Una visión propia: capturando la visión egocéntrica de bebés y niños pequeños con cabeza-montado cámaras

Resumen

Bebés y niños ver el mundo de manera fundamentalmente diferente de sus padres. Cabeza-montado cámaras proporcionan un mecanismo manejable para entender el entorno visual infantil. Este protocolo proporciona los principios rectores para los experimentos en casa o en laboratorio para capturar la vista egocéntrica de los niños pequeños y lactantes.

Resumen

Bebés y niños ver el mundo, en un nivel sensorial básico, de una manera fundamentalmente diferente de sus padres. Esto es en gran parte debido a las limitaciones biológicas: los bebés poseen proporciones corporales que sus padres y la capacidad para controlar sus propios movimientos de la cabeza está menos desarrollada. Tales restricciones limitan la entrada visual disponible. Este protocolo tiene como objetivo proporcionar los principios rectores para los investigadores utilizando cámaras montado en la cabeza para entender la entrada visual cambio experimentada por el bebé en desarrollo. Uso acertado de este protocolo permitirá a los investigadores a diseñar y ejecutar estudios de entorno visual de desarrollo del niño en la casa o el laboratorio. De este método, los investigadores pueden compilar una vista agregada de todos los elementos posibles en el campo de visión de un niño. Este método mide directamente exactamente lo que el niño está mirando. Al combinar este enfoque con el aprender de máquina algoritmos de visión de computadora y codificación manual, los investigadores puede producir un conjunto de datos de alta densidad para ilustrar la ecología visual cambiante del bebé en desarrollo.

Introducción

Durante décadas, los psicólogos han intentado entender el ambiente del niño en desarrollo, que William James famoso describió como un "florecimiento, zumbido confusión¹." Las experiencias cotidianas del niño son típicamente estudiadas por película juego naturalista con los interlocutores sociales desde una perspectiva de tercera persona. Estos puntos de vista desde el lado o por encima de típicamente muestran ambientes desordenados y un número enorme de potenciales referentes para cualquier nueva palabra que un niño oye². Para un observador externo, descripción de James es apto, pero esta perspectiva inmóvil, la tercera persona no es la manera que un niño ve el mundo. Un niño está más cercano del suelo y puede moverse a través de su mundo, traer objetos más cerca para la exploración visual. Una vista en tercera persona de una interacción padres-niño se ilustra en la figura 1. Destacan las diferencias fundamentales entre sus perspectivas. Tal vez, el input que reciben los niños es no casi tan caótica como esperado por padres e investigadores. Métodos con cabeza-montado cámaras pretende capturar la experiencia infantil de una vista en primera persona para comprender el entorno visual a su disposición en todo el desarrollo.

Cámaras montado en la cabeza, usadas en un sombrero o diadema, ofrecen una ventana a las experiencias visuales de momento a momento del bebé en desarrollo. Desde esta perspectiva, el estudio de la estructura y las regularidades en el entorno del bebé llega a ser evidente. Cabeza-montado cámaras han revelado experiencias visuales de los bebés a ser dominados por las manos, tanto su propio y sus interlocutores sociales y que cara-mira, una vez considerado imprescindible para el establecimiento de atención conjunta, son mucho más escaso que ^{anticipado 3}. cabeza-montado cámaras fotográficas también han demostrado que los bebés y sus cuidadores crean momentos cuando los objetos son visualmente dominante y centrada en campo de vista del niño (FOV), reducir la incertidumbre inherente al objeto etiqueta asignación⁴.

Cabeza-montado cámaras capturan vista en primera persona los infantes basado en movimientos de la cabeza. Este punto de vista no es perfectamente sincrónico con, o representante, movimientos del ojo infantil, que sólo pueden ser capturados junto con un eye-tracker. Por ejemplo, un cambio de sólo los ojos manteniendo la cabeza inmóvil, o un cambio de la cabeza manteniendo la mirada fijada en un objeto, va a crear un desalineamiento entre campo visual real de los infantes y la captada por la cámara principal. Sin embargo, durante la reproducción del juguete, los bebés típicamente centro los objetos que asisten, alineando su cabeza, los ojos y la ubicación del juguete con la línea media de su cuerpo⁵. Desalineaciones son raros y normalmente se crean retrasos momentáneos entre un desplazamiento del ojo y el acompañamiento de giro de la cabeza³. Por lo tanto, cámaras de cabeza no son adecuadas para capturar la dinámica rápida de los cambios en la atención. La fuerza de cabeza-montado cámaras radica en captar el entorno visual cotidiano, revelando el contenido visual disponible a los niños.

