Einen Blick auf ihre eigenen: Erfassung der egozentrischen Sicht von Säuglingen und Kleinkindern mit Head-Mounted-Kameras

Zusammenfassung

Säuglinge und Kleinkinder zeigen Sie die Welt in grundlegend anders als ihre Eltern. Head-mounted-Kameras bieten einen gefügig Mechanismus um den Säugling visuelle Umgebung zu verstehen. Dieses Protokoll bietet Leitprinzipien für Experimente im Haus oder im Labor, den egozentrischen Blick auf Kleinkinder und Säuglinge zu erfassen.

Zusammenfassung

Säuglinge und Kleinkinder zeigen Sie die Welt, in einer einfachen sensorischen Ebene in grundlegend anders als ihre Eltern. Dies ist vor allem auf biologische Zwänge: Säuglinge besitzen unterschiedliche Körperproportionen als ihre Eltern und die Fähigkeit, ihre eigenen Kopfbewegungen Steuern weniger entwickelt ist. Solche Einschränkungen begrenzen den visuellen Input zur Verfügung. Dieses Protokoll soll Leitprinzipien für Forscher mit Head mounted Kameras, um den wechselnden visuellen Input erlebt durch die Entwicklung Kleinkind zu verstehen. Erfolgreicher Einsatz des Protokolls erlauben Forschern zu entwerfen und Ausführen von Studien des sich entwickelnden Kindes visuelle Umgebung zu Hause oder im Labor. Von dieser Methode können die Forscher eine Gesamtansicht aller möglichen Elemente im Sichtfeld des Kindes kompilieren. Diese Methode misst nicht direkt genau was das Kind sieht. Durch die Kombination kann diesen Ansatz mit maschinellem lernen Computer-Vision-Algorithmen, Hand-Codierung, und Forscher ein High-Density-Dataset veranschaulichen die wechselnden visuellen Ökologie des wachsenden Säuglings produzieren.

Einleitung

Jahrzehntelang haben Psychologen versucht, die Umwelt des Kindes entwickeln, verstehen die William James berühmt beschrieben als ein "aufblühen, brummt Verwirrung¹." Die alltäglichen Erfahrungen des Säuglings sind in der Regel durch Dreharbeiten naturalistischen Wiedergabe mit den Sozialpartnern aus einer Third-Person-Perspektive untersucht. Diese Ansichten von der Seite oder oben zeigen in der Regel unübersichtlich Umgebungen und eine gewaltige Anzahl von potenziellen Referenten für jedes neue Wort, dass ein Säugling²hört. Für einen außenstehenden Beobachter Jamess Beschreibung ist geeignet, aber diese stationär, dritte-Person-Perspektive ist nicht die Art und Weise, die ein Kind die Welt sieht. Ein Kleinkind ist näher am Boden und kann durch ihre Welt, Objekte näher zu bringen, für die visuelle Exploration bewegen. Eine Third-Person-Ansicht einer Eltern-Kind-Interaktion ist in Abbildung 1dargestellt. Hervorgehoben sind die grundlegenden Unterschiede zwischen ihrer Perspektiven. Vielleicht ist die Eingabe, die Säuglinge erhalten nicht annähernd so chaotisch, wie von Eltern und Wissenschaftlern erwartet. Methoden mit Head mounted Kameras soll der Säuglinge Erfahrung aus einer Ego-Perspektive zu erfassen, um zu verstehen, die visuelle Umgebung, die ihnen während der gesamten Entwicklung zur Verfügung.

