本文選自《視線追蹤系統(tǒng)選擇指南》，文末附下載方式

一、視線追蹤的介紹

當(dāng)今視線追蹤技術(shù)快速發(fā)展，能夠解碼各種場(chǎng)景下受試對(duì)象的行為和心態(tài)細(xì)節(jié)。

1、視線追蹤的典型應(yīng)用場(chǎng)景和案例包括：

?  幫助理解和改善眼部疾病的治療。?  辨別不同的神經(jīng)學(xué)狀況，比如自閉癥和阿爾茲海默癥。?  訓(xùn)練飛行員和宇航員，幫助他們更正未來實(shí)際飛行中的視線觀察技術(shù)。NASA在他們的駕駛艙模擬器和研究用駕駛艙中都安裝了視線追蹤系統(tǒng)，用來監(jiān)控飛行員的狀態(tài)和行為。?  助力汽車行業(yè)仿真測(cè)試、更好理解車內(nèi)人員的行為特征。

當(dāng)前市場(chǎng)上有數(shù)量眾多的視線追蹤方案，每個(gè)方案都有其與眾不同的特性和功能，每個(gè)方案都有其優(yōu)勢(shì)和不足。根據(jù)用戶的行業(yè)特點(diǎn)選擇一個(gè)滿足需求的視線追蹤方案不是一件容易的事。

這篇指南的目的是幫助你選型一個(gè)合適的視線追蹤方案。我們會(huì)列出評(píng)估視線追蹤方案需要考慮的重點(diǎn)項(xiàng)，同時(shí)我們會(huì)幫助你理解不同的功能和特性。這篇指南會(huì)在你選型時(shí)提供幫助。

2、什么是眼睛視線追蹤？

眼睛視線追蹤的基本概念就是使用非接觸相機(jī)或其他光學(xué)傳感器捕捉和分析紅外光在眼球上的反射結(jié)果。系統(tǒng)的算法會(huì)計(jì)算出眼睛視線的方向。

舉個(gè)例子、下面是基于相機(jī)和AI算法的視線追蹤系統(tǒng)的工作流程（例如Smart Eye）：

?  第1個(gè)步驟是提供數(shù)據(jù)供視線追蹤系統(tǒng)分析，我們使用基于相機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)來捕捉眼睛圖像和其它面部特征。這些相機(jī)都為紅外相機(jī)，能夠適用于不同的光照條件。

?  一旦圖像被提取，軟件就會(huì)運(yùn)行計(jì)算追蹤受試對(duì)象的視線和眼球移動(dòng)。

?  同時(shí)AI算法會(huì)解讀捕捉面部的具體信息，如對(duì)象狀態(tài)和情緒。系統(tǒng)每次識(shí)別面部信息時(shí)，都會(huì)加深對(duì)其特性的了解，從而提高效率和獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3、下面是Smart Eye視線追蹤方案的主要特點(diǎn):

?  遠(yuǎn)程視線追蹤（非接觸式）?  適用任何光照條件?  Real-time實(shí)時(shí)分析?  360° 頭部和視線追蹤?  充裕的頭部活動(dòng)空間?  寬廣的視野范圍?  適用非防紅外的眼鏡（包括太陽鏡）?  尺寸: 120 x 40 x 40 mm?  最新軟件版本: Smart Eye Pro9.3?  運(yùn)行系統(tǒng): Windows 10

二、視線追蹤的3個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：

1. 以數(shù)據(jù)說話. 和簡(jiǎn)單的觀察某人看哪兒不一樣，視線追蹤系統(tǒng)可以提供客觀的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過專業(yè)的算法計(jì)算出客觀的數(shù)據(jù)（或者依據(jù)）來輸出受試對(duì)象的視線信息。比如在飛行訓(xùn)練中，管理員不需要再依賴于飛行員的主觀回憶，視線追蹤數(shù)據(jù)能夠提供完整準(zhǔn)確的信息（何時(shí)看往何處），為人人和人機(jī)交互研究提供了更深入的研究視角。

2. 注視和掃描Patterns. 除了掃描Partterns以外，受試對(duì)象注視點(diǎn)的信息也能夠幫助理解其對(duì)哪些區(qū)域更感興趣，以及注意力的細(xì)節(jié)信息。

