眼动追踪是帮助我们理解人类行为及其背后思维过程的一项关键技术。无论在科研还是商业领域，它的应用都有无限可能。

总的来说，眼动与视线追踪技术带来了宝贵的洞察和机遇。为了理清它的复杂性，我们来探讨几个基本问题：什么是眼动追踪？它是如何工作的？又有哪些应用？

什么是眼动追踪？

眼动追踪借助多种技术手段，实现对眼球运动、眼睛位置和注视点的测量。换句话说，眼动追踪从位置、对象和持续时间等方面识别和监测一个人的视觉注意力。

提到眼动追踪技术，人们通常会联想到：

测量眨眼模式
识别受试者忽略/没有看的内容
评估受到视觉/情绪刺激时的瞳孔反应
促进人机交互和机器学习。

眼动追踪与视线追踪基础知识

眼动追踪技术建立在这样一个前提之上：

人类通过眼神交流进行沟通。把这一特质赋予计算机，它们就能以更像人类的方式运作。点击发推

为此，心理学家详细研究了眼睛的生理结构和解剖结构，以及与视觉系统相关的认知活动。

解剖学层面

大脑通过视网膜中的感光细胞处理图像。这些视杆细胞和视锥细胞检测通过瞳孔进入的光线，并把视觉数据传送给大脑。

视网膜中视锥细胞的数量远少于视杆细胞，但正是视锥细胞让人类能够以高分辨率、全彩色看清事物。

来源：Blausen.com staff (2014). “Medical gallery of Blausen Medical 2014”. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

视锥细胞位于中央凹，即视野的中心。中央凹是眼睛中视觉敏锐度最高的区域，但面积非常小。中央凹视觉以外是周边区域，那里的清晰度会显著下降。

因此，为了处理感兴趣的细节视觉信息，眼睛必须移动。

正是中央视觉高分辨率、周边视觉低分辨率的这种折中，让眼动追踪技术成为可能。

眼球运动

眼睛会进行多种运动，例如辐辏运动或旋转运动。不过，通过眼动追踪测量的最主要的运动是注视、扫视和平滑追踪。

注视发生在眼睛停下来收集视觉数据时。虽然每次注视的时长差异很大，但注视时间越长，处理的视觉信息就越多。

扫视是在静态环境中，眼睛在两次注视之间进行的快速“跳跃”。眼睛从一个感兴趣的物体移到另一个，目的是获取新的高分辨率视觉数据。

由于扫视速度极快，视觉在此期间会受到抑制。因此，在视线追踪中，扫视不如注视重要。不过，它们确实能揭示注视轨迹和视觉注意力的相关信息。

平滑追踪是在注视并跟随一个运动物体时发生的眼球运动。由于在平滑追踪过程中仍可以摄取视觉信息，这种运动对眼动追踪也很重要。

瞳孔大小

此外，基于视频的视线追踪还可以测量和分析瞳孔大小。要获得准确的瞳孔追踪数据，需要严格控制环境。

在合适的测试条件下，可以观察和监测到以下因素引起的瞳孔放大：

强烈的情绪刺激
高度集中的注意力
光照
工作记忆负荷

视觉注意力

最重要的是，视觉眼动追踪有助于研究视觉注意力。

由于图像处理资源有限，大脑会根据以下因素有选择地挑选相关的视觉信息：

兴趣：有意识或无意识地决定去看某个物体
环境：通过周边视觉察觉到的元素

在学术界，对视觉注意力的研究有助于理解注意力机制的整体原理，揭示执行特定任务时发生的认知加工过程。

出于同样的原因，眼动追踪和注意力分析在商业领域同样具有重要价值。

眼动追踪用于定性研究还是定量研究？

就研究方法而言，眼动追踪既可用于定性研究，也可用于定量研究。

定性研究	定量研究
✓ 行为解读	✓ 因变量
✓ 可用性（UX/UI）	✓ A/B 测试
✓ 回顾性访谈	✓ 刺激测量

标准眼动追踪与 3D 眼动追踪

标准眼动追踪面临一系列局限，而面向深度传感器的 3D 眼动追踪通过以下方式解决了这些难题：

大范围追踪
多人追踪
3D 视线
无需校准
纯软件方案（如果眼动追踪设备集成了 3D 摄像头）

截至本文撰写时，Eyeware 是少数公开提供面向 3D 摄像头的商用眼动追踪解决方案的公司之一。

Eyeware 的实时 3D 视线编码软件 GazeSense 让你轻松获取定量和定性的眼动追踪数据。在这里了解它如何助力你的商业、工业或科研工作：gazesense.com。

