔直径和信息加工负荷、动机、兴趣、平滑追随眼动的潜伏期为？、。是日态度、疲劳程度、非言语交往、记忆、思维、语言加工等常生活中对运动目标最常见的行为反应,是为了使视存在密切关系。线保持在运动的物体上,而产生的较慢的眼睛的转动，综上所述,不同类型的眼球运动受到自上而下和从而表现出补偿物体运动，以提高视敏度的作用-O自下而上信息的驱动，因此研究者可以借助于眼动仪上述种眼动模式经常交错在一起，目的均在于选择来记录认知过程中人们的眼动特征,根据眼动数据指信息、将要注意的刺激物成像于中央窝区域，以形成清万方数据实验室研究与探索第卷标
9、推测和判断心理加工过程。较之于传统的行为测量目前,主要使用的是集成了光学技术、摄影技术、计算机硬件技术和计算机软件技术的眼动记录系统。国内方法提供的反应时和正确率指标,眼动记录方法具有方面优点:生态效度高;时间精度和空间分辨也有系列的眼动仪产品，但其商品化进程缓慢。心理学研究中使用的还多为进口眼动仪,如加拿大公司率高,采样率可以达到.，空间精度.，凝、视位置误差；数据丰富,可以提供时问、空间生产的眼动追踪记录系统、和生理维度的数据。、美国应用科学实验室,研发的和型眼动仪、德国当代眼动记录技术及其与技术的结合公司研发的眼动追踪系统.当代眼动记录技术、/、瑞典的眼动眼动技术随着科学技术的发展而发展
10、，先后经历追踪系统等都是集成的眼动追踪系统,如图所示。观察记录法、机械记录法、光学记录法、影视记录法等。图和眼动追踪系统?现代眼动仪的结构一般包括个系统,即:光学系统、瞳孑中心坐标提取系统、视景与瞳孑坐标迭加系冬筋席统、图像与数据的记录与分析系统S。光学系统是在一个特定的支架结构中装载二个微型摄像机,其中：一个指向视景;一个对准左眼眼球或来自左眼眼球的反射光路;另一个对准右眼眼球或来自右眼眼球的黑反射光路有的只装载个摄像机,除一台用于拍摄图观看广告时的注视轨迹图和注视点分布热网视景之外,就只有一台摄像机记录一只眼睛的眼动。.眼动和技术的结合像加拿大公司生产的是在头盔式支架眼动和结合的技术路径主
11、要有眼动和上装载个摄像机,其中有个摄像机直接对准左右单独记录、结合分析、眼动和同步记眼眼球;德国公司生产的?型眼录动仪是在固定式支架上装载个摄像机,其中有一个眼动和单独记录。眼动和单独记是对准来自左眼或右眼眼球的反射光路。瞳孔中录时,采用相同或者相似的实验材料和实验设计,不同心坐标提取系统主要是利用图像扫描及其信号转换，被试者分别进行眼动和实验,然后对眼动数据和将眼动录像中瞳孔中心方位的信息转换成表征二维坐数据进行比较。这种眼动和分别记录的方标的数字信号,然后传送给计算机处理并贮存。法可以从行为和电生理层面对研究结果进行相互佐视景与瞳孔坐标迭加系统是一个计算机的软件系统，证,有助于揭示问题本质
12、旧。它能将表征瞳孑中心及其移动的数字信号进行适当变结合分析。研究者在记录同换,与来自视景摄像机传送的数字信号匹配,将瞳孔时用标记眼球运动,对数据处理不是从刺中心坐标迭加在视景图像上,从而直观地标记出某一激呈现后开始,而是从对刺激的注视开始,表现为时刻瞳孑中心对准场景的哪一个位置,即注视点，以和注视水平眼球运动的锁时关系,从而获得注及随着时间的推移注视点的移动路线。图像与数视相关电位，如据的记录与分析系统也是一个计算机软件系统,它能图所示？分析数据时，需要特别设置双将迭加后的图像呈现在显示器上,并将其数字化以表眼的时间常数，有的研究将双眼征注视点的时空特征。由此,可以得到注视点随时间O的设置为,
13、有的将左眼的设变化的轨迹图、注视点分布的三维和二维密度图、各种置为.,右眼的设置为OO不同形式眼动的位置、速度和时间等等,如图所示。万方数据第期陈庆荣,等:眼球追踪:模式、技术和应用图结合分析获得的较之于前一种技术,结合分析技术有综上所述,种眼动和结合的技术路径有各方面优势。用记录眼球运动对眼睛质量要求自特点,使用较多的是第一种方法。恒定实验材料和较低。有的被试者戴着高度近视眼镜,有的被试者眼实验设计,研究者通过比较眼动和数据,从行为和电生理层面为研究提供可靠结论。0O眼动和睫毛较长,这些比较特殊的被试者在很多眼动研究中不受欢迎,因为上述特质会影响眼动数据采集,可能产同步记录可以采集相同被试者
14、接受同,实验处理的眼动和电生理数据,有助于更加直接和有效地考生数据丢失,但这些因素不会影响记录。应用范围更广,研究者甚至可以考察睡眠时的眼球运动。察认知过程,但只有少数研究者做尝试性研究。允许的眼动范围较大。一般的眼动仪采用摄像头眼动追踪技术在心理学研究中的应用捕捉眼睛的瞳孔反射和角膜反射,因此其允许的眼动范围受到一定程度限制土,而直接采集眼眼动研究在心理学的许多分支中都具有明显价值,如图所示。动生物电,其范围可以达到土。但用记录眼球运动的精度不是很高,误差大约在。一。，数据和实际注视角度的误差大约在土“”，远远他低于眼动仪的注视位置精度。眼动和同步记录。眼动和同步记毒一录时，眼动仪和设备的采
