眼球运动及眼动跟踪技术共40页
眼球运动及眼动追踪技术的临床应用进展
眼球运动及眼动追踪技术的临床应用进展
尤佳璐;惠延年;张乐
【期刊名称】《国际眼科杂志》
【年(卷),期】2023(23)1
【摘要】眼球运动是指眼球一系列的自发性、控制性及目的性运动。
基于科学研究及临床工作中对眼球运动的大量观察发现,眼球运动不仅对维持人类清晰视觉至关重要,还是大脑活动的客观体现,对多学科疾病的诊断和定位具有重要意义。
眼动追踪技术是获取眼球运动信息的检测技术。
利用眼动追踪技术可以获取精准客观的眼动数据,探究眼动的发生机制、发育过程及不同眼动类型代表的临床意义。
此外,眼动追踪技术在眼科客观检查、诊断评估及治疗方面也具有积极意义。
本文综述眼球运动及眼动追踪技术在眼科临床上应用的研究进展,如在幼儿客观视力检查、斜视诊疗、角膜屈光手术以及青光眼诊断等方面的应用。
【总页数】6页(P90-95)
【作者】尤佳璐;惠延年;张乐
【作者单位】陕西省人民医院眼科;空军军医大学西京医院眼科全军眼科研究所;西北妇女儿童医院眼科
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.眼动追踪技术在现代物理教学中的应用——以竖直上抛运动为例
2.不同运动强度对篮球运动员多目标追踪影响及眼动分析
3.眼动追踪技术在管理学科实践教学中的应用：理论和技术探讨
4.基于注视动态感兴趣区的眼动追踪在冠心病介入治疗临床教学中的应用研究
5.探析燃气工程施工中的技术管理工作
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最新各种记录眼球运动的方法讲学课件
紅外線眼動圖法（Infra-red Oculography,IROG）
是利用紅外線光源在眼角膜邊緣的反射差異， 來檢測眼球運動狀況。此法首先要將數個紅外 線光源LED及紅外線接收器架構在一起，然後 以固定角度照射在虹膜四周，由於黑色虹膜反 射效果很低，大部分的光會被吸收，而白色鞏 膜部份幾乎會將紅外線完全反射，此法將依此 特性來檢視眼球運動。
但是此法必須將電極貼在皮膚上，由於皮膚電阻 會因為使用中皮膚角質的不斷分泌而逐漸改變，造成 電訊號的不穩定。且不適合長期的配帶使用。
瞳孔中心角膜反光點法
＊目前成大醫工研究所購置的”Eye-gaze ”系統即採用此 技術。
若系統採用紅外線或是近紅外線之光源來照射眼部 時，則因為瞳孔對紅外線的反射性低，而虹彩對紅 外線的反射性較高，會造成影像中瞳孔與虹彩的亮 度差異變大，而虹彩與眼白之間的亮度差異變小。 此與一般白色光源不同的特點，可使我們較易取出 瞳孔的輪廓外圍。這種利用檢測瞳孔位置來判斷視 線方向之追蹤技術稱為瞳位追蹤（Pupil Tracking）。 由於虹彩內圍（即瞳孔輪廓）較虹彩外圍來的清晰 明確，且較不易被眼瞼遮蔽到，因此瞳位追蹤相較 於異色邊界追蹤有較高的解析度。
Purkinje影像追蹤法（Dual-Purkinje-image,DPI）
是利用當光線經過眼球組織時，由於眼睛各個組織折射 率的不同，來產生光源的反射影像，這些光源的影像稱 之為Purkinje-image，通常可以觀測到四組影像。其中第 一種Purkinje-image是光源反射在角膜與眼球前空氣的表 面，第四種Purkinje-image是反射於水晶體與眼球內部的 表面，其他兩種Purkinje-image，由於反射量太小，通常 忽略不計。此法便是檢測第一種及第四種Purkinje-image 來偵測眼球運動情況。
眼动跟踪技术研究进展
眼动跟踪技术研究进展眼动跟踪技术是指利用电子设备记录和分析眼球在观看过程中的运动轨迹和注视点，以便对观看者的注意力和兴趣进行研究。
眼动跟踪技术广泛应用于人类认知行为研究、广告效果评估、用户体验设计等领域，成为近年来学术界和产业界研究的热点。
本文将介绍眼动跟踪技术的基本原理、研究进展以及未来发展趋势。
一、眼动跟踪技术的基本原理眼动跟踪技术主要依靠眼动仪来实现，眼动仪是一种可以实时记录眼球运动情况的设备。
在眼动跟踪实验中，被试者佩戴眼动仪，当被试者观看屏幕上的图像或视频时，眼动仪会记录并输出眼球的运动轨迹、注视点等数据。
