眼动追踪技术的基本原理及其在侦查辨认中的应用前景

刘 涛，李闽威

（中国人民公安大学，北京 100038）

眼动追踪技术的基本原理及其在侦查辨认中的应用前景

刘 涛，李闽威

（中国人民公安大学，北京 100038）

辨认从心理学角度来讲是感知、记忆、再认的过程。通过眼动追踪技术可以实时采集辨认人在辨认过程中的眼动数据，了解其在辨认中的是如何思考及做出辨认结果的心理认知过程。利用眼动追踪技术，分析证人、犯罪嫌疑人辨认过程中的眼动模式，有助于研究证人辨认的准确率、识别犯罪嫌疑人、辅助发现破案线索等问题，在侦查辨认领域有广阔的应用前景。

眼动追踪技术；侦查辨认；应用

一、引言

辨认，从心理学角度来讲，是辨认人在感知事物后将信息储存在大脑中，当需要辨认时，将信息提取出来与被辨认对象进行比对并予以识别确认的过程。辨认的实质是人的心理认知活动过程，参与辨认的知觉可以是视觉，也可以是听觉或者嗅觉，但主要是视觉。

从法学、侦查学的角度来看，辨认是刑事案件侦查中经常运用到的侦查措施，在查找、确认与案件有关的人、尸体、物品、场所方面发挥着重要作用，甚至是办理许多案件的前提和必经程序。辨认的主体可以是被害人、证人，也可以是犯罪嫌疑人，辨认的对象可以是与犯罪有关的人身、物品和场所。对人身的辨认主要是指被害人、证人对于犯罪嫌疑人的辨认，也包括犯罪嫌疑人对同案犯和被害人的辨认，主要采用照片辨认和自然人辨认的形式。对物品的辨认包括现场遗留物、作案工具、赃物等，其目的是搜寻或确认物证。对场所的辨认主要是为了确认作案地点，也包括对作案环境、路线、销赃地点的辨认。在侦查初期，侦查人员通过组织证人、受害人或者犯罪嫌疑人进行辨认可以确定案件侦查方向，缩小侦查范围。辨认笔录属于证据种类之一，①可以作为证据提交法庭。

但是，主客观因素对辨认结果有很大的影响。辨认人的生理和心理因素，如辨认人的听觉、视觉等方面的差异，记忆能力和再认能力的不同，都会对辨认结论的正确性产生影响。同时，感知和辨认时的环境因素（如光线强弱、温度、湿度）、辨认主持人有意无意地暗示等也影响着辨认人的辨认行为。如果辨认结果是错误的，就有可能产生错误的判决。因此，辨认被视为刑事案件侦查过程中非常薄弱的一个环节。在司法实践中，由于辨认错误而导致的错案屡见不鲜。Loftus指出，20世纪90年代，DNA检测技术的出现证明了许多被指控有罪的人是无罪的，提出这些指控的根据在于有目击证人的证言或辨认，因DNA检测证明无罪的人超过了300人。［1］在美国，“拯救无辜者计划组织”通过DNA为无罪者洗去罪责的研究中，认为84%的错误定罪是因为目击者或受害人的辨认造成。对于我国而言，根据公安部刑事侦查局的中国刑事犯罪发展概述显示，从2000年以来，每年全国刑事立案保持在400多万起以上（数据公布日期为2008年4月10日）。②假定每一起刑事案件中有1个以上的目击证人（广义上的目击证人往往也包括被害人），以此来估算，每年也会有400余万目击证人要进行辨认。可以想象，数量如此庞大的目击证人进行辨认，即使错误的比率很低，由此而造成的负面影响也是不容小觑的。因此，我们有必要知道为什么辨认人会辨认错误、辨认人在做出辨认决策过程中的心理认知过程以及情绪情感。先进的眼动追踪技术对解决这一问题有一定帮助。

二、眼动追踪技术

视觉在很大程度上决定人类对外界信息的加工。研究表明，人类接收到的各种信息约有80%~90%是通过眼睛获得的，而且眼睛运动（简称眼动）的各种模式与人的认知过程和心理变化是相关联的。得益于计算机技术的发展及其与认知心理学的紧密结合，用于测量眼动的高精度眼动仪相继问世，为研究眼动模式和规律提供了有效的科学工具。

（一）眼动的基本模式

眼球在眼眶里，有三对眼肌控制眼球，它们协调活动，控制眼球进行上下左右的运动。眼球运动有三种基本形式：注视、眼跳和追随运动。1.注视。眼动仪通常将停留的时间长于100毫秒的观看定义为注视。当个体注视时，视觉刺激才会落在视网膜中最敏锐的部位即中央窝上，从而获得清晰成像，以进行视觉信息加工。2.眼跳。视线在两个注视点之间的快速位移称为眼跳。个体通过眼跳调整视线，使感兴趣的刺激落到中央窝位置，形成新的注视点。眼跳过程中可以获得时空信息，但几乎不会有清晰的成像。3.追随运动。当被观察物体与眼睛存在相对运动时，为了保证眼睛总是注视这个物体，眼球会追随物体移动。

