眼睛视网膜的结构清晰地表现出了高分辨率视网膜中央凹的有限视野。本图是一个十分有趣的关于中心凹视觉和周围视网膜视觉区别的例子。注意中央凹和周围视网膜视觉的奇妙的不同，在图中，图像的一个有凹的角落，不用移动你的眼睛，将你的注意力转到图像的另一个角落。有趣的是，你会感觉中央凹区域的线交叉处的白色点，但在周围视网膜区交叉处却显示为黑色点。

眼睛是心灵的窗户，眼睛运动规律的研究提供了一条极为有用的途径，让人类透视自己的“思维”。事实上，这可能是当前科技允许的条件下，探知人类注意力最为直观的一条线索。正因为如此，眼动跟踪这个神奇的研究方向，吸引了一大批各学科领域的探索者。此类研究最早的记录见于十八世纪八十年代。但直到二十世纪三十年代，由于第一台非侵入式眼动仪的发明，眼动跟踪及其应用的研究才开始普及。近年来，随着光电子技术、计算机技术、生物医学工程和图像处理技术等的飞速发展，眼动跟踪的应用领域，也从早期对于人类心理活动的研究，飞速拓展到医学、工业工程、军事、教育、体育等众多领域，成为当前各科技强国投入巨资的研究热点，展现出如火如荼的发展趋势。

美国克莱姆森大学Andrew T. Duchowski教授的《眼动跟踪技术：原理与应用》，是最早全面、系统论述眼动跟踪原理与应用的专著，至今已是第二版。由于源于为大学高年级学生和研究生编写的讲义，并经过教学和学生学习实践的考验发展而成书，因此，该书内容丰富、特色鲜明、图文并茂、概念清楚，是相关人员进入眼动跟踪领域的一本必读书。

眼动跟踪的新发展

（第二版前言）

自第一版出版后，眼动跟踪领域在短短的几年里取得了一些重要的进步。更为重要的是，眼动跟踪技术有了显著地改善。由于计算机处理器速度的增加和计算机视觉技术的改进，眼动跟踪制造商已经开发出了如下所列的第四代设备。

1 第一代：埋置式眼动测量技术，如巩膜接触镜/测定线圈、眼电图法；

2 第二代：图像和视频眼动图法；

3 第三代：基于模拟视频并结合瞳孔/角膜反射的眼动测量法；

4 第四代：基于数字视频并结合瞳孔/角膜反射的眼动测量法，此类方法的实现基于计算机视觉技术和数字信号处理器（DSPs）。

通常情况下，最理想的眼动跟踪输出类型（例如，人机交互可用性研究）是对观察者注视点（Point Of Regard, POR）投影的估计，即用户视线在计算机显示器上的（x，y）坐标。第一代和第二代眼动仪一般不提供这种类型的数据。（对于第二代系统，眼动分析依赖于人对图像或视频帧离线的、一帧一帧地肉眼观察，因此，很难轻易地完成POR的计算）。基于视频瞳孔/角膜反射原理实现的眼动仪在经过标定之后，很容易提供POR坐标，这已成为当代眼动仪基本功能。由于快速模拟数字视频处理器的使用，第三代眼跟踪仪能够提供实时完成POR计算。近年上市的第四代眼动仪使用了数字光学器件，由于使用了集成的数字信号处理器（DSPs），眼动跟踪技术在降低成本的同时，其易用性、精确性和处理速度获得了显著地提高。

下表通过对新旧设备功能的简单对比，说明了眼动跟踪的技术现状。对于初读本书和不了解眼动跟踪设备的读者，可以暂时跳过表中的对比，阅读并思考后面表中列出的新旧眼动仪的使用方法。

眼动仪功能比较

眼动仪使用过程比较

不同光学器件（相机）的使用导致了新旧眼动系统使用上的差异。新式系统趋向于使用自动聚焦数字相机，例如，将相机嵌入平板显示器中。将相机嵌入到平板显示器中在一定程度上限制了用户使用仪器时的位置，但是这个位置一般会被设置在一个对用户而言舒适的范围内（例如，50至60厘米焦距位置）。与旧式系统不同，只要用户坐在这个范围内，就不再需要下巴托和进一步的参数调整。与此相反，旧式系统需要使用平移/倾斜装置去定位相机，相机必须手动聚焦和缩放镜头，此外还要给软件设置适当的瞳孔和角膜反射检测阈值。而新式系统不需要这些烦琐的操作。

新式系统一个最重要的特点是开发者可以自己完成标定，这对开发应用程序而言，尤其重要。相应地，当开发者采用旧式系统测试一个新功能时，他或她必须招募一个非常有耐心的实验对象进行测试。这是很大的问题。新式系统的标定技术相对于旧式（第三代）有了长足的进步，因而显著加快了程序和应用技术的开发速度。

本书第一版是基于第三代眼动技术撰写的，第三代眼动仪曾广泛应用于大部分的眼动跟踪研究。新式系统的出现促成了第二版的写作。因此，第二版填补了一些第一版缺少的重要内容，包括：

1 基于客户/服务器模式的眼动跟踪客户端应用程序开发；

2 客户端控制的显示、校准和数据采集；

3 新的编程实例。

除了更新客户端编程的技术说明，第二版还包括了第一版所没有的眼动仪使用的方法论概述，指的是为进行眼动跟踪研究所需要的实验设计方法。第二版简要综述了实验设计方法，提供了一些将眼动度量指标用于研究（例如，可用性）的指导方针，并提供了研究案例。

最后，第二版书扩充了第三部分“眼动跟踪应用”的内容。由于新技术的驱动而涌现了大量新兴的、令人兴奋的眼动跟踪研究工作。事实上，从眼动跟踪和眼动的研究报告中已可窥见令人振奋的转变。因此，本书的作者们将描述的重点放在由用户注视点和注意力所呈现的客观证据所支撑的科学成果上，而不是眼动仪令人兴奋的技术进步以及获取眼动数据的技术内幕上。眼动跟踪似乎最终进入了主流科学研究领域，眼动仪不再是稀罕物而是一种工具。希望第二版能够激励读者进行简单的眼动跟踪应用（由于第四代眼动仪的使用，这已经很容易了），并在新的眼动应用和科学探索道路上继续前行。

Andrew T. Duchowski

2006年4月于美国南卡罗来纳州克莱姆森大学

本文由刘四旦摘编自（美）Andrew T. Duchowski著、赵歆波等译《眼动跟踪技术：原理与应用（原书第2版） 》一书。这是一本全面论述眼动跟踪原理与应用的专著。眼动跟踪技术近年来取得了飞速发展，技术创新层出不穷，应用领域日新月异。为此，作者在前一版的基础上，修订而成此书。全书共四部分，用20章的篇幅全面、系统地阐述了眼动的生理心理机制、眼动跟踪系统开发原理、眼动跟踪方法论以及典型眼动跟踪应用。本书特色鲜明，内容新颖，图文并茂，理论和实用性强，是一本不可多得的有关眼动跟踪的专著。

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