Head mounted Kameras, getragen auf einer Mütze oder einem Stirnband, sorgen für ein Fenster in dem Moment zum visuellen Erfahrungen des dritten Kindes. Aus dieser Perspektive wird die Studie der Struktur und Gesetzmäßigkeiten in des Kindes Umgebung ersichtlich. Head mounted Kameras ergaben Säuglinge visuelle Erlebnisse von Händen, weitgehend dominiert werden sowohl ihre eigenen und ihre Sozialpartner und das Gesicht-sieht aus, einst als unerlässlich für den Aufbau der gemeinsamen Aufmerksamkeit, sind viel seltener als erwarteten ³. Head-mounted-Kameras haben auch gezeigt, dass Säuglinge und ihren Bezugspersonen Momente, wenn Objekte optisch dominant und zentriert in den Säugling Sichtfeld (FOV) schaffen, Verringerung der Unsicherheit auf Objekt-Label Abbildung⁴.

Head mounted Kameras erfassen die Säuglinge First-Person Ansicht basierend auf Kopfbewegungen. Diese Ansicht ist nicht perfekt synchron oder repräsentativ, Säugling Augenbewegungen, die nur in Verbindung mit einem Eye-Tracker erfasst werden können. Zum Beispiel erstellt eine Verschiebung der nur die Augen und dabei den Kopf stationäre oder eine Verlagerung des Kopfes und dabei den Blick auf ein Objekt, eine Fehlstellung zwischen der Säuglinge tatsächliche FOV und derjenige von den Kopf Kamera eingefangen. Dennoch center während Spielzeug spielen, Säuglinge in der Regel die Objekte, die sie besuchen, ihren Kopf, Augen und die Lage des Spielzeugs mit ihrem Körper Mittellinie⁵ausrichten. Fehlstellungen sind selten und werden in der Regel durch kurzzeitige Verzögerungen zwischen eine Verschiebung des Auges und die begleitenden Kopf drehen³erstellt. Kopf-Kameras sind daher nicht gut geeignet zur Erfassung der schnelle Dynamik der Veränderungen in der Aufmerksamkeit. Die Stärke der Head mounted Kameras liegt bei der Erfassung der visuellen Alltagsumgebung, enthüllt die visuelle Inhalte verfügbar für Säuglinge.

Das folgende Protokoll und Vertreter Ergebnisse zeigen wie Head mounted Kameras können verwendet werden, um die visuelle Umgebung von Säuglingen und Kleinkindern zu studieren.

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Protokoll

Das folgende Verfahren zur Datenerhebung auf Säuglings- und Kleinkind visuelle Erfahrungen im Labor und zu Hause wurde von der Indiana University Institutional Review Board genehmigt. Die Einwilligung wurde aus das Kind die Bezugsperson.

1. Wählen Sie eine Kopf-Kamera

Hinweis: Es gibt zahlreiche kleine, leichte und tragbare Kameras leicht erhältlich (Abbildung 2).

