眼动跟踪与驾驶行为研究综述.doc

眼动跟踪与驾驶行为研究综述摘要：随着驾驶的口益普及化，对驾驶行为的研究越來越受到重视，并随着眼动的软锁件不 断完善，将眼动应用到驾驶行为的研究中成为了可能本文从眼动跟踪的研究出发，分析了 眼动在驾驶行为研究小应用的可行性，并总结近年來应用眼动到驾驶行为的研究，指出在驾 驶行为中使用眼动研究的有效性关键词：眼动跟踪，驾驶行为1. 引言眼动测量始于1898年，各个领域的眼动研究从80年代兴起在过去的应用中，研究者通 过使用眼动来洞察人们心理的思想过程和冇意识的活动(McKnight & McKnight, 1991)眼 动跟踪的研究有着不少优点：对提供对于认知活动的实时测量；可满足心理学研究对于生态 学效度的要求等司机在驾驶过程中80%的信息获取来白于视觉，因此，了解如何利用视觉来获取信息就 显得至关重要视线追踪技术的引入，能对现有汽车驾驶环境人机界面进行视觉定量分析, 对司机宗内环境及各种仪表的合理和局提供科学可靠的视觉定量测试数据同时眼动跟踪技 术也可用于监控司机的注释状态、眨眼频率和哺孔大小等指标，有效用于对司机工作负荷的 评价2. 基本的眼动跟踪研究2. 1基木的眼动模式研究在 70 年代提出的眼动模式(Haber & Hershenson 1973; Young & Sheena 1975)主要有 注视(fixation)、眼跳(saccade)和平滑追随运动(smooth pursuit)注视(fixation)是将眼睛的肉对准某一对象的过程。

一般注视过程的时间人于 100ms注视的主要作用是获取当前注视点及边缘视野的信息，并进行内部加工注视过程 中至少存在3种不同的加工：对当前注视位置进行编码、加工，并对场景进行分类；从当询 注视的边缘视野确定下一个感兴趣的区域；计划和准备下一次眼跳眼跳(saccade)是指眼球在两个注视点Z间的快速跳动，持续时间为30^120ms0眼跳 的功能是改变注视点，使即将注视的内容落在视网膜最敏感的区域一窝附近，以形成网 膜上淸晰的像一般认为人们不能从眼跳过程中获取任何信息平滑追随运动(smooth pursuit)指眼球随运动目标的连续运动，只在追踪运动目标的 过程中产生平滑追随运动的H的是使运动H标的像保持在中央窝区域，它的最大运动速度 为30在驾驶汽车时，汽车外面的景色是一直在运动的，驾驶者要保持着他们的视线 跟踪其他的车、标志和汽车外面的所有物体，这种视线跟踪就是采用了平滑运动Manbir& Bryan, 2002)2. 2眼动模式的应用眼动模式在应用中研究者往往对以下的一些方面比较感兴趣1) 注视点数最:总的注视点个数被认为是与搜索绩效相联系的指标较人数最的注视 点表明低绩效的搜索，可能源丁显示元素的糟糕的布局。

2) 每个感兴趣区域的凝视比率(时间比)：被试眼晴注视特定显示元素(设计者感兴趣 区域)的时间比例在此应该分清被试在显示元素上的凝视频次和凝视的时间，驻阳时间反 映信息提取的难度，频次反映显示区域的重要性3) 平均注视驻留时间:长注视被认为是被试较困难从显示界面中提取信息4) 每个感兴趣区域注视点数:此指标与凝视比率密切相联系，可以用來研究不同任务 驻留时间下注视点数量特定显示元素(感兴趣区域)的注视点数量反映元素的重要性，越重 要的元素则有更多频次的注视5) 每个感兴趣区域的平均凝视驻留时间：如果被试在特定显示元素上的凝视较长，则 表明显示元素上提取或者解释信息困难6) 注视率(注视点/s):与注视驻留时间密切相关与注视时间相比，注视点间的时间 间隔明显较短，注视率应该人致与注视驻留吋间相反7) 扫描路径:扫描路径和感兴趣区域间转换概率，表明界而元素布局工效8) 感兴趣区域凝视数:凝视(同一个感兴趣区域的一连串注视点)常常比单个注视点 数量更有意义9) 无意注视点数量和有意注视点数量:时间较短的注视点(〈 240 ms)是无意注视点, 吋间较长的注视点(> 320 ms)是有意注视点，但有待证实。

在驾驶行为的应用中V. Anttila (2000)述采集了最长时间的注视点数据，用来分析 双语言在标志中的使川2. 3基本的眼动参数(1) 眼动轨迹图：将眼球运动信息證加在视景(visual sccme)图像上形成的注视点及 其移动的路线图能具体、直观和全面反映眼动的时空特征，判断各种不同刺激悄境下、不 同任务调节下、不同个体间、同一个体不同状态下的眼动模式及其差异性2） 眼动时间：将眼动信息与视景图像叠加后，利用分析软件提取多方面眼动时间数据 包扌乩 注视时间（驻留）、眼跳时间、冋视时间、眼跳潜伏期、追随运动时间、注视过程小 的微动吋间3） 眼动次数：注视次数、眼跳次数、回视次数时间和空间位置信息用于分析不同眼 动模式，揭示信息加工过程和加工模式（4） 眼动方向和距离：在二维或三维空间内考察眼动方向（也度）、眼动方向和距离与 视景信息叠加，用以揭示注意的对象及其转移过程可结合吋间因素计算眼动速度5）眼动大小和眨眼：与视景證加用以介绍不同条件下的知觉广度或注意广度，揭示 不同刺激条件对注意状态的激发2. 4基木的眼动测最技术基本的眼动测量技术主要有以下六种：（1） 脑电图法（EEG）:脑电图法是根据眼动和脑电波变化之间的关系，间接地测量 和分析眼动变化（2） 眼电图法或EOG法（Electro-Oculograph）:通常由于视网膜代谢水平较高，眼球 后部的视网膜与前部的角膜之间会存在数「毫伏的静止电压，如膜区为正，视网膜为负。