注視和掃描patterns能夠提供認(rèn)知標(biāo)識(shí)，當(dāng)受試對(duì)象在某個(gè)特定位置停留時(shí)，這可能表明正處于注意力集中階段，或者還包括認(rèn)知處理。

3. 感興趣區(qū)域分析. 通過追蹤受試對(duì)象的視線，研究者可以更好的理解人們是如何感知他們的環(huán)境，并且與它們進(jìn)行交互。

感興趣區(qū)域能夠概要的展現(xiàn)，研究者可以獲得某個(gè)特定興趣區(qū)域的瀏覽數(shù)據(jù)（頻率和時(shí)間）、注視時(shí)長(zhǎng)以及有多少受試對(duì)象瀏覽了該興趣區(qū)域。

視線追蹤領(lǐng)域的常用術(shù)語

?  Gaze凝視 —— 某人視線的方向

?  Fixation注視 —— 視線方向在某個(gè)特定目標(biāo)上停留一段時(shí)間。

?  Saccade眼跳/掃視 —— 眼睛在注視點(diǎn)之間的快速跳動(dòng)，眼跳/掃視主要發(fā)生在你沒有一個(gè)物體需要追蹤的情況下。想象著你的視線從房間屋頂?shù)囊唤茄刂鴫且苿?dòng)到另一角，你的眼睛不會(huì)沿著墻角線平滑移動(dòng)，實(shí)際上其間摻雜著注視和眼跳。大腦過濾了眼跳信息，你自己認(rèn)為視線是在平滑移動(dòng)。

?  Smooth Pursuit平滑追蹤 —— 人眼追蹤移動(dòng)物體通常采用平滑追蹤，想象著舉起你的食指從左移到右或者追蹤一輛行駛中的汽車，你的眼睛會(huì)平滑的追蹤對(duì)象。

需要指出的是，眼球的眼跳和平滑追蹤通常是互相排斥的，但是他們?cè)谧粉櫼苿?dòng)物體時(shí)兩者可以互相配合，通常平滑追蹤會(huì)晚于對(duì)象物體，稱為“catch-up”眼跳會(huì)將小凹拉回到對(duì)象上。

?  Perceptual Span知覺廣度 —— 角度概念（水平和垂直），人眼在此角度范圍內(nèi)能夠準(zhǔn)確實(shí)施某項(xiàng)動(dòng)作（例如閱讀或面部識(shí)別）。

三、研究開發(fā)的需求和特性

為你的研究開發(fā)選型合適的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)會(huì)遇到不少挑戰(zhàn)。

正如先前提到的，有眾多不同類型的視線追蹤方案可供選擇，在其特定應(yīng)用場(chǎng)景下，每個(gè)方案都運(yùn)行良好，同時(shí)功能豐富。

在方案選型之前，你可以先思考一下以下幾個(gè)簡(jiǎn)單的問題。

?  你要進(jìn)行的測(cè)試或研究基于什么場(chǎng)景？

?  需要獲得哪些測(cè)量數(shù)據(jù)？

?  你對(duì)數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)分析的要求？

?  有沒有針對(duì)特別項(xiàng)目的特殊功能或要求？

讓我們繼續(xù)深入下去，具體分析每個(gè)問題。

1、場(chǎng)景

談到場(chǎng)景，我們首先要明確你會(huì)在哪里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，下面是我們一般要考慮的點(diǎn)：

?  你只是在一塊單獨(dú)的顯示屏上進(jìn)行測(cè)試嗎？或者實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景有些復(fù)雜，比如多屏幕應(yīng)用、模擬器、實(shí)車或飛機(jī)駕駛艙、開放區(qū)域或者其它？?  你的研究是否包含多個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景？?  是否需要為未來的項(xiàng)目預(yù)留升級(jí)空間？如需要更大的視野范圍 。?  實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下光照條件如何？（太陽強(qiáng)光或者弱光場(chǎng)景可能會(huì)對(duì)某些視線追蹤設(shè)備的正常工作造成挑戰(zhàn)）?  受試對(duì)象的移動(dòng)性（例如受試對(duì)象是基本固定不動(dòng)或者是隨意移動(dòng)的？）?  受試對(duì)象戴眼鏡嗎？（包括太陽鏡）?  你的受試對(duì)象愿意佩戴眼鏡式視線追蹤設(shè)備嗎？（需要說明的是一般年輕和老年受試對(duì)象更加不愿意佩戴笨重的頭部生理測(cè)量設(shè)備或者眼鏡式測(cè)量設(shè)備，因?yàn)楹芏嗳烁杏X佩戴以后不自然，可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生影響，而且有些受試對(duì)象日常已經(jīng)佩戴了眼鏡，不愿意也不方便再佩戴眼鏡式視線追蹤設(shè)備。）