（二）眼动追踪技术

眼动在人们获取精确的视觉信息方面具有重要作用。眼动追踪技术为研究高级的认知功能提供了一种新的方法，是对传统认知研究方法的重要补充。

早在19世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究心理活动，［2］一百多年来心理学家和有关专家一直致力于探求改进眼动追踪技术，先后使用了直接观察法、机械记录法、光学记录法和电磁感应法，［3］不断推陈出新，使眼动仪更具有科学性。最新出现的电磁感应法是目前最精确的眼动追踪技术之一，但是由于被试需要配戴隐形眼镜，在研究中有不适的感觉，因而通常应用于动物的眼动研究。如今广泛应用在认知心理研究领域的是光学记录法，采用角膜——瞳孔反射的原理，无须直接接触被试的眼睛，使被试能更加自然地参与到实验情境中。与计算机技术的结合，使眼动追踪技术经历了一次技术革命，记录的速度和精度都得到极大提升。这些技术的发展为心理学家进行眼动研究提供了便利，不断推动眼动研究取得新的成果。

（三）眼动研究的主要参数指标

1.注视时间（fixation duration）。通常注视时间在100毫秒以上，个体才会对注视的信息进行加工，注视时间越长，表明个体对信息的认知和加工时间越长，信息越能引起个体的兴趣。通过德国SMI公司开发的RED眼动仪采集到的眼动轨迹图可以看出，一个注视由一个圆圈表示，被试的注视时间越长，圆圈越大。但是，如果圆圈过于放大，没有伴随眼跳则表明被试者有可能是在抗拒观看或心不在焉。有研究表明，被试对熟悉刺激（familiarstimuli）的注视时间长于对不熟悉刺激（unfamiliar stimuli）。

2.注视次数（fixation numbers）。是指在特定区域的注视点个数。在模拟犯罪检测隐藏犯罪信息的实验中，研究者发现，当被试者（作案者）看到有关模拟犯罪的细节信息时，注视点数量会减少。

3.眼跳次数（saccade numbers）。眼跳表示在两个注视点之间快速的眼跳，人们通过眼跳使感兴趣的视觉信息落于视网膜中央窝位置，以进行充分的加工。因此，从眼跳可以看出个体对哪些信息是感兴趣的，也可以看出个体对信息的认知加工过程。

4.瞳孔大小（pupil size）。瞳孔由瞳孔扩约肌控制。很早以前科学家就知道，瞳孔大小会随着外界亮度的变化而变化，当亮度增加，瞳孔减小以减少光线的摄入量。近50年以来，科学家发现，瞳孔除了能适应亮度之外，还与人的认知负荷、情绪有关。当个体进行认知活动时（如感知、回忆、再认、计算等），认知负荷升高，瞳孔放大。最早发现瞳孔认知负荷与瞳孔变化有关的学者是芝加哥大学的心理学教授Hess，他发现随着心算数学题难度的增加，被试瞳孔越大。也有人通过GKT测谎发现，被试在回答关键细节的问题时，瞳孔也有显著变化。［4］

（四）眼动研究范式

眼动追踪技术广泛应用在阅读心理学、广告心理学、体育运动心理学、临床医学、图像观看、面孔识别和视觉搜索等诸多领域。眼动追踪技术在刑事侦查领域中的应用研究才刚刚起步，相关基础理论研究也在探索之中，但我们可以参照其他领域应用的研究，为其服务刑事侦查工作提供一定的借鉴。

1.面孔识别中眼动研究

Yarbus通过记录被试观看19世纪末俄国画家列宾的画《意外的归来》时的眼动轨迹，发现人脸是被注视最多的地方。［5］眼睛、鼻子和嘴巴等部位被注视的次数最多，大致的眼动轨迹呈现一个倒三角形状。被试对于狮子和猩猩头像的观看也有类似规律。说明面部尤其是眼睛、鼻子和嘴巴传递的视觉信息最多，最能引起注意。对此，研究面孔识别的学者结论大多一致。

许多研究表明，识别熟悉面孔和陌生面孔时的眼动模式是有差异的。Young（1985）的研究显示，识别熟悉面孔时更多关注的是面孔的外部特征，如头发、脸型，而识别不熟悉面孔时更多关注的是面孔内部特征，如眼睛、鼻子和嘴巴。［6］Roman等人却得出了相反的结论，不同于熟悉面孔，被试对不熟悉面孔外部特征的注视点更多。樊倩等人发现，被试倾向于只注视熟悉面孔的眼睛，对不陌生面孔则首先在双眼间平移而后向嘴巴运动。［7］由此可以看出，不同研究者对于熟悉面孔和陌生面孔的研究结论并不一致。究其原因，可能是研究者对熟悉面孔与陌生面孔所采用的标准不同，也可能是由于不同的研究采用的面孔加工任务不同。这些研究都说明了人们在识别熟悉面孔与陌生面孔上是存在差别的，接下来的研究应当对实验数据分析中所采用的指标更加细化，对首次注视时间、眼跳幅度、眼跳距离等指标加以分析。

