《Journal of Eye Movement Research》：Evaluation of the Wearable Eye Tracker Pupil Labs Neon for Gaze Fixation Analysis in Screen-Based Fixation Tasks: Comparison with Tobii Pro Fusion
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可穿戴眼动追踪设备主要用于真实环境中的眼球运动分析。由于这类设备日益普及，且能够提供具有高生态效度的测量数据，因此确定它们是否也可应用于涉及屏幕刺激的注视分析具有重要意义。本研究通过将可穿戴眼动追踪器Pupil Labs Neon与基于屏幕的Tobii Pro
可穿戴眼动追踪设备主要用于真实环境中的眼球运动分析。由于这类设备日益普及，且能够提供具有高生态效度的测量数据，因此确定它们是否也可应用于涉及屏幕刺激的注视分析具有重要意义。本研究通过将可穿戴眼动追踪器Pupil Labs Neon与基于屏幕的Tobii Pro Fusion进行比较，评估了其在受控实验室条件下用于注视分析的性能。研究共招募了46名参与者。研究人员评估了不同注视方向上的眼动追踪器准确性，而注视稳定性则仅在中央注视期间进行评估。与Pupil Labs Neon相比，Tobii Pro Fusion表现出显著更高的整体准确性。值得注意的是，两种设备的准确性均受到刺激背景的影响。此外，Tobii Pro Fusion在中央位置的准确性显著高于周边注视位置；相比之下，Pupil Labs Neon在不同刺激偏心度下未表现出显著差异。最后，在中央注视期间，两种设备的注视稳定性未观察到显著差异。鉴于Tobii Pro Fusion具有显著更高的整体准确性，它似乎更适合于基于屏幕任务中的注视分析，尤其是在中央位置；而Pupil Labs Neon可能在不同注视位置上提供更稳定的数据质量。
论文解读文章
视频眼动追踪法（video-oculography）是一种广泛应用的非侵入性眼动记录技术，通过多个内置摄像头和红外光源定位眼部结构的反射，从而精确测定注视方向，并区分眼动与头动。眼动记录设备主要分为固定式（屏幕式）和移动式（头戴式）两类。固定式设备通常具有较高的采样频率，但需要受试者头部固定于实验室环境；移动式设备如Pupil Labs Neon、Tobii Pro Glasses 3等，则允许在真实动态环境中记录眼动，具有较高的生态效度。然而，可穿戴眼动仪是否同样适用于传统上基于屏幕的注视分析任务，目前尚缺乏系统的评估。本研究正是基于这一背景，将可穿戴的Pupil Labs Neon与屏幕式的Tobii Pro Fusion进行对比，在受控实验室条件下考察两者的眼动仪准确性（accuracy，即记录注视位置与实际目标位置之间的角偏差）和注视稳定性（fixation stability，常以双变量轮廓椭圆面积即BCEA表示），并分析注视方向和刺激背景颜色可能产生的影响。该研究发表在《Journal of Eye Movement Research》。
研究人员共招募了46名健康参与者（年龄22±2岁），其中注视稳定性分析纳入32人。准确性的比较覆盖了白色和黑色两种背景下屏幕上的13个不同注视位置，注视稳定性则仅在中央注视条件下评估。结果显示，Tobii Pro Fusion的整体平均准确性（1.23°±0.79°）显著高于Pupil Labs Neon（1.41°±0.92°）；但两种设备的准确性均受背景颜色影响，且影响方向相反。在注视方向方面，Tobii Pro Fusion在屏幕中央位置的准确性显著高于周边位置，而Pupil Labs Neon在不同刺激偏心度下未显示出显著差异。两种设备在中央注视期间的BCEA值无统计学显著差异，表明注视稳定性相近。因此，Tobii Pro Fusion更适合基于屏幕的注视分析，尤其是在中央区域；而Pupil Labs Neon的优势在于跨注视方向的数据准确性更加均匀。
主要技术方法包括：使用Tobii Pro Fusion（基于瞳孔中心角膜反射技术，采样频率250 Hz）和Pupil Labs Neon（基于深度学习算法NeonNet，采样频率200 Hz）两种视频眼动仪。刺激为白色或黑色背景上呈现的13个位置注视点，屏幕距离65 cm，使用额头和下巴托固定头部。眼动仪准确性通过计算记录注视坐标与真实刺激坐标之间的欧氏距离获得；注视稳定性通过MATLAB中的I2MC算法计算BCEA。样本为46名参与者，其中32名用于稳定性分析。统计方法采用Wilcoxon符号秩检验、Friedman检验及Dunn–Bonferroni事后检验。