Los siguientes resultados de protocolo y representante demostrará cómo cabeza-montado cámaras pueden usarse para estudiar el entorno visual de los bebés y niños pequeños.

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Protocolo

El procedimiento siguiente para recopilar datos sobre bebés y de niños pequeños experiencias visuales en el laboratorio y en el país fue aprobado por la Junta de revisión institucional de la Universidad de Indiana. Se obtuvo consentimiento informado del cuidador del niño.

1. elegir una cámara fotográfica principal

Nota: Hay numerosas cámaras pequeñas, peso ligero y portátiles disponible para compra (figura 2).

1. Elija una cámara principal que es discreta y no influirá en las escenas que se graban.
   1. Monte la cámara en un ajustado sombrero o diadema con un adhesivo temporal o bien montar la cámara en una placa plástica pequeña adherida a la diadema. Coloque la cámara en la frente del niño (figura 2B, izquierda).
      1. Dependiendo de la forma de la cámara, montaje de la cámara por los lazos de paño pequeño de coser a una diadema o sombrero (figura 2B, centro y derecha).
      2. Asegúrese de que el sombrero o diadema ajustable para lograr un ajuste cómodo y ceñido en la cabeza del niño (figura 2A).
         Nota: Una cámara situada directamente entre los ojos del bebé es teóricamente ideal, sin embargo esto no es posible con la tecnología actual. Pequeñas cámaras que se pueden colocar bajo en la frente se están convirtiendo en cada vez más disponibles.
2. Si las cámaras están siendo enviadas a casa con los padres, asegúrese de que los padres los pueden utilizar sin ayuda técnica.
   1. Antes de que los padres dejan el laboratorio, capacitarlos sobre cómo operar la cámara principal.
   2. Envíe a los padres con la cámara en uso, la banda de cabeza o sombrero y una mano que describe el procedimiento para encender la cámara y registro de datos.
3. Asegúrese de que las cámaras son lo bastante ligeras como para los niños de usar y olvidar.
   Nota: El peso recomendado es menos de 30 g³. Cualquier cámara elegido no debe calentarse durante su uso y debe ser durable bajo uso pesado.
4. Si la configuración experimental requiere que los niños se mueve libremente, almacenar vídeo grabado en una tarjeta de almacenamiento interno. De lo contrario, utilizar cámaras atadas a la computadora de colección de datos.
5. Utilizar una cámara con una lente de alta calidad para mejor aprovechar los recientes avances en algoritmos de aprendizaje automático que segmentar escenas visuales en las regiones de interés.
   1. Si escenas visuales se codificarse manualmente por los investigadores, utilizar una cámara que puede capturar imágenes en calidad suficiente para la inspección manual.
6. Asegúrese de que cualquier cámara de pilas es capaz de grabar para la cantidad de tiempo deseada.
7. Poco antes de empezar el experimento o el envío de la cámara con los padres, prueba de la cámara principal para asegurar que funcione adecuadamente.

2. recolección en el laboratorio

Nota: Cabeza-montado cámaras pueden añadirse fácilmente a la mayoría de los experimentos.

