ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΙΧΝΟΥΣ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ: ΜΙΑ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΛΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΟΠΗΣ ΩΣ ΒΑΣΙΚΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟΥ ΤΟΥ ΣΧΗΜΑΤΟΣ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΑΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΙΧΝΟΥΣ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ: ΜΙΑ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΛΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΟΠΗΣ ΩΣ ΒΑΣΙΚΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟΥ ΤΟΥ ΣΧΗΜΑΤΟΣ Διπλωματική Εργασία Κρασανάκης Βασίλειος Επίβλεψη Φιλιππακοπούλου Β. Καθηγήτρια ΕΜΠ ΑΘΗΝΑ, ΙΟΥΛΙΟΣ 2009

2 Η οπτική αναζήτηση στη χαρτογραφία η διαδικασία δ που ενεργοποιείται κατά τη δά διάρκεια της παρατήρησης ενός χάρτη 3 είδη οπτικής αναζήτησης ης (Lloyd 1988): σειριακή αυτοτερματιζόμενη αναζήτηση κάθε σύμβολο εξετάζεται ξεχωριστά μέχρι την εύρεση του επιθυμητού στοιχείου παράλληλη αναζήτηση τα σύμβολα του χάρτη σαρώνονται ταυτόχρονα σειριακή εξαντλητική αναζήτηση κάθε σύμβολο εξετάζεται ξεχωριστά και στη συνέχεια όλα μαζί ανάπτυξη θεωριών (μοντέλων) με σκοπό την προσέγγιση των διαδικασιών της οπτικής αναζήτησης 2

3 Το σχήμα στη χαρτογραφία αποτελεί λίμία από τις σημαντικότερες οπτικές μεταβλητές (Bertin 1967) η έννοια του σχήματος ταυτίζεται με την αντίστοιχη της μορφής (σε αντίθεση με την επιστήμη της ψυχολογίας) είναι ιδιαίτερη οπτική μεταβλητή καθώς το μέγεθος της δεν ορίζεται σε ένα συγκεκριμένο διάστημα τιμών γραμμικά σύμβολα : το σχήμα παίρνει τη μορφή του αντικειμένου που απεικονίζει επιφανειακά σύμβολα : το σχήμα καθορίζεται από το περίγραμμα του αντικειμένου σημειακά σύμβολα : γεωμετρικά εικονογραφικά συσχετικά 3

4 Διεξαγωγή πειραμάτων στην ψυχολογία : μελέτη της ανάγνωσης και της επεξεργασίας μιας οπτικής σκηνής επέκταση στη χαρτογραφία μελέτη της οπτικής αναζήτησης πάνω σε χάρτες Τα υποκείμενα καλούνται να συμμετάσχουν σε διαδικασίες : αναζήτησης ης ενός στόχου στόχος : παρών ή απών αριθμός περισπαστών: μικρός ή μεγάλος διάκρισης της υφής μεταξύ δύο περιοχών αντικείμενα : παρεμφερή ή ανόμοια διάταξη αντικειμένων : τυχαία ή μη εκτίμηση ή μέτρηση στοιχείων της οπτικής σκηνής τα στοιχεία διαθέτουν από κοινού ένα χαρακτηριστικό κλασσικές μέθοδοι ανάλυσης καταγραφή χρόνου αντίδρασης έλεγχος ορθότητας απάντησης 4

5 Διεξαγωγή πειραμάτων Ψυχολογικά πειράματα μελετούν την ύπαρξη γραμμικών απολήξεων και της οπής (Enns 1986) (Chen 2001) Χαρτογραφικά πειράματα αναζητούν εκείνα τα σημειακά σύμβολα που εντοπίζονται ταχύτερα και με τη βέλτιστη ορθότητα σύγκριση γεωμετρικών εικονογραφικών συμβόλων μελέτη της διαδικασίας της οπτικής αναζήτησης πάνω σε διαφορετικά υπόβαθρα 5

6 Πειράματα του Εργαστηρίου Χαρτογραφίας Κλασσικές μέθοδοι ανάλυσης μελέτη της ιδιότητας των γραμμικών απολήξεων και της ύπαρξης οπής, σε γεωμετρικά και εικονογραφικά σύμβολα, πάνω σε: απλό χαρτογραφικό υπόβαθρο σύνθετο χαρτογραφικό υπόβαθρο χαρτογραφικό υπόβαθρο που προσεγγίζει τη μορφή πραγματικού χάρτη Μέθοδος καταγραφής των οφθαλμικών κινήσεων εμπλουτισμός των δεδομένων των κλασσικών μεθόδων ανάλυσης 6

7 Η διαδικασία της όρασης Οπτικό σύστημα Κλειστό κύκλωμα τηλεόρασης Ο οφθαλμός εσωτερικά (Cameron et al. 2001) εξωτερικά ( 7

