汪 亮

（吉林大學(xué) 珠海學(xué)院公共基礎(chǔ)課教學(xué)與研究中心，廣東 珠海519041）

0 引言

視覺系統(tǒng)是人類最重要的感官系統(tǒng),來自外界的大部分信息是通過視覺系統(tǒng)獲得的，而眼睛的運動是一種研究視覺系統(tǒng)信息處理機(jī)制的重要手段，所以眼動研究越來越多地受到人們的關(guān)注，其研究成果也被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域。本文對眼動的主要類型和功能做一簡單的介紹， 并探討了眼動在視覺認(rèn)知研究中的重要作用，期望將來的研究中能更深入的理解眼動的機(jī)制，并能夠更多的應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中去。

1 眼動的類型和作用

在視覺觀察中， 將眼睛的中央凹對準(zhǔn)目標(biāo)刺激物的過程稱為注視,通過注視可以把視覺映像固定在視網(wǎng)膜的中央凹上，這是人類視覺最敏感的區(qū)域，因而可以在此獲得最清晰、最穩(wěn)定的視覺映像，大部分的視覺信息需要在眼睛注視下才能獲得加工。 在注視靜止目標(biāo)時,眼睛并非是完全靜止的，眼球仍存在三種微小的運動：Adler&Fliegelman(1934 年)發(fā)現(xiàn)的眼球自發(fā)的高頻率、低振幅的視軸震顫運動（Tremor），其頻率約為幾十赫茲，振幅大約和中央凹的錐體直徑相當(dāng)；Dodge(1907 年)發(fā)現(xiàn)的不規(guī)則的、 緩慢的視軸漂移運動(Drift) 和微小的、 快速的直線眼跳運動(Microsaccades)，慢漂移運動(Drift)使得注視的目標(biāo)逐漸離開中央凹的中心，而微跳動(Microsaccades)可以糾正這個偏差，以保持正確的注視狀態(tài)。

眼球的微幅運動，不僅沒有讓人在注視物體時視覺模糊，相反人的視知覺根本離不開眼睛的運動，Pritchard 用實驗證明當(dāng)視網(wǎng)膜上的映像用光學(xué)方法固定下來時，視覺映像會在數(shù)秒鐘后逐漸消退。 因而眼動的部分功能似乎是不斷清除視網(wǎng)膜光感受器上的像，這樣光感受器不會因適應(yīng)而停止發(fā)放，大腦始終可以獲得視覺映像的輸入信號。當(dāng)眼睛注視點從一個目標(biāo)快速移動到另一個目標(biāo)時，眼球會發(fā)生跳視運動，這是眼睛通過跳躍運動來增強(qiáng)視覺系統(tǒng)的快速跟蹤能力，使得眼睛在觀察目標(biāo)的方位發(fā)生突然變化時，也能夠讓視覺目標(biāo)落在視網(wǎng)膜上的中央凹附近。跳視是一種眼球聯(lián)合運動(即雙眼同時移動)，其大小約為1 到40 度角， 持續(xù)時間約30—120ms， 最高跳視速度可達(dá)400～600°/s。 跳視時視覺感知會被抑制，稱為跳視抑制。

人在觀察慢速移動物體時，為使移動目標(biāo)的映像保持在視覺中央凹區(qū)域，眼睛會跟隨運動目標(biāo)而發(fā)生平滑跟蹤眼動。 運動目標(biāo)的信息輸入到視覺神經(jīng)系統(tǒng)時，視覺系統(tǒng)會對運動目標(biāo)速度進(jìn)行檢測并反饋控制眼睛連續(xù)跟蹤運動目標(biāo)，使得眼動與運動目標(biāo)運動同步。 人眼能平滑跟蹤的最大的目標(biāo)運動速度約為30°/s。

