Comprender el seguimiento ocular y cómo puede funcionar para usted: definiciones, métricas y aplicaciones

El seguimiento ocular es una tecnología crucial para ayudarnos a comprender el comportamiento humano y los procesos de pensamiento subyacentes. Sus aplicaciones son ilimitadas, tanto en investigación como en uso comercial.

En general, la tecnología de seguimiento de los ojos y la mirada brinda información y oportunidades invaluables. Para desentrañar su complejidad, exploremos las preguntas fundamentales de ¿Qué es el seguimiento ocular?, cómo funciona, y Cuáles son sus aplicaciones.

¿Qué es el seguimiento ocular?

El seguimiento ocular permite la medición de los movimientos oculares, las posiciones de los ojos y los puntos de mirada a través de varios procesos tecnológicos. En otras palabras, el seguimiento ocular identifica y monitorea el atención visual en términos de ubicación, objetos y duración.

La tecnología de seguimiento ocular se menciona a menudo en relación con:

  • Medición de patrones de parpadeo
  • Identificación de lo que un sujeto ignora/no mira
  • Evaluación de la reacción de la pupila ante estímulos visuales/emocionales
  • Facilitación de la interacción hombre-computadora y aprendizaje automático.

Conceptos básicos de seguimiento ocular y seguimiento de la mirada

La premisa sobre la que se fundó la tecnología de seguimiento ocular es:

Los seres humanos se comunican a través del contacto visual. Al pasar ese mismo atributo a las computadoras, podrán funcionar de una manera más humana. Click To Tweet

Para ello, los psicólogos estudiaron en detalle la fisiología y anatomía del ojo y las operaciones cognitivas asociadas al sistema visual.

Aspectos Anatómicos

El cerebro procesa imágenes a través de células sensibles a la luz en la retina. Estos bastones y conos detectan la luz que entra a través de la pupila y envían los datos visuales al cerebro.

Si bien hay muchas menos células cónicas que bastones en la retina, las primeras permiten a los humanos para ver en alta resolución ya todo color.

Eye Anatomy

Fuente: personal de Blausen.com (2014). “Galería médica de Blausen Medical 2014“. WikiRevista de Medicina 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

Las células de cono están en la fóvea, el centro del campo visual. La fóvea es la región con mayor agudeza visual del ojo, pero es notablemente pequeña. Fuera del área de visión foveal se encuentra la región periférica, donde la claridad disminuye significativamente.

Como resultado, para procesar información visual detallada de interés, el ojo tiene que moverse.

Para empezar, el compromiso de tener una visión central de alta resolución y una visión periférica de baja resolución es lo que permite la tecnología de seguimiento ocular.

Movimientos oculares

El ojo ejecuta una serie de movimientos, como vergencia o torsión. Sin embargo, los más pertinentes medidos a través del eye tracking son fijaciones, movimientos sacádicos, y búsqueda suave.

fijaciones ocurren cuando el ojo se detiene para recolectar datos visuales. Aunque la duración de uno es muy variable, cuanto más larga es una fijación, más información visual se procesa.

sacádicos son “saltos” rápidos que realiza el ojo entre fijaciones en un entorno estático. El ojo se mueve de un objeto de interés a otro con el objetivo de adquirir nuevos datos visuales en alta resolución.

Debido a la extrema velocidad de los movimientos sacádicos, se suprime la visión. Por lo tanto, no son tan importantes en el seguimiento de la mirada como lo son las fijaciones. Sin embargo, revelan información sobre el curso de las fijaciones y la atención visual.

Persecución suave es el movimiento ocular que se produce al mirar un objeto en movimiento y seguirlo. Como la ingesta visual es posible durante la persecución suave, el movimiento es relevante para el seguimiento de los movimientos oculares. 

Tamaño de la pupila

Además, el seguimiento de la mirada basado en video permite la medición y el análisis del tamaño de la pupila. Para obtener datos de seguimiento de alumnos precisos, el entorno debe controlarse rigurosamente.

Condiciones de prueba inadecuadas, la dilatación de la pupila se puede observar y monitorear como resultado de:

  • Estímulos emocionales fuertes
  • atención aguda
  • Iluminación
  • Carga de memoria de trabajo

Atención visual

Lo más importante es que el seguimiento visual de los ojos Facilita el estudio de la atención visual.

