顾名思义，就是将视线追踪设备设计安装在人的头部，通过固定的架子或绑带将包括摄像机在内的系统构件固定在头部，以保持设备与人的相对位置不变。穿戴式结构的优点在于摄像机与人眼的距离始终保持相对不变，减轻了后续图像处理工作的难度，最终获得的视线方向数据结果精度较高。这种方法的缺点在于系统安装在人的头部，使用者不能在一种自然无接触状态下使用，对使用者是一种干扰。在穿戴式系统中，摄像机或者近距离正对眼睛，或者靠眼前的镜子将光线反射入摄像机，使用者在视觉过程中总是不由自主地扫视眼前的障碍物，对使用者的视觉过程造成影响。
1.ASLModelH6系列眼动仪[17]
ASL Model H6系列眼动仪是由美国应用科学实验室（Applied Science Laboratories，ASL）研发的头盔式眼动设备。美国ASL公司是国际知名的眼动仪研发厂商，在头戴式光学设备方面拥有丰富的开发经验。通过独立研发或与其他科研机构的广泛合作，H6系列产品采用亮暗瞳技术和瞳孔角膜反射方法，采用红外摄像头捕捉眼球运动并分析眼球运动轨迹和注视时间。
美国ASL公司的H6系列眼动仪分为标准型眼动采集系统和高速型眼动采集系统两种，再根据视觉系统所采用的结构，所形成的系统有单目视觉标准型系统、单目视觉高速型系统和双目视觉高速型系统。标准型眼动系统的采样率为50/60Hz，高速型眼动系统的采样率有120Hz、240Hz、360Hz。H6系列眼动仪的系统分辨率可达到1°，系统的精度均能达到0.5°，眼动捕捉范围为水平方向45°、垂直方向35°。美国ASL公司的眼动系统还可应用于虚拟现实（VR）的头戴显示器（HMD）中。单目标准型和双目高速型眼动系统如图3.1所示。详细参数见表3.1。
图3.1 H6系列眼动系统产品
表3.1 H6系列眼动系统各产品参数
ASL Model H6单目标准型眼动系统是一款在临床医学及实验研究中应用最为广泛的眼动仪。其硬件组成包括6000系列控制单元、光学模块、一个红外摄像头、一个彩色场景摄像头、用来安装光学器件的特制头带和两个9in[1]视觉摄像机显示器。
ASL Model H6的6000系列控制单元结构紧凑，重量仅为1.9kg。光学系统小巧轻便，可以安装在一个可调节的头箍上。其中的单片眼镜可以灵活调节，减少了对眼睛的映像，并能够获得更为完整的图像。红外摄像机用来跟踪用户的眼动情况。彩色场景摄像头既可以安装在头带上又可以安装在固定三角架上，用来对场景进行记录。如果将彩色场景摄像头安装在固定三角架上，则采集的图像比较稳定，且减少了多次试验中繁琐的安装调试。两个9in视觉摄像机显示器分别用来显示眼动追踪结果和场景摄像头捕捉到的图像。佩戴在用户头部的系统，包括特制的头戴、光学模块、红外摄像机和彩色场景摄像机等，总重量约为0.23kg，非常轻便，大大减少了用户的不适感。
ASL Model H6系列眼动系统的软件包括EYEPOSE操作软件和EYENAL数据分析软件。EYEPOSE操作软件允许操作者输入数据对系统进行校准，并可以设定系统的具体操作数据。EYEPOSE操作软件可以对眼动追踪数据进行离线分析，并可以将眼动追踪数据转换为ASCⅡ格式，由6000系列控制单元通过串行端口（RS232）发送至其他计算机进行数据分析。ASL Model H6系列眼动系统的控制单元可以连接到以太网，从而能够进行远端数据分析。ASL Model H6系列眼动系统后续推出了Gaze Tracker软件，该软件具有三大功能：
1）刺激呈现——研究眼睛对静态图片、视频或计算机软件（如网站内容）的反映；
2）信息收集——记录视线追踪鼠标及键盘的全部数据；
3）数据分析及图形化——可以方便地查看数据，并能够输出用户自定义感兴趣区的统计资料和数据。这使得Gaze Tracker软件具有功能强大、简单易用、节约时间、使用灵活等优点。
ASL Model H6系列眼动仪的测量结果以一个光标或十字准星显示，叠加在来自场景摄像头的图像上。这些图像可以存储在录像带或通过采集卡直接存在电脑上。同时，系统还将以专用的文件格式记录测量的数据，包括时间、眼睛位置的x、y轴坐标及瞳孔直径。测量数据还可以直接从H6系列控制单元的RS232串口输出。测量数据还可将眼动数据转换为ASCⅡ码格式或文本格式，以便传输给其他计算机或用于离线电子表格分析。ASL Model H6系列眼动系统可以应用于如下领域：
