EyeLink 1000 plus(桌面式)眼动仪使用指导

一、简介
眼动追踪是测量眼睛运行的过程。眼动追踪研究的最关注的事件是确定人类或者动物看的地方（比如：“注视点”或“凝视点”）。更准确来说是通过仪器设备进行图像处理技术，定位瞳孔位置，获取坐标，并通过一定的算法，计算眼睛注视或者凝视的点，让计算机知道你正在看哪里，何时看的，为什么看的？
EyeLink 1000 Plus 是世界上精确度和准确度最高的视频眼动追踪仪，其双眼模式下支持2000Hz的采样率。它具有以下特点:高度客制化，多种安装模式，镜头可互换，以及头部固定和无头部固定模式。这种眼动仪能够满足各种实验需求，可支持的被试，包括婴儿、老年人以及其它的物种。它还可以与EEG、fMRI、MEG、ECoG等设备集成。这款产品做阅读、视知觉等基础研究，是非常不错的选择。
EyeLink 1000 Plus的核心部件包括主机、红外高速图像采集端和安装支架。主机的功能是分析和记录双眼眼动数据，并通过网络连接或（和）模拟信号转换卡以高达2000 Hz的速度将眼动数据实时输出到其他设备。桌面工作站式主机适用于行为实验室或者MRI实验室的主控室。如果有便携性的考虑，亦可采用笔记本作为主机。

二、基本原理
Eyelink 1000Plus系列是一个使用暗瞳技术的红外眼动仪。依靠Pupil和CR来识别眼动。其基本原理是：（1）使用红外线照射眼睛；（2）使用摄像机采集从角膜和视网膜上反射的红外光线；（3）由于眼球的生理结构和物理性质，在光源和头部相对位置不变的前提下，角膜反射形成的光斑不会移动而（4）视网膜上反射的光线方向标示了瞳孔的朝向（光源光线从瞳孔射入，视网膜反射光线从瞳孔射出）；最后（5）根据角膜与瞳孔反射光线之间的角度可以计算出眼动的方向。

三、基本零器件
眼动仪自带设备共13大件：笔记本电脑（1）、说明书（3）、加密狗（4）、卷尺（1）、外部按键设备（1）、网线转换接口（2）、eyeylink 1000眼动仪（1）、千兆网线（2）、插线板（1）、摄像头（3）、眼动仪电源线（1）、头部摇杆接收器（1）、颈托（1）。除了眼动仪自带设备以外还需要自己准备被试机以及相关零部件：被试电脑一台，外接显示器一个（显示器、电源线、与被试机相接的HDMI线一根）。

四、主试机与被试机之间建立连接
4.1软件安装
EyeLink相关软件已经在实验室配备电脑上全部装好，如果做眼动实验的话，只需要在自己电脑上安装EB以及DV用于实验设计以及数据处理即可。相关内容可参考宋昌霖博客，点击可访问。
4.2建立连接
建立连接其实也就是让你的主试机信任你的被试机。默认模式下，主试机默认IP地址为100.1.1.1，被试机默认IP地址为100.1.1.2，所以需要通过更改IPv4协议来更改IP地址。如何更改请按照下图操作。至于更改哪个以太网的IPv4地址，取决于使用的转换头（网线转USB口）的驱动，可以通过插拔网线口看以太网是否连接来判断。其他的网络（包括但不限于WLAN、蓝牙、VPN等）应当全部禁用。

更改好IP地址后，理论上来说主试机和被试机之间就可以建立连接了。这时需要先将主试机上的Tracker打开（能够看到摄像头拍摄的界面）。在被试机上通过<win+R>调出运行窗口，然后输入调出命令行窗口，通过在指令窗口界面输入可以查看被试机的IP地址，然后通过命令<ping 100.1.1.1>查看两台机器之间是否正常连接。能够正常连接的情况就是100.1.1.1会给100.1.1.2四个回复且都不会超时。如果不能正常连接需要检查两台机器间的网线是否插好、主试机上Tracker是否已经打开、IPv4地址是否设置对。