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眼动追踪是如何工作的？

眼动追踪通过非侵入的方式跟踪眼睛的位置和运动。一个不可见的近红外或红外光源照亮瞳孔，从而在角膜上产生反射。随后，红外摄像头记录下这一反射，确定瞳孔中心，推算眼球转动，并确定视线方向。

就 PCCR 眼动追踪而言，瞳孔中心角膜反射（PCCR）是眼动追踪所用主要方法的正式名称，该方法通过光学方式监测瞳孔和角膜反射。

眼睛位置、注视点和眼球运动，都是通过先进的数学算法计算得出的。

之后，记录下来的信息会成为原始数据，再由眼动追踪软件进行处理。

眼动仪如何进行校准

为了实现眼动追踪的精度和准确度，需要考虑光轴与视轴之间的偏差。光轴可以直观测量，但中央凹的位置会偏离几度。

来源：Dorland’s Medical Dictionary for Health Consumers. (2007).

这就需要进行修正（校准），以确保瞳孔位置与视线位置一致。

在开始实验之前，系统会通过监测一个或多个预设点对应的瞳孔位置进行校准。

数据

计算出注视点后，原始数据会以 XY 坐标的形式呈现。XY 坐标表示参与者正在看屏幕上的哪个位置。随后，视线追踪会按照其帧率输出坐标。

通常会使用软件工具进行眼动追踪和数据处理，即识别注视和扫视。注视通常显示为圆点，大小与持续时间相对应；扫视则是连接这些注视点的线条。

在生成可视化结果之前，以下操作有助于清理原始数据：

降低噪声密度
提高精度
应用眼动分类算法

眼动追踪数据分析的指标与可视化

从静态到动态呈现，眼动追踪和视线追踪会使用多种指标和可视化方式来检查收集到的数据。

注视

注视与扫视共同构成扫描路径，即受试者眼睛移动的路径。此外，眼动追踪还可以测量：

首次注视时间（TTFF）：从刺激出现到在兴趣区域（AOI）内产生注视之间的时间，可以反映视觉注意力。
首次注视时长：首次注视的总时长
注视次数：在一个 AOI 内发生了多少次注视
平均注视时长：平均注视时长越长，说明该 AOI 对受试者越有吸引力
注视序列：由注视位置和注视时间组成

