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電子儀表報告

電子儀表報告. 第 8 組 主題：眼電圖 組員： 18 號 潘仕昇 ﹕ 做 power point 、操作機器 30 號 楊奇勳 ﹕ 整理資料、上臺報告 31 號 蘇思華：列印、尋找資料 43 號 施承余：做 power point 、尋找資料. 目錄. 眼電圖的歷史 利用光源的反射來做追蹤 眼電圖原理 缺點 參考網址. 歷史.

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  1. 電子儀表報告 • 第8組 • 主題：眼電圖 • 組員： • 18號 潘仕昇﹕做power point、操作機器 • 30號 楊奇勳﹕整理資料、上臺報告 • 31號 蘇思華：列印、尋找資料 • 43號 施承余：做power point 、尋找資料

  2. 目錄 • 眼電圖的歷史 • 利用光源的反射來做追蹤 • 眼電圖原理 • 缺點 • 參考網址

  3. 歷史 • 在十九世紀的時候就有眼球運動紀錄的相關實驗，研究者是利用麻醉藥麻醉眼球角膜後，在角膜上放置一小塊玻璃或金屬板，當眼球轉動帶動玻璃或金屬板移動時，會傳輸轉動信號至記錄裝置，如同眼球有一個小鏡子般，以此記錄眼球的運動，但是這種實驗對受測者會有傷害，因此之後的攝影的技術來研究者開始使用減輕實驗者的負擔。二十世紀後，楊格與Sheena等人開始利用眼睛的各種特性來記錄眼球運動的方式，如電的特性、眼睛形狀、光的特性或直接接觸眼球的方式等，時至今日，科學的進步使得追蹤眼球運動的技術更加多元化，但無論所採用的技術為何 ，一個理想的眼球追蹤系統應包含如下的特點[1]：

  4. 1.系統必須能夠提供使用者無障礙的視野。 • 2.系統不與受測者接觸（非接觸式量測）。 • 3.系統（如果需要）必須能夠取得穩定與良好的眼 球或臉部影像。 • 4.系統必須具有高準確度，準確度受限於非線性、扭曲、雜訊與延遲等誤差。 • 5.系統必須具有高解析度以量測微小的眼球運動，解析度受限於設備的雜訊。 • 6.系統必須具有大的動態量測範圍。 • 7.系統必須具有良好的步階響應，即具有良好的增益與小的相角偏移。

  5. 8.系統的響應必須是即時的。 • 9.系統必須能夠計算三維的眼球轉動，而對 眼睛的平移不靈敏。 • 10.系統必須能夠適用於不同的受測者與環 境。

  6. 當然，在各種已經發展出來且為人接受的系統中，皆很難全部包含上述十項特點，例如仍有許多的接觸式系統被廣泛採用，但是非接觸量測仍是我們的目標，因為非接觸式的系統較容易讓受測者接受，也較能避免直接的物理性傷害。目前發展出來的各種系統中，其所採用的原理都可歸納為下列三類：當然，在各種已經發展出來且為人接受的系統中，皆很難全部包含上述十項特點，例如仍有許多的接觸式系統被廣泛採用，但是非接觸量測仍是我們的目標，因為非接觸式的系統較容易讓受測者接受，也較能避免直接的物理性傷害。目前發展出來的各種系統中，其所採用的原理都可歸納為下列三類：

  7. 1.利用光源進入眼球後的反射影像。 • 2.根據眼球周圍皮膚的電位差異。 • 3.應用特殊的接觸式鏡片。 • 其中第一項所採用的技術與人體的接觸最少，第三項的技術則必須完全與眼球直接接觸，接下來的我們將針對此三種技術分別介紹目前國內外的幾套眼球追蹤系統及其所採用的原理。

  8. 原理 • 眼電圖法（Electro Ocular Graph）中文(電視覺圖表)簡寫（EOG）是利用電極的原理來測量眼睛的移動，首先須在眼睛附近上、下、左、右的皮膚上分別貼上四個電極，當眼睛在移動時，電極將產生不同的訊號，我們在依照這些不同的訊號，來判斷眼球運動的情形。由文獻記錄得知，此方法大約可以有效的辨識出3度左右的眼球水平偏轉角度，及5度左右的眼球垂直偏轉角度。