通过这些数据，研究者可以分析被试者的注意力分布、注视持续时间等信息，从而了解被试者的认知行为状态。
眼动跟踪技术的基本原理主要包括两个方面：一是眼球运动的生理机制，二是眼动仪的工作原理。
眼球在观看过程中会出现注视和扫视两种运动状态。
注视是指眼球停留在某个区域时的运动状态，而扫视是指眼球快速在屏幕上移动以获取信息的运动状态。
眼动仪通过记录这些眼球的注视和扫视运动来获得被试者在观看过程中的注意力分布情况。
眼动仪的工作原理主要涉及到眼动信号的记录和分析。
眼动仪通过红外摄像头或其他传感器记录眼球的运动轨迹，并将数据传输至计算机进行处理和分析。
在计算机软件的支持下，研究者可以对眼动数据进行可视化、统计分析等操作，从而获得相关的研究结论。
随着科技的发展，眼动跟踪技术在学术界和产业界得到了广泛的应用，并取得了一系列的研究进展。
以下将介绍眼动跟踪技术在不同领域的研究进展。
1. 人类认知行为研究眼动跟踪技术被广泛应用于人类认知行为研究领域。
通过观察被试者在观看过程中的眼动数据，研究者可以了解被试者在面对不同刺激时的注意力分布情况，推测被试者的认知策略、兴趣偏好等心理状态。
在阅读行为研究中，眼动跟踪技术可以用于分析被试者在阅读过程中的注视持续时间、注视位置等信息，从而了解被试者的阅读策略和理解程度。
2. 广告效果评估眼动跟踪技术在广告效果评估中得到了广泛的应用。
眼动研究简介 ()ppt课件
边缘
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移动窗口范式（moving window paradigm） (McConkie & Rayner, 1975)
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移动窗口范式
正常句子：
妹妹每天晚上练习书法。
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移动窗口范式
妹妹每 X X X X X X X X *
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阅读知觉广度（perceptual span）是指 读者在阅读过程中每次注视能获取有用信 息的范围。阅读知觉广度是阅读研究中的 基本问题之一，也是阅读心理学家一直探 讨的问题。
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阅读知觉广度范围
英语老师正在讲解容易读错的单词
边缘 副中央凹 中副中央凹
央
50 凹 50 20
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注视指标
意义
首次注视时间
对于目标的首次注视时间越短，表明它
First fixation duration 越能引起注意。
兴趣区内注视次数 IA fixation count
兴趣区内注视次数越多，表明这个区域 对于观察者来说更为重要，更能引起注 意。
总注视时间
注视时间越长，表明提取信息越困难；
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移动窗口范式
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移动掩蔽范式（moving-mask technique ） (Rayner & Bertera, 1979)
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移动掩蔽范式
正常句子：
妹妹每天晚上练习书法。
眼球追踪技术的原理
眼球追踪技术的基本原理眼球追踪技术是一种用来确定人眼准确注视位置的技术。
它可以通过分析眼球运动的轨迹来推测用户的兴趣点，从而用于用户界面设计、广告效果评估、心理学研究以及医学诊断等领域。
眼球追踪技术的基本原理是通过眼动仪等设备进行眼动数据的采集和分析。
眼动仪通常包括一个摄像机和红外光源，用于观察和记录眼球在视觉场景中的运动。
下面将详细介绍眼球追踪技术的原理。
