Sledování očí a jak vám může pomoci: definice, metriky a využití

Sledování očí je zásadní technologie, která nám pomáhá porozumět lidskému chování a myšlenkovým procesům v jeho pozadí. Její využití je ve výzkumu i komerční sféře téměř neomezené.

Technologie sledování očí a pohledu celkově přináší neocenitelné poznatky a příležitosti. Abychom její složitost rozebrali, podívejme se na základní otázky: co je sledování očí, jak funguje a k čemu se používá.

Co je sledování očí?

Sledování očí umožňuje pomocí různých technologických postupů měřit pohyby očí, polohu očí a body pohledu . Jinými slovy, sledování očí rozpoznává a monitoruje vizuální pozornost člověka z hlediska místa, objektů a doby trvání.

Technologie sledování očí se často zmiňuje v souvislosti s:

• měřením vzorců mrkání
• zjišťováním, co sledovaná osoba přehlíží a na co se nedívá
• hodnocením reakce zornice na vizuální či emoční podněty
• usnadněním interakce člověka s počítačem a strojovým učením.

Základy sledování očí a pohledu

Technologie sledování očí vychází z tohoto předpokladu:

Lidé komunikují očním kontaktem. Když tuto schopnost předáme počítačům, budou moci fungovat lidštěji. Sdílet na Twitteru

Psychologové proto podrobně studovali fyziologii a anatomii oka a kognitivní operace spojené se zrakovým systémem.

Anatomické aspekty

Mozek zpracovává obraz pomocí světlocitlivých buněk v sítnici. Tyto tyčinky a čípky zachycují světlo, které prochází zornicí, a posílají vizuální data do mozku.

Čípků je v sítnici mnohem méně než tyčinek, ale právě díky nim lidé vidí ve vysokém rozlišení a v plných barvách.

Zdroj: Blausen.com staff (2014). „Medical gallery of Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

Čípky se nacházejí ve fovee, tedy ve středu zorného pole. Fovea je oblast oka s nejvyšší zrakovou ostrostí, je však velmi malá. Mimo oblast fovey leží periferní oblast, kde ostrost výrazně klesá.

Aby oko mohlo zpracovat podrobné vizuální informace o tom, co nás zajímá, musí se pohybovat.

Právě tento kompromis mezi centrálním viděním ve vysokém rozlišení a periferním viděním v nízkém rozlišení umožňuje technologii sledování očí vůbec fungovat.

Pohyby očí

Oko vykonává řadu pohybů, například vergenční nebo torzní. Pro sledování očí jsou však nejdůležitější fixace, sakády a plynulé sledovací pohyby.

K fixacím dochází, když se oko zastaví, aby sbíralo vizuální data. Délka fixace se velmi liší, ale čím je delší, tím více vizuálních informací se zpracuje.

Sakády jsou rychlé „skoky“, které oko ve statickém prostředí provádí mezi fixacemi. Oko přeskakuje z jednoho objektu zájmu na další, aby získalo nová vizuální data ve vysokém rozlišení.

Kvůli extrémní rychlosti sakád je vidění během nich potlačeno. Pro sledování pohledu proto nejsou tak významné jako fixace. Přesto prozrazují informace o průběhu fixací a vizuální pozornosti.

Plynulé sledovací pohyby vykonává oko, když se dívá na pohybující se objekt a sleduje ho. Protože i během nich oko přijímá vizuální informace, jsou pro sledování pohybů očí důležité. 

Velikost zornice

Sledování pohledu založené na videu navíc umožňuje měřit a analyzovat velikost zornice. Pro přesná data o zornici je třeba prostředí důsledně kontrolovat.

Za vhodných testovacích podmínek lze pozorovat a monitorovat rozšíření zornice v důsledku:

• silných emočních podnětů
• zvýšené pozornosti
• osvětlení
• zátěže pracovní paměti

Vizuální pozornost

A co je nejdůležitější, sledování očí usnadňuje studium vizuální pozornosti.

