Eye tracking begrijpen en voor je laten werken: definities, meetwaarden en toepassingen

Eye tracking is een cruciale technologie die ons helpt menselijk gedrag en de onderliggende denkprocessen te begrijpen. De toepassingen zijn eindeloos, zowel in onderzoek als commercieel.

Eye tracking- en gaze tracking-technologie levert waardevolle inzichten en kansen op. Om de complexiteit te ontrafelen, bekijken we de basisvragen: wat is eye tracking, hoe werkt het en wat zijn de toepassingen?

Wat is eye tracking?

Eye tracking maakt het mogelijk om oogbewegingen, oogposities en kijkpunten te meten via verschillende technologische processen. Met andere woorden: eye tracking stelt de visuele aandacht van een persoon vast en volgt die, in termen van locatie, objecten en duur.

Eye tracking-technologie wordt vaak genoemd in verband met:

• Het meten van knipperpatronen
• Vaststellen wat iemand negeert of niet bekijkt
• Het beoordelen van de pupilreactie op visuele of emotionele prikkels
• Het ondersteunen van mens-computerinteractie en machine learning.

De basis van eye tracking en gaze tracking

Het uitgangspunt waarop eye tracking-technologie is gebouwd:

Mensen communiceren via oogcontact. Als we computers diezelfde eigenschap geven, kunnen ze menselijker functioneren. Klik om te tweeten

Daarvoor hebben psychologen de fysiologie en anatomie van het oog en de cognitieve processen van het visuele systeem in detail bestudeerd.

Anatomische aspecten

De hersenen verwerken beelden via lichtgevoelige cellen in het netvlies. Deze staafjes en kegeltjes vangen het licht op dat via de pupil binnenkomt en sturen de visuele informatie naar de hersenen.

Hoewel het netvlies veel minder kegeltjes dan staafjes bevat, zijn het de kegeltjes waarmee mensen in hoge resolutie en in kleur zien.

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

De kegeltjes bevinden zich in de fovea, het centrum van het gezichtsveld. De fovea is het gebied met de grootste gezichtsscherpte in het oog, maar het is opvallend klein. Buiten het foveale zicht ligt het perifere gebied, waar de scherpte sterk afneemt.

Om gedetailleerde visuele informatie te verwerken, moet het oog dus bewegen.

Juist dit compromis tussen een centraal zicht met hoge resolutie en een perifeer zicht met lage resolutie maakt eye tracking-technologie überhaupt mogelijk.

Oogbewegingen

Het oog maakt verschillende bewegingen, zoals vergentie- of torsiebewegingen. De belangrijkste die met eye tracking worden gemeten, zijn echter fixaties, saccades en smooth pursuit.

Fixaties treden op wanneer het oog stilstaat om visuele informatie te verzamelen. Hoewel de duur sterk varieert, geldt: hoe langer een fixatie, hoe meer visuele informatie wordt verwerkt.

Saccades zijn snelle "sprongen" die het oog in een statische omgeving tussen fixaties maakt. Het oog beweegt van het ene interessante object naar het andere om nieuwe visuele informatie in hoge resolutie op te nemen.

Door de extreme snelheid van saccades wordt het zicht tijdens de beweging onderdrukt. Ze zijn daarom minder belangrijk voor gaze tracking dan fixaties. Toch zeggen ze iets over het verloop van fixaties en visuele aandacht.

Smooth pursuit is de oogbeweging waarmee je een bewegend object volgt. Omdat je tijdens smooth pursuit wel visuele informatie opneemt, is deze beweging relevant voor eye tracking. 

Pupilgrootte

Daarnaast kun je met videogebaseerde gaze tracking de pupilgrootte meten en analyseren. Voor nauwkeurige pupildata moet de omgeving streng gecontroleerd zijn.

Onder geschikte testomstandigheden kun je pupilverwijding waarnemen en volgen als gevolg van:

• Sterke emotionele prikkels
• Scherpe aandacht
• Verlichting
• Belasting van het werkgeheugen

Visuele aandacht

Het belangrijkste is dat eye tracking het onderzoek naar visuele aandacht mogelijk maakt.