1. 眼球运动的类型在理解眼球追踪技术之前，我们首先需要了解眼球的运动类型。
眼球运动主要包括以下几种类型：1.1 瞥视运动（Saccades）瞥视运动是眼球在转动中快速跳跃的运动，用于把视线从一个位置移动到另一个位置。
瞥视运动通常在视线聚焦之前发生，其速度可以达到1000度/秒。
1.2 定视运动（Fixations）定视运动是眼球在注视一个区域时的稳定运动。
在注视期间，眼球会保持在一个相对稳定的位置上，以获取详细的视觉信息。
定视运动的时长通常在100到400毫秒之间。
1.3 跟踪运动（Smooth Pursuits）跟踪运动是眼球快速而平滑地跟踪运动目标的运动。
在跟踪运动期间，眼球会持续地追踪运动目标，以保证目标始终在视野中心。
2. 眼动数据的采集眼动数据的采集是眼球追踪技术的第一步。
这个过程通常需要使用专业的眼动仪设备，例如高速摄像机和红外光源，以获取准确、精细的眼动数据。
2.1 红外反射原理眼动仪通常是通过红外光源和反光红外摄像机来实现眼动数据的采集。
红外反射原理是利用红外光在眼睛角膜和晶状体上的反射来确定眼球的注视位置。
具体来说，红外光源会发出红外光，照射到眼睛的角膜上后，会被角膜和晶状体反射回来。
眼动仪中的摄像机会捕捉这些反射光，并计算出眼球的位置和运动轨迹。
2.2 眼动数据的精确度眼动数据的精确度是影响眼球追踪技术的重要因素之一。
眼动仪的采样率和眼动仪的精度都会影响到眼动数据的准确性。
采样率是指眼动仪每秒对眼动数据的采样次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
眼动追踪技术课件
• 直观性数据 • 扫描路径 • 蜂群图 • 焦点图 • 热图
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统计分析类指标
• 眼动研究中，常用统计指标分为： • -基本指标：注视类、眼跳类 • -合成指标：凝视时间类、扫描路径类等
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目前最常用眼动技术记录方法
角膜反射法
• 由光源发出的光线经红外 滤光镜过滤后只有红外线 可以通过红外线经过半反 射镜后
部分到达反射镜经反射 镜发射到达眼球,眼球对 红外线的反射光经同一反 射镜到达能锁定眼
• 睛的特殊的瞳孔摄像机, 通过连续的记录从人的眼 角膜和瞳孔
• 兴趣区凝视率：指兴趣区内凝视时间与整 个图片凝视时间的比例。
• 对特定区域内目标的凝视率越高，表明该 区域的信息提取难度越大，或者兴趣高。
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眼跳类指标
• 眼跳定义：发生在两次注视之间的眼睛运 动，通常持续20-35毫秒。
• 反射的红外线,然后利用 图像处理技术,得到眼球 的完整图像
眼动检查介绍PPT参考幻灯片
“眼球活动” “扩瞳实验”
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②主要特点：
本系统是一套红外线瞳孔追踪、摄像记录 及自动分析系统。通过选择不同的光学镜头及 计算机图形处理软件模块，可测定眼球的运动 轨迹或测定双侧瞳孔的变化规律。
应用对探索性眼球活动（EEM）的检测分析， 可为精神分裂症提供临床辅助诊断标志。
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根据阿尔茨海默病（AD）患者的脑组织 中，支配瞳孔收缩的Einger-Westphal核（乙 酰胆碱能神经细胞核）充满了老年斑和神经 纤维缠结，以及AD患者对胆碱能拮抗剂（ 扩瞳剂）特别敏感的原理，用扩瞳试验来早 起筛选或辅助诊断阿尔茨海默病。
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探索性眼球运动 (EEM)有两个主 要的评定指标为NEF和RSS。他发现 ，精神分裂症患者的NEF和RSS都比 正常人明显较少，尤其是RSS，具有 相当好的诊断价值。