Protože jsou zdroje pro zpracování obrazu omezené, mozek vybírá relevantní vizuální informace podle:

• Zájmu – vědomého nebo nevědomého rozhodnutí podívat se na objekt
• Prostředí – prvků zachycených periferním viděním

V akademické sféře vede zkoumání vizuální pozornosti k pochopení mechanismů pozornosti obecně. Osvětluje kognitivní zpracování, které probíhá při plnění daného úkolu.

Ze stejného důvodu jsou sledování očí a analýza pozornosti cenné i v komerční oblasti.

Používá se sledování očí pro kvalitativní, nebo kvantitativní výzkum?

Z hlediska výzkumných metod se sledování očí používá pro kvalitativní i kvantitativní výzkum.

Kvalitativní výzkum	Kvantitativní výzkum
✓ Interpretace chování	✓ Závislá proměnná
✓ Použitelnost (UX/UI)	✓ A/B testování
✓ Retrospektivní rozhovory	✓ Měření podnětů

Standardní vs. 3D sledování očí

Zatímco standardní sledování očí naráží na řadu omezení, 3D sledování očí pro hloubkové senzory tyto problémy řeší:

• Velký dosah
• Sledování více osob
• 3D linie pohledu
• Bez kalibrace
• Pouze software (pokud zařízení pro sledování očí obsahuje 3D kameru)

V době psaní tohoto článku je Eyeware jednou z mála společností, které veřejně nabízejí komerční řešení sledování očí pro 3D kamery.

Software pro 3D kódování pohledu v reálném čase GazeSense od Eyeware nabízí snadný způsob, jak získat kvantitativní i kvalitativní data ze sledování očí. Zjistěte, jak může pomoci vašemu podnikání, průmyslu nebo výzkumu – gazesense.com.

Chcete si sledování očí jen s webkamerou vyzkoušet hned teď? Naše webkamerová aplikace s AI nabízí funkce pro hraní, produktivitu a ochranu soukromí. Vyzkoušet Beam Eye Tracker bez rizika.

Jak sledování očí funguje?

Sledování očí funguje tak, že nerušivě sleduje polohu a pohyby očí. Zdroj neviditelného blízkého infračerveného nebo infračerveného světla osvětlí zornici, a na rohovce tak vznikne odraz. Infračervená kamera tento odraz zaznamená, určí střed zornice, odvodí rotaci oka a stanoví směr pohledu.

Pupil Center Corneal Reflection (PCCR), tedy metoda středu zornice a rohovkového odrazu, je odborný název hlavní metody sledování očí, při které se opticky monitorují zornice a odrazy na rohovce.

Poloha oka, bod pohledu i pohyby očí se počítají pomocí pokročilých matematických algoritmů.

Zaznamenané informace se poté stávají surovými daty, která následně zpracuje software pro sledování očí. 

Jak eye trackery pracují s kalibrací

Aby bylo sledování očí přesné, musí se počítat s tím, že optická a zraková osa nejsou zarovnané. Zatímco optickou osu lze viditelně změřit, poloha fovey je o několik stupňů posunutá.

Zdroj: Dorland’s Medical Dictionary for Health Consumers. (2007).

To vyžaduje korekci (kalibraci), aby poloha zornice a pohled souhlasily.

Před zahájením experimentu se systém kalibruje sledováním polohy zornice pro jeden nebo více předem definovaných bodů.

Data

Po výpočtu bodu pohledu se surová data zobrazí ve formě souřadnice XY. Souřadnice XY udává, kam se účastník na obrazovce dívá. Sledování pohledu pak vydává souřadnice podle své snímkové frekvence.

Ke sledování očí a zpracování dat, konkrétně k identifikaci fixací a sakád, se obvykle používají softwarové nástroje. Fixace se často zobrazují jako tečky, jejichž velikost odpovídá délce pohybu. Sakády jsou čáry, které tečky fixací spojují. 