Omdat de capaciteit voor beeldverwerking beperkt is, kiezen de hersenen selectief relevante visuele informatie op basis van:

• Interesse: de bewuste of onbewuste beslissing om naar een object te kijken
• Omgeving: elementen die via het perifere zicht worden waargenomen

In de wetenschap leidt onderzoek naar visuele aandacht tot inzicht in aandachtsmechanismen in het algemeen. Het werpt licht op de cognitieve verwerking tijdens het uitvoeren van een bepaalde taak.

Om dezelfde reden zijn eye tracking en aandachtsanalyse ook waardevol voor commerciële toepassingen.

Wordt eye tracking gebruikt voor kwalitatief of kwantitatief onderzoek?

Als onderzoeksmethode wordt eye tracking zowel voor kwalitatief als voor kwantitatief onderzoek gebruikt.

Kwalitatief onderzoek	Kwantitatief onderzoek
✓ Interpretatie van gedrag	✓ Afhankelijke variabele
✓ Gebruiksvriendelijkheid (UX/UI)	✓ A/B-testen
✓ Retrospectieve interviews	✓ Meting van prikkels

Standaard vs. 3D eye tracking

Standaard eye tracking kent een reeks beperkingen; 3D eye tracking voor dieptesensoren lost die op met:

• Groot bereik
• Tracking van meerdere personen
• 3D-kijklijn
• Geen kalibratie
• Alleen software (als het eye tracking-apparaat een 3D-camera heeft)

Op het moment van schrijven is Eyeware een van de weinige bedrijven die publiek een commerciële eye tracking-oplossing voor 3D-camera's aanbieden.

De realtime 3D gaze coding-software GazeSense van Eyeware is een eenvoudige oplossing om kwantitatieve en kwalitatieve eye tracking-data te verkrijgen. Ontdek hier hoe het je bedrijf, je industriële toepassing of je onderzoek kan helpen: gazesense.com.

Wil je nu meteen eye tracking met alleen een webcam proberen? Onze AI-gestuurde webcam-app biedt functies voor gaming, productiviteit en privacy. Probeer de Beam Eye Tracker zonder risico.

Hoe werkt eye tracking?

Eye tracking volgt de positie en bewegingen van het oog zonder de gebruiker te storen. Een bron van onzichtbaar nabij-infrarood of infrarood licht verlicht de pupil. Daardoor ontstaat een reflectie op het hoornvlies. Een infraroodcamera legt die reflectie vast, bepaalt het midden van de pupil, leidt daaruit de rotatie van het oog af en bepaalt de kijkrichting.

Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) is de formele naam van de belangrijkste methode die eye tracking gebruikt, waarbij de pupil en de reflecties op het hoornvlies optisch worden gevolgd.

De oogpositie, het kijkpunt en de oogbewegingen worden allemaal berekend met geavanceerde wiskundige algoritmen.

Daarna wordt de vastgelegde informatie ruwe data, die eye tracking-software vervolgens verwerkt. 

Hoe eye trackers werken met kalibratie

Voor precisie en nauwkeurigheid bij eye tracking moet rekening worden gehouden met het feit dat de optische en de visuele as niet samenvallen. De optische as is zichtbaar meetbaar, maar de locatie van de fovea wijkt een paar graden af.

Bron: Dorland's Medical Dictionary for Health Consumers. (2007).

Dit vraagt om een correctie (kalibratie), zodat de posities van pupil en blik op elkaar aansluiten.

Voor de start van een experiment kalibreert het systeem door de pupilposities bij een of meer vooraf bepaalde punten te volgen.

Data

Na de berekening van een kijkpunt verschijnt de ruwe data als een XY-coördinaat. Die geeft aan waar een deelnemer op het scherm kijkt. De gaze tracking levert vervolgens coördinaten in het tempo van de framerate.

Voor eye tracking en de verwerking van data worden doorgaans softwaretools gebruikt, met name om fixaties en saccades te herkennen. Fixaties worden vaak weergegeven als stippen waarvan de grootte overeenkomt met de duur. Saccades zijn de lijnen die de fixatiestippen verbinden. 

