Una vista dei loro propri: cattura la vista egocentrica di neonati e bambini piccoli con telecamere montate a testa

Riepilogo

Infanti e bambini Mostra il mondo in un modo fondamentalmente diverso dai loro genitori. Testa-montata telecamere forniscono un meccanismo trattabile per comprendere l'ambiente visivo infantile. Questo protocollo fornisce principi guida per esperimenti in casa o in laboratorio per catturare la vista egocentrica dei bimbi e dei lattanti.

Abstract

Infanti e bambini Mostra il mondo, ad un livello base sensoriale, in un modo fondamentalmente diverso dai loro genitori. Questo è in gran parte a causa di vincoli biologici: i neonati possiedono le proporzioni del corpo diverso rispetto ai loro genitori e la capacità di controllare i propri movimenti della testa è meno sviluppata. Tali vincoli limitano l'input visivo disponibile. Questo protocollo mira a fornire i principi guida per i ricercatori utilizzando telecamere montate testa per comprendere l'evoluzione input visivo vissuto da bambino in via di sviluppo. Riuscito uso di questo protocollo permetterà ai ricercatori di progettare ed eseguire studi di ambiente visivo del bambino in via di sviluppo, impostata in casa o in laboratorio. Da questo metodo, i ricercatori possono compilare una visualizzazione aggregata di tutti gli elementi possibili nel campo di vista di un bambino. Questo metodo non direttamente misurare esattamente ciò che il bambino sta esaminando. Combinando questo approccio con apprendimento automatico, algoritmi di computer vision e codifica manuale, i ricercatori possa produrre un set di dati ad alta densità per illustrare l'evoluzione ecologia visual del bambino in via di sviluppo.

Introduzione

Per decenni, gli psicologi hanno cercato di comprendere l'ambiente del bambino in via di sviluppo, che William James notoriamente descritto come un "fiore, ronzio confusione¹." Le esperienze quotidiane del bambino in genere sono studiate le riprese naturalistica gioca con le parti sociali da una prospettiva in terza persona. Queste viste dal lato o sopra mostrano in genere ambienti ingombri e una quantità scoraggiante di potenziali referenti per ogni nuova parola che un infante sente². Per un osservatore esterno, descrizione di James è apt, ma questa prospettiva stazionaria, di terza persona non è il modo che un bambino vede il mondo. Un infante è più vicino al suolo e può muoversi attraverso il loro mondo, portando gli oggetti più vicini per l'esplorazione visiva. Una visuale in terza persona di un'interazione genitore-bambino è illustrata nella Figura 1. Evidenziate sono le differenze fondamentali tra le loro prospettive. Forse, l'input che ricevono gli infanti è non quasi come caotica come anticipato dai genitori e ricercatori. L'obiettivo dei metodi con telecamere montate testa è per catturare l'esperienza infantile da una visuale in prima persona al fine di comprendere l'ambiente visivo a loro disposizione durante lo sviluppo.

Testa-montata telecamere, indossate su un cappello o un archetto, forniscono una finestra nelle esperienze visual ad ogni istante del bambino in via di sviluppo. Da questa prospettiva, lo studio della struttura e della regolarità nell'ambiente del bambino diventa apparente. Telecamere montate testa hanno rivelato il esperienze visive degli infanti ad essere in gran parte dominato dalle mani, sia loro proprio e del loro partner sociali e che faccia-sembra, una volta considerato indispensabile per l'istituzione di attenzione congiunta, sono molto più scarsi rispetto a ^{attesi 3}. Head-mounted fotocamere hanno anche dimostrato che i neonati e dei loro caregivers creare momenti in cui gli oggetti sono visivamente dominante e centrato nel campo visivo del neonato (FOV), riducendo l'incertezza inerente all'oggetto-etichetta mappatura⁴.