2、測(cè)量參數(shù)

?  視線和視線交叉

當(dāng)談到測(cè)量參數(shù)時(shí)，重要的一點(diǎn)是我們要考慮哪些數(shù)據(jù)是和你的研究目的緊密相關(guān)的。最近幾乎所有的視線追蹤系統(tǒng)都可以提供視線矢量，有一些視線追蹤系統(tǒng)會(huì)讓用戶自己來想辦法計(jì)算視線和環(huán)境的視線交叉落點(diǎn)。

但是極少數(shù)視線追蹤系統(tǒng)不但可以提供視線矢量信息，還可以提供視線和真實(shí)世界物體交叉點(diǎn)的信息。Smart Eye的旗艦視線追蹤解決方案Smart Eye Pro包含了一個(gè)3D世界模型系統(tǒng)，可以基于真實(shí)測(cè)試環(huán)境創(chuàng)建3D物體模型。Smart Eye Pro不光能提供視線矢量信息，還能提供視線交叉點(diǎn)的位置信息（3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)）。

這將給很多用戶的研究帶來極大的便利，如果你的研究包含了疲勞/工作負(fù)載評(píng)價(jià)，你就希望視線追蹤系統(tǒng)不僅要提供眼睛視線數(shù)據(jù)，還希望提供其它關(guān)鍵的測(cè)量數(shù)據(jù)，比如眼瞼開啟數(shù)據(jù)（包括眨眼）、頭部姿態(tài)和角度、以及瞳孔測(cè)量數(shù)據(jù)等。

?  準(zhǔn)確度

另外一個(gè)關(guān)鍵的問題是你的研究項(xiàng)目需要什么程度的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度級(jí)別和你選擇的視線追蹤系統(tǒng)相關(guān)。通常來說如果預(yù)算緊張，準(zhǔn)確度稍弱一些的視線追蹤系統(tǒng)是可以接受的，畢竟準(zhǔn)確度越低，系統(tǒng)硬件和軟件算法的要求就會(huì)容易很多。但是一般來說你還需要考慮一些其它問題。

舉例來說，如果你的研究感興趣眼跳/掃視或者微跳，你在系統(tǒng)選型時(shí)就需要考慮那些能提供高采樣頻率的方案。這是因?yàn)檠厶?掃視發(fā)生的間隔很短，為了捕捉這些微小的時(shí)間間隔，較高的設(shè)備采樣頻率是必須的，眼動(dòng)儀的采用頻率一般從30Hz到超過1000Hz。

3、高級(jí)特性和功能

對(duì)于科研研究目的用途的視線追蹤設(shè)備，必須能夠適用于各種不同的光照條件以避免丟失數(shù)據(jù)，這也是很多低成本方案不適合科研項(xiàng)目需求的原因之一，其它的限制包括測(cè)量數(shù)據(jù)種類有限以及系統(tǒng)準(zhǔn)確度偏低。

科研級(jí)別的視線追蹤系統(tǒng)的技術(shù)要求處于同類設(shè)備的頂端，要求更高的性能表現(xiàn)。Smart Eye長(zhǎng)期致力于高精尖功能的開發(fā)和應(yīng)用，讓你的研究更加高效和便捷。

Smart Eye Pro作為Smart Eye的視線追蹤方案的旗艦產(chǎn)品，其最大的優(yōu)勢(shì)之一就是3D世界模型系統(tǒng)，能夠基于真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)建虛擬的對(duì)象模型。

