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利用虹膜反射的瞳孔測量法 - Pupil Labs

FEB 10 ,2022

文章分類:產品新知

 

Photo by Skitterphoto from Pexels


 

以下 節譯自 Pupil Labs' Blog - Better Pupillometry Using Corneal Refraction by Doran Amos, Neil M. Thomas, Kai Dierkes

 

Shedding light on pupillometry (瞳孔測量法)

 

從坐在燭光餐桌旁到在烈日下躺在熱帶海灘上,我們的視力必須適應各種光照條件。 為此,我們眼睛的瞳孔會變大或變小,就像相機的光圈一樣,以讓適量的光線進入。

然而,瞳孔大小不僅取決於外界光線水平,還反映了我們的生理和心理狀態。 例如,在情緒激動和費力的腦力勞動期間,瞳孔會擴張。 相反,當我們感到疲倦和疲倦時,瞳孔會收縮。

鑑於其作為強大的診斷和研究工具的潛力,學術界和工業界的研究人員對測量瞳孔大小的變化(稱為瞳孔測量法)越來越感興趣。 但是由於瞳孔大小的波動通常是微妙的,特別是在響應喚醒和心理工作量的變化時,準確測量瞳孔大小至關重要。

 

 

如何測量瞳孔大小?

 

測量瞳孔大小的常用方法是使用靠近眼睛的數位相機記錄瞳孔影像,例如使用頭戴式眼動儀。 但是,瞳孔影像的確切大小和形狀取決於眼睛相對於相機的角度(見原文圖 1)。

當眼睛直視相機時,瞳孔呈現圓形,但當眼睛看過去相機時,瞳孔呈現為一個壓扁的圓(即橢圓)。 即使實際瞳孔大小保持不變,瞳孔視角的變化也會導致相機影像中瞳孔的大小和形狀發生變化。 當眼睛旋轉遠離相機時,瞳孔大小的這種明顯變化被稱為瞳孔縮短(pupil foreshortening)。

然而,測量瞳孔大小的最大麻煩是角膜,即覆蓋瞳孔的透明的眼睛外層。 角膜通過折射扭曲瞳孔影像的大小和形狀,就像放大鏡一樣。

儘管可以透過校正知道由瞳孔相對於相機的視角變化引起的瞳孔縮小的方法,但已證明校正由角膜引起的瞳孔大小和形狀的失真更具挑戰性。

 

 

Pupil Labs 的新方法顯著減少了角膜變形誤差

 

在最近的一項研究中,Bernhard Petersch 和 Kai Dierkes(Pupil Labs 的兩名員工)將兩種已建立的測量瞳孔大小的方法與 Pupil Labs 開發的一種新方法進行了比較。

最基本的方法僅使用直接從瞳孔圖像中提取的 2D 資訊來估計瞳孔大小。 相比之下,其他兩種方法均採用 3D 幾何眼睛模型,該模型根據記錄的瞳孔影像對每個對象進行調整。 然而,雖然已建立的方法忽略了角膜的光學效應,但新的 Pupil Labs 方法明確考慮了角膜變形。

使用瞳孔核心眼動儀,研究人員記錄了一個大範圍的真實世界瞳孔圖像數據集,涵蓋了廣泛的視角。 至關重要的是,該實驗旨在使每個記錄對象的實際瞳孔大小在整個視角範圍內保持大致恆定(參見原文圖 1B)。

除了眼動儀記錄外,研究人員還對眼睛模型進行了電腦模擬,以生成真實的影像,顯示瞳孔在各種視角下通過角膜的樣子。

原文圖 2 所示,無論現實世界和模擬數據集中的視角如何,新穎的瞳孔實驗室方法(綠線)都能估計出正確的平均瞳孔大小,從而顯著降低了角膜變形的光學效應。 相比之下,其他兩種方法在瞳孔視角上偏向於錯誤地更小和更大的瞳孔大小估計(分別為紅線和藍線)。

這些結果表明,即使在涉及高角度眼球運動的任務和應用中,也可以依靠這種新方法來提供準確的瞳孔大小測量值。

 

 

尋求更好的算法來測量眼部參數

 

在 Pupil Labs,我們努力開發新的眼動追蹤技術,包括測量瞳孔大小等眼部參數的新方法。 我們為改進瞳孔大小測量的努力產生了一種優於當前最先進替代方法的方法,我們對此感到自豪。 我們期待看到這種新方法將如何應用於促進學術界和工業界基於瞳孔測量的診斷和研究。

 

You can read the full paper here: Petersch, B., Dierkes, K. Gaze-angle dependency of pupil-size measurements in head-mounted eye tracking. Behav Res (2021). https://doi.org/10.3758/s13428-021-01657-8
 


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