1. Han experimentadores de 2-3 Coloque la cámara sobre la cabeza del niño: un experimentador coloca la cámara principal, uno controla la vista de cámara de la cabeza, y, si es necesario, uno distrae al niño.
   1. Pregunte a los padres para asegurarse de que el niño permanece tranquilo y distraer al niño durante el proceso de colocación.
2. Realizar la colocación de cámara en tres pasos como se indica a continuación.
   1. Desensibilizar al niño para acciones cerca de su cabeza.
      1. Pregunte a los padres ligeramente toque o movimiento de cabeza y el cabello del bebé varias veces.
      2. Pedir el experimentador colocando el sombrero en la cabeza del bebé a hacer lo mismo como en 2.2.1.1.
   2. Tiene el experimentador coloca la cámara, montado en la cabeza cuando el niño está distraído.
      1. Utilice juguetes pulsador para entretener a las manos del niño.
      2. Tiene el experimentador distracción o el padre ayuda en esta etapa empujando suavemente las manos del niño hacia el juguete atractivo para que las manos del niño no van a la cabeza.
   3. Apriete el sombrero en la cabeza del niño y ajustar la cámara principal cuando el niño con el juguete.
      1. Ajustar la cámara para que cuando el niño tiene un objeto delante de su cara, el objeto se centra en la cámara central campo de visión.
      2. Si el niño está sentado, ajuste la cámara que captura la mayor parte de regazo del niño cuando el niño mira hacia abajo.
3. Después de colocar la cámara sobre la cabeza del niño, pedir el experimentador para salir de la habitación y comenzar la grabación.
4. En caso de que una cámara se mueve fuera de lugar o quitar, volver a entrar en la habitación para corregir la cámara.
   1. Terminar el experimento si el niño no tolera la cámara se vuelve a aplicar.
      Nota: Para grabar ambientes naturales en el hogar, primero coloque un sombrero y una cámara al niño individual y mostrar a los padres cómo colocar la cámara. El diseño y ajuste de la cámara deben asegurarse de que los padres serán capaces de poner el sombrero a su hijo sin ayuda técnica.

3. recopilación para el estudio de padres-niño

Nota: El siguiente método representativo para las cámaras de cabeza utiliza juego de naturalistas de juguete en el laboratorio para demostrar el tipo de análisis que pueden realizarse en los puntos de vista egocéntricos de los niños y sus padres (Figura 3A).

1. Equipo de los padres y el niño con la cabeza-montado cámaras, como se describe en 2.1 y 2.2.
2. Utilizar cámaras de cabeza para capturar vídeos con una resolución de 720 x 1280 píxeles a 30 frame/s. proceda como se describe en los pasos 2.3 y 2.4.
   1. Subsample la secuencia de vídeo en un solo fotograma cada 5 s.
   2. Manual dibujar cuadros delimitadores alrededor de cada juguete (figura 3B) en vista del uso de software comercial o un programa desarrollado en la empresa (ver figura 3 para un marco de muestra).
      1. Si sólo parte de un juguete es visible debido a la obstrucción por otros juguetes o truncamiento en el borde del marco, sólo dibujar cajas limitadoras cuando un juguete es fácilmente identificable y se incluyen todas las partes del juguete.
      2. Por ejemplo, si sólo la pierna de la muñeca es visible, dibuje un cuadro delimitador alrededor de su pierna. Si un objeto obstruye la mitad de la muñeca, dejando el cabello y piernas visibles, luego dibujar un cuadro que incluye el pelo y las piernas.

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Resultados

Un análisis sencillo pero informativo, es contar el número de objetos a la vista en cada punto en el tiempo. Ya que una cámara de cabeza produce datos a aproximadamente 30 Hz (30 imágenes/s), ver abajo-muestreo los datos a 1 imagen cada 5 s ayuda a producir un conjunto de datos más manejable manteniendo una resolución apropiada para la comprensión de los tipos de niños de escenas. Investigación previa ha demostrado que escenas visuales son cambio lento en niños^...

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Discusión

Este documento describe los conceptos básicos para la aplicación de cámaras montado en la cabeza a los niños a captar la escena visual egocéntrica. Cámaras cabeza comercialmente disponibles son suficientes para la mayoría de los estudios. Pequeño, ligeras y portátiles cámaras deben ser incorporadas en una tela suave sombrero o diadema y aplicadas a la cabeza del niño. Una vez correctamente diseñado y aplicado, una variedad de experimentos se puede ejecutar, en el laboratorio, así como en el entorno familiar....

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Materiales

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