Deze stappen helpen de ruwe data op te schonen voordat je visualisaties maakt:

• Ruis verminderen
• Precisie verbeteren
• Een algoritme voor de classificatie van oogbewegingen toepassen

Meetwaarden en visualisaties voor de analyse van eye tracking-data

Van statische tot geanimeerde weergaven: eye tracking en gaze tracking gebruiken uiteenlopende meetwaarden en visualisaties om de verzamelde data te bekijken.

Fixaties

Samen met saccades vormen fixaties een scanpad: het pad dat de ogen van een persoon volgen. Daarnaast kun je met eye tracking het volgende meten:

• Tijd tot de eerste fixatie (TTFF): de tijd tussen het verschijnen van een prikkel en de fixatie binnen een area of interest (AOI). Dit geeft inzicht in visuele aandacht.
• Duur van de eerste fixatie: de totale duur van de eerste fixatie
• Aantal fixaties: hoeveel fixaties er binnen een AOI plaatsvonden
• Gemiddelde fixatieduur: hoe hoger de gemiddelde fixatieduur, hoe aantrekkelijker een AOI is voor de deelnemer
• Fixatievolgorde: bestaand uit de locatie en het tijdstip van fixaties

Kijkpunten en kijkpaden (gaze points & plots)

Een gaze point laat zien waar een deelnemer kijkt, een gaze plot maakt het scanpad zichtbaar. Gaze path plots tonen de chronologische volgorde van fixaties en saccades.

Geaggregeerde gaze plots worden gebruikt om de scanpaden van meerdere deelnemers te beoordelen en zo gedragspatronen te herkennen.

Areas of interest (AOI)

Om verschillende fixatiemetingen te beoordelen, worden areas of interest (AOI's) gebruikt om specifieke gebieden in een scène te selecteren.

Ter afbakening worden de AOI's op de afbeelding getekend, rond de elementen die je wilt vergelijken.

• Aandeel: het aantal deelnemers dat op een AOI fixeerde
• Verblijfsduur (dwell time): hoeveel tijd er naar een AOI werd gekeken, oftewel de duur van de observatie
• Aantal observaties: hoe vaak een deelnemer naar een AOI terugkeerde

Heatmaps

Een heatmap is een visualisatie die laat zien hoe fixaties en kijkpunten verdeeld zijn. Groene, gele en rode tinten tonen de dichtheid van kijkpunten in specifieke delen van de AOI.

Eye tracking en heatmaps werken volgens het principe: hoe meer fixaties in een bepaald gebied, hoe roder dat gebied wordt.

Focus maps en opacity maps

Een opacity map, ook wel focus map genoemd, toont dezelfde informatie als een heatmap, maar op een andere manier.

In plaats van de gebieden met de meeste visuele aandacht te bedekken, laat een focus map of opacity map ze juist duidelijk zien. De gebieden met de minste fixaties worden donkerder gemaakt.

Meeteenheden

De standaardmeeteenheid bij eye tracking is het kijkpunt (gaze point):

1 gaze point = 1 ruwe eye tracking-sample

Bijv.: samplefrequentie van 60 Hz = 60 afzonderlijke gaze points per seconde (1 gaze point per 16,7 milliseconden)

Een eye tracker voor consumenten heeft een samplefrequentie die varieert van 30 tot 60 Hz. Apparaten voor onderzoek kunnen tracken met ongeveer 120 Hz tot 1000 Hz (en sommige zelfs tot rond de 2000 Hz).

Gemiddelde snelheid en frequentie van oogbewegingen:

• Fixatie
  • Van 100 tot meer dan 600 milliseconden
  • Gebruikelijke duur: 100-300 milliseconden
  • Typische frequentie: ongeveer 3 Hz

• Saccade
  • Van 20 tot 120 milliseconden
  • Gebruikelijke duur: 20-40 milliseconden
  • Tot 600-700 graden per seconde
  • Typische frequentie: 4 keer per seconde, met ongeveer 4 Hz

• Smooth pursuit: tot 30 graden per seconde

Hardware en software: tools voor gaze tracking

Eye tracking en gaze tracking vragen om een apparaat dat informatie vastlegt en een systeem dat die volgt en verwerkt: hardware en software.