Debido a la naturaleza limitada de los recursos de procesamiento de imágenes, el cerebro elige selectivamente la información visual relevante en función de:

  • Interesar – la decisión consciente o inconsciente de mirar un objeto
  • Ambiente – elementos detectados a través de la visión periférica

En el mundo académico, el examen de la atención visual conduce a la comprensión de los mecanismos de atención en general. Arroja luz sobre el procesamiento cognitivo que tiene lugar durante la ejecución de una tarea determinada.

Por la misma razón, el seguimiento ocular y el análisis de atención también son valiosos en el ámbito de las operaciones comerciales.

¿Se utiliza el seguimiento ocular para la investigación cualitativa o cuantitativa?

En el contexto de los métodos de investigación, el seguimiento ocular se utiliza tanto para la investigación cualitativa como cuantitativa.

Investigación cualitativa

Investigación cuantitativa

Interpretación del comportamiento Variable dependiente
Usabilidad (UX/UI) Pruebas A/B
Entrevistas retrospectivas Medida de estímulos 

Seguimiento ocular estándar frente a 3D

Mientras que las limitaciones estándar del seguimiento ocular se enfrentan a una serie de limitaciones, el seguimiento ocular 3D para sensores de profundidad resuelve los retos con las siguientes soluciones:

  • Amplia gama
  • Seguimiento de varias personas
  • línea de visión 3D
  • Sin calibración
  • Sólo software (si el dispositivo de seguimiento ocular integra una cámara 3D)

En el momento de escribir este artículo, Eyeware es la única empresa del mundo que ofrece públicamente una solución comercial de seguimiento ocular para cámaras 3D.

Eyeware software de codificación de mirada 3D en tiempo real GazeSense ofrece una solución fácil para obtener datos de seguimiento ocular cuantitativos y cualitativos. Descubra aquí cómo puede ayudar a sus proyectos comerciales, industriales o de investigación: miradasense.com.

 

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¿Cómo funciona el seguimiento ocular?

El seguimiento ocular funciona siguiendo la posición y los movimientos de los ojos. de manera no intrusiva. Una fuente de luz casi infrarroja o infrarroja invisible ilumina la pupila. Así, se genera un reflejo sobre la córnea. Luego, una cámara infrarroja registrará ese reflejo, delimitará el centro de la pupila, deducirá la rotación del ojo y determinará la dirección de la mirada.

En términos de seguimiento ocular PCCR, Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) es el término formal para el principal método que utiliza el seguimiento ocular, en el que se controlan ópticamente los reflejos de la pupila y la córnea.

La posición de los ojos, el punto de la mirada y los movimientos de los ojos se calculan utilizando algoritmos matemáticos avanzados.

Después de eso, la información registrada se convierte en datos sin procesar que posteriormente procesa el software de seguimiento ocular. 

Cómo funcionan los rastreadores oculares con calibración

Para lograr precisión y exactitud en el seguimiento ocular, el usuario debe tomar la falta de alineación entre los ejes óptico y visual en consideración. Si bien el eje óptico se puede medir visiblemente, la ubicación de la fóvea está desviada unos pocos grados.

Visual And Optic Axes

Fuente: Diccionario médico de Dorland para consumidores de salud. (2007).

Esto requiere corrección (calibración) para garantizar que las posiciones de la pupila y la mirada estén alineadas.

Antes de comenzar un experimento, el sistema calibra monitoreando las posiciones de la pupila para uno o más puntos predefinidos.

Datos

Tras el cálculo de un punto de mirada, los datos sin procesar aparecen en forma de un coordenada XY. La coordenada XY indica dónde está mirando un participante en la pantalla. Luego, el seguimiento de la mirada genera coordenadas de acuerdo con su velocidad de fotogramas.

Las herramientas de software se utilizan normalmente para el seguimiento ocular y el procesamiento de datos, es decir, para identificar fijaciones y movimientos sacádicos. Las fijaciones a menudo aparecen como puntos con tamaños correspondientes a la duración del movimiento. Saccades son las líneas que conectan los puntos de fijación. 