Tyto kroky pomohou surová data vyčistit ještě před vytvořením vizualizací:

• Snížení hustoty šumu
• Zlepšení přesnosti
• Použití algoritmu pro klasifikaci pohybů očí

Metriky a vizualizace pro analýzu dat ze sledování očí

Od statických po animované zobrazení: sledování očí a pohledu využívá ke zkoumání shromážděných dat řadu metrik a vizualizací.

Fixace

Fixace spolu se sakádami vytvářejí dráhu pohledu (scanpath), tedy cestu, kterou oči sledované osoby urazí. Sledování očí navíc umožňuje měřit:

• Dobu do první fixace (TTFF) – dobu mezi objevením podnětu a fixací v oblasti zájmu (AOI). Poskytuje vhled do vizuální pozornosti.
• Délku první fixace – celkovou dobu první fixace
• Počet fixací – kolik fixací proběhlo v rámci AOI
• Průměrnou délku fixace – čím vyšší je průměrná délka fixace, tím je AOI pro respondenta atraktivnější
• Sekvence fixací – skládají se z místa a doby fixace

Body a grafy pohledu

Zatímco bod pohledu ukazuje, kam se respondent dívá, graf pohledu umožňuje vizualizovat dráhu pohledu. Grafy dráhy pohledu zobrazují chronologické pořadí, v jakém fixace a sakády proběhly.

Agregované grafy pohledu slouží k vyhodnocení drah pohledu více respondentů, aby bylo možné rozpoznat vzorce chování.

Oblasti zájmu (AOI)

K vyhodnocení různých metrik fixace se používají oblasti zájmu (AOI), které vymezují konkrétní části scény.

K vymezení se AOI zakreslí do obrázku kolem prvků, které chcete porovnat.

• Podíl – počet účastníků, kteří na AOI fixovali pohled
• Doba setrvání – kolik času strávili prohlížením AOI, tedy délka pozorování
• Počet pozorování – kolikrát se účastník k AOI vrátil

Teplotní mapy

Teplotní mapa je vizualizační nástroj, který ukazuje, jak jsou rozloženy fixace a body pohledu. Zelené, žluté a červené odstíny znázorňují hustotu bodů pohledu v jednotlivých částech AOI.

Teplotní mapy ze sledování očí fungují na principu, že čím více fixací v určité oblasti proběhne, tím červenější oblast bude.

Mapy zaostření a průhlednosti

Mapa průhlednosti, známá také jako mapa zaostření, ukazuje stejné informace jako teplotní mapa, jen jiným způsobem.

Místo aby oblasti s největší vizuální pozorností zakrývala, mapa zaostření či průhlednosti je jasně zvýrazní. Oblasti s nejmenším počtem fixací naopak ztmaví.

Měření

Standardní jednotkou měření ve sledování očí jsou body pohledu:

1 bod pohledu = 1 surový vzorek sledování očí

Např.: vzorkovací frekvence 60 Hz = 60 samostatných bodů pohledu za sekundu (1 bod pohledu / 16,7 milisekundy)

Spotřebitelské zařízení pro sledování očí má vzorkovací frekvenci od 30 do 60 Hz. Zařízení určená pro výzkum dokážou sledovat s frekvencí zhruba 120 Hz až 1000 Hz (a některá dokonce až kolem 2000 Hz).

Průměrné rychlosti a frekvence pohybů očí:

• Fixace
  • Od 100 do více než 600 milisekund
  • Obvyklá délka: 100–300 milisekund
  • Typická frekvence: přibližně 3 Hz

• Sakáda
  • Od 20 do 120 milisekund
  • Obvyklá délka: 20–40 milisekund
  • Až 600–700 stupňů za sekundu
  • Typická frekvence: 4krát za sekundu, tedy přibližně 4 Hz

• Plynulé sledovací pohyby – až 30 stupňů za sekundu

Hardware a software: nástroje pro sledování pohledu

Sledování očí a pohledu potřebuje zařízení, které informace zachytí, a systém, který je sleduje a zpracovává, tedy hardware a software.