8 Τύποι οφθαλμικών κινήσεων συζυγείς κινήσεις μη-συζυγείς κινήσεις (ΠΛΑΪΝΗΣ 2006) οφθαλμικές κινήσεις προσήλωσης επικέντρωση της προσοχής σε ένα σημείο (συνεχής εκούσια κίνηση) σακκαδικές κινήσεις οι ταχύτερες κινήσεις του ανθρωπίνου σώματος εμφανίζονται ακόμα και αν δεν υπάρχει στόχος (σκοτάδι) ομαλές κινήσεις παρακολούθησης επιτρέπουν την παρακολούθηση κινούμενων αντικειμένων 8

9 Η μεθοδολογία καταγραφής οφθαλμικών κινήσεων (eye tracking) η καταγραφή των κινήσεων: των οφθαλμών σε σχέση με το κεφάλι ενός παρατηρητή ή του σημείου του βλέμματος του πάνω σε μια οπτική σκηνή Τεχνικές εντοπισμού οφθαλμού ηλεκτρο-οφθαλμογραφία π.χ. οθόνη υπολογιστή τηλεόραση φυσικός χώρος Η/Μ πεδίο συλλογή δυναμικών μελέτη: ύπνου ικανότητας ανάγνωσης οπτικής κόπωσης ( 9

10 χρήση ειδικών τύπων φακών επαφής μέθοδος 1 τοποθέτηση ανακλαστικών επιφανειών στο φακό μέθοδος 2 εγκατάσταση πηνίου επαγωγής μέτρηση μέσω των ανακλάσεων του φωτός μέτρηση μέσω Η/Μ πεδίου (ΠΛΑΪΝΗΣ 2006) χρήση καμερών, οι οποίες αναλύουν τις εικόνες που συλλέγονται στηρίζονται στην ανάκλαση του φωτός από τον οφθαλμό (κυρίως IR) ( (htttp:// 10

11 Το σύστημα καταγραφής ViewPoint EyeTracker 2 βασικά μέρη συσκευή καταγραφής (hardware) λογισμικό επεξεργασίας (software) εσωτερικά κάρτα για τη σύνδεση με τη μητρική μονάδα εξωτερικά σύστημα πρόσδεσης κάμερας μηχανισμός και φωτοδιόδου IR με το οπτικό + ακινητοποίησης σύστημα του παρατηρητή παρατηρητή «ενσωμάτωση» του συστήματος σε Η/Υ με 2 κάρτες γραφικών οθόνη χειριστή οθόνη προβολής οπτικών σκηνών 11

12 Γεωμετρική διάταξη του συστήματος χειριστής - παρατηρητής - σύστημα καταγραφής διεπιφάνεια λογισμικού επεξεργασίας οθόνη προβολής οπτικών σκηνών θέση παρατηρητή θέση χειριστή συστήματος 12

13 Γεωμετρική διάταξη του συστήματος κάμερα μρ - φωτοδίοδος IR - μηχανισμός μ ακινητοποίησης η ης παρατηρητή μηχανισμός ακινητοποίησης φωτοδίοδος IR κάμερα 13

14 Λειτουργία του συστήματος καταγραφής εντοπισμός κέντρου της κόρης αυτοβαθμονόμηση 14

15 Έλεγχος ακρίβειας καταγραφών Βαθμονόμηση ορισμός δί δείκτη ακρίβειας 9 σταθεροί στόχοι: 1 στο κέντρο 4 στο μέσο 4 στην περιφέρεια του υποβάθρου 15

16 Λειτουργία του αλγορίθμου βαθμονόμησης n καταγραφές 9 στόχοι υπολογισμός αποστάσεων d i,j για i=1,2,,9 j=1,2,,n αντιστοίχηση καταγραφής με σταθερό σημείο (d min ) υπολογισμός μ i, σ i για i=1,2,,9 αφαίρεση των σημείων για τα οποία ισχύει d i,j >3σ i από την περιοχή επιρροής των σταθερών σημείων υπολογισμός μ i, σ i για i=1,2,,9 υπολογισμός στατιστικών στοιχείων υπολογισμός μ, σ 16

17 Κατανομή των καταγραφών 17

18 Το χαρτογραφικό πείραμα Χαρτογραφικό υπόβαθρο 18

19 Τα σύμβολα Αφαιρετικά σύμβολα σύμβολο - στόχος σύμβολα - περισπαστές: Εικονογραφικά σύμβολα σύμβολο - στόχος σύμβολα - περισπαστές: Οι χάρτες 16 χάρτες (8 με αφαιρετικά και 8 με εικονογραφικά σύμβολα) για κάθε κατηγορία συμβόλων: παρουσία στόχου στο κέντρο (2 χάρτες) στο μέσο (2 χάρτες) στην περιφέρεια (2 χάρτες) απουσία στόχου (2 χάρτες) 19