Estas acciones pueden ayudar a limpiar los datos sin procesar antes de generar visualizaciones:

  • Reducir la densidad de ruido
  • Mejora la precisión
  • Aplicar un algoritmo de clasificación de movimiento ocular

Métricas y visualizaciones para datos de seguimiento ocular Analisis

De las representaciones estáticas a las animadas, el seguimiento ocular y el uso del seguimiento de la mirada. una variedad de métricas y visualizaciones para inspeccionar los datos recopilados.

fijaciones

Junto con los movimientos sacádicos, las fijaciones crean un scanpath, es decir, el camino que siguen los ojos de un sujeto. Además, el seguimiento ocular permite la medición de:

  • Tiempo hasta la primera fijación (TTFF) – el tiempo entre el inicio de un estímulo y la fijación dentro de un área de interés (AOI). Esto proporciona información sobre la atención visual.
  • Duración de la primera fijación – tiempo total de la primera fijación
  • Recuento de fijación – cuántas fijaciones tuvieron lugar dentro de un AOI
  • Duración media de la fijación – cuanto mayor sea la duración media de la fijación, más atractivo será un AOI para el encuestado
  • Secuencias de fijación – compuesto por el lugar de fijación y el tiempo de fijación

Puntos de mirada y pyoos

¿Qué?le un punto de mirada revela dónde está mirando un encuestado, un gráfico de mirada facilita la visualización de la ruta de escaneo. Los gráficos de la trayectoria de la mirada representan el orden cronológico en el que se realizaron las fijaciones y los movimientos sacádicos.

Los diagramas de mirada agregados se utilizan para evaluar las trayectorias de exploración de varios encuestados para, en última instancia, identificar patrones de comportamiento.

Áreas de interés (AOI)

Para evaluar diferentes métricas de fijación, las áreas de interés (AOI) se utilizan para seleccionar regiones específicas en una escena.

Dim Eye Tracking Area Of Interest
Luz tenue: entorno en el automóvil
Bright Eye Tracking Area Of Interest
Luz intensa: entorno de oficina

Para la delimitación, las AOI se dibujan en la imagen, alrededor de los elementos elegidos para la comparación.

  • Proporción – el número de participantes que se fijaron en un AOI
  • Dwetodo el tiempo – cuánto tiempo se pasó viendo un AOI, es decir, la duración de la observación
  • Recuento de observaciones – el número de veces que un participante volvió a visitar un AOI

mapas de calor

Como herramienta de visualización, un mapa de calor ilustra cómo se distribuyen las fijaciones y los puntos de mirada. Los tonos verde, amarillo y rojo se utilizan para mostrar la densidad de puntos de mirada en partes específicas del AOI.

Eye Tracking Heat Map Light
Ejemplo de mapa de calor de fondo blanco
Eye Tracking Heat Map Dark Background
Ejemplo de mapa de calor de fondo negro

El seguimiento ocular y los mapas de calor funcionan según el principio de que el Cuantas más fijaciones tengan lugar en un área determinada, más roja será la región.

Mapas de enfoque/opacidad

Un mapa de opacidad, unyotambién conocido como mapa de enfoque, muestra la misma información que un mapa de calor pero de una manera diferente.

En lugar de cubrir las áreas que recibieron más visibilidadl atención, un mapa de foco/opacidad los destaca claramente. A su vez, se oscurecen las zonas con menos fijaciones.

Medidas

La unidad de medida estándar en el seguimiento ocular son los puntos de mirada:

1 punto de mirada = 1 muestra de seguimiento ocular sin procesar

Por ejemplo: tasa de muestreo de 60 Hz = 60 puntos de mirada separados/segundo (1 punto de mirada/16,7 milisegundos)

Un dispositivo de seguimiento ocular de consumo tiene una frecuencia de muestreo que puede variar de 30 a 60 Hz. Las unidades dedicadas a la investigación pueden realizar un seguimiento de aproximadamente 120 Hz a 1000 Hz (y algunas incluso hasta alrededor de 2000 Hz).