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小岛卓也的方法：用红外线投射于角膜，由微型摄象机 摄取后，拼凑在背景图象上，决定眼动活动的部位。
缺点：仪器的“头盔”庞大，易招致受检者心理紧张或 不合作，人工记录和分析费用较昂贵、费时，难以在临床推广 应用。
眼动检测
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“眼睛是心灵的窗户，从眼神可以观 察到人们思想和感情的变化。为此，精 神病学家曾对眼球活动与精神活动、特 别是与精神疾病的关系，进行了不少研 究。
2
有关眼球活动与精神疾病关系的研究有两种：
一是美国哈佛大学医学院的Holzman教授从 1973年起研究被试者在注视来回运动着的目标时 的眼球活动，称为平稳眼跟踪（smooth pursuit eye movement,SPEM）。Holzman发现精神分裂症患者 有65%呈阳性结果，正常人只有8%，但患者的一 级亲属也有45%阳性。Holzman认为SPEM是精神 分裂症的生物学标志，可能是一种特征性标志。
医学课件眼动追踪技术
盲、色弱等眼疾患者。
方法
实验仪器 • Tobii T120型眼动仪，采样率120Hz，19英
寸液晶显示屏，分辨率为1024×768，刷新 率为75Hz。 • 主机为DELL D620笔记本电脑，主频 2.16Hz ， 2G内存，256M显卡。
• 睛的特殊的瞳孔摄像机, 通过连续的记录从人的眼 角膜和瞳孔
• 反射的红外线,然后利用 图像处理技术,得到眼球 的完整图像
• 再经软件处理后获得视线 变化的数据,达到视线跟 踪的目的。
常见眼动仪类型
桌面式 固定支架式
头盔式
眼镜式
数据记录采集方法
眼动追踪技术的优势
• 客观性 • 同步 • 生态学效度
首次注视时间：对于目标的首次注视时间越短，表明目标的 知觉信息越容易获得（特征凸显性）
眼动追踪技术的优势
• 客观性 • 同步 • 生态学效度
• 适用于注意、知觉、视觉搜索等早期认知 加工过程研究
二、眼动追踪技术的应用领域
目前正处于探 索阶段的领域
较成熟 的领域
眼动记录技术应用研究案例
眼动技术研究应用领域
• 商家最为关心的问题：
（1）怎样的广告才能使消费者过目不忘，记住 自己的商品？
（2）怎样的广告才能激发消费者的购买欲望？
问题的提出
• 广告效果的评价主要采用的是事后感知调查、购 买意愿调查、经济效益评估等手段。
• 这些方法无法获得用户观看视频广告过程中的心 理加工活动，而用户对广告的感知和态度都是在 观看过程中形成的。
• 总注视次数
• 兴趣区内注视次数：兴趣区内注视次数越 多，表明这个区域对于观察者来说更为重 要。
深度分析眼动追踪技术
深度分析眼动追踪技术著名科学家霍金教授生前因患有肌肉萎缩疾病，几乎完全瘫痪，既不能通过双手，也不能通过语言与外界沟通。
因特尔研究院的技术专家经过长期努力，研发出一款环境感知辅助系统，最终有效改善了这位科学天才与世界的沟通方式。
霍金使用的智能输入法，其里面就含有眼球追踪以及面部肌肉识别等技术，正是由于这项的技术的实现，让霍金打字或者演讲的效率提高了好几倍。
视觉追踪技术也称为眼动追踪技术，就是追踪眼睛的运动。
准确来讲就是通过图像处理技术，定位瞳孔位置，获取瞳孔中心坐标，并通过某种方法，计算人的注视点，让电脑知道你正在看什么。
眼睛是心灵的窗口，透过这个窗口我们可以探究人的许多心理活动的规律。
人类的信息加工在很大程度上依赖于视觉，来自外界的信息约有80 %～90 %是通过人的眼睛获得的。
因此对于"人是如何看事物" 的科学研究一直没有间断过。
关于这一点，对于眼球运动( 以下称眼动) 的研究被认为是视觉信息加工研究中最有效的手段。
眼动追踪技术属于机器视觉的一种技术，通过对眼动轨迹的记录从中提取诸如注视点，注视时间和次数，眼跳距离，瞳孔大小等数据，从而研究个体的内在认知过程。
它利用软件算法、机械、电子、光学等各种检测手段获取受试者当前视觉注意方向的技术，通过图像传感器来捕捉到眼球的图像，根据图像的处理来识别每个人的眼球瞳孔里的特征，通过这些特征实时地反算出看屏幕的注视点。