五、设备搭建
5.1设备安装与线接
设备安装要装四个部分：镜头与眼动仪的安装，眼动仪与底座的安装、各个部分之间的线接、固定模式下颈托固定在桌子上。根据说明书上图示将各个部分安装好，需要注意的是被试机与主试机之间的千兆网线不能接反，接反将导致机器之间无法建立连接。
5.2实验室环境配置
实验室环境对于实验非常重要！可以参考下图进行实验室设置。

1. 实验室应单独装修，墙壁铺满吸音材料为宜。
2. 实验室应为无窗或者仅左侧有窗，每扇窗户都应配套遮光窗帘。
3. 主试和被试尽量隔离，如没有条件单独设立房间，则至少保证被试面对墙壁，主试和主试机都不会出现在被试的视野当中。
4. 对于19寸显示器，被试所用的桌子应至少宽80cm，才能保证被试到显示器有足够的距离。您可以测量显示器的水平边长度，乘以1.75即为被试眼睛到显示器的距离。
5. 被试头顶后方应尽量避免安装灯光，使用无主照明或将光源悬挂于显示器正上方。
6. 选用光源时，尽量避免使用暖光光源（偏红或偏黄），冷光或普通白光为宜。
7. 实验室应尽量保证充足照明，光线过暗不易进行实验。
8. 被试座椅尽量选用带靠背的可升降座椅，根据被试身高酌情调节。但是千万不要用能旋转或者带轮子的椅子。

5.3设备调整（此部分为核心部分，尤其重要）

1. 所有距离要根据显示屏的大小调整。输入屏幕的大小规格时应该输入只有显示部分的宽度和高度，而不是整个屏幕的宽度和高度，如果屏幕边缘比较宽，对实验结果有一定影响。
2. 从眼睛到屏幕的距离至少是屏幕宽度的1.75倍
3. 眼睛要和屏幕上端的1/4处位于同一水平面
4. 从眼睛到镜头的距离应该在55-60cm之间
5. 镜头下方旋钮应该位于显示器正中央
6. 在不阻挡被试观察到屏幕下方视野的情况下，尽量确保镜头和红外高度应该尽可能的高。
7. 测量镜头到屏幕的距离是从镜头与相机接触的位置开始测量的水平距离
   

5.3.1遥测模式注意事项

1. 遥测模式下被试一般都会有或大或小的晃动，所以不要让被试坐带轮子的或者可以左右旋转的椅子。
2. 让被试靠在固定椅子的椅背上后再去调整整个参数距离。
3. 使用16mm或者25mm镜头
4. 16mm镜头允许最大的移动范围，如果被试头部晃动比较严重的话可以用这个镜头。
5. 25mm镜头提供了最小的数据噪声，相对来说就比较更精确一点。
6. Sticker放在两眉正中间偏上位置
7. Sticker呈现在眼动仪主试机上时应该呈现圆形，而不是椭圆形。
8. Sticker报告距离范围在550-600mm，不同镜头的搜索范围如下
   
   
9. 可以通过让被试观察屏幕四个角来观察被试的瞳孔信息（是否会出现瞳孔丢失的情况，pupil和CR是否出现异常）来检查被试的瞳孔是否在要求视野范围内能够被捕捉到
10. 校准时候按下空格键确认校准关系的时候不要太早（太早可能被试还没完全注意那个点）也不要太晚（太晚被试可能已经开始想寻找下一个点），尤其是校准刚开始时候对于中间点的校准，偏差要尽可能小。
11. 其他注意事项类似

5.3.2固定模式注意事项

1. 固定模式应保证三点一线，即显示屏中间、镜头中间固定螺丝、颈托固定位置位于一条直线上。
2. 我们组使用的是单固定，只固定下巴，为了防止被试头后仰，尽量让被试肚子贴住固定颈托的桌子一侧。
3. 使用35mm的镜头
4. 可跟踪范围为水平32度，垂直25度
5. 颈托架要与屏幕中央、摄像头架中间对齐
6. 固定镜头上方螺丝旋钮到下巴处的距离范围是50-55cm
7. 其他注意事项类似
8. 示例：如下图所示，A的距离应该在显示器显示部分宽度的1.75倍左右，并且A是眼睛视线的水平着落点应该在显示器上方的1/4处。C的距离应该在50-55cm左右，同时镜头到眼镜的距离应该在55-60cm左右。
   