Los promedios de velocidad y frecuencia del movimiento ocular son:

  • Fijación
    • De 100 a más de 600 milisegundos
    • Duración habitual: 100-300 milisegundos
    • Frecuencia típica: alrededor de 3 Hz
  • sacada
    • De 20 a 120 milisegundos
    • Duración habitual: 20-40 milisegundos
    • Hasta 600-700 grados/segundo
    • Frecuencia típica: 4 veces/segundo a una tasa de aproximadamente 4 Hz
  • Suave búsqueda – hasta 30 grados/segundo

Hardware y software: herramientas de seguimiento de la mirada

El seguimiento ocular y el seguimiento de la mirada necesitan un dispositivo para capturar información y un sistema para rastrearla y procesarla, es decir, hardware y software.

¿Qué es el software de seguimiento ocular?

Aunque las funciones varían de una marca a otra, normalmente hay dos tipos de software que deben usarse en el proceso de seguimiento ocular estándar:

  • software para adquisición y registro de datos
  • Software para el procesamiento y análisis de datos

Además, según el desarrollador, es posible que se necesite un software dedicado para:

  • Diferentes tipos de rastreadores oculares (p. ej., anteojos o basados en pantalla)
  • Un eye tracker específico
  • Diferentes estímulos (p. ej., estáticos frente a dinámicos)

Sin embargo, hay varias soluciones de software integradas disponibles tanto para la adquisición como para el análisis de datos.

Independientemente del software elegido, algunas características clave a considerar son:

  • Exactitud
  • Tiempo de calibración
  • Distancia óptima
  • Latencia
  • Tasa de muestreo
  • Ángulos de seguimiento
  • Rango de movimiento de la cabeza
  • Tiempo de recuperación

Seguimiento ocular sin anteojos: ¿Cómo funciona el seguimiento de mirada 3D de Eyeware?

La solución de software de seguimiento ocular de última generación proporcionada por Eyeware utiliza cámaras de detección de profundidad para facilitar la interacción hombre-máquina en 3D.

GazeSense anota objetos 3D de interés y genera datos en tiempo real para estudios multipersonales simultáneos. Como resultado, proporciona información sobre la atención, la intención, el interés y el compromiso.

Sin necesidad de gafas u otros rastreadores portátiles, el galardonado software funciona con una variedad de dispositivos de consumo y personalizados con tecnología de sensor de profundidad. Desde teléfonos inteligentes para kits de desarrollo, portátiles o periféricos de juego, GazeSense es compatible con cámaras estereoscópicas, de luz estructurada y ToF, así como con sensores 3D personalizados.

El software de seguimiento de la mirada en 3D tiene aplicaciones en muchos campos, como la automoción, la robótica, los dispositivos de consumo, los juegos, el comercio minorista y la publicidad.

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Hardware: ¿Qué es un Eye Tracker?

Fundamentalmente, el seguimiento ocular 2D estándar requiere un dispositivo para medir la actividad, conocido como rastreador ocular.

Hoy en día, los eye trackers son remoto (basado en pantalla) o móvil/ponible (dispositivos montados en la cabeza, como anteojos o cascos de realidad virtual).

Remoto: dispositivos basados en pantalla

Al realizar un seguimiento de la actividad ocular a distancia en un En un entorno controlado, normalmente se utilizan dispositivos basados en pantalla.

El participante se sienta frente a un monitor de computadora o computadora portátil, que tiene un panel o una unidad independiente montada debajo o cerca de la pantalla. Luego, al participante se le presentan estímulos multimedia, como fotografías, sitios web, videos o juegos, para desencadenar, registrar y analizar los movimientos oculares.

En general, los rastreadores oculares basados en pantalla brindan información de atención visual para desarrolladores o investigadores al recopilar información relacionada con los ojos de alta calidad en un entorno de prueba estático.

Móvil: gafas de seguimiento ocular y auriculares VR

Los dispositivos portátiles de seguimiento ocular se recomiendan para estudios de comportamiento en escenarios del mundo real. Permiten el movimiento más allá de las limitaciones de la "caja de entrada" impuestas por los rastreadores oculares estacionarios.

Los rastreadores oculares montados en la cabeza pueden medir los movimientos oculares de cerca. No obstante, los rastreadores móviles como los anteojos pueden volverse inestables en ciertas condiciones de prueba, como cuando los participantes practican deportes.

