CN108498068A - 一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于眼动特征的儿童共同注意分析系统，包括电脑主机、显示器、眼动仪、高清摄像头和平板副屏，眼动仪安装在显示器上，显示器的顶端设有高清摄像头，高清摄像头与平板副屏之间通过网络连接。本发明的有益效果是：1.本发明的测试过程很好地模拟了现实情境中的共同注意，具有较高的生态效度；2.本发明以眼动特征为儿童共同注意的指标，具有可操作性强、普适性好、客观程度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，具体是一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法。
背景技术
共同注意是指共享他人注意的能力，当看到他人注视某个物体时，人们会追随其视线方向，并将注意转向被注视物体上。共同注意是婴幼儿期沟通与社交发展的核心要素，是社会认知发展的标志，也是早期语词学习的基础，因而对语言和社会认知发展都起到重要作用。大量研究指出，共同注意缺陷对于孤独症的病因解释至关重要，它与其他技能缺陷有着紧密联系，在各类缺陷表现起着关键作用。从发展敏感期和大脑神经可塑性出发，对这一早期出现的关键性缺陷尽早进行干预，将能有效地改善共同注意。因此，考察儿童共同注意的发展特征及水平，具有非常重要的意义。然而，目前在现实生活中并没有客观的方法测量儿童的共同注意，儿童共同注意的好坏一般是通过家长和老师的主观感受来判断，具有误差大、不客观的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于眼动特征的儿童共同注意分析系统，包括电脑主机、显示器、眼动仪、高清摄像头和平板副屏，眼动仪安装在显示器上，显示器的顶端设有高清摄像头，高清摄像头与平板副屏之间通过网络的方式相连接。
一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、正常启动电脑，连接好打印机，打开共同注意测试软件，进入系统；
B、确定进入系统后，先向儿童呈现一个动画，该动画一方面可将儿童的注意吸引到屏幕上，另一方面可用于注视点的校正。正式测试时，播放16段小视频，儿童做共同注意的任务内容，每段视频开始播放4秒后眼动仪开始采集儿童眼球运动的数据，并在开始记录眼动数据3.8秒后采集结束，同时该段视频播放结束；
C、眼动仪采集的数据记录在电脑上，并由电脑处理数据；
D、电脑处理的数据一方面传送到平板副屏上，家长可以通过平板副屏观察儿童的眼动轨迹，另一方面传送到中心服务器上，中心服务器记录本次测试结果到用户的信息档案，中心服务器根据儿童在屏幕每个点上停留时间的长短而绘制出眼动热图，根据儿童眼动过程中的表现计算出共同注意指标结果，并将共同注意指标结果与数据常模参考值进行对比，生成评估报告。
作为本发明的优选方案：测试内容依据共同注意的任务内容，并将此内容用提前录制好的视频来呈现。
作为本发明的优选方案：还包括平板副屏与高清摄像头连接的图像采集模块，用于实时捕获儿童的表情。
作为本发明的优选方案：儿童眼动数据可通过电脑发送到平板副屏上呈现，平板副屏实时显示儿童的眼动轨迹及注视点，并实时呈现3种数据指标：位置属性、活动过程和活动质量，位置属性，用X和Y表示，左上角是原点，水平向右是X轴，向下是Y轴，以像素为单位；活动过程，用S和T表示，S是儿童眼动轨迹移动的累积距离，T是记录实验的总时间；活动质量，用D和T表示，D显示的是孩子眼睛看到的区域（屏幕被人为分成了九宫格，从左上角到右下角分别是I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX），T是儿童在该区域内所看的时间。
作为本发明的优选方案：对所述共同注意指标进行数值计算的步骤包括：
实验中需要播放16段小视频，其中每段视频的指标结果都相同，我们以第一段视频为例。
假设视频中模特所看向的物体坐标范围为A，根据眼动仪接受到的数据来判断儿童注视点是否在A区域范围内。如果儿童是在看A区域前并没有看其他区域（这里指相对称方向的区域B），那么我们可以将此次判断归纳为正确判断。同时，儿童也有可能在模特在做正确朝向动作时看向相对称方向的错误目标区域B，此时我们认为儿童首次注视的是错误目标。如果儿童在眼动数据采集时既没有看向正确目标区域A也没有看向错误目标区域B，我们认为此次视频播放时儿童既没有采取正确判断，也没有采取错误判断。
在播放完所有16段视频后，我们会得到正确总次数Jr和错误总次数Jw。同时我们也可以据此得到共同注意指标：（Jw-Jr）/(Jw+Jr)*100%。
作为本发明的优选方案：所述外围设备包括打印机，音响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明的测试过程很好地模拟了现实情境中的共同注意，具有较高的生态效度；2.本发明以眼动特征为儿童共同注意的指标，具有可操作性强、普适性好、客观程度高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：101-电脑主机、102-眼动仪、103-显示器、104-高清摄像头、105平板副屏、106-打印机、107-音响。