Testa-montata telecamere catturano visuale in prima persona infants' basato su movimenti della testa. Questa vista non è perfettamente sincrono con, o rappresentante di, movimenti di occhio infantile, che possono essere catturati solo in combinazione con eye-tracker. Per esempio, uno spostamento di solo gli occhi, mantenendo la testa stazionario, o uno spostamento della testa, mantenendo gli occhi fissati su un oggetto, verrà creato un disallineamento tra infants' effettivo FOV e quella acquisita dalla fotocamera testa. Tuttavia, durante la riproduzione del giocattolo, neonati in genere centro gli oggetti che sono presenti, allineando la loro testa, occhi e la posizione del giocattolo con del midline^{5 del loro corpo}. Disallineamenti sono rari e in genere vengono creati da momentanei ritardi tra un turno di occhio e l'accompagnamento di testa girare³. Pertanto, testa-telecamere non sono adatti a catturare la rapida dinamica degli spostamenti in attenzione. La forza di telecamere montate testa sta nel catturare l'ambiente visual quotidiano, rivelando il contenuto visivo disponibile agli infanti.

I seguenti risultati di protocollo e rappresentante dimostrerà come testa-montata telecamere può essere usato per studiare l'ambiente visivo di neonati e bambini piccoli.

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Protocollo

La procedura seguente per raccogliere dati sul neonato e di bambino esperienze visive in laboratorio e a casa è stata approvata da Indiana University Institutional Review Board. Consenso informato è stato ottenuto da badante del neonato.

1. scegliere una fotocamera testa

Nota: Ci sono numerose telecamere di piccoli, leggeri e portatile prontamente disponibili per l'acquisto (Figura 2).

1. Scegliere una fotocamera testa che è discreto e non influenzerà le scene in fase di registrazione.
   1. Montare la telecamera su un cappello aderente o fascia usando un adesivo temporaneo o montare saldamente la fotocamera su una piccola piastra di plastica attaccata al caschetto. Posizionare la fotocamera a fronte del bambino (Figura 2B, sinistra).
      1. A seconda della forma della fotocamera, montare la videocamera da cucito piccolo panno loops in una fascia o un cappello (fig. 2B, centro e destra).
      2. Garantire che il cappello o fascia regolabile per ottenere una vestibilità aderente e confortevole sulla testa del bambino (Figura 2A).
         Nota: Una fotocamera che si trova tra gli occhi del neonato è teoricamente ideale, tuttavia questo non è abbastanza possibile con le attuali tecnologie. Piccole telecamere che possono essere posizionate in basse sulla fronte stanno diventando sempre più disponibili.
2. Se telecamere sono stati inviati a casa con i genitori, è necessario garantire che i genitori possono usare senza alcun aiuto tecnico.
   1. Prima che i genitori lasciano il laboratorio, addestrarli su come far funzionare la fotocamera testa.
   2. Invia la casa dei genitori con la fotocamera da utilizzare, il capo-banda o cappello e una mano-out che descrive la procedura per attivare la fotocamera e record di dati.
3. Assicurarsi che le telecamere siano abbastanza luce per infanti da indossare e dimenticare.
   Nota: Il peso raccomandato dista meno di 30 g³. Qualsiasi fotocamera selezionata non dovrebbe riscaldarsi durante l'uso e dovrà essere durevole in uso eccessivo.
4. Se la messa a punto sperimentale richiede ai bambini di essere liberi di muoversi, memorizzare i video registrati su una scheda di memoria interna. In caso contrario, utilizzare Telecamere legati al computer di raccolta dati.
5. Utilizzare una fotocamera con un obiettivo di alta qualità per sfruttare al massimo gli avanzamenti recenti in algoritmi di apprendimento automatico che segmentare scene visive in regioni di interesse.
   1. Se scene visive saranno essere codificate manualmente dai ricercatori, è necessario utilizzare una macchina fotografica che può catturare immagini ad una qualità sufficiente per il controllo manuale.
6. Assicurarsi che qualsiasi fotocamera batteria sia in grado di registrare per la quantità di tempo desiderata.
7. Poco prima di iniziare l'esperimento o inviare la fotocamera a casa con i genitori, testare la fotocamera testa per garantire sta funzionando in modo appropriato.

2. raccolta dei dati in laboratorio

Nota: Testa-montata telecamere possono essere facilmente aggiunti alla maggior parte degli esperimenti.