注视点与视线轨迹图

注视点显示受试者正在看哪里，而视线轨迹图则有助于将扫描路径可视化。视线路径图按时间顺序描绘注视和扫视的发生过程。

汇总视线轨迹图用于评估多名受试者的扫描路径，最终识别出行为模式。

兴趣区域（AOI）

为了评估不同的注视指标，会使用兴趣区域（AOI）来选定场景中的特定区域。

为了划定范围，会在图像上围绕选定用于比较的元素绘制 AOI。

比例：注视过某个 AOI 的参与者人数
停留时间：观看某个 AOI 所花的时间，即观察时长
观察次数：参与者重新回看某个 AOI 的次数

热力图

作为一种可视化工具，热力图展示注视和注视点的分布情况。绿色、黄色和红色用于显示 AOI 特定部分的注视点密度。

眼动追踪热力图的原理是：某个区域内的注视越多，该区域的颜色就越红。

焦点图/透明度图

透明度图又称焦点图，它显示的信息与热力图相同，只是呈现方式不同。

焦点图/透明度图不会覆盖获得最多视觉关注的区域，而是将它们清晰地突出显示；相应地，注视最少的区域则会变暗。

度量单位

眼动追踪的标准度量单位是注视点：

1 个注视点 = 1 个原始眼动追踪样本

例如：60 Hz 采样率 = 每秒 60 个独立注视点（每 16.7 毫秒 1 个注视点）

消费级眼动追踪设备的采样率在 30 至 60 Hz 之间。科研专用设备的追踪频率约为 120 Hz 至 1000 Hz（有些甚至高达 2000 Hz 左右）。

眼球运动的平均速度和频率如下：

注视
- 从 100 毫秒到 600 多毫秒
- 通常时长：100-300 毫秒
- 典型频率：约 3 Hz

扫视
- 从 20 毫秒到 120 毫秒
- 通常时长：20-40 毫秒
- 最高可达每秒 600-700 度
- 典型频率：每秒 4 次，约 4 Hz

平滑追踪：最高每秒 30 度

硬件与软件：视线追踪工具

眼动追踪和视线追踪需要一台捕捉信息的设备，以及一套追踪和处理信息的系统，即硬件和软件。

什么是眼动追踪软件？

虽然各品牌的功能不尽相同，但在标准眼动追踪流程中，通常需要使用两类软件：

用于采集和记录数据的软件
用于处理和分析数据的软件

此外，根据开发商的不同，以下情况可能需要专用软件：

不同类型的眼动仪（例如眼镜式与屏幕式）
特定型号的眼动仪
不同的刺激类型（例如静态与动态）

不过，市面上也有多种同时支持数据采集和分析的集成软件方案。

无论选择哪款软件，都需要考虑以下关键特性：

准确度
校准时间
最佳距离
延迟
采样率
追踪角度
头部运动范围
恢复时间

无需眼镜的眼动追踪：Eyeware 的 3D 视线追踪如何工作？

Eyeware 提供的先进眼动追踪软件方案，利用深度感知摄像头简化 3D 空间中的人机交互。

GazeSense 可以标注 3D 目标物体，并实时输出数据，支持多人同步研究，从而提供关于注意力、意图、兴趣和投入度的信息。

这款屡获殊荣的软件无需眼镜或其他可穿戴追踪设备，可与多种搭载深度传感技术的消费级和定制设备配合使用。从智能手机到开发套件、笔记本电脑或游戏外设，GazeSense 兼容双目立体、结构光和 ToF 摄像头，以及定制的 3D 传感器。