图2为根据本发明实施方式依次呈现的4个组块的刺激示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，本发明实施例中，包括电脑主机101、显示器102、眼动仪103、高清摄像头104和平板副屏105，眼动仪103安装在显示器102上，显示器102的顶端设有高清摄像头104，高清摄像头104与平板副屏104之间通过网络的方式相连接。
一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，按如下步骤进行：
步骤1，正常启动电脑，连接好打印机，打开共同注意测试软件，进入系统；
步骤2，依据共同注意的任务内容，让儿童观看视频中模特的目光转向，由眼动仪记录儿童的注视点及眼动轨迹，具体步骤为：
步骤2.1在正式测试前，先向儿童呈现一个动画，该动画一方面可将儿童的注意吸引到屏幕上，另一方面可用于注视点的校正。
步骤2.2正式测试时，播放16段视频，儿童做共同注意的任务内容，视频开始播放4秒后眼动仪开始采集儿童眼球运动的数据，并在开始记录眼动数据3.8秒后采集结束，同时该段小视频播放结束。
正式的测试过程共分为4个组块，在组块1中，呈现如图2中所示的第1个视频11，组块1结束之后，在组块2中呈现如图2中所示的第2个视频12，接着在组块3呈现如图2中所示的第3个视频13，最后在组块4呈现如图2中所示的第4个视频14。4个组块的过程基本相同，只是视频中使用的玩具不同，组块1视频中使用的玩具为积木21，组块2视频中使用的玩具为洋娃娃22，组块3视频中使用的玩具为毛绒动物23，组块4视频中使用的玩具为小汽车24。
每个组块内又可分为4个试次，以组块1为例，向儿童呈现一段之前录制好的视频，视频为黑色的背景，背景前有一个穿着素色衬衫的模特，模特为如图2中所示的20。在模特前方有一个黑色的桌子，桌子上放置两个相同的积木21，两个积木被放置在模特身体两侧，一边一个。在基准阶段（2秒），模特的目光固定在她前面的桌子上。此阶段之后是一个社交问候阶段（1.8秒），在此期间，模特看着相机，笑着说道：“你好”。最后一个阶段（4秒），模特将她的头朝向两个积木之一，并把眼神固定在这个积木上，在这个阶段，模特保持中性的面部表情，并保持沉默。在4个试次中，有2次模特看右边的积木，有2次看左边的积木，看的方向随机呈现。整个过程共需要播放16段视频。
步骤3，数据处理
眼动仪采集的数据记录在电脑上，并由电脑处理数据。
步骤3.1平板上3种数据指标的计算。
3种数据指标为：位置属性、活动过程和活动质量。
位置属性的参数，用X和Y表示，左上角是原点，水平向右是X轴，向下是Y轴，以像素为单位；位置属性X和Y是根据眼动点分别距离左侧和上侧屏幕得到的。当儿童注视点超出屏幕时，我们认为位置属性中的X和Y都为None。
活动质量的参数，也需要我们在实验开始时设置两个变量：D和T。D用来表示儿童注视点在屏幕上注视区域的大体范围。我们将屏幕分割成3*3共计9个宫格。并从左上角开始一直到右下角结束分别标记为I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX九个区域。当儿童注视点进入哪一个区域时，我们将实时的显示出儿童注视点的标号，而如果儿童并没有看屏幕时，D将会显示为None。T也是一个秒表，它用来表示的是儿童注视点在屏幕九个区域内某一个区域的持续注视时间，单位也是ms。当儿童从一个区域转向另一个区域时，T将会清零，并重新计时。当儿童注视点从一个区域看向屏幕外时，T将会显示为None。比如儿童注视点进入I区域，此时T开始计时，并实时显示。当儿童从区域I看向区域II时，T将会重置为零并同时开始计时，记录儿童看向区域II的时间。当儿童从区域II看向屏幕外时，T将会显示为None。
步骤3.2共同注意指标结果的计算
实验中需要播放16段小视频，其中每段视频的指标结果都相同，我们以第一段视频为例。
假设视频中模特所看向的物体坐标范围为A，根据眼动仪接受到的数据来判断儿童注视点是否在A区域范围内。如果儿童是在看A区域前并没有看其他区域（这里指相对称方向的区域B），那么我们可以将此次判断归纳为正确判断。同时，儿童也有可能在模特在做正确朝向动作时看向相对称方向的错误目标区域B，此时我们认为儿童首次注视的是错误目标。如果儿童在眼动数据采集时既没有看向正确目标区域A也没有看向错误目标区域B，我们认为此次视频播放时儿童既没有采取正确判断，也没有采取错误判断。
在播放完所有16段视频后，我们会得到正确总次数Jr和错误总次数Jw。同时我们也可以据此得到共同注意指标：（Jw-Jr）/(Jw+Jr)*100%。
步骤4，数据呈现和报告输出
步骤4.1平板上数据呈现
儿童眼动数据可通过电脑发送到平板副屏上呈现，平板副屏实时显示儿童的眼动轨迹及注视点，并实时呈现3种数据指标：位置属性、活动过程和活动质量，位置属性，用X和Y表示，左上角是原点，水平向右是X轴，向下是Y轴，以像素为单位；活动过程，用S和T表示，S是儿童眼动轨迹移动的累积距离，T是记录实验的总时间；活动质量，用D和T表示，D显示的是孩子眼睛看到的区域（把屏幕被人为分成了九宫格，从左上角到右下角分别是I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX），T是儿童在该区域内所看的时间。