1）运动分析：如球类、射击、技击等运动过程中运动员的视觉注视分析；
4）应用心理学研究和虚拟现实。
2.ASLMobileEye系统[17]
ASL Mobile Eye也是美国ASL公司生产的眼动追踪系统。ASL Mobile Eye系统的采样频率为25Hz或30Hz，系统精度为0.5°，分辨率为0.1°视角，视觉范围为水平方向50°和垂直方向40°。ASL Mobile Eye系统的眼动追踪光学模块小巧轻便，重量仅为76g，大大减轻了头部佩戴设备对使用者的影响，并且系统的记录设备非常小，在对运动中的使用者进行眼动追踪时可将其佩戴在腰带上。ASL Mobile Eye系统如图3.2所示。
ASL Mobile Eye系统的硬件组成有头戴式光学装置、彩色场景摄像头、DVCR记录仪及拥有奔腾4处理器的台式电脑。其中，头戴式光学装置的重量仅为76g，佩戴时对人的活动没任何影响；彩色场景摄像头用来记录外部场景；DVCR记录仪用来对眼睛图像和场景图像进行存取，可记录时长高达75min；台式电脑为整个系统的控制处理中心。ASL Mobile Eye系统所用的软件为美国ASL公司专门开发的Eye Vision处理软件。
ASL Mobile Eye系统可以将运动的眼睛图像和场景图像交替存储在DVCR记录仪的录像带上，并通过软件进行数据分析，得出使用者眼睛的注视方向。图3.3所示为使用者在运动中佩戴ASL Mobile Eye系统及系统检测出的使用者眼睛的注视方向。
图3.2 ASL Mobile Eye系统
图3.3 运动中使用者佩戴ASL Mobile Eye系统及系统分析结果
ASL Mobile Eye系统的输出数据为ASCⅡ数据文件，包括“X”和“Y”坐标、瞳孔半径及在眼部成像的像素。由于ASL Mobile Eye系统的轻便性，使其在运动中眼动情况的追踪中得到了广泛的应用。
3.EyeLinkⅡ系列[18]
由加拿大SR Research公司生产，该公司目前最高端的产品是EyeLinkⅡ。该系统产品具有头盔式产品的典型特点，对人的动作要求不很严格。EyeLinkⅡ系统包括一个有皮质护垫的头盔，头盔上固定了三个微型摄像机。头盔的重心较低，稳定性好而旋转惯性较小，使得整个系统轻巧便利。使用者在实验中感觉舒适，不易疲劳。系统没有使用反射镜，操作简便。其中，眼部的两个分开的摄像机保证既可以进行双眼追踪，又能够任意选择用户的眼睛而不用像大多数头盔式眼动仪那样进行机械调整。每个摄像机都有嵌入式照明装置，经过数字校正可以满足全视野的照明需求，同时还可以对周围环境的照明条件进行数字校正。这些保证了系统具有捕捉瞳孔的优越能力。
该系统头盔上还整合了一个微型的光学头部追踪摄像机，这种光学镜头有极低的噪声水平，使得计算出的注视位置数据和真正的眼睛位置数据只有微小误差，从而保证这些数据可用来进行眼跳分析。系统应用示例如图3.4所示。
系统还包括可视化实验设计软件Experiment Builder，以及数据回放分析软件Data Viewer。Ex-periment Builder可用于生成各种刺激。软件设计灵活，易学易懂，适用于无编程经验的操作者。主要特点包括：
1）简捷的可视化图形用户界面；
2）刺激呈现多样化——文本、图像、声音或三者的任意组合；
3）可使用实时眼动数据驱动显示画面的切换和事件的触发；(www.daowen.com)
4）支持动态画面显示；
5）支持非Eyelink系统实验设计。
图3.4 EyeLinkⅡ系统应用示例
Data Viewer数据回放系统用于Eyelink眼动数据的观察、滤波和输出。主要特点包括：
1）创建关键时域和任意形状的关注区域用于进一步分析；
2）支持多个画面显示；
3）可根据用户需要来设定要显示的眼动数据成分；
4）在显示画面中，回放注视点轨迹，输出注视、扫视和关注区域报告，并以JPG图像文件格式输出数据画面。
EyeLinkⅡ系统数据采集率最高可达500Hz，凝视点位置误差0.15°，追踪延时小于3ms，眼球跟踪范围可达水平30°、垂直20°，视线追踪范围可达水平20°、垂直18°。该系统既可记录瞳孔运动，也可记录瞳孔-角膜反射点运动。目前，主要应用于心理学、行为学领域。EyeLinkⅡ系统的优点可总结如下：
1）精度高、误差低、实验数据稳定准确；