En aplicaciones de realidad virtual, el seguimiento ocular puede permitir que el encuestado funciones de control simplemente mirando un botón virtual en particular

Los cascos de realidad virtual con seguimiento de la mirada se pueden utilizar para:

  • Formación profesional en campos industriales.
  • entretenimiento interactivo
  • Probar la atención visual en el comercio minorista y más.

Eye Tracking Virtual Reality Experience

Con todo, si los experimentos necesitan que los participantes respondan en entornos naturales y dinámicos, los dispositivos de seguimiento ocular portátiles son la mejor solución.

Seguimiento ocular frente a seguimiento de la cabeza

La diferencia entre el seguimiento ocular y el seguimiento de la cabeza es simple.

Si bien ambos procesos implican monitorear posiciones y movimientos, el primero solo rastrea los ojos mientras que el segundo registra solo la actividad de la cabeza.

Cuando se combinan, las dos tecnologías brindan datos aún más valiosos y crean una rica experiencia de usuario en aplicaciones como los juegos.

Investigación y aplicaciones: ¿Cómo funciona el seguimiento ocular en situaciones del mundo real?

Técnicamente hablando, casi cualquier escenario con elementos visuales puede beneficiarse del seguimiento ocular y de la mirada. Click To Tweet

Hasta ahora, la tecnología se ha utilizado para lograr avances tremendos en la ciencia cognitiva, el neuromarketing, la IA, la seguridad en el lugar de trabajo y muchos otros campos de investigación y negocios de interés.

Eye Tracking Campos de Uso: ¿Para qué sirve?

Como se predijo, el seguimiento ocular ya ha revolucionado la forma los humanos se comunican con los dispositivos y viceversa.

Sin embargo, todavía necesitamos desarrollar tecnología de seguimiento ocular para que todos los dispositivos de consumo estándar estén equipados con ella. Hasta entonces, continúa ayudando a académicos, desarrolladores y anunciantes a obtener una visión sin precedentes del comportamiento humano consciente y subconsciente.

Investigación

Como ya se mencionó, el seguimiento ocular tiene contribuciones significativas tanto para la investigación cualitativa como cuantitativa. En un contexto académico, la tecnología se puede utilizar como una herramienta para:

  • Estudio de comportamiento visual
  • Evaluación de mecanismos atencionales
  • Medición de la respuesta a estímulos visuales
  • Perspectiva de patrones de aprendizaje
  • Comparación de comportamiento grupal

Automotor

El seguimiento ocular juega un papel importante en seguridad en la industria automotriz. La tecnología puede ayudar a detectar si el conductor está somnoliento o distraído, y ayudar a prevenir accidentes automovilísticos.

Con el seguimiento ocular en 3D, el conductor es monitoreado y asistido a través de la interacción basada en la mirada. Click To Tweet

Al incorporar la tecnología en los tableros inteligentes, características como los HUD de realidad aumentada y el copiloto virtual se convierten en una parte central de la experiencia de conducción.

Psicología

Dentro del campo de la psicología, el seguimiento de la mirada permite el estudio de los procesos cognitivos. Los ejemplos incluyen la memoria, la resolución de problemas, el lenguaje, la toma de decisiones, la percepción y la atención en general.

neurociencia utiliza el eye tracking para el estudio y detección precoz de enfermedades como el Parkinson, la esquizofrenia, el Alzheimer o el autismo. Por ejemplo, la tecnología ha ayudado a los investigadores demostrar el reconocimiento y la comprensión de emociones complejas en adultos con TEA.

Neuromarketing y Publicidad

Dado que la tecnología de seguimiento ocular facilita el estudio de la atención visual, se ha convertido en una herramienta útil para los especialistas en neuromarketing y los anunciantes en una escala más amplia.

En ambos en línea y fuera de línea aplicaciones, el seguimiento de la mirada ayuda a determinar lo que los clientes están naturalmente más interesados y lo que podrían ignorar por completo.

Además, los especialistas en neuromarketing ahora utilizan el seguimiento ocular y la codificación facial para medir las emociones cuando se exponen a estímulos multimedia.

Videojuegos y entretenimiento

La representación foveada, los gráficos envolventes y el control de la mirada ampliado son características de vanguardia en la industria del juego que son posibles a través del seguimiento ocular.