Wat is eye tracking-software?

Hoewel de functies per merk verschillen, worden bij standaard eye tracking meestal twee soorten software gebruikt:

• Software om data te verzamelen en vast te leggen
• Software om data te verwerken en te analyseren

Afhankelijk van de ontwikkelaar kan bovendien speciale software nodig zijn voor:

• Verschillende soorten eye trackers (bijv. brillen vs. schermgebaseerd)
• Een specifieke eye tracker
• Verschillende prikkels (bijv. statisch vs. dynamisch)

Er zijn echter ook diverse geïntegreerde softwareoplossingen voor zowel dataverzameling als analyse.

Welke software je ook kiest, let in elk geval op:

• Nauwkeurigheid
• Kalibratietijd
• Optimale afstand
• Latentie
• Samplefrequentie
• Trackinghoeken
• Bereik van hoofdbewegingen
• Hersteltijd

Eye tracking zonder bril: hoe werkt 3D gaze tracking van Eyeware?

De geavanceerde eye tracking-software van Eyeware gebruikt dieptecamera's om mens-machine-interactie in 3D eenvoudiger te maken.

GazeSense annoteert relevante 3D-objecten en levert realtime data voor gelijktijdige studies met meerdere personen. Zo krijg je informatie over aandacht, intentie, interesse en betrokkenheid.

De bekroonde software heeft geen bril of andere draagbare tracker nodig en werkt met uiteenlopende consumentenapparaten en apparaten op maat met dieptesensortechnologie. Van smartphones tot ontwikkelkits, laptops en gamingrandapparatuur: GazeSense is compatibel met stereoscopische camera's, structured light-camera's en ToF-camera's, en met 3D-sensoren op maat.

De 3D gaze tracking-software heeft toepassingen in veel vakgebieden, zoals de auto-industrie, robotica, consumentenapparaten, gaming, retail en reclame.

Wil je weten hoe GazeSense je commerciële of academische werk kan versterken met multimodale mens-machine-interactie? Neem contact op met onze Customer Success Specialist.

Hardware: wat is een eye tracker?

Standaard 2D eye tracking vraagt in principe om een apparaat dat de activiteit meet: een eye tracker.

Eye trackers zijn tegenwoordig remote (schermgebaseerd) of mobiel/draagbaar (apparaten op het hoofd, zoals brillen of virtualreality-headsets).

Remote: schermgebaseerde apparaten

Om oogactiviteit op afstand te volgen in een gecontroleerde omgeving, worden meestal schermgebaseerde apparaten gebruikt.

De deelnemer zit voor een computerscherm of laptop met een paneel of losse unit onder of vlak bij het scherm. Vervolgens krijgt de deelnemer multimediaprikkels te zien, zoals foto's, websites, video's of games, om oogbewegingen op te wekken, vast te leggen en te analyseren.

Schermgebaseerde eye trackers geven ontwikkelaars en onderzoekers inzicht in visuele aandacht door in een statische testopstelling oogdata van hoge kwaliteit te verzamelen.

Mobiel: eye tracking-brillen en VR-headsets

Draagbare eye trackers worden aanbevolen voor gedragsonderzoek in realistische situaties. Ze bieden bewegingsvrijheid buiten de "headbox" die stationaire eye trackers opleggen.

Eye trackers op het hoofd kunnen oogbewegingen van dichtbij meten. Mobiele trackers zoals brillen kunnen in bepaalde testomstandigheden echter instabiel worden, bijvoorbeeld wanneer deelnemers sporten.

In VR-toepassingen kan eye tracking de gebruiker functies laten bedienen door alleen naar een bepaalde virtuele knop te kijken. 