2）头戴装置轻便，符合人体工程学，使用者可以在多种场合或运动中携带使用；
3）高速场景采集系统、可同步记录实景与眼动数据；
4）可多维度调节，适合不同颅型；
5）参数设置简单，可对扫视、注视和眨眼进行在线分析；
6）操作人员可实时获得反馈信息；
7）适用普通眼镜和隐形眼镜；
8）可用于工效学、交通心理学、网页设计等多方面。
4.iViewXHED系列[19]
iView X HED由德国SensoMotoric Instruments（SMI）公司研发。系统采样频率50～60Hz，特殊应用时可以应用更高的采样率。凝视点位置跟踪误差为0.5°～1.0°，能够跟踪的视线范围分别是水平±30°、垂直±25°。其系统及视频效果示例如图3.5所示。
系统采用红外摄像机捕捉眼睛的运动。iView X HED是一款全新的移动式眼跟踪系统，佩戴者活动时不受任何限制，安装简单、操作效率高。该产品可与轻型耳机和笔记本电脑一起使用，无论在户内还是在户外均可昼夜全天候使用。该产品操作自动化程度高，系统可在几分钟之内设置完毕，具有全自动视线检测功能，可快速获得视线追踪数据，场景视频录制功能可提供广播级品质图像，可与视频分析软件及视线光标、时间戳、试验信息、图标等可自定义视频覆盖数据完美结合。记录的数据和信息包括瞳孔尺寸和辅助设备上的用户信息，用户可以通过网络或与其他系统串行连接的方式对数据记录进行在线传输。
该系统的一个典型应用是驾驶员行为安全研究，尤其是对飞机驾驶员行为的安全监控。应用时，使用者头戴头盔，头盔上装有半反半透镜和红外线摄像头。标准配置头盔为有线连接，也可以选择无线遥测头盔。使用者目光透过眼前的半反半透镜注视物体图像，一部分光线反射到摄像头被记录下来从而确定眼球和瞳孔的位置，计算出眼球的水平和垂直运动的时间、距离、速度及瞳孔直径。另一个摄像头摄取使用者注视的图像，并确定注视位置。摄像机追踪虹膜和瞳孔上的角膜反射对头部相对运动进行补偿。对于每个用户，初始校准需要十几秒钟，校准时用户注视若干个事先设定好的点。使用者头部甚至全身运动时，头部运动传感器测得的数据对注视数据进行修正从而得到精确的注视数据。系统还配置另一台计算机来控制系统的多种功能，如视觉刺激、数据采集等。
5.Polhemus-Visiontrack系列[20]
VisionTrack是由ISCAN公司研发的一款实时的眼部及头部跟踪系统。系统为头戴式，可以完全不受头部移动的影响，且可以对人眼部所观察的资料进行分析。系统如图3.6所示。
图3.5 iView X HED系统（左）及视频效果示例（右）
图3.6 Polhemus-Visiontrack系列系统
该系统的硬件组成包括一台PC、眼部跟踪处理器、自动校准处理器、视频监视器和缆线，以及一些升级选项，如双目系统和VisionTrack无线系统等。
该系统设置和目标校准都十分快速、简单。VisionTrack系统在任何光线条件下几乎都能正常工作。该系统可以适用于多种目标，包括使用者佩戴普通眼镜、太阳镜、隐形眼镜，以及不同的人的眼睑情况。其眼部成像和场景成像部件具有体积小、重量轻的特点，并能保证较高的瞳孔及裸眼数据的精度。该系统具有目标凝视点校准功能，用户可以通过该系统在几分钟之内完成校准工作。全部的数据收集和校准程序均可在操作员的控制台完成。系统软件可以自动计算出检测数据的平均值，最大、最小及标准差值。
VisionTrack允许目标的头部和眼部自由运动，可以同时收集眼睛动作和注视点数据。采用美国Polhemus公司的Fastrak头部运动电磁跟踪系统，用户可以在跟踪眼部动作的同时完成头部动作跟踪。
该系统可提取和记录目标的眼睛图像和裸眼动作，可收集瞳孔和角膜反射位置数据，包括瞳孔直径及各种辅助参数等。数据收集完毕后，用户可以在系统上轻松地对数据进行浏览、打印、导出或者保存。
该系统可应用于驾驶行为评价、人因分析、视觉研究、心理实验和残疾人人机交互等领域。
目前，Polhemus-Visiontrack系列产品主要有Polhemus-Visiontrack Monocular；Polhemus-Visiontrack Binocular及Polhemus-Visiontrack Global System。
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