2.视觉搜索中的眼动研究

视觉搜索范式通常要求被试在特定背景中寻求某一目标。典型的视觉搜索任务要求被试记住搜索目标，并对视场中是否存在目标做出相应的反应，具有很强的目的性。视觉搜索涉及两个过程，一是“扫描”，二是“搜索”。首先，对所有位置进行平行扫描，提取有限量的信息；其次，带着任务对兴趣区域进行深入加工，提取更多的信息。随着视觉搜索研究的深入，在关于视觉搜索的理论中，研究者提出了简单搜索模型、特征整合模型以及引导搜索模型。视觉搜索的研究范式也不仅仅局限在单目标搜索范式，也出现了多目标搜索范式、预搜索范式和动态搜索范式。这些理论和研究范式有效地推动了视觉搜索的研究。

视觉搜索的研究发现，视觉搜索过程与注意偏向是密不可分的。Fox等人研究了被试对情绪面孔的探查速度。结果发现，在中性面孔中搜索愤怒表情的面孔比在中性面孔中搜索高兴表情的面孔更快，即对负性情绪面孔的探索中存在注意偏向。Ohman等人的研究也发现，在中性背景中搜索恐惧相关刺激时（如蛇、蜘蛛），反应时间、错误率均小于在恐惧背景下搜索中性刺激，说明人类对潜在的威胁性刺激会优先注意。

3.情景知觉中的眼动研究

在真实的情景浏览中，人们并不对每一个目标都予以注视，而是有选择地注视他们感兴趣的情景区域或者刺激物。产生这种选择性或指向性的心理机制，引起了许多研究者的关注。Rayner认为，注视控制（gaze control）服务于情景认知加工的注视定向过程。一方面，当兴趣区域的光线落入中央窝，注视的位置相对稳定，从而获得有效的认知加工信息；另一方面，观察者必须对其正在注视或者要去注视的位置做出判断和选择。因此，对即时信息的实时加工则会影响观察者的决策判断和注视位置的重新定向。Cheng和Huang的研究表明，在情景知觉的过程中，视觉记忆可以储存情景的空间结构信息，并对视觉注意具有引导作用。换言之，人们在情景浏览过程中，储存了情景空间位置和立体组合的记忆，当再次浏览情景时，这部分记忆会引导其注意，加入情绪、认知的因素，使其注视时间、注视轨迹等眼动数据与未浏览过该情景的人的眼动数据有差异。

三 、眼动追踪技术在侦查辨认中的应用前景

辨认所依据的机制从本质上说是心理学上的：辨认人感知了犯罪现场或犯罪过程中出现的人或物，形成一定时空的记忆，在辨认中将记忆与辨认对象相比较，进行回忆、再认，确定记忆对象与被辨认对象是否一致。绝大多数的侦查辨认需要辨认人辨认面孔、案发现场及相关物品等，必须有视觉系统的参与。因此，利用眼动追踪技术这一高科技手段对于研究侦查辨认中证人的辨认心理、犯罪嫌疑人的辨认心理、辨认的准确率等都有重要的促进作用。

（一）眼动追踪技术研究目击证人辨认

目击证人研究是当今司法心理学中的热门研究领域，目击证人的辨认结果对于刑事案件的侦查、起诉以及审判都是非常重要的证据。近年来，搜集目击者证据的方法有了长足进步。各种努力都致力于研究错误辨认的重要性，包括证人做出辨认结果决定过程中的信心问题和反应问题。也有人研究证人在列队（lineup）辨认时的决策策略。Wells通过研究指出，让目击证人辨认序列呈现列队的准确率比同时呈现列队的准确率更高，因为在这两种辨认方式中目击证人所使用的辨认策略是不同的。借助高精度的眼动追踪技术，我们可以追踪和记录证人在辨认过程中观看列队时的注视点轨迹、注视时间、眼跳幅度、瞳孔大小等指标，这些指标都反映了证人在辨认时的心理认知过程（包括认知负荷、注意偏向等）和决策过程，而这又是与目击证人对犯罪的记忆是紧密相关的。因此，通过研究证人辨认时的眼动，为我们研究证人的辨认心理提供了直观的数据，进而研究目击证人辨认结果的可靠性。