如先前提到的，絕大部分視線追蹤設(shè)備都可以提供視線方向矢量、但是大部分設(shè)備都需要用戶自己來計(jì)算視線和測(cè)試環(huán)境相交的數(shù)據(jù)，這需要投入極大的時(shí)間和工作量。

為了避免上述額外工作量的發(fā)生，一些領(lǐng)先的視線追蹤解決方案會(huì)利用3D模型來創(chuàng)建真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的關(guān)鍵對(duì)象。這些3D模型就有助于研究者基于X、Y、Z格式的坐標(biāo)系來獲取數(shù)據(jù)，也能夠?qū)崟r(shí)查看視線和這些實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下關(guān)鍵對(duì)象的視線交叉的信息。

4、如你所愿，下面這些功能將大大簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)和分析流程：

?  可以將測(cè)量數(shù)據(jù)通過UDP或者TCP傳輸?shù)搅硪慌_(tái)PC或者模擬器上。?  數(shù)據(jù)兼容Excel或Matlab（選項(xiàng)），如果你是汽車行業(yè)的用戶，你還可以通過CAN Bus傳輸數(shù)據(jù)。?  一些視線追蹤系統(tǒng)還可以支持和第三方平臺(tái)的集成（如模擬器、測(cè)試PC和其它生理傳感器等），還包括時(shí)間戳功能和使用NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議來進(jìn)行多數(shù)據(jù)平臺(tái)的時(shí)間同步。?  時(shí)間戳功能在刺激物分析時(shí)很有用。?  一些高端的視線追蹤系統(tǒng)還包括了適用于遠(yuǎn)程控制的API，可以開始/停止數(shù)據(jù)采集及其它任務(wù)，如校準(zhǔn)和用戶輪廓?jiǎng)?chuàng)建。?  可以記錄音頻和視頻數(shù)據(jù)。

Gaze Trail凝視軌跡

受試對(duì)象的凝視軌跡，通常還包括注視數(shù)據(jù)

熱點(diǎn)圖單個(gè)或者多個(gè)對(duì)象（統(tǒng)計(jì)）某段時(shí)間的注視點(diǎn)總體分布情況，采用顏色標(biāo)記。

感興趣區(qū)域 (AOI)

針對(duì)受試對(duì)象或者研究者興趣點(diǎn)研究所定義的區(qū)域?？梢允枪潭ǎü潭▽?duì)象）或動(dòng)態(tài)（無論對(duì)象是否移動(dòng)）。

四、可視化、數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告

我們很多科研領(lǐng)域的客戶傾向于使用原始數(shù)據(jù)而不是可視化呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)。但是也有相當(dāng)?shù)挠脩粝Ｍ蓄~外的可視化和分析工具。

我們已經(jīng)有了一些常規(guī)的數(shù)據(jù)可視化功能比如視線軌跡、注視、熱圖、AOI興趣區(qū)域。AOI是受試對(duì)象的感興趣區(qū)域。這可以基于駕駛的實(shí)車、駕駛模擬器、飛行模擬器、網(wǎng)頁瀏覽等不同場(chǎng)景。能夠展現(xiàn)受試對(duì)象的視線興趣所在。

但是你還可以使用其它一些功能，例如：

1、數(shù)據(jù)記錄/Logging和回放

Smart Eye Pro (SEP)軟件可以輸出其測(cè)量的任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)（視線、眼瞼開啟距離 、頭部?jī)A斜角度等），輸出的log文件可以保存在本地PC上，另外一份數(shù)據(jù)（和log文件一致）可以通過以太網(wǎng)發(fā)送給另一臺(tái)PC。

至于視頻數(shù)據(jù)記錄，如果視頻是使用SEP軟件錄制的，該視頻可以在SEP軟件中進(jìn)行回放，而且回放時(shí)所有視線追蹤和算法功能都同樣適用，換句話說無論是Smart Eye視線追蹤相機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)畫面還是SEP軟件已錄制的歷史視頻數(shù)據(jù)，SEP軟件都可以對(duì)其進(jìn)行相同的視線追蹤和分析（包括記錄log文件或者將測(cè)量數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)發(fā)送給另一臺(tái)PC）。

