동공 직경 계측과 아이트래커

Hardware Neuroscience Eye tracking technique

Tobii Pro 아이트래커 알고리즘은 동공의 위치뿐만 아니라 동공 직경도 산출합니다.

아이트래킹 카메라로 기록된 눈 이미지와 알고리즘으로 작성된 3D 안구 모델로 아이트래킹 카메라에서 동공까지의 거리가 산출됩니다. 촥영된 이미지상의 동공의 직경에 스케일 팩터(Scaling factor)를 환산해서 동공 직경으로서 출력합니다.

동공 직경은 몇 가지 정의가 있습니다만 Tobii Pro 아이트래커에서 사용되는 3D 안구 모델에서는 동공 직경은 이미지상의 크기가 아니라, 실제 안구 내부의 물리적 사이즈라고 정의합니다.

대부분의 과학적 연구에서는 크기의 변화량을 분석하기 때문에, 동공 직경의 절댓값보다 변화량이 중요합니다. Tobii Pro Lab 등의 소프트웨어에서 동경 직경의 변화량을 확인할 수가 있습니다.

이미지 처리 아이트래커를 사용한 동공 연구

생리학적 각성, 불안, 인지 부하 및 처리, 언어 습득, 발달, 정보 과학, 휴먼 퍼포먼스 등의 연구에 있어 지각의 지표로서 동공의 반응이 연구되어 왔습니다.

 

  • 이미지 처리 아이트래커에서는 실제 물리적인 동공 직경을 계측할 수가 없기 때문에, 팽창 계수 등의 상대적인 변화량으로 분석을 할 필요가 있습니다. (안구 모델을 작성하고 임의의 단위로 출력됩니다.)
  • 신뢰할 수 있는 데이터를 취득하기 위해서는 적절한 기준점을 확립할 필요가 있습니다. 일반적으로는 단순한 시각적 자극을 제시하고, 실제의 대상이 되는 시각적 자극이 제시되기 전의 500ms 정도의 동공 직경을 기준점으로 하는 것이 일반적입니다.
  • 시각적 자극이 인지 처리나 각성도를 극적으로 변화시키는 것이 아닌 경우, 동공 직경의 반응은 0.1mm 정도로 매우 작다는 것을 주의해 주십시오.
  • 피험자의 모집 시에 조건을 추가할 필요가 있습니다. 예를 들어, 동안 신경마비 등의 상태나 opioids, epinephrine, anti-hypertensives 등을 사용 중인 경우 동공의 반응에 영향을 끼칠 가능성이 있습니다.
  • 명동공법 및 암동공법은 이미지 처리상의 동공 이미지의 콘트라스트의 차이가 산출되는 동공 직경에 영향을 끼칠 가능성이 있으므로, Tobii Pro Spectrum, TX300, Tobii Pro X3-120, Tobii Pro Glasses 2 등의 단일 일류미네이션 모드를 사용해 주시기 바랍니다.

동공 측정 연구에서는 이와 같은 기초를 염두에 두고, 시각적 주의와 인지 또는 감정적 반응을 연결시켜 인간의 행동을 더 깊게 연구할 수 있습니다.

아이트래커와 동공 직경 측정기의 차이

아이트래커에 의한 동공 직경 측정과 전용 동경 직경 측정기의 차이에 관해서 설명하겠습니다.

 

Difference #1

전용 동공 직경 측정기는 카메라가 안구의 바로 앞에 배치됩니다. 동공 및 카메라가 수평으로 위치되므로 동공을 정면에서 확인할 수 있으면 원에 가까운 상태에서 계측할 수 있습니다. 결과적으로 이미지상에서 원이 일그러지지 않고, 정확한 동공 사이즈를 출력합니다.

하지만 눈의 바로 앞에 배치하면 피험자는 동공 직경 측정기의 시스템에서 제시가 가능한 것만 볼 수 있다는 것을 의미하므로 시각적 주의에 관한 실험에는 적합하지 않습니다.

대조적으로 아이트래커에서는 대각선 밑에서 동공을 확인하므로 피험자가 화면이나 기타 다양한 대상을 시각 자극으로 할 수 있습니다만, 동공 이미지는 타원으로 취득됩니다. 대부분의 아이트래킹 시스템에서는 원의 일그러짐에 대해 동공 사이즈의 보정을 합니다.

 

Difference #2

전용 동공 직경 측정기는 미리 패키지화 된 몇 가지 매트릭스를 출력합니다. 동공 직경의 사이즈나 동공 수축의 반응 시간, 동공 수축 및 확대의 속도, 변화율, 확대부터 75%까지 회복하는데 걸린 시간 등, 눈과 시각에 관한 건강 및 병리 검사를 위해 설계되어 있으며, 일반적으로는 안과병원에서 사용됩니다.

아이트래킹 시스템에서는 정류시간(Fixation), 새카드(Saccade)의 길이, 대상을 본 횟수 등의 기본적인 시각적 행동에 관한 다양한 결과를 출력하고, 기록한 데이터를 통해 동공 직경의 변화를 재구축할 수 있습니다.

 

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