   5.3.3参数输入
   在主试机的Offline界面，点击Exit Eyelink退出Eyelink系统。
   
   点击Configuration按钮。
   
   点击Screen Setting按钮
   
   随后我们需要设置四组参数
   测量显示器显示范围的物理尺寸
   
   显示器分辨率
   
   测量眼睛到显示器显示范围上下边沿的距离
   
   测量眼动仪传感器(镜头于相机连接处)到显示器的垂直距离
   

六、眼动仪常见问题及解决方案
问题一：在进行浮点校准的时候出现漂移角度过大这个通常是由于什么原因造成的？
解决方案一：观察被试头部是否在实验过程中有较大的晃动，椅子是否符合要求。特别是遥测模式下，晃动幅度大的话可能会导致瞳孔丢失，这样就必须重新校准。
解决方案二：可能是由于眼动仪各个器件之间的距离设置不合理造成的，根据上方5.2设备调整部分依次检查各个参数设置，根据我们经验在固定模式下设置合理的话漂移角度是可以调整在1°以内的，这个范围已经比较小了。
解决方案三：可能是由于被试眼部疲劳造成的，可以换个被试重新试一下或者让被试休息后重新调整，如果仍然出现漂移过大情况，建议参考解决方案二。建议被试在连续观看七分钟后就要休息一次。
问题二：被试戴防蓝光眼镜以及较大程度的散光会对校准和后面实验产生影响吗？
解决方案：蓝光眼镜对红外线反光比例大，阻碍眼动仪识别瞳孔和CR。校准的时候注意反光光斑对眼睛无遮挡即可。可以调整眼动仪镜头使反光斑不遮挡眼球校准漂移处于正常范围。
问题三：眼部疾病以及视力度数吗？
解决方案：会有一定程度的影响，但是除非是度数特别高的情况，一般情况下都没关系。

1. 眼镜：如果被试戴着度数很高/脏污/渐进多焦点/强力防眩光/有色的眼镜，则会严重影响到眼动数据的质量。
2. 隐形眼镜：隐形眼镜在眼球表面的位移会引起角膜反射位置的变化；另外，硬质/透气的隐形眼镜或双焦点/多焦点的隐形眼镜也会干扰到眼动仪的数据采集。
3. 瞳孔被遮挡：昏昏欲睡的被试；黑色的长睫毛（尤其是化眼妆后的睫毛）。
4. 眼球生理特征发生改变：眼球做过手术，如白内障、青光眼、视力矫正手术等。
5. 实验室环境：强光会导致眼动传感器对角膜反射的识别错误。
   问题四：实验过程中因为被试头部大幅度晃动导致瞳孔丢失，但是又很快识别到后的数据质量可信吗？
   解决方案：对数据质量肯定是有影响的，但是影响程度不得而知，建议在实验过程中叮嘱被试尽量不要头动，如果真出现这种情况，建议重新采集数据。

七、相关参数设置要求
校准：Pupil的阈值一般在60-80之间，CR的阈值一般在200-220之间。好的校准效果应该类似于Good Calibration的校准效果，十字近似于平行。另外可以通过最大漂移角度和平均漂移角度来判断校准效果。在文字阅读任务中，一般要求平均误差小于0.5度，最大误差不超过1度； 在非文字的任务中，一般要求平均误差小于1度，最大误差不超过1.5度；
参考资源：http://charlie-techblog.com/eyelink/data_collection/

附-参考资料：
大脑技术陈锐：
B站：https://space.bilibili.com/328549846
博客：https://7988888.xyz/
知乎：https://www.zhihu.com/people/braintechnology
微信公众号“大脑技术”
王昌霖博客：Charlie的学习与生活http://charlie-techblog.com/eyelink/data_collection/
博润视动：
微信公众号:EyeLink博润视动
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