20 ομοιόμορφη κατανομή στόχων και περισπαστών πάνω στο χαρτογραφικό υπόβαθρο 20

21 Τα στάδια της πειραματικής διαδικασίας Στάδιο 1 φόρτωση του αρχείου ρυθμίσεων του πειράματος Σάδ Στάδιο 2 ρύθμιση της κάμερας και της φωτοδιόδου IR Στάδιο 3 αυτοβαθμονόμηση συστήματος Στάδιο 4 δημιουργία και έναρξη του αρχείου καταγραφής Στάδιο 5 εμφάνιση των οπτικών σκηνών Στάδιο 6 κλείσιμο του αρχείου καταγραφής 21

22 22

23 Αποτελέσματα πειράματος Η καταγραφή του ίχνους κατά τη διάρκεια της οπτικής αναζήτησης Δείκτης ακρίβειας (8 / 21 υποκείμενα) ελάχιστη ακρίβεια κατασκευαστή: 1.00 ο του οπτικού τόξου 1 cm 34 pixels 23

24 Μεθοδολογία διερεύνησης του οπτικού ίχνους απομόνωση των καταγραφών, κάθε υποκειμένου, πάνω σε κάθε οπτική σκηνή Ορισμός κριτηρίων σύγκριση των 8 διαφορετικών καταγραφών πάνω στην ίδια κάθε φορά οπτική σκηνή Κριτήριο 1 το σημείο έναρξης της οπτικής αναζήτησης Κριτήριο 2 μορφή του ίχνους (έλεγχος ς ύπαρξης προτύπου) ) Κριτήριο 3 η κατεύθυνση του ίχνους Κριτήριο 4 τα σημεία εστίασης προσοχής κατά τη διάρκεια της αναζήτησης Κριτήριο 5 έλεγχος επιβεβαίωσης για την ορθή εύρεση του στόχου 24

25 Μέσοι χρόνοι αναζήτησης (21 / 21 υποκείμενα) 25

26 Συμπεράσματα το σημείο έναρξης της αναζήτησης, συνήθως, ταυτίζεται με το σημείο όπου είχε τοποθετηθεί ο στόχος στην προηγούμενη οπτική σκηνή στις περιπτώσεις που ο στόχος είναι τοποθετημένος στο μέσο ή στο κέντρο η μετάβαση για την εύρεση του πραγματοποιείται με ευθεία κίνηση τα σημεία εστίασης της προσοχής αντιστοιχούν στις θέσεις όπου έχουν τοποθετηθεί σύμβολα ή το χαρτογραφικό υπόβαθρο γίνεται πιο σύνθετο η επιβεβαίωση για την εύρεση του στόχου είναι ανεξάρτητη από το σημείο που είναι τοποθετημένος στις περιπτώσεις που ο στόχος είναι τοποθετημένος στο άκρο ή απουσιάζει το ίχνος καταλαμβάνει μεγαλύτερο μέρος της οπτικής σκηνής σε σχέση με τις αντίστοιχες οχες όπου έχει τοποθετηθεί οθε στο σομέσο ή σο στο κέντρο στις περιπτώσεις που ο στόχος είναι απών, οι οπτικές αναζητήσεις δεν εμφανίζουν κάποιο συγκεκριμένο πρότυπο. Συνήθως, το οπτικό ίχνος ξεκινάει από το μέσο ή το κέντρο του χάρτη και εκτείνεται προς τα άκρα (εκτέλεση περιστροφικών ή καμπυλόγραμμων κινήσεων) 26

27 στην περίπτωση που ο στόχος είναι παρών στην οπτική σκηνή η αναζήτηση διαρκεί μικρότερο χρονικό διάστημα στην περίπτωση που ο στόχος είναι παρών, η αναζήτηση των γεωμετρικών συμβόλων διαρκεί περίπου το ίδιο χρονικό διάστημα με τα αντίστοιχα εικονογραφικά η αναζήτηση διαρκεί περισσότερο χρονικό διάστημα όταν ο στόχος έχει τοποθετηθεί στην περιφέρεια, μικρότερο στο μέσο και ακόμα πιο μικρό όταν ο στόχος τοποθετείται στο κέντρο όταν ο στόχος απουσιάζει από την οπτική σκηνή, η αναζήτηση διαρκεί μεγαλύτερο χρονικό διάστημα 27

28 Προτάσεις για μελλοντική έρευνα περεταίρω διερεύνηση των παραμέτρων και το μεθόδων που χρησιμοποιεί το σύστημα καταγραφής εύρεση κατάλληλης μεθόδου για την διόρθωση των συντεταγμένων στις περιπτώσεις που μεταβάλλεται η σχετική θέση του συστήματος οπτικό κέντρο - οθόνη προβολής μετάθεση στροφή κλίμακα Μετασχηματισμός ομοιότητας 28

29 διεύρυνση της οπτικής σκηνής στο φυσικό χώρο, παρατήρηση πραγματικών αναλογικών χαρτών διεξαγωγή χαρτογραφικών πειραμάτων με πιο σύνθετο χαρτογραφικό υπόβαθρο ποσοτική προσέγγιση στη μεθοδολογία διερεύνησης του οπτικού ίχνους, ορισμός δεικτών ομοιότητας 29

30 Ευχαριστώ για την προσοχή σας 30