1. Hanno 2-3 sperimentatori posizionare la fotocamera sulla testa del bambino: uno sperimentatore pone la telecamera con testina, uno controlla la testa dalle telecamere e, se necessario, uno distrae il bambino.
   1. Chiedere al genitore per garantire che il bambino rimanga calmo e per distrarre il bambino durante il processo di collocamento.
2. Eseguire il posizionamento della fotocamera in tre passaggi come segue.
   1. Desensibilizzare il bambino a portata di mano le azioni vicino alla loro testa.
      1. Chiedere al genitore di leggermente toccare o ictus del neonato testa e capelli più volte.
      2. Chiedi lo sperimentatore mettendo il cappello sulla testa del bambino per fare lo stesso come 2.2.1.1.
   2. Avere lo sperimentatore posizionare la fotocamera testa-montata quando il bambino è distratto.
      1. Usare giocattoli pulsante per mantenere le mani del bambino occupato.
      2. Avere la distrazione sperimentatore o genitore aiutare in questa fase spingendo delicatamente le mani del bambino verso il giocattolo coinvolgente in modo che le mani del bambino non vanno alla testa.
   3. Serrare il cappello sulla testa del bambino e regolare la telecamera con testina quando il bambino è impegnato con il giocattolo.
      1. Regolare la fotocamera in modo che quando il bambino tiene un oggetto davanti il suo viso, l'oggetto è centrato nella fotocamera testa FOV.
      2. Se il bambino è seduto, regolare la telecamera in modo che acquisisce maggior parte del giro del bambino quando il bambino guarda verso il basso.
3. Dopo aver posizionato la fotocamera sulla testa del bambino, chiedere lo sperimentatore a lasciare la stanza e iniziare la registrazione.
4. Nel caso in cui una fotocamera è spostata fuori luogo o rimosso, immettere nuovamente la camera per correggere la fotocamera.
   1. Terminare l'esperimento se il bambino non tollera la fotocamera viene riapplicata.
      Nota: Per la registrazione di ambienti naturali in casa, prima di montare un cappello e la macchina fotografica per l'infante individuo e mostrare ai genitori come posizionare la fotocamera. Il design e la vestibilità della telecamera deve garantire che i genitori saranno in grado di mettere il cappello sul loro bambino senza aiuto tecnico.

3. raccolta dei dati per lo studio del genitore-bambino

Nota: Il seguente metodo rappresentativo per testa-telecamere utilizza naturalistici giocattolo gioco in laboratorio per illustrare il tipo di analisi che possono essere condotti sulle viste egocentriche dei neonati e dei genitori (Figura 3A).

1. Outfit il padre e il figlio con telecamere montate a testa, come descritto in 2.1 e 2.2.
2. Utilizzare testa telecamere per catturare video con una risoluzione di 1280 x 720 pixel a 30 fotogrammi/s. procedere come descritto ai punti 2.3 e 2.4.
   1. Frazionare il flusso video in un fotogramma ogni 5 s.
   2. Disegnare manualmente i riquadri di delimitazione intorno ogni giocattolo (Figura 3B) all'interno della visualizzazione utilizzando software commerciale o un programma sviluppato internamente (per un frame di esempio, vedere Figura 3 ).
      1. Se solo parte di un giocattolo è visibile a causa di occlusione da altri giocattoli o troncamento sul bordo del telaio, solo disegnare rettangoli quando un giocattolo è facilmente identificabile e includere tutte le parti visibili del giocattolo.
      2. Ad esempio, se solo la gamba della bambola è visibile, disegnare un rettangolo attorno alla sua gamba. Se un oggetto occlude la metà della bambola, lasciando i capelli e le gambe visibili, quindi disegnare una casella che include sia i capelli e le gambe.

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Risultati

Uno analisi semplice e informativo, è quello di contare il numero di oggetti in vista in ogni punto nel tempo. Poiché una fotocamera testa produce dati a circa 30 Hz (30 immagini/s), vedere giù-campionamento dati a 1 immagine ogni 5 s aiuta a produrre un set di dati più gestibile pur mantenendo una risoluzione del caso per informazioni sui tipi di bambini di scene. Ricerca precedente ha dimostrato che scene visive sono lenta evoluzione in infanti³. Uno script p...

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Discussione

Questo documento illustra le nozioni di base per l'applicazione di telecamere montate testa agli infanti per catturare la loro scena visiva egocentrico. Telecamere testa commercialmente disponibili sono sufficienti per la maggior parte degli studi. Macchine fotografiche di piccoli, leggeri e portatile dovrebbero essere incorporati in un cappello di tessuto morbido o un archetto e applicati alla testa del bambino. Una volta correttamente progettato e implementato, una varietà di esperimenti può essere eseguita, sia nell...

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Materiali

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