Part.1
引言
目前，大多数的眼动追踪商业设备，通过依靠摄像机和图像处理算法追踪人眼的注视情况，已经广泛应用于心理学、神经科学、语言学、人因、市场营销、人机交互等各领域(Choi et al., 2017; Duchowski, 2002; Rosch & Vogel-Walcutt, 2013; Scott et al., 2019; Tien et al., 2014)。然而，新兴技术的加入，有助于优化现有眼动追踪技术，使高速、无摄像头的眼动追踪成为可能。
基于微机电系统(MEMS)传感器的眼动追踪眼镜，具有体积小，功耗低，可跟踪眼球高速运动和输出高质量数据的特点。然而，虽然这类眼镜的采样率非常高，但是其眼动追踪解决方案主要处于实验室阶段，缺乏相应的应用案例。AdHawk公司最近发布的Mindlink眼动追踪眼镜为该类产品的市场应用提供了可能。
MindLink眼动追踪眼镜使用MEMS扫描和光电二极管来追踪眼球运动。扫描仪以多种角度向角膜发射红外线，通过菲涅耳带片均匀覆盖角膜区域。光电二极管则负责接收近红外光。该眼动追踪系统不需要图像传感器和DSPs行眼动图像处理，体积小，采样率高(500Hz)，高于现有同类产品(Tobii Pro Glasses 3,100Hz; Pupil Invisible, 200Hz)。MindLink本身的优势使其可应用于扫视和注视类研究(240Hz才能准确评估)，在实验室和工业实验中存在广阔前景。
为保证其应用效果，本研究将MindLink与EyeLink Portable Duo、Tobii Pro glasses 2和SMI Eye Tracking glasses 2三种广泛使用的设备进行数据质量比较，检测其准确性、精度、数据丢失和系统延迟的差异。
Part.2
方法
被试：21名(14女，7男，精确度、准确度和视觉误差检验)，1名(系统延迟，论文第一作者)。
年龄：23.86 (2.03)。
设备：MindLink、EyeLink Portable Duo、Tobii Pro glasses 2和SMI Eye Tracking glasses 2。
实验：精确度和准确度测试、视差误差测试、数据丢失测试和系统延迟测试。
Part.3
结果
1、准确度：所有眼动仪中，Portable Duo眼动仪的准确度最高。在眼镜式眼动仪中，SMI-ETG的追踪准确度最高，其次是MindLink和Tobii Pro Glasses 2，如图1所示。
2、精确度：Tobii G2的精确度最低，其他三种眼动追踪设备之间无显著差异。Portable Duo在屏幕中间、左边、右边、顶部和底部区域的精度都高于眼动追踪眼镜。MindLink和Tobii G2在所有屏幕区域都显示出相似的精确度，但均低于SMI-ETG，见图2。
3、视差纠错：SMI-ETG比MindLink和Tobii G2具有更高的准确性，Tobii G2的精度低于MindLink和SMI-ETG，而MindLink与SMI-ETG之间无显著差异，见图3。
4、数据丢失和时间精度：所有眼动追踪眼镜丢失样本的百分比，见表1。MindLink的平均样本间间隔为2.000 ms (SD = 0.182)，Tobii G2为10.008 ms (SD=2.274)，SMI-ETG为8.281 ms (SD = 0.211)，见图4。
5、系统延迟：在系统延迟测试中，使用Portable Duo作为基准真值进行比较。三种眼球追踪眼镜的延迟分布如图5所示。MindLink (API)， Tobii G2 (API)， Tobii G2 (TTL)和SMI-ETG (UDP)的延迟分别为8.945 ms (SD = 2.281)， 125.320 ms (SD = 46.329)， – 2.296 ms (SD = 2.416)和10.885 ms (SD = 2.116)。
图5Part.4
讨论
1、准确度和精确度：MindLink、Tobii G2和SMI-ETG三种眼动追踪眼镜的总体追踪准确度分别为1.59°、1.75°和1.21°，明显低于制造商报告的数据(MindLink为~ 1°，SMI-ETG为~ 0.5°)。在所有三种眼球追踪眼镜的屏幕中心都观察到最高的空间准确度，MindLink和Tobii G2的测量值为1.3°，SMI-ETG的测量值为0.93°，与最近的研究结果基本一致 (Aziz et al., 2022; Niehorster et al., 2020)。
三种眼镜式眼动仪的精确度排名为：SMI-ETG > MindLink > Tobii G2。但由于样本选择方法的不同，跟踪精度的结果与以往研究存在一定差异 (Niehorster et al., 2020)。
2、视差纠错：MindLink和Tobii G2的跟踪精度不受观察深度的显著影响。然而， SMI-ETG的跟踪精度随着观看距离的增加而增加，这与Pastel et al.(2021)的研究结果一致。在非校准的观察深度下，三种眼球追踪眼镜的精度都没有下降。
3、数据丢失和时间精度：人工眼测试表明，所有三种眼球追踪眼镜的数据损失率都很低(在人类被试测试中，三种眼球追踪眼镜的数据失失率从4.9% (MindLink)到11.1% (SMI-ETG)不等，与其他眼动追踪眼镜的数据失率结果相当 (Niehorster et al., 2020)。
在人工眼测试中，Tobii G2表现出最低的时间精度，样本之间的时间间隔为10ms。在SMI-ETG中，样本之间的时间间隔大致遵循正态分布，以8.28ms为中心。MindLink的样本间时间间隔存在一定波动，但大多数是2ms。
4、系统延迟：EyeLink Portable Duo的系统延迟为1.38 ms (SD = 0.63)，这与制造商报告的数据(M = 1.88 ms, SD = 0.36)非常接近。以EyeLink为参照，MindLink的平均凝视信号延迟为8.9 ms，远低于Tobii G2 (Nasrabadi & Alonso, 2022使用Tobii API的Python Wrapper测试)。
Part.5
结论
MindLink的准确度、精度和系统延迟与常用的基于摄像头的眼球追踪眼镜相当，甚至优于后者，表明基于mems的眼球追踪技术在各种研究应用中具有前景。
Part.6
参考文献
Aziz, S., Lohr, D. J., & Komogortsev, O. (2022). Synchroneyes: A novel, paired data set of eye movements recorded simultaneously with remote and wearable eye-tracking devices. Symposium on Eye Tracking Research and Applications, 2022, 1–6. https://doi.org/10.1145/3517031.3532522.