人在實際觀察物體時，上述三種不同形式的眼動往往是同時存在的，通過這些眼動，我們才能形成清晰的視知覺。

另外還有一種眼動方式和雙眼立體知覺是密切相關(guān)的，這就是雙眼輻輳運動：當(dāng)人眼觀察從遠(yuǎn)處移向近處的物體時，雙眼視軸會向鼻側(cè)靠近，這稱為輻合運動（Convergence）；相反，當(dāng)人眼觀察從近處移向遠(yuǎn)處的物體時， 雙眼視軸會向兩顳側(cè)分開， 稱為分散運動（Divergence）， 輻合和分散運動的共同特點是兩眼視軸總是反方向運動，統(tǒng)稱為輻輳運動（Vergencemovement）。

事實上立體視覺的形成，除了健全的視覺神經(jīng)系統(tǒng)外，雙眼輻輳運動，是一個關(guān)鍵的、必要的條件,只有通過輻輳運動，雙眼同時注視一個目標(biāo)，當(dāng)左右眼幅合到合適的角度，雙眼視網(wǎng)膜中央凹圖像的差異較小時，才能形成比較穩(wěn)定的融合狀態(tài),最終形成雙眼立體視覺。 如果眼肌不能配合，無法進(jìn)行雙眼輻輳運動，則不能將物象投影到各自的視網(wǎng)膜的中央凹，雙眼立體視覺則不可能完成,而會出現(xiàn)雙眼復(fù)視和競爭現(xiàn)象。

2 眼動的應(yīng)用

眼動被認(rèn)為是一種研究視覺信息加工的有效手段，其研究成果被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、工商業(yè)、軍事等各領(lǐng)域中。

通過測量跳視和平滑眼動的各項參數(shù)，可作為精神分裂癥、抑郁癥、焦慮癥、強(qiáng)迫癥等精神系統(tǒng)疾病檢測的良好指標(biāo)。眼動作為心理學(xué)研究中的一項重要指標(biāo)， 被廣泛的運用到應(yīng)用心理學(xué)領(lǐng)域的研究中，如運動心理學(xué)、航空心理學(xué)等領(lǐng)域。

在工商業(yè)領(lǐng)域，眼動的應(yīng)用也取得了一些進(jìn)展。 美國弗吉尼亞大學(xué)研制的眼動系統(tǒng)Erica，由眼睛注視來控制輸入，幫助殘疾人較方便的和外界交流，實現(xiàn)通信、娛樂等。 日本佳能相機(jī)也實現(xiàn)了眼控聚焦的功能，能根據(jù)人眼的注視位置進(jìn)行聚焦。 在機(jī)器視覺方面，2001 年傳感器制造商——Technos 公司借鑒人眼的固視微動機(jī)理， 開發(fā)出將自動外觀檢查系統(tǒng)的精度提高到肉眼100 倍以上的“Technos 振動測向神經(jīng)視覺傳感器3510H”， 可見對眼動機(jī)制的研究不僅有助于生物視覺領(lǐng)域的進(jìn)步而且在機(jī)器視覺等工程領(lǐng)域也具有重要的啟迪和借鑒價值。

在工業(yè)設(shè)計方面，通過眼動分析可以了解人在操作機(jī)械設(shè)備時如何分配注意力，可幫助設(shè)計者更合理地設(shè)計和分配儀表、屏幕等，以獲得更好的人機(jī)交互，減輕操作者的負(fù)擔(dān)，提高工作效率。在廣告設(shè)計上通過對注視時間、次數(shù)、眼跳等參數(shù)的測試，也可以幫助設(shè)計者了解廣告宣傳的效果。

我國的眼動研究起步較晚，但近年來國內(nèi)對眼動的研究也越來越深入，眼動研究已經(jīng)不再僅僅局限于閱讀研究中，而是作為心理學(xué)研究中的一項重要指標(biāo)，被運用到應(yīng)用心理學(xué)領(lǐng)域的研究中，如工效學(xué)、廣告心理學(xué)、駕駛心理學(xué)等領(lǐng)域；此外，在機(jī)器視覺、計算機(jī)視覺領(lǐng)域我國也開展了一系列眼動技術(shù)方面的研究，希望將來能在眼動研究領(lǐng)域進(jìn)一步縮小與發(fā)達(dá)國家之間的差距，推動相關(guān)科學(xué)的發(fā)展。

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