当 眼球转动时，眼球周围的电势会随Z发住变化3） 接触目镜法（Contact Lens）:接触目镜法基于光反射原理，将一块反射镜固定在 角膜或巩膜上，通过眼球的运动将固定光束反射到不同方向，根据这一信息就町获得眼动信 号4） 探测线圈法（Search Coil）:探测线圈法是通过电子方法在受试者头部产生水平 及垂直方向两种不同频率的交变磁场，把一个很细的线圈用接触目镜固定在角膜边缘，根据 线圈随眼晴运动吋的输出信号和相位來楮确测定眼晴的水平和乖总运动5） 红外光电反射法（Infrared Photoelectric）:在眼睛附近安装两只红外光敏管， 川以接收虹膜与巩膜左右两侧边缘处所反射的红外线当眼球向右运动时，虹膜转向右边, 右边的光敏管接收到的红外线减少，而左边的光敏管所接收的红外线随巩膜对红外线反射的 增加而增加利用这个差分信号就可以无接触地测出眼动信号6 ）红外电视法（Infrared TV）:瞳孔中心/角膜反射（pupil-center / corneal-reflection)法测量眼动，即通过测定瞳孔的中心和角膜的反射点，计算注视方位 ASL5000 系列、SMT iView 和 EyeLink。

正是随着眼动技术的硬件、软件和计算机技术的不断发展，增强了眼动的实时性使 得眼动可以用來测量驾驶者的实际驾驶情况，也可以测量驾驶时出现双重任务的情况 Manbir & Bryan(2002)o3. 眼动应用于汽车驾驶中的研究随着驾驶行为越来越多的被研究者重视,眼动跟踪技术也作为一种I•分冇效的研究手段 在汽车驾驶研究中得到应用，如：不同水平汽车驾驶员眼动差界；道路标憑设置的有效性; 驾驶汽车是的手眼协调等Manbir & Bryan(2002)为了研究驾驶者的行为模式使用了眼动的方法他们的研究为了 衡量不同设备造成的注意负荷，他们的研究基于眼动和注意存在联系的假设，在以往眼动被 用来研究跟踪注意(Yarbus, 1967)他们让被试在真实的驾驶环境下完成对CD机的操作，并 通过头盔式的眼动仪來采集数据，研究驾驶行为的注意负荷近来，山于的新手驾驶者的不断增加，造成了越來越高的事故率有假设认为新手的高 事故率是由于新的驾驶者不能匸确的佔量和有危险的情况有关的信息因此，现在的研究试 图通过驾驶中驾驶者的眼动來发现其中的关系Pradhan等人在2003年就利川眼动对新手和 专家的驾驶者的行为差异做了研究。

结果证明了之前的假设，新手对危险的察觉比有经验的 驾驶者显著的低，他们在驾驶打描行为上是有区别的在道路标志的设置有效性的研究中也运用了眼动V. Anttila (2000)等人在对动态路 标在双语言情况卜•使用的研究中就利用了眼动数据进行采集，和以往研究中的眼动数据有所 不同的是他们不光采集了注视点数量，总的注视驻留时间，还观察了最长的注视时间他们 采集这个数据的理由是主要基于动态路标显示交互信息的特性有假设认为这种标志会导致 个别的长时间注视，女h标志显示的母语可能会在可视距离内更容易被看见近年來研究者们对驾驶行为的研究越来越关注，由于驾驶行为是80%的视觉行为，因此, 在驾驶行为中使用眼动的方式也正在成为一种趋势通过Z前的研究我们也可以看出眼动跟 踪可以为驾驶行为的研究提供多方面的数据支持，并可以通过眼动的研究來探讨驾驶者的内 部心理机制但是，由于眼动技术发展的局限和费用上的局限，在驾驶行为的研究中使用眼 动跟踪技术并没有非常广泛的应用不过，这并不能否认眼动跟踪技术是研究驾驶行为的较 有效的方式参考文献：1. 计亚楠，方卫宁，工效学新技术在机车驾驶环境设计中的应用，电力机车与城轨车辆， 2004年11月20日 第27卷第6期2. 胡凤培，韩建立,葛列众，眼部跟踪和可用性测试研究综述人类工效学,2005年6月第11 卷笫2期3. Fro kj • r E , Hertzuni M, Hornb • k K. Measuring usabi 1 ity : Are effectiveness , efficiency and satisfaction really correlated ? [A] . Proceedings of CHT 2000 Human Factors in Computing Systems[C] . Hague : Netherlands ACM Press , 2000・ 3452352・4. Virpi Anttila , Juha Luoma, Pirkko R am, Visual demand of bilingual message signs displaying alternating text messages, Transportation Research Part F 3 , 2000, 65-745. McKnight, J-, &McKnight, A. (1991). The effect of cellular phone use upon driver attention. Landover, MD: National Public Services Research Institute・6. Yarbus, A. L・(1967). Eye movements and vision. Now York: Plenum.7. Meinbir Sodhi& Bryan Reimer, Glance analysis of driver eye movements to evaluate distraction, Behavior Research Methods, Instruments, & Computers 2002, 34 (4), 529-5388. Pradhan et ., al, The Use of Eye Movements to Evaluate the Effects of Driver Age on Risk Perception in an Advancod Driv。