2、數(shù)據(jù)圖形化展示/預(yù)定義格式的分析報(bào)告

Smart Eye Pro軟件能夠?qū)?shù)據(jù)以X-Y類型的圖表進(jìn)行展示，同樣支持第三方軟件從其獲取測(cè)量數(shù)據(jù)以生成相關(guān)報(bào)告，如受試對(duì)象工作負(fù)載、駕駛員疲勞和注意力級(jí)別等。

3、視線疊加

視線疊加簡(jiǎn)單來說就是將視線和視頻或者圖像進(jìn)行疊加。一種途徑就是使用場(chǎng)景相機(jī)，視線可以直接和場(chǎng)景相機(jī)拍攝的畫面進(jìn)行疊加，這種方案工作可靠，但是會(huì)產(chǎn)生一定的視角差，原因是實(shí)驗(yàn)對(duì)象和場(chǎng)景相機(jī)位置之間的視角會(huì)存在偏差。另外一種途徑就是視線直接和定義的3D世界模型進(jìn)行疊加，這種疊加僅限定于視線和已定義的3D模型之間，這種方式能夠提供更高的準(zhǔn)確性以及消除了視角差的發(fā)生。

4、多系統(tǒng)融合

可視化工具的另一個(gè)功能是融合多套視線追蹤系統(tǒng)進(jìn)行多人同時(shí)視線追蹤研究。在此場(chǎng)景下，你可以看到每個(gè)受試對(duì)象的視線追蹤情況以及受試對(duì)象之間的交互，典型應(yīng)用場(chǎng)景包括多人協(xié)作評(píng)估和飛行機(jī)組工作研究。

五、需要考慮的重點(diǎn)特性和能力

如我們先前的介紹，在選型眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)之前需要考慮眾多重要的特性和能力。在這里我們列出一些評(píng)估的關(guān)鍵項(xiàng)，希望對(duì)你的工作有幫助。

?  能夠在不同光照條件下工作

?  校正和頭部輪廓生成步驟簡(jiǎn)單快速

?  頭部位置/旋轉(zhuǎn)角度和瞳孔測(cè)量

?  低數(shù)據(jù)丟失和延遲

?  高精度：即使對(duì)象在移動(dòng)

?  移動(dòng)自由度（寬裕的頭部空間）

?  可擴(kuò)展性

?  適用多重工作環(huán)境

?  3D世界模型、基于X、Y、Z坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)信息。

?  數(shù)據(jù)集成（數(shù)據(jù)輸出、時(shí)間同步、API）

Smart Eye為用戶提供業(yè)界性能領(lǐng)先的視線追蹤系統(tǒng)，在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下提供一流的性能表現(xiàn)。我們的方案在汽車、航天航空、殘疾人設(shè)施、廣告媒體、行為科學(xué)等眾多領(lǐng)域的人類行為和人機(jī)交互研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。今天我們的客戶包括NASA、空客、波音、豐田汽車、戴姆勒、奧迪、通用汽車、哈佛大學(xué)等數(shù)百個(gè)研究機(jī)構(gòu)和高校。

我們的子公司Affectiva是業(yè)界領(lǐng)先的情緒識(shí)別AI算法供應(yīng)商，幫助企業(yè)更好的理解他們的用戶對(duì)其產(chǎn)品（內(nèi)容、產(chǎn)品和服務(wù)）的感受，客戶涵蓋汽車、媒體娛樂、市場(chǎng)研究等行業(yè)。28%的世界500強(qiáng)企業(yè)和70%的世界大型廣告公司都在使用Affectiva的解決方案。

我們的子公司iMotions提供業(yè)界領(lǐng)先的人因多模態(tài)分析軟件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)跨傳感器平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。

SmartEye的汽車行業(yè)量產(chǎn)解決方案目標(biāo)是賦能主流汽車OEM的下一代車型，提供更安全、更人性化的出行體驗(yàn)。

Smart Eye作為專業(yè)的人因分析AI技術(shù)供應(yīng)商，在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下解析和預(yù)判對(duì)象行為，在人類和機(jī)器之間架設(shè)一個(gè)溝通的橋梁，努力創(chuàng)造更加安全和可持續(xù)的未來。Smart Eye成立于1999年，總部位于瑞典，在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、丹麥、埃及、日本、新加坡和中國(guó)擁有分支機(jī)構(gòu)。

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