眼动追踪技术的历史早在19世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动，通过分析记录到的眼动数据来探讨眼动与人的心理活动的关系。
眼动仪的问世为心理学家利用眼动技术探索人在各种不同条件下的视觉信息加工机制，观察其与心理活动直接或间接奇妙而有趣的关系，提供了新的有效工具。
眼动追踪课件
眼动追踪课件设计
课件结构
01
引言：介绍眼动追踪技术的背景和意 02
眼动追踪技术原理：介绍眼动追踪技
义
术的原理和实现方法
03
眼动追踪技术应用：介绍眼动追踪技
04
眼动追踪课件设计：介绍眼动追踪课
术在教育、医疗、游戏等领域的应用
件设计的基本原则和方法
05
案例分析：分析眼动追踪课件设计的 06
游戏互动： 设计一些简 单的游戏， 让学生在游 戏中进行眼 动追踪，增 加趣味性。
视频互动： 播放一些视 频，让学生 在观看视频 的同时进行 眼动追踪， 了解学生的 注意力集中 程度。
实验互动： 设计一些简 单的实验， 让学生在实 验中进行眼 动追踪，了 解学生的观 察能力和动 手能力。
01
02
03
隐私保护：确保眼动追踪数据的安全 和隐私，防止数据泄露和滥用
应用拓展
教育领域：用 于评估学生注 意力、学习效 果等
01
游戏领域：用 于优化游戏体 验，提高游戏 沉浸感
03
02
医疗领域：用 于诊断和治疗 眼部疾病，如 斜视、弱视等
04
广告领域：用 于评估广告效 果，优化广告 投放策略
市场前景
眼动追踪技术可 以提高教学效果
结论：总结眼动追踪课件设计的重要
成功案例和经验教训
性和前景
内容组织
01 介绍眼动追踪技术原 理
02 眼动追踪在课件设计 中的应用
03 眼动追踪课件设计流 程
04 眼动追踪课件设计案 例分析
互动方式
提问与回答： 通过提问， 让学生回答， 然后根据学 生的回答进 行眼动追踪， 了解学生的 理解程度。
04
眼动追踪技术 PPT
阅
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发展心理学
• 遗传与环境在心理发展中的作用 • 那些心理是先天的？ • 哪些心理是后天的？ • 以婴儿为被试来解决此问题
大家好
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以婴儿为被试所遇到的问题
• 婴儿不会说话，怎么办？
大家好
39
1个月与2个月的婴儿是如何看人脸的
大家好
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face scanning in autism
大家好
• 商家最为关心的问题：
（1）怎样的广告才能使消费者过目不忘，记住 自己的商品？
（2）怎样的广告才能激发消费者的购买欲望？
大家好
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问题的提出
• 广告效果的评价主要采用的是事后感知调查、购 买意愿调查、经济效益评估等手段。
• 这些方法无法获得用户观看视频广告过程中的心 理加工活动，而用户对广告的感知和态度都是在 观看过程中形成的。
大家好
9
阅读一句话时的眼动
大家好
10
阅读一段话时的眼动
大家好
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浏览照片时的眼动
大家好
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浏览图画时的眼动
大家好
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目前最常用眼动技术记录方法
角膜反射法
大家好
• 由光源发出的光线经红外 滤光镜过滤后只有红外线 可以通过红外线经过半反 射镜后
部分到达反射镜经反射 镜发射到达眼球,眼球对 红外线的反射光经同一反 射镜到达能锁定眼
大家好
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眼动追踪技术的指标类型
• 直观性数据 • 扫描路径 • 蜂群图 • 焦点图 • 热图
大家好