15、样率相同或者相近,如.OIl;图所示。电脑连接两台显示器,一台用来呈现刺激;另一台用来完成眼动实验,如定标,实时检测眼动轨迹,实时储存按键反应的数据和眼动数据。电脑霉用来收集信号。两台电脑通过并口连接,实现同步信号脉冲传递,刺激一旦呈现，同步信号使得眼动和同时记录各自信号。与单一的研稻究方法不同,在脑电信号分段时,把刺激的首次注视时胃嘲一间作为参考标记,然后根据需要将脑电信号切分成不同的时间窗口记录CO?驻皂卫图眼动技术在心理学领域中的应用视觉信息的加工机制。眼动的空间和时间信息可以反映信息提取和选择的过程与规律。如等在眼动研究中发现,光刺激如果持续作用于视网膜的同一个区域,该区域会在几内发生
16、适应,观察者图眼动和同步记录就看不到这个刺激光点了，这种视觉系统的适应性现万方数据究与第卷实验室研探索信息的提取是其基本的心理支持,而视觉信息提取的象可以解释许多相关的视觉现象。不同模式反映了高水平运动员与一般水平运动员或新动机与态度。在相同情境下,记录被试者的手之间的运动能力的差异性,所以记录不同水平运动眼动信息,可以探测到被试者对信息的选择取向,从员在运动训练或比赛过程中的眼动模式,有利于提供而研究不同个体在相同情境下的动机与态度取向。比如,对不同阅读内容的注视时间,对不同商品的注视时对新手进行有效训练的模式和策略。有些体育运动项间等可以反映被试者的阅读动机、消费动机对相同客目，如球类运动
17、、拳击、击剑,甚至高尔夫球运动都可体或文字材料的注视时间及其伴随的视轴漂移可以反以采用眼动仪进行研究。映被试者的态度特征。病理心理学。不难解释,面对同样的视觉图发展心理学。认知发展是儿童心理发展的核景,具有病理心理特征的观察者与正常状态下的观察心成分,通过记录不同年龄的儿童青少年在各种不同者相比,必然具有不同的眼动模式。所以,可以采用条件下的眼动信息,可以探测其信息加工能力、学习眼动技术进行病理心理学的研究和制订更为可靠的病能力的发展水平。如青少年在阅读中的系列加工和平理心理筛选的眼动标准。行加工是同步发展的,还是存在一个平行加工出现的结语转折期或关键期这一问题可以从比较不同年龄儿童阅读中眼跳
18、的次数与时间来获得一定程度的解决。从时间维度看,国内从世纪年代初才开始教育心理学。此方面的研究是国内外当前眼进行眼动研究,年后呈快速增长趋势。从研究内动研究的主要领域,特别是在阅读的眼动研究方面成容维度看，国内的眼动研究主要以基础研究为主,譬如果丰富S在阅读一个材料时,我们的眼睛移动阅读的眼动研究占据主导地位。近些年,随着计算机到文章的不同位置以获取必要的信息帮助理解这一材和材料技术的发展,眼动仪的记录精度越来越精确、质料”，“阅读中的眼动行为由连续的注视点和眼跳构量越来越轻如眼镜式眼动仪,红外追踪技术眼动仪成”“，其中每一次注视的时距和每一次眼跳的方向等、视频分析技术越来越成熟,生态效度越来
19、越高。与时长是阅读眼动研究的两组基本参数,它可以反映因此,随着制造成本降低,眼动仪已经成为行为研究的阅读中的认知和知觉加工过程旧。如果将眼动分析常规仪器，国内许多大学和科研机构都陆续购置眼动应用于学科问题解决的研究,则可以探究并比较不同仪并开展相应的研究。很多研究者在关注基础研究的学生在解决各种问题时对外部信息的提取,并由此推同时,更加关注眼动技术在应用研究领域中的使用，譬断其表征问题的过程和机制。如,用户研究、工程心理研究、网页设计、交通驾驶等。消费心理学。利用眼动研究可以精细地研究从己有研究来看,阅读的眼动研究己经形成了比较稳不同产品、产品包装、产品陈列方式等引起消费者的关定的眼动指标。后
20、续研究应当逐步界定和形成比较稳注程度，以及广告设计策略等心。研究中一般假定定的符合应用研究特点,具有较高信度和效度的眼动消费者对某一广告元素注视的时间越长、回视的次数测评指标。越多，那么他对其就越感兴趣,而这一元素对应的产参考文献：品特征就更有可能影响消费者的购买行为。广告设计中,有策略地引起消费者更多的注视和回视,则可以.：提高产品的销售量。此外,网页浏览的眼动研究也是，：.陈庆荣,谭顶良,邓铸,等.眼跳的研究范式及其主要认知功广告心理研究中的一个有价值的课题,它可以揭示浏能.心理科学进展览者注视更多的区域以及他为了回避广告尽量不去注.，:?视的区域等工程心理学。工程设计中经常考虑人的因素的
21、制约性,如视觉信息搜索的速度、范围及其快捷性.等,利用眼动研究可以探测人一机交互作用中的视觉.信息提取及视觉控制问题交通心理学。眼动的交通心理学研究主要涉.:/及驾驶舱内的表盘设计、道路建设及路标设置,驾驶者在驾驶过程中的视觉信息搜索及其培训问题等等。国内西安交通大学、东南大学等建有“眼动仪实验室”，进行着一些交通心理研究及相关设计问题研究。邓铸.眼动心理学的理论、技术及应用研究.南京师范大体育心理学。在各种体育运动过程中,视觉学学报社会科学版，：.万方数据第期陈庆荣,等:眼球追踪:模式、技术和应用陈庆荣,王梦娟,刘慧凝,等，语言认知中眼动和结合的.?理路、技术路径及其应用心理科学进展,，：?
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