Co je software pro sledování očí?

Funkce se liší podle značky, ale ve standardním procesu sledování očí se obvykle používají dva typy softwaru:

• Software pro získávání a záznam dat
• Software pro zpracování a analýzu dat

Podle vývojáře může být navíc potřeba specializovaný software pro:

• Různé typy eye trackerů (např. brýle vs. zařízení u obrazovky)
• Konkrétní eye tracker
• Různé podněty (např. statické vs. dynamické)

K dispozici je však i několik integrovaných softwarových řešení pro získávání i analýzu dat.

Bez ohledu na zvolený software je třeba zvážit tyto klíčové vlastnosti:

• Přesnost
• Doba kalibrace
• Optimální vzdálenost
• Latence
• Vzorkovací frekvence
• Úhly sledování
• Rozsah pohybu hlavy
• Doba obnovení sledování

Sledování očí bez brýlí: jak funguje 3D sledování pohledu od Eyeware?

Špičkové softwarové řešení pro sledování očí od Eyeware využívá kamery se snímáním hloubky a usnadňuje interakci člověka se strojem ve 3D.

GazeSense označuje 3D objekty zájmu a poskytuje data v reálném čase pro současné studie s více osobami. Přináší tak informace o pozornosti, záměru, zájmu a zapojení.

Oceňovaný software nevyžaduje brýle ani jiné nositelné sledovače a funguje s řadou spotřebitelských i zakázkových zařízení s technologií hloubkových senzorů. Od chytrých telefonů přes vývojové sady až po notebooky nebo herní periferie: GazeSense je kompatibilní se stereoskopickými kamerami, kamerami se strukturovaným světlem a ToF kamerami i se zakázkovými 3D senzory.

Software pro 3D sledování pohledu se uplatní v mnoha oborech, například v automobilovém průmyslu, robotice, spotřebních zařízeních, hraní, maloobchodě a reklamě.

Chcete zjistit, jak může GazeSense díky multimodální interakci člověka se strojem posunout vaši komerční nebo akademickou práci? Napište našemu specialistovi Customer Success.

Hardware: co je eye tracker?

Standardní 2D sledování očí v zásadě vyžaduje zařízení, které činnost očí měří, tedy eye tracker.

Dnešní eye trackery jsou buď vzdálené (u obrazovky), nebo mobilní/nositelné (zařízení na hlavě, například brýle nebo headsety pro virtuální realitu).

Vzdálené: zařízení u obrazovky

Při sledování činnosti očí na dálku v kontrolovaném prostředí se obvykle používají zařízení u obrazovky.

Účastník sedí před monitorem počítače nebo notebookem, pod jehož obrazovkou nebo v její blízkosti je připevněn panel nebo samostatná jednotka. Účastníkovi se pak předkládají multimediální podněty, například fotografie, weby, videa nebo hry, které vyvolávají pohyby očí, jež se zaznamenávají a analyzují.

Eye trackery u obrazovky celkově poskytují vývojářům a výzkumníkům poznatky o vizuální pozornosti díky kvalitním datům o očích ze statického testovacího prostředí.

Mobilní: brýle pro sledování očí a VR headsety

Nositelná zařízení pro sledování očí se doporučují pro behaviorální studie v reálných situacích. Umožňují pohyb i mimo omezený prostor pro hlavu („headbox“), který vyžadují stacionární eye trackery.

Eye trackery nošené na hlavě dokážou měřit pohyby očí zblízka. Mobilní sledovače, jako jsou brýle, však mohou být za určitých testovacích podmínek nestabilní, například když účastníci sportují.