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统计分析类指标
• 眼动研究中，常用统计指标分为： • -基本指标：注视类、眼跳类 • -合成指标：凝视时间类、扫描路径类等
眼球运动追踪系统的设计和应用研究
眼球运动追踪系统的设计和应用研究一、引言眼球运动追踪系统是一种能够实时跟踪人眼运动的系统，它可以被广泛应用于眼动研究、人机交互、医学诊断等领域。
本文主要介绍眼球运动追踪系统的设计和应用研究。
二、眼球运动追踪系统的设计1. 硬件设计硬件设计是眼球运动追踪系统的一个重要组成部分。
一般来说，硬件包括摄像头、红外光源、滤波器等。
其中，摄像头是最重要的硬件之一，因为它需要捕捉眼球的运动。
因此，摄像头的分辨率、感光度等参数都需要考虑到。
另外，红外光源可以增强眼球的对比度，从而更容易地捕捉到眼球的运动。
滤波器是为了抑制环境光干扰，提高信噪比。
除此之外，硬件还需要具备稳定性和可靠性，否则会影响眼球追踪的准确性。
2. 软件设计眼球运动追踪系统的软件设计包括两个方面：图像处理和算法实现。
图像处理是将摄像头拍摄的视频通过一系列图像处理算法进行处理，提取出眼球的位置和运动轨迹。
算法实现则是对图像处理的结果进行分析和处理，从而得出具体的眼球运动信息。
在图像处理方面，常用的算法有PCA（主成分分析）、Hough 变换和卷积神经网络等。
在算法实现方面，常用的算法有插值算法、滤波算法和迭代算法等。
这些算法的选择应根据具体情况进行。
三、眼球运动追踪系统的应用研究1. 眼动研究眼动研究是利用眼球追踪技术研究人类视觉加工的过程。
眼球追踪技术可以帮助研究人员测量受试者在观察时注视和扫视的位置，以及注视和扫视的时间和顺序。
通过这些数据，研究人员可以探究人类视觉加工的规律，如注意力选择和记忆等方面的机制及其表达。
2. 人机交互眼球追踪技术可以用于人机交互系统，如光标控制、手势控制等。
通过追踪眼球的位置，可以实现视线控制，方便人们进行交互操作。
此外，还可以借助眼动仪的数据，设计更加有针对性的人机交互接口，让用户更加舒适和高效地完成任务。
3. 医学诊断眼球追踪技术可以用于一系列医学应用，如眼健康监测、神经疾病诊断等方面。
眼健康监测方面，可以用追踪技术检测眼睛的运动和视觉功能，判断是否存在眼疾等情况。
眼球追踪技术简介
瞳孔-角膜反射向量(pupil center corneal reflection)
红外光发射
摄像头捕捉人眼 视频
对视频处理，获 得瞳孔与角膜反 射点位置
根据瞳孔与角膜 反射点偏移确定 视线方向 通过设置多组红外装置，理论可以进一步提高精度
视线追踪技术应用
霍金眼球追踪 VR 设备
人眼目标追踪
虹膜-巩膜边缘 接触式 双普肯野象
眼动力学注视点 眼动力学·网模 图·象稳定·注视点 眼动力学·微笑的眼 动
头具ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
室内
接触镜
头
角膜反射
眼动力学注视点
头具
非接触式
瞳孔-角膜反射向 量 注视点
头具或室内
眼动电图
眼动电图(Electro-Oculogram, EOG):人眼 球前、后极存在着几个毫伏的电位差,角膜侧 为正极。眼电图检查(Electro-oculography, 简称EOG)是记录这种静态电位的一种方法, 通常在内、外眦皮肤上安放一对电极,在眼球 左右转动时将记录下相对电位值,EOG 是视 觉电生理检查方法中一种新的重要组成部分。 快速眼球运动(Rapid Eyes Movement, REM) 阶段的EOG图谱
– 来自外界的信息,很大部分是通过人眼获得,为了取得这些信息,人眼必须连续不断地 运动,这就是眼球运动,眼球运动使观察对象在视网膜黄斑部的中央凹上成象,而且能 使两眼互相协同动作,并适应头部和躯体的运动和位置。
眼球运动模式
扫视 注视 震颤 平滑追 旋转 汇聚 瞳孔变化
双目生理性眼颤的互抑制 生理性眼颤 开环短潜时反应
Output
视线追踪技术应用
通过视线追踪记录新手和老司 机进过狭小公路时的观察过程 (/0.5s) 1. 老司机估测到弯道的距离， 新手需要检查路线和到前车的 距离