这款 3D 视线追踪软件可应用于汽车、机器人、消费电子设备、游戏、零售和广告等众多领域。

想了解 GazeSense 如何通过多模态人机交互助力你的商业或学术工作，请联系我们的客户成功专员。

硬件：什么是眼动仪？

从根本上说，标准的 2D 眼动追踪需要一台测量眼部活动的设备，即眼动仪。

如今，眼动仪分为远程式（屏幕式）和移动/可穿戴式（头戴设备，如眼镜或虚拟现实头显）。

远程式：屏幕式设备

在受控环境中远距离追踪眼部活动时，通常使用屏幕式设备。

参与者坐在电脑显示器或笔记本电脑前，屏幕下方或附近装有面板或独立设备。随后，向参与者呈现照片、网站、视频或游戏等多媒体刺激，以触发、记录和分析眼球运动。

总的来说，屏幕式眼动仪在静态测试环境中收集高质量的眼部相关信息，为开发者或研究人员提供视觉注意力洞察。

移动式：眼动追踪眼镜与 VR 头显

可穿戴眼动追踪设备适合在真实场景中开展行为研究。它们突破了固定式眼动仪“头部活动范围”的限制，允许受试者自由移动。

头戴式眼动仪可以近距离测量眼球运动。不过，在某些测试条件下，例如参与者进行体育运动时，眼镜式等移动追踪设备可能会变得不稳定。

在 VR 应用中，眼动追踪可以让受试者只需看着某个虚拟按钮就能控制功能。

带视线追踪功能的 VR 头显可用于：

工业领域的专业培训
互动娱乐
零售业的视觉注意力测试等。

总而言之，如果实验需要参与者在自然、动态的环境中做出反应，可穿戴眼动仪设备是最佳方案。

眼动追踪与头部追踪

眼动追踪与头部追踪的区别很简单。

两者都涉及监测位置和运动，但前者只追踪眼睛，后者只记录头部活动。

将两项技术结合起来，可以提供更有价值的数据，并在游戏等应用中带来丰富的用户体验。

研究与应用：眼动追踪在真实场景中如何发挥作用？

从技术上讲，几乎任何包含视觉元素的场景都能从眼动追踪和视线追踪中受益。点击发推

到目前为止，这项技术已经推动认知科学、神经营销、AI、工作场所安全以及许多其他研究和商业领域取得了巨大进步。

眼动追踪的应用领域：它被用来做什么？

正如预测的那样，眼动追踪已经彻底改变了人与设备之间的交流方式。

不过，我们仍需继续发展眼动追踪技术，让每一台标准消费级设备都能配备它。在此之前，它将继续帮助学者、开发者和广告主获得对人类有意识和潜意识行为的深入洞察。

科研

如前所述，眼动追踪对定性和定量研究都有重要贡献。在学术环境中，这项技术可用作以下研究的工具：

视觉行为研究
注意力机制评估
视觉刺激反应测量
学习模式洞察
群体行为比较

汽车

眼动追踪在汽车行业的安全领域发挥着重要作用。这项技术可以帮助检测驾驶员是否困倦或分心，帮助预防车祸。

借助 3D 眼动追踪，驾驶员可以通过视线辅助交互得到监测和协助。点击发推

将这项技术融入智能仪表盘后，增强现实 HUD 和虚拟副驾驶等功能将成为驾驶体验的核心部分。

心理学

在心理学领域，视线追踪让研究认知过程成为可能，例如记忆、问题解决、语言、决策、感知以及整体的注意力。

神经科学利用眼动追踪研究和早期发现帕金森病、精神分裂症、阿尔茨海默病或自闭症等疾病。例如，这项技术已经帮助研究人员证明了患有自闭症谱系障碍（ASD）的成年人对复杂情绪的识别和理解。

神经营销与广告

由于眼动追踪技术有助于研究视觉注意力，它已成为神经营销人员和广告主更广泛使用的实用工具。

在线上和线下应用中，视线追踪都有助于确定顾客天然最感兴趣的是什么，以及他们可能完全忽略的是什么。

此外，神经营销人员现在还使用眼动追踪和面部编码，测量人们在接触多媒体刺激时的情绪。

电子游戏与娱乐

注视点渲染、沉浸式图形和扩展视线控制，都是借助眼动追踪实现的游戏行业前沿功能。

用户可以通过视线探索游戏环境，只需看着游戏中的各种元素就能与之互动。

同样，多年来，人们已经能够基于相同的原理控制电视。

无障碍辅助

借助眼动追踪，残障人士可以控制电脑和移动设备，甚至创作数字艺术。无法行动或说话的人，可以通过眼球运动与机器交流。

这项技术大大提升了无障碍水平，让残障用户能够完成各种与电脑相关的任务。

零售

零售从业者也可以利用眼动追踪生成货架注意力分析。换句话说，视线追踪技术能够提供关于购物者行为和购买决策过程的洞察。点击发推

由此，零售商可以在陈列、门店和包装设计以及布局和分布方面做出显著改进。

眼动追踪有哪些优缺点？

毫无疑问，眼动追踪技术的优势非常多。

优势

推动 AI、社会科学和医疗健康等领域的进步
为行动不便的人士提供辅助技术
改进用户界面和用户体验
助力提升危险工作环境中的安全
获得高质量的市场调研结论
与更多生物传感器结合使用时，可以深入洞察人的身心，例如：
- FEA（面部表情分析）
- ECG（心电图）
- EEG（脑电图）
- EDA（皮肤电活动）
- EMG（肌电图）

由于眼动追踪仍是一项不断发展的技术，还有许多挑战有待解决。

难点

霍桑效应：人在知道自己被观察时会改变行为（例如在测试环境中开展的研究）
解读（例如，注视次数的多少可能因情境不同而得出不同结论）
眯眼：当参与者眯眼时，瞳孔中心角膜反射（PCCR）方法会失效
视线控制界面中的“点石成金”（Midas touch）问题：用户无意中触发了不想要的操作
标准眼动追踪的校准仍有待简化

最佳实践与伦理

开展眼动追踪研究和实验需要一个学习过程。

以下是需要事先了解的部分流程和伦理考量：

告知每位参与者实验的目的、流程、潜在风险（如有）和收益
确保每位参与者都完全同意参与研究
准备有效的测试环境：光线均衡、排除干扰、调试眼动追踪设备
培训参与者熟悉眼动追踪设备和流程

眼动追踪值得探索吗？

当然值得。

自诞生以来，眼动追踪技术已经为无数领域的巨大进步铺平了道路。

视线追踪行业预计将在未来几年持续增长，帮助：

研发工程师利用前沿技术找到解决现实问题的方案
创新领导者实施富有创意的先进解决方案
开发者构建更高效的系统，应对当前和即将到来的挑战
营销人员制作概念验证（POC），提升消费者体验
教授和研究人员开拓新领域，为创造更美好的世界铺平道路
神经科学家对严重的认知障碍获得前所未有的洞察
学生为发展未来的技术贡献力量

准备好试一试了吗？我们的 AI 驱动网络摄像头应用提供生产力和隐私保护功能。安心试用 Beam Eye Tracker。