（二）眼动追踪技术研究犯罪嫌疑人的辨认

犯罪嫌疑人在作案过程中，对所见的人、物或场景通常会形成强烈的心理印记，甚至在作案后仍会不断回想当时的画面，形成更深刻的记忆，通过言语、非言语的方式唤起其记忆时，如让犯罪嫌疑人辨认与犯罪相关的人、物或场景，其眼动模式与未参与过此犯罪的人的眼动模式是不一样的。通过分析模拟犯罪中作案人观看犯罪现场的眼动模式，研究者发现作案人在观看熟悉与不熟悉的刺激时，表现出了不同的眼动模式。比如，让犯罪嫌疑人与非犯罪嫌疑人观看只有犯罪嫌疑人知道的作案现场时，二者所表现出的眼动模式是不同的，因为只有在特定地方实施了犯罪的人才会对该地方形成特殊的记忆痕迹。在实际案件中，犯罪嫌疑人畏罪心理严重，逃避罪责的需求迫使其在观看与犯罪相关的信息时，心理应激反应更大，通过眼动仪观看到的眼动指标也比非犯罪嫌疑人有更大差异。眼动追踪技术在刑事侦查领域的应用，为研究分析犯罪嫌疑人行为和心理提供了新的方法，为确定侦查方向、发现与核实案件线索、打开讯问僵局等提供了新的工具。因其所具有的实时性、客观性和科学性，眼动追踪技术可以作为侦查犯罪的辅助工具。

四、结语

眼动追踪技术经过一个多世纪的发展和完善，在许多领域都有了广泛应用与成果。但是，眼动追踪技术对于我国刑事侦查部门来说尚属新事物。其眼动之于侦查的基础理论还不够成熟（如趋动辨认人眼动的心理机制、辨认人具体眼动指标所具有的心理学意义、呈现刺激的规范、呈现哪些刺激等缺乏系统深入研究等），要在侦查实战中发挥作用还需要长期探索。

综合前人的研究来看，人们在观看熟悉和陌生以及对记忆影响深刻与否的刺激时的眼动模式存在着明显的差异性规律，具体到证人辨认、犯罪嫌疑人辨认中有何规律性差异，需要我们首先在实验室研究阶段，通过模拟犯罪研究范式，呈现人物、物品或场景的照片刺激，采集常见的眼动指标，比较作案者、知情无辜者（证人）和不知情无辜者的眼动模式，进行差异性统计，以发现三者在哪些刺激、哪种眼动指标上存在差异，形成大量有价值的实验研究成果。如同多导生理仪进行“测谎”一样，只有经过大量严格变量控制的实验，并经实践检验，眼动追踪技术应用于侦查辨认才有望成为现实。

注释：

①《刑事诉讼法》第48条规定，证据包括辨认笔录。

②http：//www.mps.gov.cn/n16/n944931/n947862/974482.html.

［1］LoftusE.F.25 Years of Eyewitness Science…Finally Pays Off［J］.Perspectives on Psychological Science，2013，（8）.

［2］［3］［5］闫国利，白学军.眼动研究心理学导论——揭开心灵之窗奥秘的神奇科学［M］.北京：科学出版社，2012.

［4］Hess E H，Polt J M.Pupil size in relation to mental activity during simple problem-solving［J］.Science，1964，143（3611）.

［6］Young A W，Hay D C，McWeeny K H，et al.Matching familiar and unfamiliar faces on internal and external features［J］.Perception，1985，（6）.

［7］樊倩，隋雪.面孔识别的眼动研究［J］.社会心理科学，2012，（9）.

（责任编辑：陈尚坤）

Eye Tracking Technology:Basic Principle and Prospect of Application in Investigation Identification

Liu Tao,Li Minwei
（Chinese People’s Public Security University,Beijing 100038）

From the psychological point of view,identification is the process of perception,memory, and recognition.With eye tracking technology we can collect at real time the data of the identifier’s eye movement when doing identification,understand the identifier’s psychological cognitive process which shows how he thinks and how he draws the conclusion.Analyzing the witness’s,the criminal suspect’s eye movement model in the process of identification,is beneficial to the study of the accuracy rate of the witness’s identification,identifying criminal suspect,helping find clues to solving a case.Eye tracking technology has extensive prospects of application in the field of investigation identification.

eye tracking technology;investigation identification;application

D918.2

A

1671-0541（2014）05-0044-05

2014-01-13

刘涛（1973-），男，中国人民公安大学侦查学院预审教研室主任，副教授，博士，硕士研究生导师，主要研究方向：侦查学、刑事诉讼法学；李闽威（1989-），男，中国人民公安大学硕士研究生，主要研究方向：侦查学。

本文系中国人民公安大学校级科研项目《侦查中的行为科学方法与技术应用研究——辨认行为中眼动模式与知情的相关性研究》阶段性成果，项目编号：2013SK06-1。