VR-headsets met gaze tracking kunnen worden gebruikt voor:

• Professionele training in industriële sectoren
• Interactief entertainment
• Het testen van visuele aandacht in de retail, en meer.

Kortom: als deelnemers in een natuurlijke, dynamische omgeving moeten reageren, zijn draagbare eye trackers de beste oplossing.

Eye tracking vs. head tracking

Het verschil tussen eye tracking en head tracking is eenvoudig.

Beide volgen posities en bewegingen, maar eye tracking volgt alleen de ogen en head tracking alleen het hoofd.

Samen leveren de twee technologieën nog waardevollere data op en zorgen ze voor een rijke gebruikerservaring in toepassingen zoals gaming.

Onderzoek en toepassingen: hoe werkt eye tracking in de praktijk?

Technisch gezien kan bijna elk scenario met visuele elementen baat hebben bij eye tracking en gaze tracking. Klik om te tweeten

Tot nu toe heeft de technologie gezorgd voor enorme vooruitgang in de cognitieve wetenschap, neuromarketing, AI, veiligheid op de werkplek en veel andere onderzoeks- en vakgebieden.

Toepassingsgebieden van eye tracking: waarvoor wordt het gebruikt?

Zoals voorspeld heeft eye tracking de manier waarop mensen met apparaten communiceren, en omgekeerd, al ingrijpend veranderd.

Toch moet eye tracking-technologie zich nog verder ontwikkelen voordat elk standaard consumentenapparaat ermee is uitgerust. Tot die tijd helpt ze wetenschappers, ontwikkelaars en adverteerders om ongeëvenaard inzicht te krijgen in bewust en onbewust menselijk gedrag.

Onderzoek

Zoals gezegd levert eye tracking een belangrijke bijdrage aan zowel kwalitatief als kwantitatief onderzoek. In een academische context kan de technologie worden gebruikt voor:

• Onderzoek naar visueel gedrag
• Evaluatie van aandachtsmechanismen
• Meting van reacties op visuele prikkels
• Inzicht in leerpatronen
• Vergelijking van groepsgedrag

Automotive

Eye tracking speelt een grote rol in de veiligheid in de auto-industrie. De technologie kan helpen detecteren of de bestuurder slaperig of afgeleid is en zo auto-ongelukken helpen voorkomen.

Met 3D eye tracking wordt de bestuurder gemonitord en ondersteund via interactie met de blik. Klik om te tweeten

Door de technologie in slimme dashboards te verwerken, worden functies zoals augmented reality HUD's en een virtuele copiloot een centraal onderdeel van de rijervaring.

Psychologie

In de psychologie maakt gaze tracking het onderzoek naar cognitieve processen mogelijk, zoals geheugen, probleemoplossing, taal, besluitvorming, waarneming en aandacht in het algemeen.

De neurowetenschappen gebruiken eye tracking voor onderzoek naar en vroege opsporing van ziekten zoals Parkinson, schizofrenie, Alzheimer en autisme. Zo heeft de technologie onderzoekers geholpen aan te tonen hoe volwassenen met ASS complexe emoties herkennen en begrijpen.

Neuromarketing en reclame

Omdat eye tracking-technologie het onderzoek naar visuele aandacht mogelijk maakt, is het op grotere schaal een nuttig hulpmiddel geworden voor neuromarketeers en adverteerders.

Zowel online als offline helpt gaze tracking te bepalen waarin klanten van nature het meest geïnteresseerd zijn en wat ze volledig negeren.

Bovendien gebruiken neuromarketeers nu eye tracking en facial coding om emoties te meten bij blootstelling aan multimediaprikkels.

Videogames en entertainment

Foveated rendering, meeslepende graphics en uitgebreide besturing met de blik zijn allemaal geavanceerde functies in de game-industrie die eye tracking mogelijk maakt.

De gebruiker kan de omgeving met zijn blik verkennen en met verschillende elementen in de game interacteren door er alleen naar te kijken.

Op dezelfde manier kunnen mensen al enkele jaren televisies bedienen volgens hetzelfde principe.