Ve VR aplikacích může sledování očí respondentovi umožnit ovládat funkce pouhým pohledem na konkrétní virtuální tlačítko. 

VR headsety se sledováním pohledu lze využít pro:

• Profesní výcvik v průmyslových oborech
• Interaktivní zábavu
• Testování vizuální pozornosti v maloobchodě a další.

Pokud tedy experimenty vyžadují, aby účastníci reagovali v přirozeném, dynamickém prostředí, jsou nositelná zařízení pro sledování očí nejlepším řešením.

Sledování očí vs. sledování hlavy

Rozdíl mezi sledováním očí a sledováním hlavy je jednoduchý.

Oba procesy monitorují polohu a pohyby, ale první sleduje pouze oči, zatímco druhé zaznamenává pouze činnost hlavy.

V kombinaci poskytují obě technologie ještě cennější data a vytvářejí bohatý uživatelský zážitek v aplikacích, jako jsou hry.

Výzkum a využití: jak funguje sledování očí v reálných situacích?

Technicky vzato může ze sledování očí a pohledu těžit téměř každá situace s vizuálními prvky. Sdílet na Twitteru

Technologie dosud přinesla obrovský pokrok v kognitivní vědě, neuromarketingu, AI, bezpečnosti práce a mnoha dalších oblastech výzkumu a podnikání.

Oblasti využití sledování očí: k čemu se používá?

Jak se předpokládalo, sledování očí už způsobilo revoluci ve způsobu, jakým lidé komunikují se zařízeními a zařízení s nimi.

Technologii sledování očí však musíme dále rozvíjet, aby jí bylo vybaveno každé běžné spotřební zařízení. Do té doby pomáhá akademikům, vývojářům a inzerentům získávat bezkonkurenční vhled do vědomého i podvědomého lidského chování.

Výzkum

Jak už bylo zmíněno, sledování očí významně přispívá ke kvalitativnímu i kvantitativnímu výzkumu. V akademickém prostředí může technologie sloužit jako nástroj pro:

• studium zrakového chování
• hodnocení mechanismů pozornosti
• měření reakcí na vizuální podněty
• poznatky o vzorcích učení
• srovnání chování skupin

Automobilový průmysl

Sledování očí hraje v automobilovém průmyslu významnou roli v oblasti bezpečnosti. Technologie pomáhá rozpoznat, zda je řidič ospalý nebo nepozorný, a předcházet tak nehodám.

S 3D sledováním očí je řidič monitorován a dostává pomoc prostřednictvím interakce podporované pohledem. Sdílet na Twitteru

Začleněním technologie do chytrých palubních desek se funkce jako průhledové displeje s rozšířenou realitou (AR HUD) a virtuální spolujezdec stávají ústřední součástí řízení.

Psychologie

V psychologii umožňuje sledování pohledu studovat kognitivní procesy. Patří mezi ně paměť, řešení problémů, jazyk, rozhodování, vnímání a pozornost obecně.

Neurověda využívá sledování očí ke studiu a včasnému odhalení nemocí, jako je Parkinsonova choroba, schizofrenie, Alzheimerova choroba nebo autismus. Technologie například pomohla výzkumníkům prokázat, že dospělí s PAS rozpoznávají a chápou složité emoce.

Neuromarketing a reklama

Protože technologie sledování očí usnadňuje studium vizuální pozornosti, stala se užitečným nástrojem pro neuromarketéry a inzerenty v širším měřítku.

Online i offline pomáhá sledování pohledu určit, co zákazníky přirozeně nejvíce zajímá a co možná úplně přehlížejí.

Neuromarketéři navíc dnes používají sledování očí a kódování výrazů obličeje k měření emocí při vystavení multimediálním podnětům.

Videohry a zábava

Foveované vykreslování, pohlcující grafika a rozšířené ovládání pohledem jsou špičkové funkce herního průmyslu, které umožňuje sledování očí.

