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作者:盧嘉泓、謝智偉(2011-08-16);推薦:徐業良(2012-08-05)

眼球追蹤儀使用說明

本文將介紹元智大學老人福祉科技研究中心設備「眼球追蹤儀」,並說明其使用方式。

1.    眼球追蹤儀簡介

眼球追蹤儀也被稱為眼動儀,經常運用於研究人類閱讀文章時的視線軌跡,藉以瞭解個人之閱讀習慣,亦有心理醫師將其用於判斷個人注意力或診斷過動症狀。在工商心理學利用上,將視線軌跡、凝視點加以分析統計可協助瞭解使用者瀏覽網頁的習慣,讓廣告排列方式與位置處於最能吸引瀏覽者的狀態,另外也應用於研究駕駛者駕駛車輛時的行為。

眼動儀分為三大類型,第一種是讓使用者配戴如隱形眼鏡一般的感測器在眼球上,直接偵測眼球的動作來分析受測者的視線;第二種是將感測器黏貼在眼睛周圍的皮膚上,藉由偵測眼睛周圍肌肉的電子訊號推估眼球動作,用以分析受測者的視線;第三種則使用攝影機拍攝眼球來分析受測者的視線,此種眼動儀為非侵入式,雖然精準度較前兩種稍差,但是使用方便,受測者配戴起來也較為舒適,故本中心採用此類型的眼球追蹤儀。

本中心所採購的眼球追蹤儀為美國Arrington Research Inc.所生產的Viewpoint Eyetracking System(如圖1),價值約為台幣40萬元,鏡框上具有兩台小型攝影機,一台置於眼前以追蹤眼球動作,另一台置於眉毛前方以同步紀錄所見景物,另外追蹤眼球攝影機有一照明光源用來照亮被追蹤的眼睛,讓眼球的黑白對比可以較為明顯因為資料處理時鎖定眼球的方式主要是辨識瞳孔黑色的部份。兩台攝影機訊號經分析處理後,可在景物影像上同步標示使用者注視的目標與視線軌跡,點的部份稱為「凝視(fixation)」,而線的部份則是從一點快速看到另外一點的「掃視(saccade)」動作,將凝視與掃視的移動方向與順序綜合起來可以得到搜尋軌跡(scan path),點可以知道受測者正注視的位置,而線可以知道受測者視線移動的軌跡,凝視的點代表較為注意的部份,視線的搜尋軌跡則往往代表了思考的過程[Alfred, 1967]

1. 本中心購買的眼球追蹤儀(Viewpoint Eyetracking System)

2.    眼球追蹤儀硬體組裝

本中心所採購的眼球追蹤儀為美國Arrington Research Inc.所生產的Viewpoint Eyetracking System,其所有配件如圖2所示,包括

Ÿ   一副配有兩具攝影鏡頭的鏡框用來追蹤眼球動作與紀錄眼睛所看到的影像;

Ÿ   資料處理盒用來處理與計算兩具攝影機所錄到的影像;

Ÿ   變壓器連接市電以供應儀器電力;

Ÿ   網路線連接儀器與電腦;

Ÿ   電腦中的操作軟體(附有光碟可在其他電腦安裝)可控制眼球追蹤儀的各項參數並將注視結果以影像方式顯示方便使用者分析與紀錄。

使用時將配有兩具攝影機的鏡框與資料處理盒連接,並利用網路線連接資料處理盒與電腦,變壓器插上市電後與資料處理盒連接,全部配件組裝完成如圖3所示。

2. 眼球追蹤儀的所有配件

IMG_0686.JPG

3. 眼球追蹤儀所有配件組裝完成照片

3.    眼球追蹤儀軟體設定

在使用眼球追蹤儀的操作軟體前需注意安裝軟體電腦的IP位置,由於眼球追蹤儀是靠網路線連接所以電腦的IP必須設定與眼球追蹤儀的(192.168.1.1)錯開,讓電腦可以順利讀取到眼球追蹤儀,所以電腦IP位置可設定為192.168.1.2~255中隨意一組,子網路遮罩為255.255.255.0,預設閘道為眼球追蹤儀的IP,設定完成如圖4所示。

4. 眼球追蹤儀操作軟體所在電腦IP設定範例

完成IP設定後接下來即可開啟眼球追蹤儀操作軟體(ViewPoint GigE-60),開啟時需要注意要以滑鼠右鍵點擊圖示並於出現的列表中選擇「以系統管理員身份執行」才可以正確的執行軟體(圖5)。開啟軟體後畫面如圖6所示,等待約30秒後隨意點擊畫面任何一處使開啟畫面消失開始使用軟體。

5. 以系統管理員身分開啟軟體

6. 眼球追蹤儀操作軟體開啟畫面

接下來必須將景物鏡頭開啟,點擊menu bar中的StimulièView Source,然後在出現的選項中點擊HeadMounted SceneCamera(圖7),開啟景物攝影機後畫面如圖8所示,可以看到景物攝影機畫面上有許多用來幫助分析用的定位線與格子;如果要關掉這些線與格子點選畫面中間的Display選項(如圖8所示),即會出現各種定位線與格子的顯示選項,通常使用時只會留下時間顯示與注視點顯示(如圖9所示)。依據使用者的需求還是可以將各式的定位線與格子開啟幫助分析,而在畫面最下方可更改注視點的顯示顏色。

