利用眼动仪识别行人的关键视觉任务

本文研究了行人的关键视觉任务，这是住宅道路照明设计指南的第一步。眼动仪用于记录白天和黑夜户外散步时行人的视觉注视，同时执行双重任务以更好地了解哪些为重要注视。关键注视通过对次要任务缓慢反应表现出来。其中，路径和行人是最常关注的类别，人们更常观察远处的行人，而关注近处的路径。与白天相比，天黑后，道路更常被关注，而其他行人关注较少。

研究背景 

英国颁布的BSEN13201-2:2003给出了道路推荐照度，然而这些推荐照度是基于经验和国家惯例。如果没有适当道路照明，我们可能无法为行人提供足够光线来执行基本的视觉任务，或者我们可能会提供过多的光线并浪费能源。因此需要对推荐照度进行重新审视。

研究问题

研究现状

迄今为止，大多数眼动追踪研究都是在受控实验室环境中进行。即使有实验在实际环境中进行，也少有研究比较白天和晚上视觉关注变化，眼球运动与注意力之间联系并不清楚。

本文使用眼动仪记录白天和黑夜行人的视觉关注，同时进行听觉响应任务，在反应时间增加时对眼动仪的输出进行分析，从而确定行人的关键视觉关注点。

实验步骤如下：

1. 实验人员

40名（经检测听力、视力或矫正视力均正常），有效实验人数28名。

2. 实验设备

眼动仪（iView X HED）、视线跟踪头盔、笔记本电脑、Arduino微控制器（连接微型扬声器和响应按键）

图1：iView X HED移动眼动系统（左)和录制视频的屏幕截图(右)，白色光标显示当前的注视位置

3. 实验时间

白天08:00至16:00；夜晚：17:00至20:00

4. 实验地点

围绕谢菲尔德大学的一段路，短路有A、B、C和D四部分组成，每部分路况不同。

图2：路线部分照片。（从左上方顺时针方向分别为 A、B、C、D)

表1 路况描述

5.实验程序

被试分别在白天和晚上佩戴眼动仪走一段短路，并在每次听觉刺激后（1-3秒内随机出现）按下按钮来执行双重任务。

（1） 实验开始前：

a被试练习对听觉刺激反应，适应双重任务；

b完成眼球跟踪校准程序；

c阅读任务说明（旨在减少跑神），

（2） 实验中：

a开始时，被试将响应按键握在头盔上的摄像头前面，并按五下，以便提供一个开始时间点；

b路线每部分的开头，均为被试描述该部分路线，并提供路线示意图。

（3） 试验后：

研究人员通过检查视频记录，确定关注对象，并进行分类；与被试关于他们目光移动的进行访谈；排除无效实验

6.关注类别

创建了八种注视对象类别，和“未知”组，共九组。（由于眼动仪质量差而无法确定注视物体或注视位置不在屏幕上）。

表2 重要观察的分类描述

1. 反应时间

所有听觉刺激反应时间均被记录，在白天和夜晚的总平均反应时间MRT为347毫秒，（方差为83ms)，没有明显不同， t检验已证实（t（38）=-0.015，p>0.05和t（38）=0.126，p>0.05）。METs在路线的四个部分上有所不同，已通过方差分析（F（3，117）=6.74，p=0.001）证实，C部分的MRT（323 ms）显著短于A和D部分（两个部分均为349 ms），但与B部分没有区别（340 ms）。

2. 重要观察

图1a

图1b

图1a) 白天和夜晚试验，每个观察类别中的重要观察的中位数频率

图1b) 白天和夜晚试验中，每个类别中重要观察的中位数比例

（注意：误差线显示四分位间距）

图1b)显示了其余28位参与者（在白天和晚上的试验中）在每个类别中的重要观察的中值比例。其中，路径和人的观察比例较高，而大型对象类别较低。与图1a)相比，一个显著变化是人员类别显示出更高的重要性。

图2 白天和夜晚试验中每个类别关键观察结果比例

由图2可以看出,天黑后比白天注视路径的比例大，人的比例小, Wilcoxon检验表明人和路径类别白天和黑夜后的差异分别在p=0.034和p=0.067的水平上显著，这表明差异很大,对于其他六个类别，差异并不显著（p值为0.143至0.849）。

图3 白天和夜晚条件下每个类别中观察值中位数（注意：误差线显示四分位间距）

比较A，B和D部分中每个类别的重要观察比例， C部分被排除（重要观察数量很少），如图4所示，与A和B部分相比，D部分在路径上观察比例较高；A部分在“绊倒危险”类别中观察比例要低。B部分在“目标”类别中观察到的比例要低。

3.路径和人–按距离分析（按距离分组比较）

在参与者4 m以内注视的物品被判定为附近的物品。绊倒危险类别包括在路径类别中。

图4 在白天和黑暗条件下，“人”，“路径”和其他类别关键观察值中位数比例，按近距离和远距离分组 （注意：误差线显示四分位间距）

与远处的路况相比，观察近距离路况的比例更高。与近距离的路人相比，人们倾向于观察远距离的行人；与夜晚相比，白天观察远处行人的比例更高（白天中位数为13.2％，夜晚中位数为5.6％，T=9.5，p=0.006）。其他近和远类别的白天和黑夜之间的比较没有统计学意义。

本文的目的是确定行人在天黑后行走时的关键视觉任务，从而可以评估照明特性（例如照度和光谱）如何影响这些任务。结果表明，路径和其他行人是更经常被关注的对象，倾向于观察远距离的其他行人，而注视近距离的路径。天黑后，目光注视在别人身上的频率要低于白天，这可能是因为作为行人数量较少。对于路径，天黑后的观察频率要比白天高，这可能意味着天黑后识别路面不平整的需求增加。

在当前的研究中，选择了不同的路径部分，结果表明各测试路线之间存在显着差异。例如，A区地形相对平坦，有大量行人，结果表明，与路径相比，对人的观察比例更高，而对道路的观察比例明显变低。这些路段之间的差异表明，如果行人走在具有变化的环境特征的道路上，他们的关键视觉任务可能会发生变化。

照明设计必须考虑人和路径的可见性，这一点很重要。对于路径，倾向于观察近距离路况（小于约4m）；对于人，则倾向于观察远处的行人身上。