家长可通过平板上观看儿童的眼动轨迹和数据指标的实时呈现直观感受儿童共同注意的水平。
步骤4.2报告输出
中心服务器记录本次测试结果到用户的信息档案，中心服务器根据儿童在屏幕每个点上停留时间的长短而绘制出眼动热图，根据儿童眼动过程中的表现计算出共同注意指标结果。指标结果是根据儿童眼动过程计算出三个指标的值，这三个指标分别为：正确总次数、错误总次数、共同注意指标；
共同注意指标：（正确总次数-错误总次数）/（正确总次数+错误总次数）*100%；
其中，正确总次数：在16个试次中第一次转到正确玩具的试次数；
错误总次数：在16个试次中第一次转到错误玩具的试次数；
第一次转到正确玩具是指在一个试次的最后一个阶段（4s）中，孩子的注视点第一次由模特转到玩具，且这个玩具是正确的那个，所以对于一个试次，可能是第一次转到正确玩具，可能是第一次转到错误玩具，可能孩子一直都没有从模特转到玩具，这三种情况中的一种；即：第一次转到正确玩具的次数+第一次转到错误玩具的次数+孩子没有从模特转到玩具的次数=16。
报告输出儿童的眼动热图、指标结果，得出儿童共同注意的情况，综合分析报告给予儿童及家长相应的建议。
Claims (7)
1.一种基于眼动特征的儿童共同注意分析系统，其特征在于，包括电脑主机（101）、显示器（102）、眼动仪（103）、高清摄像头（104）和平板副屏（105），眼动仪（103）安装在显示器（102）上，显示器（102）的顶端设有高清摄像头（104），高清摄像头（104）与平板副屏（104）之间通过网络的方式相连接。
2.一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、正常启动电脑，连接好打印机，打开共同注意测试软件，进入系统；
B、确定进入系统后，先向儿童呈现一个动画，该动画一方面可将儿童的注意吸引到屏幕上，另一方面可用于注视点的校正，正式测试时，播放16段小视频，儿童做共同注意的任务内容，每段视频开始播放4秒后眼动仪开始采集儿童眼球运动的数据，并在开始记录眼动数据3.8秒后采集结束，同时该段视频播放结束；
C、眼动仪采集的数据记录在电脑上，并由电脑处理数据；
D、电脑处理的数据一方面传送到平板副屏上，家长可以通过平板副屏观察儿童的眼动轨迹，另一方面传送到中心服务器上，中心服务器根据儿童在屏幕每个点上停留时间的长短而绘制出眼动热图，根据儿童眼动过程中的表现计算出共同注意指标结果，并将共同注意指标结果与数据常模参考值进行对比，生成评估报告。
3.根据权利要求1所述的一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，其特征在于，还包括平板副屏（105）与高清摄像头（105）连接的用于实时捕获儿童的表情的图像采集模块。
4.根据权利要求2 所述的一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，其特征在于，测试内容依据共同注意的任务内容，并将此内容用提前录制好的视频来呈现。
5.根据权利要求2所述的一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，其特征在于，儿童眼动数据可通过电脑主机发送到平板副屏上呈现，平板副屏实时显示儿童的眼动轨迹及注视点，并实时呈现3种数据指标：位置属性、活动过程和活动质量，位置属性，用X和Y表示，左上角是原点，水平向右是X轴，向下是Y轴，以像素为单位；活动过程，用S和T表示，S是儿童眼动轨迹移动的累积距离，T是记录实验的总时间；活动质量，用D和T表示，D显示的是孩子眼睛看到的区域（把屏幕被人为分成了九宫格，从左上角到右下角分别是I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX），T是儿童在该区域内所看的时间。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述共同注意指标进行数值计算的步骤包括：
实验中需要播放16段小视频，其中每段视频的指标结果都相同，我们以第一段视频为例：
假设视频中模特所看向的物体坐标范围为A，根据眼动仪接受到的数据来判断儿童注视点是否在A区域范围内，如果儿童是在看A区域前并没有看其他区域（这里指相对称方向的区域B），那么我们可以将此次判断归纳为正确判断，
同时，儿童也有可能在模特在做正确朝向动作时看向相对称方向的错误目标区域B，此时我们认为儿童首次注视的是错误目标，如果儿童在眼动数据采集时既没有看向正确目标区域A也没有看向错误目标区域B，我们认为此次视频播放时儿童既没有采取正确判断，也没有采取错误判断，在放完所有16段小视频后，我们会得到正确总次数Jr和错误总次数Jw，同时我们也可以据此得到共同注意指标：（Jw-Jr）/(Jw+Jr)*100%。
7.根据权利要求2所述的一种基于眼动特征的儿童共同注意分析方法，其特征在于，所述外围设备包括打印机（106），音响（107）。
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