1. Wählen Sie eine Kopf Kamera, die ist unauffällig und wird keinen Einfluss auf die Szenen aufgenommen wird.
   1. Montieren Sie die Kamera auf eine eng anliegende Mütze oder Stirnband mit einem temporären Klebstoff oder sicher montieren Sie die Kamera auf einem kleinen Plastikteller an das Stirnband befestigt. Positionieren Sie die Kamera an die Stirn des Kindes (Abb. 2 b, Links).
      1. Je nach Form der Kamera montieren Sie die Kamera durch Nähen kleines Tuch Schleifen in einem Stirnband oder Mütze (Abb. 2 b, Mitte und rechts).
      2. Sicherstellen Sie, dass die Mütze oder Stirnband sind einstellbar, um eine gemütliche und komfortable Passform auf den Kopf des Kindes (Abbildung 2A).
         Hinweis: Eine Kamera befindet sich direkt zwischen den Augen des Säuglings ist theoretisch ideal, dies ist jedoch nicht mit der heutigen Technologie durchaus möglich. Kleine Kameras, die auf der Stirn niedrig platziert werden können werden immer öfter angeboten.
2. Wenn Kameras mit den Eltern nach Hause gesendet werden, sicherzustellen Sie, dass Eltern sie ohne technische Hilfe nutzen können.
   1. Bevor die Eltern das Labor verlassen, trainieren sie in den Kopf Kamera zu bedienen.
   2. Senden Sie das Elternhaus mit der Kamera zu bedienen, das Stirnband oder Mütze und Almosen, beschreibt das Verfahren zum Einschalten der Kamera und Record-Daten.
3. Stellen Sie sicher, dass die Kameras leicht genug für Säuglinge sind zu tragen und vergessen.
   Hinweis: Das empfohlene Gewicht beträgt weniger als 30 g³. Jede gewählte Kamera sollte nicht während des Gebrauchs erhitzen und bei starker Beanspruchung dauerhaft sein muss.
4. Verlangt die Versuchsanordnung die Kinder frei beweglich sein, speichern Sie Videoaufnahmen auf eine interne Speicherkarte. Verwenden Sie andernfalls Kameras auf der Daten-Sammlung-Computer angebunden.
5. Verwenden Sie eine Kamera mit einem hochwertigen Objektiv besser jüngste Fortschritte in der Machine Learning-Algorithmen nutzen die visuelle Szenen in interessante Regionen unterteilen.
   1. Wenn visuelle Szenen manuell von den Forschern codiert werden werden, verwenden Sie eine Kamera, die Bilder in ausreichender Qualität für manuelle Inspektion erfassen kann.
6. Stellen Sie sicher, dass jede batteriebetriebene Kamera Aufnahme für die gewünschte Zeit kann.
7. Kurz vor Beginn des Experiments oder die Kamera mit den Eltern nach Hause senden, testen Sie die Kopf Kamera um sicherzustellen, dass es ordnungsgemäß funktioniert.

2. Datenerhebung im Labor

Hinweis: Head-mounted-Kameras können die meisten Experimente leicht hinzugefügt werden.

1. Haben 2-3 Experimentatoren legen Sie die Kamera auf den Kopf des Kindes: ein Experimentator legt die Kopf Kamera, einer überwacht die Kopf-Kamera-Ansicht und im Bedarfsfall lenkt man das Kind.
   1. Bitte die Eltern, damit das Kind ruhig bleibt und das Kind während des Platzierungsvorgangs abzulenken.
2. Führen Sie die Kamera-Platzierung in drei Schritten wie folgt.
   1. Desensibilisieren Sie das Kind zur hand Aktionen in der Nähe ihres Kopfes.
      1. Bitten Sie der Elternteil, leicht berühren oder streicheln des Säuglings den Kopf und Haar mehrmals.
      2. Fragen des Experimentators platzieren den Hut auf den kindlichen Kopf 2.2.1.1 identisch zu tun.
   2. Haben Sie den Experimentator die Head mounted Kamera zu platzieren, wenn das Kind abgelenkt.
      1. Verwenden Sie Taster Spielzeug die Hände des Kindes beschäftigt zu halten.
      2. Haben Sie die störende Experimentator oder Eltern helfen in diesem Stadium durch leichten Druck die Hände des Kindes auf das ansprechende Spielzeug, so dass die Hände des Kindes nicht auf den Kopf gehen.
   3. Ziehen Sie den Hut auf den Kopf des Kindes und passen Sie die Kopf Kamera an, wenn das Kind mit dem Spielzeug beschäftigt ist.
      1. Stellen Sie die Kamera so ein, dass wenn das Kind ein Objekt vor sein Gesicht hält, das Objekt im Kopf Kamera FOV zentriert ist.
      2. Wenn das Kind sitzt, stellen Sie die Kamera so ein, dass es die meisten des Kindes Runde erfasst, wenn das Kind schaut.
3. Fragen Sie nach der Platzierung der Kameras auf den Kopf des Kindes, des Experimentators, verlassen den Raum und die Aufnahme.
4. Für den Fall, dass eine Kamera ist fehl am Platz verschoben oder entfernt, geben Sie den Raum, um die Kamera zu korrigieren.
   1. Das Experiment zu beenden, wenn das Kind die Kamera erneut angewendet wird nicht toleriert.
      Hinweis: Für die Aufzeichnung von Naturlandschaften in der Heimat, zunächst passen Sie, einen Hut und die Kamera auf das einzelne Kind und zeigen Sie Eltern, wie man die Kamera zu positionieren. Das Design und die Passform der Kamera müssen sicherstellen, dass Eltern ihr Kind ohne technische Hilfe den Hut aufsetzen können.