Uživatel může prostředí prozkoumávat pohledem a pracovat s různými prvky hry jen tím, že se na ně podívá.

Na stejném principu mohou lidé už několik let ovládat i televizory.

Přístupnost

Díky sledování očí mohou lidé s postižením ovládat počítače a mobilní zařízení, a dokonce vytvářet digitální umění. Lidé, kteří se nemohou hýbat ani mluvit, mohou se stroji komunikovat pohyby očí.

Technologie výrazně zlepšila přístupnost a umožnila uživatelům s postižením zvládat řadu úkolů na počítači.

Maloobchod

Profesionálové v maloobchodě mohou sledování očí využít i k analytice pozornosti u regálů. Technologie sledování pohledu tak přináší poznatky o chování nakupujících a o procesu nákupního rozhodování. Sdílet na Twitteru

Maloobchodníci tak mohou výrazně zlepšit design vystavení, prodejny a obalů i uspořádání a rozmístění zboží.

Jaké jsou výhody a nevýhody sledování očí?

Výhod technologie sledování očí je bezpochyby celá řada.

Přínosy

• Pokrok v oborech, jako je AI, společenské vědy a zdravotnictví
• Asistivní technologie pro lidi s omezenou pohyblivostí
• Zlepšení uživatelského rozhraní a zážitku
• Podpora bezpečnosti v nebezpečném pracovním prostředí
• Kvalitní zjištění z marketingového výzkumu
• Pozoruhodné poznatky o lidské mysli a těle při použití s dalšími biosenzory, jako jsou:
  • FEA (analýza výrazů obličeje)
  • EKG (elektrokardiogram)
  • EEG (elektroencefalogram)
  • EDA (elektrodermální aktivita)
  • EMG (elektromyograf)

Protože se sledování očí stále vyvíjí, zbývá ještě řada výzev, které je třeba řešit.

Obtíže

• Hawthornský efekt – člověk mění své chování, protože ví, že je pozorován (např. výzkumná studie v testovacím prostředí)
• Interpretace (např. vyšší nebo nižší počet fixací může podle kontextu vést k různým závěrům)
• Mžourání – metoda Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) není účinná, když účastník mžourá
• Problém krále Midase u rozhraní ovládaných pohledem – uživatel nechtěně spustí nežádoucí akci
• Snazší kalibrace pro standardní sledování očí

Osvědčené postupy a etika

Provádění studií a experimentů se sledováním očí vyžaduje určitou praxi. 

Několik postupů a etických hledisek, které je třeba předem vzít v úvahu:

• Informujte každého účastníka o účelu, postupech, možných rizicích (pokud existují) a přínosech experimentu
• Zajistěte, aby každý účastník dal k účasti ve studii plný souhlas
• Připravte vhodné testovací prostředí – vyvážené světlo, žádné rušivé vlivy, seřízené vybavení pro sledování očí
• Seznamte účastníky s vybavením a postupy sledování očí

Vyplatí se sledování očí prozkoumat?

Rozhodně.

Od svého vzniku technologie sledování očí otevřela cestu k obrovskému pokroku v nesčetných oborech.

Odvětví sledování pohledu počítá v příštích letech s nepřetržitým růstem a pomůže: 

• inženýrům výzkumu a vývoje najít reálná řešení se špičkovou technologií
• lídrům inovací zavádět kreativní a moderní řešení
• vývojářům budovat efektivnější systémy pro řešení současných i blížících se výzev  
• marketérům vytvářet POC a zlepšovat zákaznický zážitek
• profesorům a výzkumníkům objevovat nové a dláždit cestu k lepšímu světu
• neurovědcům získat bezprecedentní vhled do závažných kognitivních poruch
• studentům podílet se na vývoji technologie budoucnosti

Chcete to vyzkoušet? Naše webkamerová aplikace s AI nabízí funkce pro produktivitu a ochranu soukromí. Vyzkoušet Beam Eye Tracker bez rizika.