Toegankelijkheid

Met eye tracking kunnen mensen met een beperking computers en mobiele apparaten bedienen en zelfs digitale kunst maken. Mensen die niet kunnen bewegen of spreken, kunnen met hun oogbewegingen met machines communiceren.

De technologie heeft de toegankelijkheid sterk verbeterd en stelt gebruikers met een beperking in staat uiteenlopende computertaken uit te voeren.

Retail

Ook retailprofessionals kunnen eye tracking gebruiken om analyses van aandacht voor het schap te maken. Met andere woorden: gaze tracking-technologie geeft inzicht in shoppergedrag en het aankoopbeslissingsproces. Klik om te tweeten

Zo kunnen retailers flinke verbeteringen doorvoeren in het ontwerp van displays, winkels en verpakkingen, en in indeling en distributie.

Wat zijn de voor- en nadelen van eye tracking?

De voordelen van eye tracking-technologie zijn zonder twijfel talrijk.

Voordelen

• Vooruitgang in vakgebieden zoals AI, sociale wetenschappen en gezondheidszorg
• Ondersteunende technologie voor mensen met beperkte mobiliteit
• Verbeteringen in gebruikersinterface en gebruikerservaring
• Ondersteuning van de veiligheid in gevaarlijke werkomgevingen
• Marktonderzoeksresultaten van hoge kwaliteit
• Opmerkelijke inzichten in de menselijke geest en het lichaam, in combinatie met andere biosensoren zoals:
  • FEA (gezichtsexpressieanalyse)
  • ECG (elektrocardiogram)
  • EEG (elektro-encefalogram)
  • EDA (elektrodermale activiteit)
  • EMG (elektromyogram)

Omdat eye tracking een technologie in ontwikkeling blijft, zijn er nog tal van uitdagingen om aan te pakken.

Uitdagingen

• Het Hawthorne-effect: iemand verandert zijn gedrag omdat hij weet dat hij wordt geobserveerd (bijv. bij onderzoek in een testomgeving)
• Interpretatie (bijv. een hoger of lager aantal fixaties kan afhankelijk van de context tot verschillende conclusies leiden)
• Knijpen met de ogen: de methode Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) werkt niet goed als een deelnemer met de ogen knijpt
• Het Midas touch-probleem bij interfaces die je met je blik bedient: de gebruiker activeert onbedoeld een ongewenste actie
• Kalibratie bij standaard eye tracking moet eenvoudiger

Best practices en ethiek

Eye tracking-onderzoek en -experimenten uitvoeren vraagt om een leercurve. 

Enkele procedures en ethische overwegingen om vooraf rekening mee te houden:

• Informeer elke deelnemer over het doel, de procedures, eventuele risico's en de voordelen van een experiment
• Zorg dat elke deelnemer volledige toestemming geeft om aan het onderzoek mee te doen
• Richt een effectieve testomgeving in: evenwichtig licht, geen afleidingen, goed afgestelde eye tracking-apparatuur
• Laat de deelnemers vertrouwd raken met de eye tracking-apparatuur en de procedures

Is eye tracking het verkennen waard?

Absoluut.

Sinds de eerste ontwikkeling heeft eye tracking-technologie de weg vrijgemaakt voor enorme vooruitgang in talloze vakgebieden.

De gaze tracking-sector verwacht de komende jaren gestage groei, en helpt daarmee: 

• R&D-engineers praktische oplossingen te vinden met de nieuwste technologie
• Innovatieleiders creatieve, geavanceerde oplossingen in te voeren
• Ontwikkelaars effectievere systemen te bouwen voor huidige en komende uitdagingen  
• Marketeers POC's te maken en de consumentenervaring te verbeteren
• Hoogleraren en onderzoekers nieuwe wegen in te slaan en de weg te banen naar een betere wereld
• Neurowetenschappers ongekend inzicht te krijgen in ernstige cognitieve stoornissen
• Studenten bij te dragen aan de technologie van de toekomst

Klaar om het te proberen? Onze AI-gestuurde webcam-app biedt functies voor productiviteit en privacy. Probeer de Beam Eye Tracker zonder risico.