  9. 利用眼球周圍皮膚的電位差異來做追蹤 • 國內的台大電機所和成大電機所都曾應用所謂的眼電圖法(Electro Ocular Graph, EOG)來記錄眼球運動。眼電圖法是在實驗者眼睛的上下左右四周的皮膚上貼附電極，以取出角膜與視網膜間的電壓差，再利用電極間的差動訊號來量測眼球運動。例如，當眼球向右偏轉時，電極間會有一個正的電，壓差，向左偏轉時電極間便會產生一個負的電壓差。如圖，以此電壓差的大小即可判斷眼球上下、左右轉動的角度。

  10. 眼球左右偏轉時電極間所產生之 正負電壓差

  11. 當光源進入眼球時，因為眼球各組織的折射率不同，所以反射出來的影像也會不同，光源在角膜前後方與水晶體前後方所反射出來的四組影像稱為Purkinje-images（普爾金耶-影像），如圖1.1所示[1]。當光源進入眼球時，因為眼球各組織的折射率不同，所以反射出來的影像也會不同，光源在角膜前後方與水晶體前後方所反射出來的四組影像稱為Purkinje-images（普爾金耶-影像），如圖1.1所示[1]。

  12. Purkinje-images（普爾金耶-影像）

  13. 第一組Purkinje-image是光源反射在角膜前方與空氣接觸之表面；第四組Purkinje-image是反射於水晶體與眼球內部的表面；其他第二與第三組Purkinje-image因為反射量太小，通常不易觀測到。美國伊利諾大學的Amnesia（健忘症）實驗室所研發的 “Dual Purkinje Image Eye tracker”（雙倍的普爾金耶-影像眼睛追蹤系統），便是利用第一及第四個Purkinje-image來偵測眼球運動的方向。此量測方法的特點是相當精確，不過量測purkinje-images的設備價格相當昂貴，因此無法被普遍的採用。

  14. 若系統採用紅外線或是近紅外線之光源來照射眼部時，則因為瞳孔對紅外線的反射性低，而虹彩對紅外線的反射性較高，會造成影像中瞳孔與虹彩的亮度差異變大，而虹彩與眼白之間的亮度差異變小。此與一般白色光源不同的特點，可使我們較易取出瞳孔的輪廓外圍。這種利用檢測瞳孔位置來判斷視線方向之追蹤技術稱為瞳位追蹤（Pupil Tracking）。

  15. 由於虹彩內圍（即瞳孔輪廓）較虹彩外圍來的清晰明確，且較不易被眼瞼遮蔽到，因此瞳位追蹤相較於異色邊界追蹤有較高的解析度。由於虹彩內圍（即瞳孔輪廓）較虹彩外圍來的清晰明確，且較不易被眼瞼遮蔽到，因此瞳位追蹤相較於異色邊界追蹤有較高的解析度。 • 　 瞳孔中心角膜反光點法

  16. 此外，台大電機所也利用所謂的眼動圖法(Infrared Oculography, IROG) ，開發了一套「紅外線眼動滑鼠」。IROG是將一排紅外線光源LED及紅外線接收器架構在鏡架上，然後以固定角度照射在虹膜四周。由於紅外線在瞳孔與虹彩的反射效果低，而在鞏膜的部份幾乎會完全反射，因此利用紅外線光源在眼角膜邊緣的反射差異，紅外線光接收器會將反射出之紅外線光轉換成電流訊號，經差動放大上下及左右信號之後，便可藉此信號的大小來判斷眼球轉動之角度。此種視向檢測技術的優點是容易使用且便宜，其缺點是容易受到背景光的影響，且近距離使用紅外線對眼睛的傷害難以評估。

  17. 紅外線光源在眼角膜邊緣的反射差異

  18. 眼電圖法(EOG)是眾多量測眼球運動方法中的一種，它採用貼皮膚電極，量測眼球的前後極性的電位原理。眼電圖法(EOG)是眾多量測眼球運動方法中的一種，它採用貼皮膚電極，量測眼球的前後極性的電位原理。

  19. 缺點 • 但是此法必須將電極貼在皮膚上，由於皮膚電阻會因為使用中皮膚角質的不斷分泌而逐漸改變，造成電訊號的不穩定。且不適合長期的配帶使用。

  20. 參考網址 • http://www.xqhospital.com.cn/edu/edu0702.asp?filename=043/04302059.htm • http://cslin.auto.fcu.edu.tw/eyetrack/paper2/2-13.htm

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