### 3.1 准确性
#### 3.1.1 眼动追踪设备的准确性
通过计算白、黑两种背景下13个注视点的平均偏差，发现Tobii Pro Fusion的平均准确性为1.23°±0.79°，显著高于Pupil Labs Neon的1.41°±0.92°（Wilcoxon符号秩检验，Z=?4.29，p<0.001）。分背景看，白色背景下Tobii Pro Fusion准确性为1.35°±0.85°，Pupil Labs Neon为1.20°±0.72°，差异显著（Z=?3.43，p<0.001）；黑色背景下Tobii Pro Fusion为1.10°±0.70°，Pupil Labs Neon为1.63°±1.05°，差异同样显著（Z=?5.27，p<0.001）。
#### 3.1.2 注视方向对眼动追踪设备准确性的影响
Friedman检验显示，Tobii Pro Fusion的准确性受刺激位置影响（白色背景χ2=362.88，p<0.001；黑色背景χ2=344.61，p<0.001），Dunn–Bonferroni事后检验表明不同注视位置之间存在显著差异，中央位置准确性较高，周边位置准确性下降。而Pupil Labs Neon的准确性不随刺激位置变化（白色背景χ2=4.80，p=0.964；黑色背景χ2=13.89，p=0.308），说明其在不同注视方向上具有较均匀的准确性。
#### 3.1.3 刺激背景颜色对眼动追踪设备准确性的影响
Wilcoxon符号秩检验显示，背景颜色对两种设备的准确性均有显著影响：Tobii Pro Fusion在黑色背景（1.10°±0.70°）下准确性显著高于白色背景（1.35°±0.85°）（Z=?3.512，p<0.001）；Pupil Labs Neon则在白色背景（1.20°±0.72°）下准确性显著高于黑色背景（1.63°±1.05°）（Z=?4.092，p<0.001）。这表明背景明暗对两种设备瞳孔检测及注视估计算法的影响相反。
### 3.2 注视稳定性
对中央注视期间的BCEA值进行比较，Tobii Pro Fusion的注视稳定性略高（0.28±0.16 deg2），Pupil Labs Neon为0.30±0.09 deg2，但差异无统计学意义（Wilcoxon Z=?0.833，p=0.405）。说明两种设备在屏幕中央区域的注视稳定性评估上具有可比性。
讨论部分指出，两种设备的实际准确性均低于制造商标称的理想值，Tobii Pro Fusion的测量结果（1.23°）明显高于其标称的0.3°，而Pupil Labs Neon的准确性（1.41°）则接近其手册中校准后的1.3°。刺激背景颜色导致的准确性差异可能与设备间瞳孔检测及注视估计算法对光照变化的敏感性不同有关。Tobii Pro Fusion在中央区域准确性更高，而Pupil Labs Neon因采用深度神经网络模型，在整个屏幕范围内表现出更均匀的准确性，体现了机器学习在补偿视场几何畸变方面的潜力。然而，本研究使用了额头和下巴托限制头部运动，可能影响了可穿戴设备的自然测量条件。此外，Pupil Labs Neon在记录中出现了一定程度的数据丢失，但具体丢失量及成因未被深入研究。
研究结论可翻译如下：本研究表明，Tobii Pro Fusion眼动追踪设备的总体准确性显著高于可穿戴的Pupil Labs Neon设备。然而，Tobii Pro Fusion的准确性随注视偏心度增大而变化，而Pupil Labs Neon在不同注视方向上表现出相对均匀的准确性。刺激背景颜色也影响两种设备的准确性：Tobii Pro Fusion在暗背景下表现更佳，Pupil Labs Neon在亮背景下表现更佳。在中央注视期间，两种设备的注视稳定性估计无显著差异。总体而言，Tobii Pro Fusion更适合基于屏幕的注视分析，而Pupil Labs Neon可能适用于需要不同注视方向均保持相对均匀准确性的应用场景。未来研究应进一步评估Pupil Labs Neon在不同实验条件下的性能，并更详细地研究数据质量指标，包括数据丢失程度。