3. Datenerhebung für die Eltern-Kind-Studie

Hinweis: Die folgende repräsentative Methode für Kopf-Kameras verwendet naturalistischen Spielzeug spielen im Labor auf die Art der Analysen zeigen, die auf die egozentrischen Ansichten der Kinder und ihre Eltern (Abbildung 3A) durchgeführt werden können.

1. Statten Sie der übergeordneten und untergeordneten mit Kopf angebrachte Kameras, wie unter 2.1 und 2.2 beschrieben.
2. Verwenden Sie Kopf Kameras, um Videos mit einer Auflösung von 720 x 1280 Pixeln bei 30 Frames/s. Proceed wie 2.3 und 2.4 beschrieben, zu erfassen.
   1. Teilstichprobe der video-Stream in einem Frame alle 5 s.
   2. Manuell zeichnen Sie Begrenzungsrahmen um jedes Spielzeug (Abb. 3 b) in Sichtweite mit kommerzieller Software oder ein Programm eigenentwickelte (siehe Abbildung 3 für eine Muster-Rahmen).
      1. Wenn nur Teil eines Spielzeugs aufgrund der Okklusion durch andere Spielzeug oder Abschneiden am Rand des Rahmens sichtbar ist, nur ziehen Sie Begrenzungsrahmen, wenn eine Spielzeug ist leicht zu erkennen und beinhalten alle sichtbaren Teile des Spielzeugs.
      2. Zum Beispiel, wenn nur die Puppe Bein sichtbar ist, zeichnen Sie einen Begrenzungsrahmen um sein Bein. Wenn ein Objekt die Hälfte der Puppe, so dass die Haare und die Beine sichtbar, freien dahinterliegende haben zeichnen Sie ein Feld, das Haar und Beine enthält.

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Ergebnisse

Eine einfache und doch informative, Analyse ist es, die Anzahl der Objekte im Blick an jedem Punkt in der Zeit. Da eine Kopf Kamera Daten bei ca. 30 Hz produziert (30 Bilder/s), Down-Sampling Daten 1 Bild alle 5 s hilft, ein handlicher Dataset zu produzieren, unter Beibehaltung einer Auflösung geeignet für das Verständnis der Arten von Szenen Kindern zu sehen. Frühere Forschung hat gezeigt, dass visuelle Szenen langsam verändernden Säuglinge³. Ein benutzerdef...

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Diskussion

Dieses Papier beschreibt die Grundlagen für die Anwendung von Head mounted Kameras für Kleinkinder ihre egozentrische visuelle Szene zu erfassen. Handelsübliche Kopf Kameras sind ausreichend für die überwiegende Mehrheit der Studien. Kleine, leichte und tragbare Kameras sollten in einem weichen Stoff Mütze oder Stirnband aufgenommen und auf den Kopf des Kindes angewendet. Einmal erfolgreich entwickelt und umgesetzt, kann eine Vielzahl von Experimenten, sowohl in der häuslichen Umgebung als auch im Labor Einstellun...

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Head-camera	Looxcie	Looxcie 3
Head-camera	Watec	WAT-230A
Head-camera	Supercircuits	PC207XP
Head-camera	KT&C	VSN500N
Head-camera	SereneLife	HD Clip-On
Head-camera	Conbrov	Pen TD88
Head-camera	Mvowizon	Smiley Face Spy Button
Head-camera	Narrative	Clip 2
Head-camera	MeCam	DM06