7. 開啟景物攝影機

8. 開啟景物攝影機後畫面

9. 景物畫面顯示設定範例

4.    眼球追蹤儀校正

接下來要開始校正眼球追蹤儀。校正點位越多當然結果會越精準,但是校正時間便會拉長,所以通常情況下使用9點校正即可。操作軟體左下方區域為眼球追蹤儀的校正選項(圖10),將校正點數選擇為9點,接著點擊畫面左下方的Advanced按鍵會跳出設定視窗(圖11),在Point Locations的下拉選項中選擇Custom Set後會彈出存檔視窗,按取消即可(圖12);接著在Presentation Order的下拉選項中選擇Sequential(圖13),所有設定完成後請再次檢查Point Locations是否顯示Custom SetPresentation Order是否顯示Sequential,確認無誤後按下設定視窗下方的Adjust Custom Points鍵,再將設定視窗關掉即可(圖14)。設定成功後按下Adjust Custom Points鍵,畫面中間下方會由Nothing改變為Calibrate On Content

10. 調整校正點數

11. Point Locations設定範例步驟1

12. Point Locations設定範例步驟2

13. Presentation Order設定範例

14. 校正選項設定完成範例

完成校正設定後即可開始校正的動作。首先讓受測者配戴眼球追蹤儀,並且調整鏡框上眼球攝影機的位置或照明光源的照射位置,讓眼球追蹤儀正確的抓取到眼球位置(圖15);當眼球追蹤儀正確抓取眼球位置時,眼球影像中的黃色圈會正好圈住瞳孔(最好調整到讓瞳孔保持在眼球畫面中間),當受測者轉動眼球時(通常會叫受測者頭別動眼睛輪流看向上下左右),畫面中黃圈也會跟隨瞳孔移動並且不會亂跳(圖16),如果黃色圈無法正確圈住瞳孔即是抓取眼球失敗(圖17),此時必須重新調整眼球攝影機或照射光源的位置。由於眼球追蹤儀是靠鎖定黑色來抓取瞳孔的所以只要是黑色的東西都會影響到抓取,如受測者畫有眼影,眼睫毛、頭髮太長等等,另外如果受測者有配戴隱形眼鏡或是眼鏡則是會影響到照射光源的照射上述情況都會造成眼球追蹤儀無法順利抓取到眼球。

15. 調整眼球攝影機與照明光源位置

16. 眼球追蹤儀正確抓取到眼球的情況

17. 眼球追蹤儀抓取眼球失敗的情況

確定眼球追蹤儀成功抓取到眼球後,請受測者看向環境中的校正點。以9點校正為例,環境中的校正點順序為由上至下由左到右互相對齊的(圖18),通常會使用一張長形海報標明9點來進行校正,如果準備要看的東西為方形(螢幕、書本等)則可直接利用此物的頂點來當成校正點位,另外還要注意校正點所在位置離眼睛的距離最好與實際準備要看得東西離眼睛的距離一致並且校正點位所在平面與眼睛平行才不會影響最後結果。

18. 校正點排列方式

校正開始時請受測者頭保持不動(頭動了會影響校正,所以動了就必須重新校正)看向1號校正點,此時將滑鼠游標移到景物畫面中點擊畫面中1號校正點位置,可以發現畫面中其中一個紅色圈跑到點擊的位置上,確定紅色圈將1號校正點圈起來完成1號點校正(圖19);接著到畫面左下的Data Point:將其向右拉選到2,請受測者看向2號校正點,將滑鼠游標移到景物畫面中點擊畫面中2號校正點位置,可以發現畫面中另一個紅色圈跑到點擊的位置上,確定紅色圈將2號校正點圈起來完成2號點校正(圖20);以此類推重複上述步驟完成剩下的校正點位校正,完成所有點位校正如圖21所示。完成校正後受測者的頭可不用保持不動,此時請受測者隨機看向幾個校正點對照景物畫面上的注視點看看注視的結果是否正確,如果發現偏差很多即需重新作校正,重新在Data Point:選取到1號點,重複之前的步驟再一次校正。

19. 完成1號點校正

20. 完成2號點校正

 

21. 完成所有點位校正

5.    眼球追蹤儀使用

完成校正後即可開始使用眼球追蹤儀。景物畫面即是目前受測者的注視結果(綠點表示注視的位置),如要將其匯出成為影片,點選軟體畫面上方的File接著選到Data然後在出現的選項中點選New Data File(圖22),點擊後會出現存檔視窗(圖23),可在這邊選擇注視結果影片的儲存位置(預設位置為C:/ViewPoint2.8.6.1/Data)與決定其檔案名稱,檔案名稱最好為英文(用中文會變成亂碼),按下存檔的瞬間即開始錄製注視結果影片,要結束錄製時點選軟體畫面上方的File接著選到Data然後在出現的選項中點選Close Data File即結束錄製,完成一部注視結果影片。

22. 匯出注視結果

23. 建立注視結果影片與選擇儲存位置

24. 結束錄製注視結果影片

如果沒有更改儲存位置的話,注視結果影片將會出現於C:/ViewPoint2.8.6.1/Data檔案夾中,電腦桌面有超連結可直接進入(圖25),可以發現此影像檔案極大,強烈建議將其轉檔以節省儲存的空間。影像檔可利用電腦中的轉檔軟體格式工廠(Format Factory)進行轉檔,打開格式工廠後點選「任何格式轉為AVI」,會出現檔案選擇視窗(圖26),點選「新增檔案」後選擇欲轉檔的檔案接著點選確定(圖27)後檔案選擇視窗消失,最後點擊軟體畫面上方的「開始」開始轉檔(圖28),轉檔完成的影片會出現在媒體櫃/文件/FFOutput資料夾中。

25. 注視結果影片儲存位置

26. 選擇轉檔類型

27. 選擇欲轉檔的檔案

28. 開始轉檔

參考資料

Alfred, L. Y., 1967, “Eye Movements and Vision,” Plenum Press, New York.