El usuario puede explorar el entorno a través de su mirada e interactuar con varios elementos del juego con solo mirarlos.

Del mismo modo, desde hace varios años, los individuos pueden controlar televisores basado en los mismos principios.

Accesibilidad

A través del seguimiento ocular, las personas con discapacidad pueden controlar computadoras y dispositivos móviles e incluso crear arte digital. Las personas que no pueden moverse ni hablar pueden comunicarse con las máquinas a través de movimientos oculares.

La tecnología ha mejorado en gran medida la accesibilidad y ha permitido a los usuarios discapacitados realizar una variedad de tareas relacionadas con la computadora.

Venta minorista

Los profesionales del comercio minorista también pueden usar el seguimiento ocular para generar análisis de atención en los estantes. En otras palabras, la tecnología de seguimiento de la mirada proporciona información sobre el comportamiento del comprador y el proceso de decisión de compra. Click To Tweet

Como resultado, los minoristas pueden realizar mejoras notables en términos de diseño de exhibición, tienda y empaque, así como diseño y distribución.

¿Cuáles son los pros y los contras del seguimiento ocular?

Sin duda, las ventajas de la tecnología de seguimiento ocular son abundantes.

Beneficios

  • Avances en campos como IA, ciencias sociales y atención médica
  • Tecnología de asistencia para personas con movilidad limitada
  • Mejoras en la experiencia y la interfaz de usuario
  • Garantizar la seguridad en entornos de trabajo peligrosos
  • Hallazgos de investigación de mercado de alta calidad
  • Perspectivas notables sobre la mente y el cuerpo humanos, cuando se utilizan con más biosensores como:
    • FEA (Análisis de la expresión facial)
    • electrocardiograma (Electrocardiograma)
    • EEG (Electroencefalograma)
    • AED (Actividad electrodérmica)
    • EMG (Electromiógrafo)

Dado que el seguimiento ocular sigue siendo una tecnología en desarrollo, sigue habiendo una multitud de desafíos que deben abordarse.

Dificultades

  • El efecto Hawthorne: una persona cambia su comportamiento sabiendo que está bajo observación (p. ej., un estudio de investigación en un entorno de prueba)
  • Interpretación (p. ej., un número mayor o menor de fijaciones puede establecer diferentes conclusiones según el contexto)
  • Entrecerrar los ojos: el método de reflexión corneal del centro de la pupila (PCCR) no es efectivo cuando un participante entrecierra los ojos
  • Problema táctil de Midas en interfaces controladas por la mirada: cuando un usuario desencadena involuntariamente una acción no deseada
  • Calibración más sencilla para seguimiento ocular estándar

Mejores prácticas y ética

Realización de seguimiento ocular estudios y experimentos tener una curva de aprendizaje. 

Algunos de los procedimientos y consideraciones éticas que deben reconocerse de antemano son:

  • Informar a cada participante sobre el propósito, los procedimientos, los riesgos potenciales (si los hay) y los beneficios de un experimento.
  • Asegúrese de que cada participante proporcione su pleno consentimiento para participar en el estudio
  • Preparar un entorno de prueba eficaz: luz equilibrada, eliminación de distracciones, ajuste del equipo de seguimiento ocular
  • Formar a los participantes para que se familiaricen con el equipo y los procedimientos de seguimiento ocular

¿Vale la pena explorar el seguimiento ocular?

Absolutamente.

Desde su desarrollo inicial, la tecnología de seguimiento ocular ha allanado el camino para un progreso monumental en innumerables campos.

La industria del seguimiento de la mirada proyecta un crecimiento continuo durante los próximos años ayudando a: 

  • ingenieros de I+D encontrar soluciones del mundo real con tecnología de punta
  • Líderes en innovación implementar soluciones creativas y de vanguardia
  • Desarrolladores construir sistemas más efectivos para resolver los desafíos actuales e inminentes  
  • comercializadores crear POC y mejorar la experiencia del consumidor
  • Profesores e investigadores abrir nuevos caminos y allanar el camino para un mundo mejor
  • neurocientíficos obtener una visión sin precedentes de los trastornos cognitivos graves
  • Estudiantes contribuir al desarrollo de la tecnología del futuro

 

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