数位课程规划与设计-昆山科技大学ePortfolio.DOC

數位課程規劃與設計 四資傳三A 4960C017 林靜宜 「眼球追蹤系統」之教學目標： 認知： 能解釋眼球追蹤系統之原理。 能具體說出一個理想的眼球追蹤系統應包含的特點。 能具體說出本教材所提眼球追蹤研究的重要假設與意涵。 能具體說出本教材所發展的各種系統中，採用的三種類型原理。 技能： 1. 能舉一個實例自行實驗追蹤說明紅外線如何應用於眼電圖法。 2. 利用本教材瞭解光源進入眼球後所反射出來的影像，三人為小組，經 討論後，分析光源的反射結果。 情意： 1. 依眼睛追蹤物體的原理來研究大腦讓眼球轉動與追蹤物體。 2. 依老師所提供之自我評量表評定本小組光源反射的分析與認知。 何謂眼球追蹤系統？引用紅外線追蹤飛彈導彈系統之太空科技，運用在雷射近視手術中眼球不自主運動及顫動所可能產生之誤差，準確的執行角膜雷射手術以避免產生光學偏位及不規則散光之合併症的發生。使每一發雷射都能正確的命中角膜，增加手術的安全性及準確性。.tw/W402008web_new/subject/index.asp?id=3310item=6 .tw/UPLOAD_FILES/HISTORY_PAPER_FILES/70_1.pdf 眼睛追蹤移動物體的原理 慢慢地，有更多關於LCD和視覺的研究發現，光是改善反應速度並不能解決問題，LCD本身的工作方式才是關鍵。 先看看現實生活中的移動物體，怎麼樣影響我們的眼睛。 當看到移動中的物體，大腦會操縱眼球肌肉去追蹤物體，讓影像停留在視網膜上的同一個位置，這是所謂「動眼反射」的一種。坐捷運時，你可以注意一下坐在你對面的人，如果他的眼睛正在看著窗外的景色，你會發現他的眼睛像掃描器一樣，先逐漸從一側慢慢掃到另一側，再跳回原來的位置，再重新開始掃描。 會有這樣的動作，就是因為他看著窗外隨著電車前進而相對後退的物體，因此他的大腦會讓眼球轉動以追蹤那個物體，直到它消失在窗邊看不到為止。這時大腦就會放棄追蹤，讓眼球跳回原來的位置，再重新找一個物體來追蹤，週而復始。由於這個動作是反射，不需要意念的介入，因此我們往往無法察覺其實自己已經在做這樣的動作。日本人對這樣的眼睛運動有個專有名詞叫「電車眼」，在日本坐電車時常常可以看到整排的乘客眼球一起隨著電車的行進而掃動，相當有趣。 在十九世紀的時候就有眼球運動紀錄的相關實驗，研究者是利用麻醉藥麻醉眼球角膜後，在角膜上放置一小塊玻璃或金屬板，當眼球轉動帶動玻璃或金屬板移動時，會傳輸轉動信號至記錄裝置，如同眼球有一個小鏡子般，以此記錄眼球的運動，但是這種實驗對受測者會有傷害，因此之後的研究者開始使用攝影的技術來減輕實驗者的負擔。二十世紀後，Young與Sheena等人開始利用眼睛的各種特性來記錄眼球運動的方式，如電的特性、眼睛形狀、光的特性或直接接觸眼球的方式等，時至今日，科學的進步使得追蹤眼球運動的技術更加多元化，但無論所採用的技術為何，一個理想的眼球追蹤系統應包含如下的特點[1]： 1.系統必須能夠提供使用者無障礙的視野。 2.系統不與受測者接觸（非接觸式量測）。 3.系統（如果需要）必須能夠取得穩定與良好的眼球或臉部影像。 4.系統必須具有高準確度，準確度受限於非線性、扭曲、雜訊與延遲等誤差。 5.系統必須具有高解析度以量測微小的眼球運動，解析度受限於設備的雜訊。 6.系統必須具有大的動態量測範圍。 7.系統必須具有良好的步階響應，即具有良好的增益與小的相角偏移。 8.系統的響應必須是即時的。 9.系統必須能夠計算三維的眼球轉動，而對眼睛的平移不靈敏。 10.系統必須能夠適用於不同的受測者與環境。 　　當然，在各種已經發展出來且為人接受的系統中，皆很難全部包含上述十項特點，例如仍有許多的接觸式系統被廣泛採用，但是非接觸量測仍是我們的目標，因為非接觸式的系統較容易讓受測者接受，也較能避免直接的物理性傷害。目前發展出來的各種系統中，其所採用的原理都可歸納為下列三類： 利用光源進入眼球後的反射影像。 根據眼球周圍皮膚的電位差異。 應用特殊的接觸式鏡片。 　　其中第一項所採用的技術與人體的接觸最少，第三項的技術則必須完全與眼球直接接觸，接下來的章節我們將針對此三種技術分別介紹目前國內外的幾套眼球追蹤系統及其所採用的原理。 1.2.1 利用光源的反射來做追蹤 　　此類系統主要是分析光源進入眼球後所反射出來的影像。若是採用背景光或是一般的白色光源，則可利用眼白與黑色眼珠之間的天然差異，來檢測出虹彩邊界，稱為異色邊界追蹤技術（Limbus Tracking）。目前國內清華大學電機工程研究所[2]即有相關研究是應用此技術做視向偵測；亦即利用灰階電荷耦合元件（CCD）擷取使用者之臉部影像，並檢測出兩個內眼角與兩個瞳孔中心以估測使用者的視向位置。使用此方法的