Choi, I., Rhiu, I., Lee, Y., Yun, M. H., & Nam, C. S. (2017). A systematic review of hybrid brain-computer interfaces: Taxonomy and usability perspectives. PLOS ONE, 12(4), e0176674. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176674.
Duchowski, A. T. (2002). A breadth-first survey of eye-tracking applications. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers, 34(4), 455–470. https://doi.org/10.3758/BF03195475.
Huang, Z., Duan, X., Zhu, G.et al. Assessing the data quality of AdHawk MindLink eye-tracking glasses. Behaviour Research Methods (2024). https://doi.org/10.3758/s13428-023-02310-2.
Nasrabadi, H. R., & Alonso, J.M. (2022). Modular streaming pipeline of eye/head tracking data using Tobii Pro Glasses 3 [Preprint]. Animal Behavior and Cognition.https://doi.org/10.1101/2022. 09.02.506255.
Niehorster, D. C., Santini, T., Hessels, R. S., Hooge, I. T. C., Kasneci, E., & Nyström, M. (2020). The impact of slippage on the data quality of head-worn eye trackers. Behavior Research Methods, 52(3), 1140–1160. https://doi.org/10.3758/s13428-019-01307-0.
Pastel, S., Chen, C.-H., Martin, L., Naujoks, M., Petri, K., & Witte, K. (2021). Comparison of gaze accuracy and precision in real-world and virtual reality. Virtual Reality, 25(1), 175–189. https://doi.org/ 10.1007/s10055-020-00449-3.
Rosch, J. L., & Vogel-Walcutt, J. J. (2013). A review of eye-tracking applications as tools for training. Cognition, Technology & Work, 15(3), 313–327. https://doi.org/10.1007/s10111-012-0234-7.
Scott, N., Zhang, R., Le, D., & Moyle, B. (2019). A review of eyetracking research in tourism. Current Issues in Tourism, 22(10), 1244–1261. https://doi.org/10.1080/13683500.2017.1367367.
Tien, T., Pucher, P. H., Sodergren, M. H., Sriskandarajah, K., Yang, G.-Z., & Darzi, A. (2014). Eye tracking for skills assessment and training: A systematic review. Journal of Surgical Research, 191(1), 169–178. https://doi.org/10.1016/j.jss.2014.04.032.
Part.7
加拿大MindLink高采样眼镜式眼动仪产品介绍
MindLink 眼镜式眼动追踪系统是由加拿大 AdHawk Microsystems 设计和制造拥有高精度、高准度、低延时等优势的高速可穿戴眼动追踪系统。MindLink 使用超紧凑型微机电系统(MEMS)替换传统的视频摄像头，在大幅降低功耗的同时，将设备的采样率提升至媲美桌面式眼动仪的 500 Hz。与此同时，集成了惯性测量单元(IMU)和场景相机，可准确测量头部运动、瞳孔大小和注视位置。MindLink轻盈舒适，可全天佩戴和记录自然场景下的眼动和瞳孔数据，助力研究者洞察人类行为，在人因、用研、设计、医学、心理等领域贡献自己的一份力量。
公司简介
北京恒挚科技有限公司，由中科(广东)科学集团投资，依托于广东人因技术研究院与武汉人因工程技术研究院，是一家新型的以心理人因、驾驶人因、生物力学、用户体验、虚拟现实等方向为基础，集生产、研发、销售、技术服务于一体的高新科技型企业，已入选国家高新技术企业、科技型中小企业、中关村高新技术企业名单。
恒挚科技自主研发驾驶人因系统、虚拟现实图形化编辑软件、光环境心理评估系统、心理与人因实验教学系统，同时作为波兰Cortivision近红外、俄罗斯Mitsar脑电和德国Eyelogic眼动仪中国区总代理，意大利BTS表面肌电等生物力学与步态分析科研产品总代理，加拿大MindLink高采样眼镜式眼动仪、德国QuaeroSys触觉刺激系统、荷兰Noldus行为科学、瑞典Tobii眼动仪、荷兰MindMedia生理与生物反馈、美国Biopac生理、美国ETT嗅觉/味觉刺激仪等产品代理。已服务单位包括清华大学、北京大学、北京师范大学、东北师范大学、燕山大学、西安建筑科技大学、西北农林科技大学、深圳技术大学、西安科技大学、上海交通大学、新疆师范大学、启元实验室、中国电子科技集团27所、中国电子科技集团28所、华为技术、墨迹天气、网易、航天二院等1000家高校、科研院所及企事业单位，在人才培养、产研合作、成果转化等方面持续进行深入合作。
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